На данный момент многие современные организации и предприятия практически не используют такую весьма полезную, а часто и необходимую, возможность, как организация виртуальной (VLAN) в рамках цельной инфраструктуры, которая предоставляется большинством современных коммутаторов. Связано это со многими факторами, поэтому стоит рассмотреть данную технологию с позиции возможности ее использования в таких целях.
Общее описание
Для начала стоит определиться с тем, что такое VLANs. Под этим подразумевается группа компьютеров, подключенных к сети, которые логически объединены в домен рассылки сообщений широкого вещания по определенному признаку. К примеру, группы могут быть выделены в зависимости от структуры предприятия либо по видам работы над проектом или задачей совместно. Сети VLAN дают несколько преимуществ. Для начала речь идет о значительно более эффективном использовании пропускной способности (в сравнении с традиционными локальными сетями), повышенной степени защиты информации, которая передается, а также упрощенной схеме администрирования.
Так как при использовании VLAN происходит разбитие всей сети на широковещательные домены, информация внутри такой структуры передается только между ее членами, а не всем компьютерам в физической сети. Получается, что широковещательный трафик, который генерируется серверами, ограничен предопределенным доменом, то есть не транслируется всем станциям в этой сети. Так удается достичь оптимального распределения пропускной способности сети между выделенными группами компьютеров: серверы и рабочие станции из разных VLAN просто не видят друг друга.
Как протекают все процессы?
В такой сети информация довольно хорошо защищена от ведь обмен данными осуществляется внутри одной конкретной группы компьютеров, то есть они не могут получить трафик, генерируемой в какой-то другой аналогичной структуре.
Если говорить о том, что такое VLANs, то тут уместно отметить такое достоинство этого способа организации, как упрощенное сетевое затрагивает такие задачи, как добавление новых элементов к сети, их перемещение, а также удаление. К примеру, если какой-то пользователь VLAN переезжает в другое помещение, сетевому администратору не потребуется перекоммутировать кабели. Он должен просто произвести настройку сетевого оборудования со своего рабочего места. В некоторых реализациях таких сетей контроль перемещения членов группы может производиться в автоматическом режиме, даже не нуждаясь во вмешательстве администратора. Ему только необходимо знать о том, как настроить VLAN, чтобы производить все необходимые операции. Он может создавать новые логические группы пользователей, даже не вставая с места. Это все очень сильно экономит рабочее время, которое может пригодиться для решения задач не меньшей важности.
Способы организации VLAN
Существует три различных варианта: на базе портов, протоколов третьего уровня или MAC-адресов. Каждый способ соответствует одному из трех нижних уровней модели OSI: физическому, сетевому и канальному соответственно. Если говорить о том, что такое VLANs, то стоит отметить и наличие четвертого способа организации - на базе правил. Сейчас он используется крайне редко, хотя с его помощью обеспечивается большая гибкость. Можно рассмотреть более подробно каждый из перечисленных способов, чтобы понять, какими особенностями они обладают.
VLAN на базе портов
Здесь предполагается логическое объединение определенных физических портов коммутатора, выбранных для взаимодействия. К примеру, может определить, что определенные порты, к примеру, 1, 2, и 5 формируют VLAN1, а номера 3, 4 и 6 используются для VLAN2 и так далее. Один порт коммутатора вполне может использоваться для подключения нескольких компьютеров, для чего применяют, к примеру, хаб. Все они будут определены в качестве участников одной виртуальной сети, к которой прописан обслуживающий порт коммутатора. Подобная жесткая привязка членства виртуальной сети является основным недостатком подобной схемы организации.
VLAN на базе МАС-адресов
В основу этого способа заложено использование уникальных шестнадцатеричных адресов канального уровня, имеющихся у каждого сервера либо рабочей станции сети. Если говорить о том, что такое VLANs, то стоит отметить, что этот способ принято считать более гибким в сравнении с предыдущим, так как к одному порту коммутатора вполне допускается подключение компьютеров, принадлежащих к разным виртуальным сетям. Помимо этого, он автоматически отслеживает перемещение компьютеров с одного порта на другой, что позволяет сохранить принадлежность клиента к конкретной сети без вмешательства администратора.
