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实现某海外大型车企(T)Cabin Wi-Fi 需求的概述 - 2

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大家好,我是Q,邮箱:1042484520@qq。 今天我们在上一讲的基础上再扩展下 Cabin Wi-Fi 的功能需求,讲讲 vlan 节点和正常的网络节点数据之间是如何转发。 参考: 实现某海外大型车企(T)Cabin Wi-Fi 需求的概述-CSDN博客 话不多说,我们先直接展示网络架构图,具体如下所示: 如上图所以,其实是一个 IVI Carplay 的共享网络,Host machine 和 phone 之间可以进行数据的共享,例如:Carplay等等。 这边文章的主要目的是,讲解上图框架 5G TCU 里面的 vlan(eth0.22) 节点和 WLAN1 节点直接数据桥接的知识。

Question1:eth0.22(vlan)和 WLAN1 在 Bridge22 下进行数据转发,VLAN 的标记是怎样的一个过程?

Bridge22(桥接)模式下,连接 eth0.22(VLAN)和 WLAN1(Wi-Fi接口)的数据转发涉及到 VLAN 标记的处理。由于 eth0.22 是一个 VLAN 接口,而 WLAN1 是一个普通的 Wi-Fi 接口,桥接过程会根据不同接口的 VLAN 设置来决定是否需要添加或去除 VLAN 标记。如下是详细的解释:

1. VLAN 标记的处理过程

(1)VLAN接口 eth0.22

  • eth0.22 是一个带有 VLAN 标记的虚拟以太网接口。它表示在 eth0 网卡上通过 IEEE 802.1Q 标准将数据包标记为 VLAN 22。因此,数据包从 eth0.22 发送时,数据帧会被添加 VLAN 标签(包含 VLAN ID 为 22)。
  • 在数据帧通过 eth0.22 发送时,VLAN 标签会被附加到数据链路层的帧头部,标明数据帧属于 VLAN 22。

(2)普通接口 wlan0

  • wlan0 是一个普通的无线接口,默认情况下,它不会附加 VLAN 标签,除非显式地配置为 VLAN 接口(例如 wlan0.22)。
  • 因此,wlan0 接口上的数据包没有 VLAN 标签,通常会作为普通的以太网帧发送。

2. 数据转发的桥接过程

在桥接模式下,eth0.22 和 wlan0 接口连接到同一个桥接设备(如 br0),并且数据包在它们之间转发时,桥接设备需要考虑以下几个情况:

(1)从 eth0.22 到 wlan0 的数据转发

  • 假设有数据包从 eth0.22 发出,带有 VLAN 22 标签(即这个数据包的帧头有一个 VLAN 标签)。在经过桥接设备(如 br0)时,桥接设备会 保留 VLAN 标签,并将数据帧转发到 wlan0
  • 但是,由于 wlan0 是普通接口,不支持 VLAN 标签(如果没有配置为 VLAN 接口),桥接设备会 去除 VLAN 标签,并将原始的无 VLAN 标记的数据帧发送到 wlan0。
  • 总结:在从 eth0.22 到 wlan0 的转发过程中,VLAN 标签被去除

(2)从 wlan0 到 eth0.22 的数据转发

  • 假设有数据包从 wlan0 发出,wlan0 不带有 VLAN 标签(默认情况下)。当桥接设备接收到这个数据包时,桥接设备会根据其 MAC 地址表 和网络配置来决定是否将数据包转发到 eth0.22 接口。
  • eth0.22 是一个 VLAN 接口,因此,如果桥接设备希望将该数据包转发到 eth0.22,它需要 重新添加 VLAN 标签(VLAN 22),因为 eth0.22 是一个特定 VLAN 的接口。
  • 总结:在从 wlan0 到 eth0.22 的转发过程中,VLAN 标签会被重新添加

3. 具体步骤示例

假设网络中有以下配置:
  • eth0.22 接口是 VLAN 22,带有 VLAN 标签。
  • wlan0 是普通无线接口,没有 VLAN 标签。
  • br0 是桥接设备,包含了 eth0.22 和 wlan0。

(1)数据从 eth0.22 到 wlan0 转发

  • 数据从 eth0.22 接口发出,带有 VLAN 标签(VLAN 22)。
  • 桥接设备(br0)接收该数据帧并识别它是 VLAN 22。
  • br0 将数据帧转发到 wlan0,但因为 wlan0 不支持 VLAN 标签,桥接设备会 去除 VLAN 标签,并将数据帧作为普通数据帧传递到 wlan0。

(2)数据从 wlan0 到 eth0.22 转发

  • 数据从 wlan0 接口发出,没有 VLAN 标签。
  • 桥接设备(br0)接收该数据帧,并基于其 MAC 地址表决定将数据帧转发到 eth0.22。
  • 在转发到 eth0.22 之前,桥接设备会 为该数据帧添加 VLAN 标签(VLAN 22),因为 eth0.22 需要 VLAN 标签来正确处理数据。

