以太网基础：为什么要为节点分配VLAN呢？
以太网的开发中，有时需要为节点分配vlan（virtual local area network，虚拟局域网）。但是，为什么要为节点分配vlan呢？本文针对这个话题展开讨论。除此之外，文末给出lwip（light weight ip）+tc3xx vlan实现的源码及注意事项。
划分vlan场景
事物的出现，总有其合理性（即：存在即合理），所以，vlan也有其出现的原因。先看这样一个工程场景：某个控制器（eg：ecu1）启动时，向交换机（switch）发送arp broadcast，以便于获取目标节点mac（media access control）地址。由于是广播帧，交换机收到该帧后，转发给所有port（不包括接收port），也就是我们常说的泛洪（flooding），如下所示：
如果网络范围进一步扩大，即：多个switch连接时，该帧arp传播的范围会进一步扩大，如下所示：
节点发送arp的目的是为了获取目标节点的mac地址，以便于通信。但是，这样的动作却要把信息传遍整个网络，如此，将增加网络负担。如上，只是讨论arp广播的例子，实际工程中，类似场景还有很多：some/ip中的服务发现、未知单播帧的转发等。
所以，面对这些工程场景，应该如何降低网络带宽负载呢？答：可以通过vlan技术，分割广播域，将信息的传播限定到一定范围。
vlan划分原理
（一）vlan格式
相比没有vlan的以太网帧，包含vlan的以太网帧多4 byte（vlan tag），具体位置如下所示：
vlan tag包含tpid（tag protocol identifier，标签协议标识符）和tci（tag control information，数据帧控制信息）两个部分，如下所示：
各参数解释如下：
tpid：表示数据帧类型，0x8100 表示 ieee 802.1q 帧（c-vlan），0x88a8表示s-vlan；
pcp：priority code point（3 bits），表示数据帧优先级，数值越大，优先级越高；
dei：drop eligible indicator（1 bit），丢弃资格标识符，表示 mac 地址封装是否符合规范格式；
cfi：canonical format indicator（1 bit），标准格式标识符；
vid：vlan identifier（12 bits），表示帧所属的vlan。取值范围： 0~4095。
（二）vlan分割广播域原理
根据项目的实际情况，可以划分不同ecu组，之后，为每组ecu分配一个vid。比如：ecu1、ecu2划分到vid = 0x0a组，ecu2、ecu3划分到vid = 0x0b组，如下所示：
当某个节点（eg：ecu1）发送arp broadcast报文时，该广播帧只能在相同vid（eg：vid=0x0a）的域内传播，非相关的vid组则不受影响，如下所示：
如此，即限定了消息传播的范围，同时，也降低了总线带宽的消耗。
vlan分组方式有多种：基于端口（port）划分、基于协议（protocol）划分、基于mac地址划分、基于ip地址划分等。
lwip+tc3xx的vlan实现细节
开源的lwip虽然是不错的ethernet学习资料，但是，这并不意味着使用lwip会一帆风顺。利用lwip实现vlan过程中，需要注意以下几点：
（一）netif.c修改
在netif.c的ifx_netif_input()接口中，需要添加ethtype_vlan，即：接收含有vlan的以太网帧，修改如下所示：
err_t ifx_netif_input(netif_t *netif){ ...... switch (htons(ethhdr->type)) { /* ip or arp packet? */ case ethtype_ip: case ethtype_arp: case ethtype_vlan: ......
