VLAN — Virtual Local Area Network. Введение

Реализация VLAN в устройствах CISCO

В устройствах Cisco , протокол VTP (VLAN Trunking Protocol) предусматривает VLAN-домены для упрощения администрирования. VTP также выполняет «чистку» трафика, направляя VLAN трафик только на те коммутаторы, которые имеют целевые VLAN-порты (функция VTP pruning). Коммутаторы Cisco в основном используют протокол 802.1Q Trunk вместо устаревшего проприетарного ISL (Inter-Switch Link) для обеспечения совместимости информации.

По умолчанию на каждом порту коммутатора имеется сеть VLAN1 или VLAN управления. Сеть управления не может быть удалена, однако могут быть созданы дополнительные сети VLAN и этим альтернативным VLAN могут быть дополнительно назначены порты.

Native VLAN - это параметр каждого порта, который определяет номер VLAN, который получают все непомеченные (untagged) пакеты.

Обозначение членства в VLAN

Для этого существуют следующие решения:

по порту (Port-based, 802.1Q): порту коммутатора вручную назначается одна VLAN. В случае, если одному порту должны соответствовать несколько VLAN (например, если соединение VLAN проходит через несколько свитчей), то этот порт должен быть членом транка . Только одна VLAN может получать все пакеты, не отнесённые ни к одной VLAN (в терминологии 3Com , Planet, D-Link , Zyxel , HP - untagged , в терминологии Cisco - native VLAN ). Свитч будет добавлять метки данной VLAN ко всем принятым кадрам не имеющим никаких меток. VLAN, построенные на базе портов, имеют некоторые ограничения.
по MAC-адресу (MAC-based): членство в VLANe основывается на MAC-адресе рабочей станции . В таком случае свитч имеет таблицу MAC-адресов всех устройств вместе с VLANами, к которым они принадлежат.
по протоколу (Protocol-based): данные 3-4 уровня в заголовке пакета используются чтобы определить членство в VLANe. Например, -машины могут быть переведены в первую VLAN, а AppleTalk -машины во вторую. Основной недостаток этого метода в том, что он нарушает независимость уровней, поэтому, например, переход с IPv4 на IPv6 приведет к нарушению работоспособности сети.
методом аутентификации (Authentication based): устройства могут быть автоматически перемещены в VLAN основываясь на данных аутентификации пользователя или устройства при использовании протокола 802.1x .

Преимущества

Облегчается перемещение, добавление устройств и изменение их соединений друг с другом.
Достигается большая степень административного контроля вследствие наличия устройства, осуществляющего между сетями VLAN маршрутизацию на 3-м уровне.
Уменьшается потребление полосы пропускания по сравнению с ситуацией одного широковещательного домена.
Сокращается непроизводственное использование CPU за счет сокращения пересылки широковещательных сообщений.
Предотвращение широковещательных штормов и предотвращение петель.

См. также

Источники

Эндрю Таненбаум , 2003, «Computer Networks», Pearson Education International, New Jersey.

Ссылки

IEEE’s 802.1Q standard 1998 version (2003 version)(2005 version)
OpenWRT guide to VLANs : Provides a good beginners guide to all VLANS
Some FAQ about the VLANs
VLAN на Xgu.ru - подробная информация о настройке и использовании VLAN в активном сетевом оборудовании Cisco и HP ProCurve и в операционных системах Linux и FreeBSD
Виртуальные Локальные Сети: VLAN на примере Cisco Catalyst
Возможности современных коммутаторов по организации виртуальных сетей

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "VLAN" в других словарях:

vlan - vlan … Dictionnaire des rimes

- (от англ. Virtual Local Area Network) виртуальная локальная вычислительная сеть, известная так же как VLAN, представляет собой группу хостов с общим набором требований, которые взаимодействуют так, как если бы они были подключены к… … Википедия

vlan - [ vlɑ̃ ] interj. 1803; onomat. ♦ Onomatopée imitant un bruit fort et sec. « Patatras ! vlan ! pif ! paf ! boum ! » (A. Daudet). Fig. (parole brutale) Et vlan ! dans les gencives (cf. Et toc). ⇒VLAN, onomat. et subst. masc. I. Onomat.

