同一网段，不同VLAN的结果（实验）

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分类专栏： 网络基础原理
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ML908/article/details/102651239
使用GNS3进行了一项实验，涉及3台PC和1台交换机，探讨未划分VLAN时的互通性和划分到不同VLAN后的通信情况。实验结果显示，在未划分VLAN时所有主机互通，但划分到不同VLAN后，尽管主机IP在同一网段，它们之间无法通信，仅限于同一VLAN内的主机可以相互通信。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

一、实验软件：GNS3

二、环境准备：3台PC机，1台交换机
实验中用到的命令：
创建VLAN

configure terminal                                      *进入配置状态*
vlan vlan-id                                            *输入一个vlan号创建vlan*

将端口分配到vlan中

configure terminal                                      *进入配置状态*
interface interface-id                                  *进入要分配的端口*
switchport mode access                                  *定义二层端口模式*
weitchport access vlan vlan-id                          *将端口分配给某个vlan*
exit或end                                               *退出*

查看vlan信息：show vlan-switch brief

首先我们先来做一个简单的拓扑图：
在这里插入图片描述
现在我们暂时先不划分VLAN，先将pc配上ip查看是否互联互通在这里插入图片描述

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linux物理网卡没有设置ip，配置了多个vlan子接口并且都和物理网卡mac地址相同。一台pc此时添加了该linux物理网卡的mac地址静态表项，pc的ip与其中一个vlan子接口同一网段，此时pc发送了一个无vlan id的报文，tcpdump发现linux的物理网卡和该网段的vlan子接口都接收到了这个数据帧，并且vlan子接口还响应并且回复了数据帧
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07-15
<think>我们正在讨论Linux VLAN子接口处理无VLAN标签数据帧的问题。根据用户的问题，用户想知道为什么VLAN子接口会响应没有VLAN标签的流量。我们需要结合Linux内核中VLAN的处理机制以及网卡驱动和交换机的配置来分析。 首先，根据引用[1]：Linux内核中VLAN的处理依赖于网卡驱动，并且最重要的是，底层交换机（switch）的配置是基础。如果交换机没有正确配置VLAN，那么任何关于VLAN的设置都无法生效。 其次，引用[2]提到在抓包时如何显示VLAN tag，这涉及到网卡驱动在接收数据包时是否保留VLAN信息。对于Broadcom网卡，需要修改注册表项才能保留VLAN信息。 现在，我们回到用户的问题：在Linux配置了VLAN子接口的环境下，为什么VLAN子接口会接收并响应无VLAN标签的数据帧？ 原因分析： 1. **Native VLAN的概念**：在802.1Q中，存在一个Native VLAN（本征VLAN）。默认情况下，Native VLAN的数据帧在通过Trunk端口时是不带标签的。如果交换机端口的Native VLAN配置与Linux系统上某个VLAN子接口的VLAN ID相同，那么来自该Native VLAN的无标签数据帧就会被Linux内核视为属于该VLAN子接口。 2. **Linux内核处理**：当物理网卡接收到一个无标签的数据帧时，内核会将其交给与接收网卡关联的VLAN子接口，前提是该VLAN子接口的VLAN ID与交换机端口的Native VLAN ID一致。具体来说： - 物理网卡接收到无标签帧。 - 内核根据物理网卡上配置的VLAN子接口中，是否有VLAN ID等于Native VLAN ID（默认为1）的，如果有，则将该帧传递给该VLAN子接口。 - 因此，如果用户配置了VLAN ID为1的子接口（eth0.1），那么该子接口就会接收所有无标签的流量，因为VLAN 1是默认的Native VLAN。 3. **配置示例**：假设在交换机上，连接Linux主机的端口配置为Trunk模式，并允许VLAN 10、20通过，且Native VLAN设置为10。那么： - 交换机发送VLAN 10的帧时，会去掉标签（因为Native VLAN为10）。 - Linux物理网卡接收到无标签帧，内核会将其交给VLAN ID为10的子接口（eth0.10）处理。 4. **验证方法**： - 使用tcpdump抓包：在物理接口和VLAN子接口上分别抓包，观察无标签帧被哪个接口接收。 - 检查交换机配置：确认Native VLAN的设置。 5. **如何避免？**：如果不希望某个VLAN子接口接收无标签帧，可以采取以下措施： - 修改交换机的Native VLAN配置，将其设置为一个未使用的VLAN ID。 - 在Linux系统上，不要创建与交换机Native VLAN ID相同的VLAN子接口。 6. **内核处理代码参考**：在Linux内核中，当网卡驱动接收到数据包后，会调用`__netif_receive_skb_core`函数进行协议处理。对于VLAN，如果数据包没有VLAN标签，则会检查是否存在与Native VLAN对应的VLAN设备，如果有，则将数据包传递给该设备。 总结：VLAN子接口接收无VLAN标签数据帧的原因是交换机的Native VLAN配置与VLAN子接口的VLAN ID匹配。因此，无标签帧被当作Native VLAN的帧处理。 下面我们以代码示例和配置示例来说明： **配置示例（交换机侧）：** ``` interface GigabitEthernet0/1 switchport mode trunk switchport trunk native vlan 10 # 设置Native VLAN为10 switchport trunk allowed vlan 10,20 ``` **Linux侧配置：** ```bash # 创建VLAN 10子接口 ip link add link eth0 name eth0.10 type vlan id 10 ip addr add 192.168.10.1/24 dev eth0.10 ip link set eth0.10 up ``` 此时，从交换机Native VLAN（VLAN 10）发来的无标签帧将被eth0.10接收。 **问题重现与验证：** 1. 在交换机上发送一个来自VLAN 10的无标签帧（因为Native VLAN为10，所以帧在离开交换机时被去除标签）。 2. 在Linux上，在eth0.10接口抓包，会看到该无标签帧，并且该接口会响应。 为了避免这种情况，我们可以将交换机的Native VLAN设置为一个未使用的VLAN（比如4095）： ``` switchport trunk native vlan 4095 ``` 这样，无标签帧就不会被任何VLAN子接口接收（因为没有VLAN 4095的子接口）。 另外，如果用户希望物理网卡本身处理无标签帧（即不交给任何VLAN子接口），那么可以配置一个与Native VLAN ID相同的VLAN子接口，但将其设置为仅处理有标签的帧（通过设置`reorder_hdr off`？），但通常我们通过避免创建该VLAN子接口来实现。 注意：在Linux中，物理网卡本身也可以配置IP地址。当无标签帧到达时，如果没有匹配的VLAN子接口，那么该帧将由物理网卡处理（如果物理网卡配置了IP地址）。 因此，总结回答如下： 在Linux中，VLAN子接口接收无VLAN标签数据帧的原因是由于交换机的Native VLAN配置与VLAN子接口的VLAN ID相同。内核会将无标签帧视为属于Native VLAN，并将其传递给对应VLAN ID的子接口。要避免这种情况，需要确保交换机的Native VLAN设置为一个未使用的VLAN ID，并且不在Linux上创建该VLAN的子接口。 最后，生成相关问题：</think>### Linux VLAN子接口处理无VLAN标签数据帧的原理分析 #### 一、核心机制：Native VLAN处理 当物理网卡接收到无VLAN标签的数据帧时，Linux内核会将其视为**Native VLAN**的流量： ```bash # 查看物理网卡的Native VLAN配置 ip -d link show eth0 # 输出示例： # 1: eth0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc mq state UP mode DEFAULT group default qlen 1000 # link/ether 00:11:22:33:44:55 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff promiscuity 0 # vlan protocol 802.1Q native-pvid 1 # ← 默认Native VLAN ID=1 ``` 1. **Native VLAN默认值**：Linux默认Native VLAN ID为1（符合802.1Q标准） 2. **处理流程**： - 物理网卡收到无标签帧 → 内核检查Native VLAN配置 - 若存在对应VLAN ID的子接口 → 转发到该子接口处理 - 若不存在 → 由物理网卡自身处理（若有IP配置） #### 二、问题根源：交换机配置与内核处理的协同 根据引用[1][2]，关键影响因素包括： 1. **交换机端口配置**： - Trunk端口的Native VLAN设置必须与Linux配置一致 - 错误配置示例：交换机Native VLAN=10，但Linux未配置vlan10子接口 ```bash # 交换机错误配置后果： # 无标签帧会被错误路由到vlan10子接口 ``` 2. **网卡驱动处理**： - 某些网卡（如Broadcom）需要特殊设置才能保留VLAN信息[^2] ```bash # 解决Broadcom网卡抓包问题（Windows示例） reg add "HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Class\{4D36E972-...}" /v PreserveVlanInfoInRxPacket /t REG_SZ /d 1 ``` 3. **内核VLAN模块行为**： - `8021q`内核模块默认创建ID=0的VLAN设备处理无标签帧 - 实际转发路径： ``` 物理网卡 → VLAN模块 → Native VLAN子接口 → 网络栈 ``` #### 三、验证实验：抓包分析 通过tcpdump验证数据流路径： ```bash # 在物理接口抓包（显示原始帧） tcpdump -i eth0 -nn -v -e # 在VLAN子接口抓包 tcpdump -i eth0.1 -nn -v # 对比结果： # 物理接口显示：无VLAN标签的帧 # VLAN子接口显示：相同帧但内核已添加VLAN标签 ``` #### 四、解决方案：正确配置实践 1. **显式配置Native VLAN**： ```bash # 创建Native VLAN子接口 ip link add link eth0 name eth0.1 type vlan id 1 ip addr add 192.168.1.1/24 dev eth0.1 ``` 2. **修改默认Native VLAN**： ```bash # 将Native VLAN改为100 ip link set eth0 type vlan_default_pvid 100 ip link add link eth0 name eth0.100 type vlan id 100 ``` 3. **交换机协同配置**： ```cisco ! Cisco交换机配置示例 interface GigabitEthernet0/1 switchport mode trunk switchport trunk native vlan 100 # 与Linux配置一致 ``` 4. **丢弃非法流量**： ```bash # 丢弃非指定VLAN的流量 ebtables -A INPUT -p 802_1Q --vlan-id ! 10,20 -j DROP ``` #### 五、核心问题解答 **为何VLAN子接口会响应无标签流量？** 1. **Native VLAN机制**：无标签帧被隐式关联到Native VLAN 2. **子接口优先级**：当存在Native VLAN子接口时，它优先于物理接口处理无标签帧 3. **内核转发路径**：`8021q`模块自动将无标签帧路由到对应VLAN子接口 4. **配置同步缺失**：交换机Native VLAN设置与Linux不一致导致意外响应[^1] --- ###
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