4. 总结

  • VLAN 标签添加与去除:在 Bridge 下,VLAN 标记的添加和去除是由桥接设备根据接口的类型(VLAN 接口与普通接口)来决定的。通常,带有 VLAN 接口的节点(如 eth0.22)会保留 VLAN 标签,而普通接口(如 wlan0)上的数据帧会去除 VLAN 标签,或者在转发时重新添加 VLAN 标签。
  • 桥接设备的角色:桥接设备在转发数据时负责正确处理 VLAN 标签的去除和添加,确保数据帧可以根据目标接口的要求进行正确转发。
  • 无线网络与 VLAN:如果您希望无线接口(如 wlan0)也支持 VLAN,通常需要在无线设备上配置 VLAN 子接口(例如 wlan0.22)来使其支持 VLAN。

Question2:vlan 标记是如何添加的?

VLAN(虚拟局域网)标记是添加在 数据链路层(Layer 2)以太网帧 中的。具体来说,VLAN 标记是通过在以太网帧的头部插入一个 VLAN 标签(Tag)来实现的,该标签符合 IEEE 802.1Q 标准。

1. VLAN 标记的结构

VLAN标记(IEEE 802.1Q 标准)被插入到传统以太网帧的以太网头部中。标准的以太网帧结构如下:

+--------------------+----------------------+--------------------+

| 目的MAC地址(6字节) | 源MAC地址(6字节) | 类型字段(2字节) |

+--------------------+----------------------+--------------------+

| 数据负载(46-1500字节) |

+--------------------+----------------------+--------------------+

| FCS(帧检验序列,4字节) |

+--------------------------------------------------------------+

当一个以太网帧被标记为 VLAN 时,VLAN 标签被插入在 类型字段(Type)数据负载 之间。VLAN标签的插入过程如下:

2. VLAN 标签的插入

VLAN 标签是4字节的字段,结构如下:

+--------------------+---------------------+------------------+-----------------+

| 2字节的TPID字段 | 3位优先级 (PCP) | 1位的DEI (Discard Eligible Indicator) | 12位VLAN ID (0-4095) |

+--------------------+---------------------+------------------+-----------------+

  • TPID (Tag Protocol Identifier):通常为 0x8100,它标识这个帧包含 VLAN 标签。
  • 优先级 (Priority Code Point, PCP):3位,用来指示流量的优先级(0-7)。这通常用于QOS(服务质量)策略。
  • DEI (Discard Eligible Indicator):1位,表示帧是否可以丢弃。通常情况下,它设置为0。
  • VLAN ID:12位,用来标识该帧属于哪个VLAN。它的取值范围是 0-4095。

3. 完整的VLAN标记帧结构

因此,当一个 VLAN 标签被插入到以太网帧时,帧的结构变为:

+--------------------+----------------------+-------------------+----------------+--------------------+---------------------+-------------------+

| 目的MAC地址(6字节) | 源MAC地址(6字节) | 类型字段(2字节) | TPID(2字节) | PCP(3位)| DEI(1位) | VLAN ID(12位) | 数据负载(46-1500字节) |

+--------------------+----------------------+-------------------+----------------+--------------------+---------------------+-------------------+

| FCS(帧检验序列,4字节) |

+-----------------------------------------------------------+

4. VLAN 标记的位置

VLAN 标记是在 以太网帧的帧头部分,具体位置在:
  • 源MAC地址和目的MAC地址之间,以及
  • 类型字段后面。

5. VLAN 标记如何影响网络层

VLAN 标记属于 数据链路层(Layer 2),并不直接作用于 IP 层或网络层(Layer 3)。但是,VLAN 标签的存在会影响网络设备如何处理数据包:
  • 交换机:交换机会根据 VLAN 标签来决定数据包应当转发到哪个 VLAN 中。
  • 路由器:路由器会处理 VLAN 标记,在多 VLAN 网络中根据标签进行路由转发。

6. VLAN 标记的作用

  • 隔离网络:通过将不同的设备分配到不同的 VLAN,可以在同一物理网络中实现逻辑隔离,避免广播风暴,并提高安全性。
  • 优先级管理:VLAN 标记中的优先级字段(PCP)允许交换机和路由器根据优先级来调度和处理数据流量,从而优化网络性能。
  • 多租户网络:在大型网络中,VLAN 标签可以用于区分不同的租户或部门。