Принцип работы тут весьма прост: коммутатором поддерживается таблица соответствия MAC-адресов рабочих станций виртуальным сетям. Как только происходит переключение компьютера на какой-то другой порт, происходит сравнение поля MAC-адреса с данными таблицы, после чего делается правильный вывод о принадлежности компьютера к определенной сети. В качестве недостатки подобного способа называется сложность конфигурирования VLAN, которая может изначально стать причиной появления ошибок. При том, что коммутатор самостоятельно строит таблицы адресов, сетевой администратор должен просмотреть ее всю, чтобы определить, какие адреса каким виртуальным группам соответствуют, после чего он прописывает его к соответствующим VLANs. И именно тут есть место ошибкам, что иногда случается в Cisco VLAN, настройка которых довольно проста, но последующее перераспределение будет сложнее, чем в случае с использованием портов.
VLAN на базе протоколов третьего уровня
Этот метод довольно редко используется в коммутаторах на уровне рабочей группы или отдела. Он характерен для магистральных, оснащенных встроенными средствами маршрутизации основных протоколов локальных сетей - IP, IPX и AppleTalk. Этот способ предполагает, что группа портов коммутатора, которые принадлежат к определенной VLAN, будут ассоциироваться с какой-то подсетью IP или IPX. В данном случае гибкость обеспечивается тем, что перемещение пользователя на другой порт, который принадлежит той же виртуальной сети, отслеживается коммутатором и не нуждается в переконфигурации. Маршрутизация VLAN в данном случае довольно проста, ведь коммутатор в данном случае анализирует сетевые адреса компьютеров, которые определены для каждой из сетей. Данный способ поддерживает и взаимодействие между различными VLAN без применения дополнительных средств. Есть и один недостаток у данного способа - высокая стоимость коммутаторов, в которых он реализован. VLAN Ростелеком поддерживают работу на этом уровне.
Выводы
Как вам уже стало понятно, виртуальные сети представляют собой довольно мощное средство способное решить проблемы, связанные с безопасностью передачи данных, администрированием, разграничением доступа и увеличением эффективности использования
Понятие частных виртуальных сетей, сокращенно обозначаемых как VPN (от английского появилось в компьютерных технологиях относительно недавно. Создание подключения такого типа позволило объединять компьютерные терминалы и мобильные устройства в виртуальные сети без привычных проводов, причем вне зависимости от места дислокации конкретного терминала. Сейчас рассмотрим вопрос о том, как работает VPN-соединение, а заодно приведем некоторые рекомендации по настройке таких сетей и сопутствующих клиентских программ.
Что такое VPN?
Как уже понятно, VPN представляет собой виртуальную частную сеть с несколькими подключенными к ней устройствами. Обольщаться не стоит - подключить десятка два-три одновременно работающих компьютерных терминалов (как это можно сделать в «локалке») обычно не получается. На это есть свои ограничения в настройке сети или даже просто в пропускной способности маршрутизатора, отвечающего за присвоение IP-адресов и
Впрочем, идея, изначально заложенная в технологии соединения, не нова. Ее пытались обосновать достаточно давно. И многие современные пользователи компьютерных сетей себе даже не представляют того, что они об этом знали всю жизнь, но просто не пытались вникнуть в суть вопроса.
Как работает VPN-соединение: основные принципы и технологии
Для лучшего понимания приведем самый простой пример, который известен любому современному человеку. Взять хотя бы радио. Ведь, по сути, оно представляет собой передающее устройство (транслятор), посреднический агрегат (ретранслятор), отвечающий за передачу и распределение сигнала, и принимающее устройство (приемник).
Другое дело, что сигнал транслируется абсолютно всем потребителям, а виртуальная сеть работает избранно, объединяя в одну сеть только определенные устройства. Заметьте, ни в первом, ни во втором случае провода для подключения передающих и принимающих устройств, осуществляющих обмен данными между собой, не требуются.