Таким образом, при наличии определенных знананий об особенностях оборудования и навыков ИТ-аутсорсинга , можно удовлетворить потребности клиента даже на таком бюджетном оборудовании как коммутатор D-Link DGS1100-24 .

Все, люди, Мир Вам!

Сегодня я начну небольшую серию статей о VLAN. Начнем с того что это, для чего нужно, как настроить и дальше будем углубляться и постепенно изучим если не все то большую часть всех возможностей, которые нам предоставляют VLAN.

Итак, помните, мы с вами говорили о таком понятии как ? Думаю помните. Так же мы с вами говорили о том, что адреса бывают нескольких видов: .

Исходя из этого сделаем еще одно вводное понятие. Широковещательный домен. Что он из себя представляет?

Если посылается фрейм/пакет, широковещательный (если это фрейм то поле Destination Address все биты равны единицы, или в 16-ом виде MAC адрес будет равен: FF FF FF FF FF FF), то этот фрейм будет переправлен во все порты коммутатора, исключая того, с которого был получен данный фрейм. Это произойдет в случае, когда например коммутатор у нас не управляемый, или если управляемый, но все находятся в одном VLAN (об этом позже).
Вот такой список устройств, который получает эти широковещательные фреймы и называются — широковещательным доменом.

Теперь определимся, а что же такое VLAN ?

VLAN — Virtual Local Area Network, т.е. некая виртуальная сеть. Для чего же она нужна?

VLAN позволяет разделить нам широковещательные домены в одном коммутаторе. Т.е. если у нас есть один коммутатор, мы одни порты отнесем к одному VLAN, другой к другому. И это у нас будут два разный broadcast domen. Конечно же этим не ограничиваются возможности. О них я буду рассказывать дальше, все постепенно.

Если кратко сказать, то VLAN позволяет администратору более гибко создавать сеть, разбивая ее, на некоторые подсети (например сеть бухгалтеров, сеть менеджеров, и так далее), иными словами VLAN помогает объеденить устройства с каким-то общим набором требований в единую группу, и отделить ее от других таких же обособленных групп.

Сразу оговорюсь, что VLAN работают на уровне OSI Layer 2.
Вспомним, когда рассматривали кадр , то никакого поля для VLAN там не было. Как же тогда определить, к какому VLAN относится тот или иной фрейм?

Существует несколько стандартов.

1. IEEE 802.1Q — этот стандарт является открытым. Этот стандарт помечает тот или иной фрейм, который «привязан» к какому-то VLAN тэгированием.
Тэгирование это функция коммутатора (или любого другого устройства, которое «понимает» VLAN), которая вставляет в фрейм ethernet некий тэг, состоящий из 4 байт. Процедура тэгирования не меняет данные заголовка, таким образом, оборудование, которое не поддерживает технологию VLAN, может без проблем передавать такой фрейм дальше по сети, сохраняя тэг.

Вот так будет выглядеть фрейм, после вставки тэга VLAN.

Исходя их рисунка, видим, что VLAN tag состоит из 4 полей, опишим их:

— 2 байта Tag Protocol Identifier (TPID) — это идентификатор протокола, в нашем случае это 802.1Q, в 16-ом виде это поле будет выглядеть как: 0x8100.

— Priority — поле для задания приоритета по стандарту 802.1p (о нем в следующих статьях). Размер этого поля составляет 3 бита (8 значений 0-7).

— Canonical Format Indicator (CFI). Индикатор канонического формата, размер этого поля составляет 1 бит. Это поле указывает на формат mac адреса (1 — кононический, 0 не канонический.)

