了解交換器如何傳遞封包
胡凱捷
交換器是網路中一個相當重要的設備，肩負著將網路封包送到正確目的地的任務。本文將講述交換器的主要功能、各種傳送Frame的運作模式以及如何學習來源端MAC位址等等，並且說明交換器在虛擬區域網路內的運作原理。
交換器在VLAN之中的傳輸封包方式
一般來說，若在眾多的交換器之間架設VLAN，則只有在同一個VLAN中的電腦才可以互相傳遞資料。在交換器內部，事實上是透過限制資料的轉送來達到這種VLAN的資料傳遞過程。
剛提到當交換器收到資料之後，會根據學習過的MAC位址對應表來決定資料要送往哪個埠，如果沒有學習過的話，則預設會Flooding到所有的埠，這是因為預設上所有的埠都是屬於預設的VLAN中，換句話說，所有的埠都屬於同一個VLAN，因此這樣的Flooding動作不會有什麼問題。
但如果有分割VLAN的話，就不能這樣做，因為這樣做就會把某個VLAN的資料送往其他的VLAN，因此在這種情況下，交換器會了解哪些埠是屬於哪個VLAN，而會限制Flooding的時候只能送往同一個VLAN之中。
而當VLAN的資料要跨越多個交換器傳遞到其他交換器所連接的同一個VLAN時，就必須使用Trunk技術。因為交換器之間只會用一條網路線連接起來，而這條網路線必須要能傳遞承載所有VLAN的資料。為了達到這種需求，在設定這種交換器之間的連線時，就必須設定成Trunk類型。
Trunk的分類
Trunk主要分成兩種協定：802.1Q協定和ISL協定。簡單來說，Trunk會在資料中增加一個標籤，也就是Tag，用來表示目前這份資料是屬於哪一個VLAN。
貼上標籤之後，再把這份資料傳到另一台設備，另一台設備收到之後，再根據這個標籤得知這份資料是屬於哪個VLAN，然後把這份資料送往所屬的VLAN。這就是Trunk主要的工作。
所以，這個Trunk必須要能夠傳送所有VLAN的資料，反正也不會搞混，因為都會在資料上貼上標籤。接著，就分別針對這兩種Trunk協定探討它們之間的不同之處。
802.1Q協定 IEEE 802.1Q協定通常在VLAN中用來連接多個交換器與路由器（Router）設備，而Cisco的設備在Fast Ethernet和Gigabit Ethernet的介面上都支援IEEE 802.1Q協定。
基本上，每一個套用802.1Q協定的埠都會被指定成Trunk類型，而所有在Trunk上的埠都隸屬於native VLAN當中，預設上，是這樣沒錯，但是管理者還是可以指定到不同的VLAN中。
而native VLAN是設備上預設的VLAN，一開始拿到Cisco交換器時，所有的埠都會被指派到native VLAN中，所以全部的埠都可以互相通訊，因為都是屬於同一個VLAN。
native VLAN有一個作用，就是所有沒有被貼上標籤的資料都會被送往這個native VLAN。每個VLAN都會有一個ID，用來區分各個VLAN，而native VLAN的預設ID就是VLAN 1。
還有一點值得注意的是，只有802.1Q協定才有native VLAN，ISL並沒有native VLAN。也因為沒有貼上標籤的資料都會在native VLAN上遊走，所以交換器設備也不會在native VLAN內所傳遞的資料中貼上標籤了。
接著來看看下面這個範例，就可以參透native VLAN的所有觀念。
假設現在要架設三個VLAN，其VLAN ID分別是VLAN 1、VLAN 2及VLAN 3，其中，VLAN 1是native VLAN，之間用兩台Cisco交換器連接著，在Cisco交換器中間有一台集線器，如下圖所示：
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其中IP為10.1.*.*是處於VLAN 1中，而IP為10.2.*.*則是處於VLAN 2中，IP為10.3.*.*則被分派於VLAN 3內。因為10.1.1.1和10.1.1.3都屬於native VLAN，所以由10.1.1.1和10.1.1.3互相傳遞的資料都不會被貼上標籤，因此這樣的資料也可以被10.1.1.2收到。
至於資料封包的標籤位置，則是置放在封包中間。一個標準的IP封包依序包含以下各個欄位：
1. 目的端位址資訊，占封包的6個位元組。
2. 來源端位址資訊，占封包的6個位元組。
3. 用來指明資料長度或乙太網路種類的資訊，占封包的2個位元組。
4. 資料本身，占封包的46∼1,500個位元組。
5. FCS，占封包的4個位元組。
貼上標籤後，整個資料封包會變成：
1. 目的端位址資訊，占封包的6個位元組。
2. 來源端位址資訊，占封包的6個位元組。
3. 802.1Q協定專用標籤，占封包的4個位元組。
4. 用來指明資料長度或是乙太網路種類的資訊，占封包的2個位元組。
5. 資料本身，占封包的46∼1,500個位元組。
6. FCS，占封包的4個位元組。
由上面可以看出，802.1Q協定會把標籤插在資料封包的中間位置，並增加4個位元組的空間，因此，整個資料長度最長會是1,522個位元組。而標籤中的內容包含乙太網路類型、PRI值、Token Ring專屬封裝用的Flag以及VLAN ID。
ISL協定
另外一種協定就是ISL，ISL是Inter-Switch Link的縮寫。ISL協定是Cisco設備專用的，但也不是每一款Cisco設備都有支援，只有某幾款Cisco設備才支援ISL協定。
ISL協定運作於OSI網路七層架構的第二層，作法就是在前面增加一段表頭，並在最後面新增一段CRC。由於ISL協定與任何協定無關，因此ISL協定能夠封裝任何種類的上層協定資料。
ISL協定所新增的表頭大小為26個位元組，而最後面新增的CRC大小為4個位元組。在前面的表頭中包含VLAN ID和BPDU資訊，當然還有包含很多其他的資訊，例如埠的ID、SA的前三個位元組等等，由於過於繁雜，這裡就不一個個詳細介紹。
若要使用ISL協定，網路中每一台設備都必須做好正確的ISL設定才行，因為ISL協定所使用的資料封包長度超過乙太網路所能接受的長度，所以一旦不支援ISL協定的設備收到這樣的封包，會認為是錯誤的封包而直接遺棄。乙太網路的正確封包大小是64到1,518個位元組。
