车载以太网交换机入门基本功（3）—VLAN 转发

       在《车载以太网交换机入门基本功（2）》中提到，报文通过携带Tag字段，表明报文所属的VLAN。本文将介绍携带Tag报文在VLAN下的转发过程。而在实际转发过程中，交换机的端口属性起到关键作用。

交换机端口属性

       交换机的端口属性包括三大属性：VID、PVID、Tag/Untag。

• VID

       端口所属的VLAN。只有处在同一个VLAN下才能通信。当携带特定VID的广播报文发送至交换机时，交换机会查询端口的VID属性，转发到具有同一个VID属性的端口。同一个端口可以同时处在不同VLAN下，即一个端口的VID属性可能有多个；而不同端口也可以在同一个VLAN下，即同个VID下也可能有多个端口。

• PVID

       Port VLAN ID，端口的入口属性。当不带tag的报文进入交换机时，端口会给报文加上tag，加上的VID是该端口的PVID值。不同于VID属性，一个端口只能有一个PVID属性。PVID属性使得交换机内部的报文都带tag。

• Tag/Untag

       端口的出口属性，决定了从交换机端口发出的报文是否携带tag。Tag 属性会保留报文的tag，Untag属性会剥除报文的tag。

       报文从进入交换机、转发、从交换机发出的过程中，都受到这三个属性的影响——PVID影响进入过程；VID影响转发过程；而Tag/Untag影响发出过程。

转发过程

       涉及到发送、转发和接收三个过程。下面将着眼于报文在这三个过程中的变化，细致了解VLAN是如何起到限制广播域的作用。

• 转发

       设备发出的报文分为带tag和不带tag两种，都会发送到交换机上。

       根据报文是否带tag，交换机的处理方式有两种：

       - 不带tag报文进入交换机时，会根据交换机端口的PVID属性，加上相应的tag，之后按照带tag报文的转发规则进行转发。

       - 带tag报文进入交换机后，根据tag转发到具有相同VID属性的端口上，从该端口向外转发。

• 接收

       根据报文tag，从相同VID属性的端口上向外转发。交换机向外转发时，根据端口的Tag/Untag属性，决定向外发送的报文是否携带tag。

       以下图的报文转发为例：首先，不带tag报文进入交换机端口1，端口1根据自身的PVID属性，给报文加上tag；接着，根据报文tag的VID，查询具有相同VID属性的端口（这里是端口2），发给端口2；最后，端口2根据自身的Tag/Untag属性，对报文的tag进行保留/剥除处理，并把报文从端口2发出。

图 携带VLAN的MAC报文格式

       以上的转发过程能够保证同一VLAN下的正常通信，并隔离不同VLAN的通信。看起来无懈可击，但其中存在一个小问题：当端口收到带tag报文，其VID和端口的VID属性不一致时，交换机会采取什么措施吗？答案是：如果没有特殊设置，交换机照收不误。因为在上述VLAN转发过程中，着重关注的是报文“去向何处”，而对于报文是否来自同一VLAN下的设备，并不太在意，这就容易造成“敌我不分”。过多的非同一VLAN下的报文进入交换机，会影响交换机处理效率，导致通信受阻；更甚者，一旦线路被拦截并伪造信息，这些信息无阻碍的进入交换机后，很可能发送到其他设备上，造成无法估量的损失。因此，对进入交换机的报文，应该进行一定的审查，这就是端口过滤功能：进门前先对暗号！

       开启端口过滤功能后，上图的转发过程中，报文从端口1进入交换机的过程发生变化：端口1先提取报文的VID，判断自身的VID属性是否存在该值，如果存在则接收，报文顺利进入交换机；否则丢弃报文。这样确保报文的发送和接收都来自同一VLAN，提高安全性和效率。

       端口过滤功能还可以针对源地址和目的地址进行设置，过滤特定的MAC地址，保证线路的专用性。

       通过VLAN ID、端口属性和端口过滤功能，能够实现广播域的有效限制。但是，当多个报文需要进行转发时，会出现拥塞情况。此时，前文提到的PCP优先级就可以派上用场！在《车载以太网交换机入门基本功（4）》中将详细介绍，这也是该系列的最后一篇，敬请期待！

       经纬恒润作为OPEN联盟会员和AUTOSAR联盟的高级合作伙伴，长期为国内外各大OEM和供应商提供涵盖TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技术领域的设计和测试咨询服务，积极研发和探索车载网络前沿技术和工程应用。通过多个项目的实践经验，已建立了高质量、本土化的设计与测试一体化解决方案，为整车网络架构提供可靠支持。