7. 总结

  • VLAN 标记是添加在 数据链路层,即以太网帧的头部(在MAC地址和数据部分之间),它遵循 IEEE 802.1Q 标准。
  • VLAN 标签通过插入额外的 4字节 数据来标记数据包的 VLAN ID,确保数据包在网络中的正确转发与隔离。
大家好,我是Q,邮箱:1042484520@qq。 今天我们在上一讲的基础上再扩展下 Cabin Wi-Fi 的功能需求,讲讲 vlan 节点和正常的网络节点数据之间是如何转发。 参考: 实现某海外大型车企(T)Cabin Wi-Fi 需求的概述-CSDN博客 话不多说,我们先直接展示网络架构图,具体如下所示: 如上图所以,其实是一个 IVI Carplay 的共享网络,Host machine 和 phone 之间可以进行数据的共享,例如:Carplay等等。 这边文章的主要目的是,讲解上图框架 5G TCU 里面的 vlan(eth0.22) 节点和 WLAN1 节点直接数据桥接的知识。

Question1:eth0.22(vlan)和 WLAN1 在 Bridge22 下进行数据转发,VLAN 的标记是怎样的一个过程?

Bridge22(桥接)模式下,连接 eth0.22(VLAN)和 WLAN1(Wi-Fi接口)的数据转发涉及到 VLAN 标记的处理。由于 eth0.22 是一个 VLAN 接口,而 WLAN1 是一个普通的 Wi-Fi 接口,桥接过程会根据不同接口的 VLAN 设置来决定是否需要添加或去除 VLAN 标记。如下是详细的解释:

1. VLAN 标记的处理过程

(1)VLAN接口 eth0.22

  • eth0.22 是一个带有 VLAN 标记的虚拟以太网接口。它表示在 eth0 网卡上通过 IEEE 802.1Q 标准将数据包标记为 VLAN 22。因此,数据包从 eth0.22 发送时,数据帧会被添加 VLAN 标签(包含 VLAN ID 为 22)。
  • 在数据帧通过 eth0.22 发送时,VLAN 标签会被附加到数据链路层的帧头部,标明数据帧属于 VLAN 22。

(2)普通接口 wlan0

  • wlan0 是一个普通的无线接口,默认情况下,它不会附加 VLAN 标签,除非显式地配置为 VLAN 接口(例如 wlan0.22)。
  • 因此,wlan0 接口上的数据包没有 VLAN 标签,通常会作为普通的以太网帧发送。

2. 数据转发的桥接过程

在桥接模式下,eth0.22 和 wlan0 接口连接到同一个桥接设备(如 br0),并且数据包在它们之间转发时,桥接设备需要考虑以下几个情况:

(1)从 eth0.22 到 wlan0 的数据转发

  • 假设有数据包从 eth0.22 发出,带有 VLAN 22 标签(即这个数据包的帧头有一个 VLAN 标签)。在经过桥接设备(如 br0)时,桥接设备会 保留 VLAN 标签,并将数据帧转发到 wlan0
  • 但是,由于 wlan0 是普通接口,不支持 VLAN 标签(如果没有配置为 VLAN 接口),桥接设备会 去除 VLAN 标签,并将原始的无 VLAN 标记的数据帧发送到 wlan0。
  • 总结:在从 eth0.22 到 wlan0 的转发过程中,VLAN 标签被去除

(2)从 wlan0 到 eth0.22 的数据转发

  • 假设有数据包从 wlan0 发出,wlan0 不带有 VLAN 标签(默认情况下)。当桥接设备接收到这个数据包时,桥接设备会根据其 MAC 地址表 和网络配置来决定是否将数据包转发到 eth0.22 接口。
  • eth0.22 是一个 VLAN 接口,因此,如果桥接设备希望将该数据包转发到 eth0.22,它需要 重新添加 VLAN 标签(VLAN 22),因为 eth0.22 是一个特定 VLAN 的接口。
  • 总结:在从 wlan0 到 eth0.22 的转发过程中,VLAN 标签会被重新添加

3. 具体步骤示例

假设网络中有以下配置:
  • eth0.22 接口是 VLAN 22,带有 VLAN 标签。
  • wlan0 是普通无线接口,没有 VLAN 标签。
  • br0 是桥接设备,包含了 eth0.22 和 wlan0。

(1)数据从 eth0.22 到 wlan0 转发

  • 数据从 eth0.22 接口发出,带有 VLAN 标签(VLAN 22)。
  • 桥接设备(br0)接收该数据帧并识别它是 VLAN 22。
  • br0 将数据帧转发到 wlan0,但因为 wlan0 不支持 VLAN 标签,桥接设备会 去除 VLAN 标签,并将数据帧作为普通数据帧传递到 wlan0。

(2)数据从 wlan0 到 eth0.22 转发

  • 数据从 wlan0 接口发出,没有 VLAN 标签。
  • 桥接设备(br0)接收该数据帧,并基于其 MAC 地址表决定将数据帧转发到 eth0.22。
  • 在转发到 eth0.22 之前,桥接设备会 为该数据帧添加 VLAN 标签(VLAN 22),因为 eth0.22 需要 VLAN 标签来正确处理数据。