— VLAN ID, собственно это то, ради чего мы сегодня собрались 🙂 Идентификатор VLAN. Размер поля 12 бит, может принимать значение от 0 до 4095.

При использовании VLAN (тэгирования) по стандарту 802.1Q вносятся изменения в фрейм, следовательно необходимо пересчитать FCS значение, что собственно и делается коммутатором.

В стандарте 802.1Q есть такое понятие как Native VLAN, по умолчанию Native VLAN ID равен единицы (можно менять), Native VLAN характеризуется тем, что этот VLAN не тэгируется.

2. Inter-switch-link (ISL). Протокол, разработанный компанией Cisco и может использоваться только на своем оборудовании.
Этот протокол был разработан еще до принятия 802.1Q.
В настоящее время ISL уже не поддерживается на новом оборудовании, но тем не менее, вы можете столкнуться с работой этого протокола, поэтому нам необходимо с ним ознакомиться.

В отличии от 802.1Q, где осуществлялось простое тэгирование кадра (вставка 4 байт внутрь фрейма), здесь используется технология инкапсуляции, тоесть добавляется некий заголовок, в котором содержится информация о VLAN. VLAN ISL, в отличии от 802.1Q поддерживает до 1000 VLAN.

Рассмотрим фрейм в графическом виде, как же выглядит эта инкапсуляция.

Здесь мы можем сразу увидеть первый и пожалуй самый основной недостаток ISL — это увеличение кадра на 30 байт (26 байт заголовок и 4 байта FCS).

Рассмотрим ISL Header более подробно, посмотрим, что же там хранится в стольки то байтах!

Destination Address (DA) — адрес получателя, здесь указывается специальный мультикаст адрес, который и говорит о том, что используется кадр инкапсулирован с помощью ISL. Мультикаст адрес может быть 0x01-00-0C-00-00 или 0x03-00-0c-00-00.
Type — длина поля 4 бита, указывает протокол, который инкапсулирован в фрейм. Может принимать несколько значений:

0000 — Ethernet
0001 — Token-Ring
0010 — FDDI
0011 — ATM

В нашем случае так как мы рассматриваем Ethernet , то это значение будет равен всем 0.

USER — некий такой «урезанный» аналог поля Priority в 802.1Q, служит для задания приоритета кадру. Хоть и поле занимает 4 бита, может принимать 4 значения (в 802.1Q — 8).
Source Address (SA) — адрес источника, на это место подставляется значение MAC адреса порта, с которого был отправлен данный инкапсулированный фрейм.
LEN — длина фрейма. Здесь не учитываются такие поля как: DA,TYPE,USER,SA,LEN,FCS. Таким образом получается что это значение равно инкапсулированному кадру — 18 байт.
AAAA03 (SNAP) — SNAP и LLC (данное поле содержит значение AAAA03).
HSA — High Bits of Source Address — 3 старшие байта MAC адреса (помним что в этих байтах содержится код производителя), для Cisco это 00-00-0C
VLAN — наконец-то добрались до самого главного поля. Здесь собственно указывается идентификатор VLAN. Поле имеет размер в 15 бит.
BPDU — Bridge Protocol Data Unit и Cisco Discovery Protocol. Поле для протоколов BPDU и CDP. Что это и для чего, мы познакомимся в следующих статьях.
INDX — Index, указывается индекс порта отправителя, используется в диагностических целях.
RES — Reserved for Token Ring and FDDI. Резервное поле для Token Ring и FDDI. Поле имеет 16 битный размер. Если используется протокол ethernet то в это поле помещаются все нули.
Encapsulated Frame — это обычный фрейм который был инкапсулирован. В данном фрейме есть сови собственные поля, такие как DA,SA, LEN, FCS и так далее.
FCS — собственный ISL FCS (так как кадр полностью меняется, нужна новая проверка фрейма, последние 4 байта для этого и предназначены).

Можно сделать некоторые выводы, в пользую 802.1Q.