Но и тут есть свои тонкости. Дело в том, что изначально радиосигнал являлся незащищенным, то есть его может принять любой радиолюбитель с работающим прибором на соответствующей частоте. Как работает VPN? Да точно так же. Только в данном случае роль ретранслятора играет маршрутизатор (роутер или ADSL-модем), а роль приемника - стационарный компьютерный терминал, ноутбук или мобильное устройство, имеющее в своем оснащении специальный модуль беспроводного подключения (Wi-Fi).
При всем этом данные, исходящие из источника, изначально шифруются, а только потом при помощи специального дешифратора воспроизводятся на конкретном устройстве. Такой принцип связи через VPN называется туннельным. И этому принципу в наибольшей степени соответствует мобильная связь, когда перенаправление происходит на конкретного абонента.
Туннелирование локальных виртуальных сетей
Разберемся в том, как работает VPN в режиме туннелирования. По сути своей, оно предполагает создание некой прямой, скажем, от точки «A» до точки «B», когда при передаче данных из центрального источника (роутера с подключением сервера) определение всех сетевых устройств производится автоматически по заранее заданной конфигурации.
Иными словами, создается туннель с кодированием при отправке данных и декодированием при приеме. Получается, что никакой другой юзер, попытавшийся перехватить данные такого типа в процессе передачи, расшифровать их не сможет.
Средства реализации
Одними из самых мощных инструментов такого рода подключений и заодно обеспечения безопасности являются системы компании Cisco. Правда, у некоторых неопытных админов возникает вопрос о том, почему не работает VPN-Cisco-оборудование.
Связано это в первую очередь только с неправильной настройкой и устанавливаемыми драйверами маршрутизаторов типа D-Link или ZyXEL, которые требуют тонкой настройки только по причине того, что оснащаются встроенными брэндмауэрами.
Кроме того, следует обратить внимание и на схемы подключения. Их может быть две: route-to-route или remote access. В первом случае речь идет об объединении нескольких распределяющих устройств, а во втором - об управлении подключением или передачей данных с помощью удаленного доступа.
Протоколы доступа
Что касается протоколов, сегодня в основном используются средства конфигурации на уровне PCP/IP, хотя внутренние протоколы для VPN могут различаться.
Перестал работать VPN? Следует посмотреть на некоторые скрытые параметры. Так, например, основанные на технологии TCP дополнительные протоколы PPP и PPTP все равно относятся к стекам протоколов TCP/IP, но для соединения, скажем, в случае использования PPTP необходимо использовать два IP-адреса вместо положенного одного. Однако в любом случае туннелирование предполагает передачу данных, заключенных во внутренних протоколах типа IPX или NetBEUI, и все они снабжаются специальными заголовками на основе PPP для беспрепятственной передачи данных соответствующему сетевому драйверу.
Аппаратные устройства
Теперь посмотрим на ситуацию, когда возникает вопрос о том, почему не работает VPN. То, что проблема может быть связана с некорректной настройкой оборудования, понятно. Но может проявиться и другая ситуация.
Стоит обратить внимание на сами маршрутизаторы, которые осуществляют контроль подключения. Как уже говорилось выше, следует использовать только устройства, подходящие по параметрам подключения.
Например, маршрутизаторы вроде DI-808HV или DI-804HV способны обеспечить подключение до сорока устройств одновременно. Что касается оборудования ZyXEL, во многих случаях оно может работать даже через встроенную сетевую операционную систему ZyNOS, но только с использованием режима командной строки через протокол Telnet. Такой подход позволяет конфигурировать любые устройства с передачей данных на три сети в общей среде Ethernet с передачей IP-трафика, а также использовать уникальную технологию Any-IP, предназначенную для задействования стандартной таблицы маршрутизаторов с перенаправляемым трафиком в качестве шлюза для систем, которые изначально были сконфигурированы для работы в других подсетях.
Что делать, если не работает VPN (Windows 10 и ниже)?
Самое первое и главное условие - соответствие выходных и входных ключей (Pre-shared Keys). Они должны быть одинаковыми на обоих концах туннеля. Тут же стоит обратить внимание и на алгоритмы криптографического шифрования (IKE или Manual) с наличием функции аутентификации или без нее.