4. 总结

  • VLAN 标签添加与去除:在 Bridge 下,VLAN 标记的添加和去除是由桥接设备根据接口的类型(VLAN 接口与普通接口)来决定的。通常,带有 VLAN 接口的节点(如 eth0.22)会保留 VLAN 标签,而普通接口(如 wlan0)上的数据帧会去除 VLAN 标签,或者在转发时重新添加 VLAN 标签。
  • 桥接设备的角色:桥接设备在转发数据时负责正确处理 VLAN 标签的去除和添加,确保数据帧可以根据目标接口的要求进行正确转发。
  • 无线网络与 VLAN:如果您希望无线接口(如 wlan0)也支持 VLAN,通常需要在无线设备上配置 VLAN 子接口(例如 wlan0.22)来使其支持 VLAN。

Question2:vlan 标记是如何添加的?

VLAN(虚拟局域网)标记是添加在 数据链路层(Layer 2)以太网帧 中的。具体来说,VLAN 标记是通过在以太网帧的头部插入一个 VLAN 标签(Tag)来实现的,该标签符合 IEEE 802.1Q 标准。

1. VLAN 标记的结构

VLAN标记(IEEE 802.1Q 标准)被插入到传统以太网帧的以太网头部中。标准的以太网帧结构如下:

+--------------------+----------------------+--------------------+

| 目的MAC地址(6字节) | 源MAC地址(6字节) | 类型字段(2字节) |

+--------------------+----------------------+--------------------+

| 数据负载(46-1500字节) |

+--------------------+----------------------+--------------------+

| FCS(帧检验序列,4字节) |

+--------------------------------------------------------------+

当一个以太网帧被标记为 VLAN 时,VLAN 标签被插入在 类型字段(Type)数据负载 之间。VLAN标签的插入过程如下:

2. VLAN 标签的插入

VLAN 标签是4字节的字段,结构如下:

+--------------------+---------------------+------------------+-----------------+

| 2字节的TPID字段 | 3位优先级 (PCP) | 1位的DEI (Discard Eligible Indicator) | 12位VLAN ID (0-4095) |

+--------------------+---------------------+------------------+-----------------+

  • TPID (Tag Protocol Identifier):通常为 0x8100,它标识这个帧包含 VLAN 标签。
  • 优先级 (Priority Code Point, PCP):3位,用来指示流量的优先级(0-7)。这通常用于QOS(服务质量)策略。
  • DEI (Discard Eligible Indicator):1位,表示帧是否可以丢弃。通常情况下,它设置为0。
  • VLAN ID:12位,用来标识该帧属于哪个VLAN。它的取值范围是 0-4095。

3. 完整的VLAN标记帧结构

因此,当一个 VLAN 标签被插入到以太网帧时,帧的结构变为:

+--------------------+----------------------+-------------------+----------------+--------------------+---------------------+-------------------+

| 目的MAC地址(6字节) | 源MAC地址(6字节) | 类型字段(2字节) | TPID(2字节) | PCP(3位)| DEI(1位) | VLAN ID(12位) | 数据负载(46-1500字节) |

+--------------------+----------------------+-------------------+----------------+--------------------+---------------------+-------------------+

| FCS(帧检验序列,4字节) |

+-----------------------------------------------------------+

4. VLAN 标记的位置

VLAN 标记是在 以太网帧的帧头部分,具体位置在:
  • 源MAC地址和目的MAC地址之间,以及
  • 类型字段后面。

5. VLAN 标记如何影响网络层

VLAN 标记属于 数据链路层(Layer 2),并不直接作用于 IP 层或网络层(Layer 3)。但是,VLAN 标签的存在会影响网络设备如何处理数据包:
  • 交换机:交换机会根据 VLAN 标签来决定数据包应当转发到哪个 VLAN 中。
  • 路由器:路由器会处理 VLAN 标记,在多 VLAN 网络中根据标签进行路由转发。

6. VLAN 标记的作用

  • 隔离网络:通过将不同的设备分配到不同的 VLAN,可以在同一物理网络中实现逻辑隔离,避免广播风暴,并提高安全性。
  • 优先级管理:VLAN 标记中的优先级字段(PCP)允许交换机和路由器根据优先级来调度和处理数据流量,从而优化网络性能。
  • 多租户网络:在大型网络中,VLAN 标签可以用于区分不同的租户或部门。

7. 总结

  • VLAN 标记是添加在 数据链路层,即以太网帧的头部(在MAC地址和数据部分之间),它遵循 IEEE 802.1Q 标准。
  • VLAN 标签通过插入额外的 4字节 数据来标记数据包的 VLAN ID,确保数据包在网络中的正确转发与隔离。
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