Тэгирование добавляет к кадру всего 4 байта, в отличие от ISL (30 байт).
802.1Q поддерживается на любом оборудовании, которое поддерживает VLAN, тогда как ISL работает только на устройствах Cisco, и далеко не всех.

В этой статье мы кратко ознакомились с понятием VLAN. Дальше будем разбираться в деталях.

VLAN (от англ. Virtual Local Area Network) – логическая («виртуальная») локальная компьютерная сеть, имеющая те же свойства, что и физическая локальная сеть.

Проще говоря, VLAN – это логический канал внутри физического.

Данная технология позволяет выполнять две противоположные задачи :

1) группировать устройства на канальном уровне (т.е. устройства, находящиеся в одном VLAN’е), хотя физически при этом они могут быть подключены к разным сетевым коммутаторам (расположенным, к примеру, географически отдаленно);

2) разграничивать устройства (находящиеся в разных VLAN’ах), подключенные к одному коммутатору.

Иначе говоря, VLAN ‘ы позволяют создавать отдельные широковещательные домены. Сеть любого крупного предприятия, а уж тем более провайдера, не может функционировать без применения VLAN’ов.

Применение данной технологии дает нам следующие преимущества:

группировка устройств (к примеру, серверов) по функционалу;
уменьшение количества широковещательного трафика в сети, т.к. каждый VLAN - это отдельный широковещательный домен;
увеличение безопасности и управляемости сети (как следствие первых двух преимуществ).

Приведу простой пример : допустим, есть хосты, включенные в коммутатор, который, в свою очередь, подсоединен к маршрутизатору (рис. 1). Предположим, у нас есть две локальные сети, соединенные одним коммутатором и выходящие в интернет через один роутер. Если не разграничить сети по VLAN’ам, то, во-первых, сетевой шторм в одной сети будет оказывать влияние на вторую сеть, во-вторых, с каждой сети можно будет «вылавливать» трафик другой сети. Теперь же, разбив сеть на VLAN’ы, мы фактически получили две отдельные сети, связанные между собой роутером, то есть L3 (сетевым уровнем). Весь трафик проходит из одной сети в другую через роутер, а доступ теперь работает только на уровне L3, что значительно облегчает работу администратора.

Тегирование

Тегирование – процесс добавления метки VLAN’a (он же тег) к фреймам трафика.

Как правило, конечные хосты не тегируют трафик (например, компьютеры пользователей). Этим занимаются коммутаторы, стоящие в сети. Более того, конечные хосты и не подозревают о том, что они находятся в таком-то VLAN’е. Строго говоря, трафик в разных VLAN’ах чем-то особенным не отличается.

Если через порт коммутатора может прийти трафик разных VLAN’ов, то коммутатор должен его как-то различать. Для этого каждый кадр должен быть помечен какой-либо меткой.

Наибольшее распространение получила технология, описанная в спецификации IEEE 802.1Q. Также существую и другие проприетарные протоколы (спецификации).

802.1q

802.1q – это открытый стандарт, описывающий процедуру тегирования трафика.

Для этого в тело фрейма помещается тег (рис.2), содержащий информацию о принадлежности к VLAN’у. Т.к. тег помещается в тело, а не в заголовок фрейма, то устройства, не поддерживающие VLAN’ы, пропускают трафик прозрачно, то есть без учета его привязки к VLAN’у.

Размер метки (тега) всего 4 байта. Состоит из 4-х полей (рис.3):

Tag Protocol Identifier (TPID, идентификатор протокола тегирования). Размер поля - 16 бит. Указывает на то, какой протокол используется для тегирования. Для 802.1Q используется значение 0x8100.
Priority (приоритет). Размер поля - 3 бита. Используется стандартом IEEE 802.1p для задания приоритета передаваемого трафика.
Canonical Format Indicator (CFI, индикатор канонического формата). Размер поля - 1 бит. Указывает на формат MAC-адреса. 0 - канонический, 1 - не канонический. CFI используется для совместимости между сетями Ethernet и Token Ring.
VLAN Identifier (VID, идентификатор VLAN). Размер поля - 12 бит. Указывает на то, какому VLAN принадлежит фрейм. Диапазон возможных значений - от 0 до 4095.