К примеру, тот же протокол AH (в английском варианте - Authentication Header) может обеспечить всего лишь авторизацию без возможности применения шифрования.
VPN-клиенты и их настройка
Что касается VPN-клиентов, то и здесь не все просто. Большинство программ, основанных на таких технологиях, используют стандартные методы настройки. Однако тут есть свои подводные камни.
Проблема заключается в том, что как ни устанавливай клиент, при выключенной службе в самой «операционке» ничего путного из этого не выйдет. Именно поэтому сначла нужно задействовать эти параметры в Windows, потом включить их на маршрутизаторе (роутере), а только после приступать к настройке самого клиента.
В самой системе придется создать новое подключение, а не использовать уже имеющееся. На этом останавливаться не будем, поскольку процедура стандартная, но вот на самом роутере придется зайти в дополнительные настройки (чаще всего они расположены в меню WLAN Connection Type) и активировать все то, что связано с VPN-сервером.
Стоит отметить еще и тот факт, что сам придется устанавливать в систему в качестве сопутствующей программы. Зато потом его можно будет использовать даже без ручной настройки, попросту выбрав ближайшую дислокацию.
Одним из самых востребованных и наиболее простых в использовании можно назвать VPN клиент-сервер под названием SecurityKISS. Устанавливается программа зато потом даже в настройки заходить не нужно, чтобы обеспечить нормальную связь для всех устройств, подключенных к раздающему.
Случается, что достаточно известный и популярный пакет Kerio VPN Client не работает. Тут придется обратить внимание не только на или самой «операционки», но и на параметры клиентской программы. Как правило, введение верных параметров позволяет избавиться от проблемы. В крайнем случае придется проверить настройки основного подключения и используемых протоколов TCP/IP (v4/v6).
Что в итоге?
Мы рассмотрели, как работает VPN. В принципе, ничего сложного в самом подключении ли создании сетей такого типа нет. Основные трудности заключаются в настройке специфичного оборудования и установке его параметров, которые, к сожалению, многие пользователи упускают из виду, полагаясь на то, что весь процесс будет сведен к автоматизму.
С другой стороны, мы сейчас больше занимались вопросами, связанными с техникой работы самих виртуальных сетей VPN, так что настраивать оборудование, устанавливать драйверы устройств и т. д. придется с помощью отдельных инструкций и рекомендаций.
Виртуальная ЛВС (VLAN, Virtual LAN) - логическая группа компьютеров в пределах одной реальной ЛВС, за пределы которой не выходит любой тип трафика (широковещательный , многоадресный и одноадресный ). За счет использования VLAN администратор сети может организовать пользователей в логические группы независимо от физического расположения рабочих станций этих пользователей.
Основные цели введения виртуальных сетей в коммутируемую среду:
Повышение полезной пропускной способности сети за счет локализации широковещательного (broadcast) трафика в пределах виртуальной сети;
Повышения уровня безопасности сети за счет локализации одноадресного (unicast) трафика в пределах виртуальной сети;
Формирование виртуальных рабочих групп из некомпактно (в плане подключения) расположенных узлов;
Улучшение соотношения цены/производительности по сравнению с применением маршрутизаторов.
Классический пример, отражающий суть виртуальных сетей, приведен на рисунке 4. К одному коммутатору гипотетической фирмы подключены как машины бухгалтеров, так имашины бухгалтеров. При этом совершенно нет никакой необходимости во взаимодействие машин данных двух групп сотрудников. Поэтому машины бухгалтеров выделяются в одну виртуальную сеть, а машины инженеров в другую. При этом весь трафик (широковещательный, многоадресный и одноадресный) будет ограничен пределами своей виртуальной сети. Более того, повысится безопасность сети. Например, если на машине бухгалтера появится вирус «червь», то максимум он сможет заразить только машины бухгалтеров.
Сегодня существует достаточно много вариантов реализации VLAN. Простые варианты VLAN представляют собой набор портов коммутатора, более сложные реализации позволяют создавать группы на основе других критериев. В общем случае возможности организации VLAN тесно связаны с возможностями коммутаторов.