（二）发送vlan设置
ifxgeth_eth.c中，本文在接口ifxgeth_eth_configuremaccore()中添加如下代码，设置vid=0x0a，如下所示：
void ifxgeth_eth_configuremaccore(ifxgeth_eth *geth, ifxgeth_eth_macconfig *macconfig){ ... /* set send vlan */ ifxgeth_mac_writequeuevlantag(geth->gethsfr, ifxgeth_mtlqueue_0, 0x0a); ...}
ifxgeth_eth_configuremaccore()接口的具体实现如下所示：
boolean ifxgeth_mac_writequeuevlantag(ifx_geth *gethsfr, ifxgeth_mtlqueue queueid, uint16 vlantag){ ifx_geth_mac_vlan_incl vlan_incl; if (gethsfr->mac_vlan_incl.b.busy) { return false; } /* vlan tag control in transmit packets */ vlan_incl.b.vlc = 2; vlan_incl.b.rdwr = 1; vlan_incl.b.csvl = 0; vlan_incl.b.vlt = vlantag; vlan_incl.b.addr = queueid; gethsfr->mac_vlan_incl.u = vlan_incl.u; // wait until operation is finished while (gethsfr->mac_vlan_incl.b.busy) {} return true;}
（三）含vlan通信数据流
包含vlan（vid = 0x0a）的通信数据流如下所示：
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如果网络范围进一步扩大，即：多个switch连接时，该帧arp传播的范围会进一步扩大，如下所示：
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所以，面对这些工程场景，应该如何降低网络带宽负载呢？答：可以通过vlan技术，分割广播域，将信息的传播限定到一定范围。
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（一）vlan格式
相比没有vlan的以太网帧，包含vlan的以太网帧多4 byte（vlan tag），具体位置如下所示：
vlan tag包含tpid（tag protocol identifier，标签协议标识符）和tci（tag control information，数据帧控制信息）两个部分，如下所示：
各参数解释如下：
tpid：表示数据帧类型，0x8100 表示 ieee 802.1q 帧（c-vlan），0x88a8表示s-vlan；
pcp：priority code point（3 bits），表示数据帧优先级，数值越大，优先级越高；
dei：drop eligible indicator（1 bit），丢弃资格标识符，表示 mac 地址封装是否符合规范格式；
cfi：canonical format indicator（1 bit），标准格式标识符；
vid：vlan identifier（12 bits），表示帧所属的vlan。取值范围： 0~4095。
（二）vlan分割广播域原理
根据项目的实际情况，可以划分不同ecu组，之后，为每组ecu分配一个vid。比如：ecu1、ecu2划分到vid = 0x0a组，ecu2、ecu3划分到vid = 0x0b组，如下所示：
当某个节点（eg：ecu1）发送arp broadcast报文时，该广播帧只能在相同vid（eg：vid=0x0a）的域内传播，非相关的vid组则不受影响，如下所示：
如此，即限定了消息传播的范围，同时，也降低了总线带宽的消耗。
vlan分组方式有多种：基于端口（port）划分、基于协议（protocol）划分、基于mac地址划分、基于ip地址划分等。
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开源的lwip虽然是不错的ethernet学习资料，但是，这并不意味着使用lwip会一帆风顺。利用lwip实现vlan过程中，需要注意以下几点：
（一）netif.c修改
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err_t ifx_netif_input(netif_t *netif){ ...... switch (htons(ethhdr->type)) { /* ip or arp packet? */ case ethtype_ip: case ethtype_arp: case ethtype_vlan: ......
（二）发送vlan设置
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void ifxgeth_eth_configuremaccore(ifxgeth_eth *geth, ifxgeth_eth_macconfig *macconfig){ ... /* set send vlan */ ifxgeth_mac_writequeuevlantag(geth->gethsfr, ifxgeth_mtlqueue_0, 0x0a); ...}
ifxgeth_eth_configuremaccore()接口的具体实现如下所示：
boolean ifxgeth_mac_writequeuevlantag(ifx_geth *gethsfr, ifxgeth_mtlqueue queueid, uint16 vlantag){ ifx_geth_mac_vlan_incl vlan_incl; if (gethsfr->mac_vlan_incl.b.busy) { return false; } /* vlan tag control in transmit packets */ vlan_incl.b.vlc = 2; vlan_incl.b.rdwr = 1; vlan_incl.b.csvl = 0; vlan_incl.b.vlt = vlantag; vlan_incl.b.addr = queueid; gethsfr->mac_vlan_incl.u = vlan_incl.u; // wait until operation is finished while (gethsfr->mac_vlan_incl.b.busy) {} return true;}
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