Если трафик теггируется, или наоборот — метка убирается, то контрольная сумма фрейма пересчитывается(CRC).

Native VLAN(нативный VLAN)

Стандарт 802.1q также предусматривает обозначение VLAN’ом трафика, идущего без тега, т.е. не тегированного. Этот VLAN называется нативный VLAN, по умолчанию это VLAN 1. Это позволяет считать тегированным трафик, который в реальности тегированным не является.

802.1ad

802.1ad -это открытый стандарт (аналогично 802.1q), описывающий двойной тег (рис.4). Также известен как Q-in-Q , или Stacked VLANs . Основное отличие от предыдущего стандарта - это наличие двух VLAN’ов - внешнего и внутреннего, что позволяет разбивать сеть не на 4095 VLAN’ов, а на 4095х4095.

Так же наличие двух меток позволяет организовывать более гибкие и сложные сети оператора. Так же, бывают случаи, когда оператору нужно организовать L2 соединение для двух разных клиентов в двух разных городах, но трафик клиенты посылают трафик с одним и тем же тегом(рис.5).

Клиент-1 и клиент-2 имеют филиалы в городе А и Б, где имеется сеть одного провайдера. Обоим клиентам необходимо связать свои филиалы в двух разных городах. Кроме того, для своих нужд каждый клиент тегирует трафик 1051 VLAN’ом. Соответственно, если провайдер будет пропускать трафик обоих клиентов через себя в одном единственном VLAN’е, авария у одного клиента может отразиться на втором клиенте. Более того, трафик одного клиента сможет перехватить другой клиент. Для того, чтобы изолировать трафик клиентов, оператору проще всего использовать Q-in-Q. Добавив дополнительный тег к каждому отдельному клиенту (например, 3083 к клиенту-1 и 3082 к клиенту-2), оператор изолирует клиентов друг от друга, и клиентам не придется менять тег.

Состояние портов

Порты коммутатора, в зависимости от выполняемой операции с VLAN’ами, делятся на два вида:

тегированный (он же транковый порт , trunk , в терминалогии cisco) - порт, который пропускает трафик только с определенным тегом;
нетегированный (он же аксесный , access , в терминалогии cisco) - входя в данный порт, нетегированный трафик «обертывается» в тег.

По назначению порта в определённый VLAN существует два подхода:

Статическое назначение - когда принадлежность порта VLAN’у задаётся администратором;
Динамическое назначение - когда принадлежность порта VLAN’у определяется в ходе работы коммутатора с помощью процедур, описанных в специальных стандартах, таких, например, как 802.1X.

Таблица коммутации

Таблица коммутации при использовании VLAN’ов выглядит следующим образом (ниже приведена таблица коммутации коммутатора, не поддерживающего работу во VLAN’ах):

Порт	MAC-адрес
1	A
2	B
3	C

Если же коммутатор поддерживает VLAN’ы, то таблица коммутации будет выглядеть следующим образом:

Порт	VLAN	MAC-адрес
1	345	A
2	879	B
3	default	C

где default — native vlan.

Протоколы, работаю с VLAN

GVRP (его аналог у cisco — VTP) — протокол, работающий на канальном уровне, работа которого сводиться к обмену информации об имеющихся VLAN’ах.

MSTP (PVSTP, PVSTP++ у cisco) — протокол, модификация протокола STP, позволяющее строить «дерево» с учетом различных VLAN’ов.

LLDP (CDP, у cisco) — протокол, служащий для обмена описательной информацией о сети, в целом, кроме информации о VLAN’ах также распространяет информацию и о других настройках.