5.1. Сети на базе МАС-адресов (MAC-based VLANs)
Данный тип виртуальных сетей группирует устройства на основе их МАС-адресов. Для получения доступа в виртуальную сеть, устройство должно иметь МАС-адрес, который содержится в списке адресов данной виртуальной сети. Помимо прочего, отличительной особенностью данного типа виртуальных сетей является то, что они ограничивают только широковещательный трафик. Отсюда вытекает их название - широковещательные домены на базе МАС-адресов. Теоретически один МАС-адрес может являться членом нескольких широковещательных доменов, на практике данная возможность определяется функциональностью конкретной модели коммутатора.
Настройка виртуальной сети на основе МАС-адресов может отнять много времени. Представьте себе, что вам потребуется связать с VLAN адреса 1000 устройств. Кроме того, МАС-адреса "зашиты" в оборудование и может потребоваться много времени на выяснение адресов устройств в большой, территориально распределенной сети. Более того, существуют проблемы безопасности при работе с сетью на базе МАС-адресов. Злоумышленник может узнать МАС-адрес компьютера, входящего в ту или иную VLAN, назначить его своей сетевой карте (как минимум, это можно сделать стандартными средствами MSWindows ХР) и успешно подключиться к сети.
С другой стороны, широковещательные домены на базе МАС-адресов позволяют физически перемещать станцию, позволяя, тем не менее, оставаться ей в одном и том же широковещательном домене без каких-либо изменений в настройках конфигурации. Это удобно в сетях, где станции часто перемещают, например, где люди, использующие ноутбуки, постоянно подключаются в разных частях сети.
5.2. Сети на базе портов (Port-based VLANs)
Устройства связываются в виртуальные сети на основе портов коммутатора, к которым они физически подключены. То есть каждой порт коммутатора включается в одну или более виртуальных сетей. К достоинствам данного типа виртуальных сетей можно отнести высокий уровень безопасности и простоту в настройке. К недостаткам можно отнести статичность данного типа виртуальных сетей. То есть при подключении компьютера к другому порту коммутатора необходимо каждый раз изменять настройки VLAN.
5.3. Сеть на базе маркированных кадров (IEEE 802.1 Q VLANs)
В отличие от двух предыдущих типов виртуальных сетей VLAN на основе маркированных кадров могут быть построены на двух и более коммутаторах.
IEEE 802.1Q - открытый стандарт, который описывает процедуру тегирования трафика для передачи информации о принадлежности к VLAN. Кроме процедуры тегирования для передачи трафика разных VLAN в стандарте 802.1 Q описаны:
Протокол GVRP;
Протокол MSTP;
Однако чаще всего 802.1 Q упоминается именно как стандарт, относящийся к VLAN и процедуре тегирования. Коммутатор, на котором настроены виртуальные сети IEEE 802.1Q, помещает внутрь кадра тег, который передает информацию о принадлежности трафика к VLAN.
| TPID | Priority | CFI | VLAN ID |
Размер тега составляет 4 байта. Он состоит из следующих полей:
Tag Protocol Identifier (TPID)- идентификатор протокола тегирования. Размер поля - 16 бит. Указывает, какой протокол используется для тегирования. Для 802.1q используется значение 0x8100.
Priority- приоритет. Размер поля - 3 бита. Используется стандартом IEEE 802.1р для задания приоритета передаваемого трафика.
Canonical Format Indicator (CFI) - идикатор канонического формата. Размер поля - 1 бит. Указывает на формат МАС-адреса. 1 - канонический (кадр Ethernet), 0 – не канонический (кадр Token Ring, FDDI).
VLAN Identifier (VID) - идентификатор VLAN. Размер поля - 12 бит. Указывает, какой виртуальной сети принадлежит кадр. Диапазон возможных значений VID от 0 до 4094.
Тэг вставляется после поля «Адрес отправителя». Так как кадр изменился, то пересчитывается контрольная сумма (рисунок 5).
Механизмы добавления тэга в заголовок кадра Ethernet
Тэг в заголовок кадра может быть добавлен:
Явно, если сетевые карты поддерживают стандарт IEEE 802.1Q, и на этих картах включены соответствующие опции, то исходящие кадры Ethernet от этих карт будут содержать тэги;
Неявно, если сетевые адаптеры, подключенные к этой сети, не поддерживают стандарт IEEE 802.1Q, то добавление маркеров выполняется на коммутаторе на основе группировки по портам.
Изменение формата кадра Ethernet приводит к тому, что сетевые устройства, не поддерживающие стандарт IEEE 802.1Q (такие устройства называют tag-unaware), не могут работать с кадрами, в которые вставлены метки. Поэтому для обеспечения совместимости с устройствами, поддерживающими стандарт IEEE 802.1 Q (tag-aware устройства), коммутаторы стандарта IEEE 802.1Q должны поддерживать как традиционные Ethernet-кадры, то есть кадры без меток (untagged), так и кадры с метками (tagged).
Входящий и исходящий трафики, в зависимости от типа источника и получателя, могут быть образованы и кадрами типа tagged, и кадрами типа untagged - только в этом случае можно достигнуть совместимости с внешними по отношению к коммутатору устройствами. Трафик же внутри коммутатора всегда образуется пакетами типа tagged. Поэтому для поддержки различных типов трафиков и для того, чтобы внутренний трафик коммутатора образовывался из тегированных пакетов, на принимаемом и передающем портах коммутатора кадры должны преобразовываться в соответствии с предопределенными правилами.
Конфигурирование виртуальной сети IEEE 802.1Q
Коммутаторы для ВЛС требуют предварительного конфигурирования (поставляются они обычно в состоянии, в котором ведут себя как обычные коммутаторы). Для конфигурирования удобно использовать внеполосное (out of band) управление через консольный порт, поскольку при внутриполосном (in band) по неосторожности или неопытности можно попасть в "капкан" - в какой-то момент из-за ошибки конфигурирования консоль может потерять связь с коммутатором.
Портам коммутаторов, поддерживающих 802.1Q, и участвующим в формировании ВЛС, назначаются специфические атрибуты. Каждому порту назначается PVID (Port VLAN Identifier) - идентификатор ВЛС для всех приходящих на него немаркированных кадров. Коммутатор маркирует каждый приходящий к нему НЕМАРКИРОВАННЫЙ кадр (вставляет номер VLAN в соответствие с PVID и приоритет, пересчитывает FCS), а маркированные оставляет без изменений. В результате внутри коммутатора все кадры будут маркированными.
Порты могут конфигурироваться как маркированные или немаркированные члены ВЛС. Немаркированный член ВЛС (untagged member) выходящие через него кадры выпускает без тега (удаляя его и снова пересчитывая FCS). Маркированный член ВЛС (tagged member) выпускает все кадры маркированными. Для каждой ВЛС определяется список портов, являющихся ее членами. Порт может быть членом одной или более ВЛС. При конфигурировании для камедой ВЛС каждый порт должен быть объявлен как немаркированный (U), маркированный (Т) или не являющийся членом данной VLAN (-). Если используются магистральные линии (Port Trunking или LinkSafe), то с точки зрения ВЛС данные порты представпяют единое целое.
Построение виртуальных сетей 802.1 Q на одном коммутаторе
Рассмотрим следующий пример (рисунок 6), который помогает понять принцип работы виртуальных сетей 802.1Q. Машины 1 и 4 принадлежат VLAN 1, машины 2 и 5 принадлежат VLAN 2, а машина 3 является общедоступным ресурсом и включена в VLAN 3.
| PVID | Номер порта |
| 1 | 4 |
| 2 | |
| 5 | |
| 3 | 3 |
| Номера портов | |||||
| VID | |||||
| U | - | U | U | - | |
| - | U | U | - | U | |
| U | U | U | U | U |
Рисунок 6. Пример настройки виртуальной сети 802.1Q на одном коммутаторе.
В соответствие с распределением по виртуальным сетям портам назначаются PVID как указано в таблице, то есть все немаркированные пакеты, поступающие на коммутатор из сети, будут тегироваться в соответствие с PVID порта
Так как к порту 3 подключен сервер, то он должен принимать пакеты от всех машин, то есть из всех виртуальных сетей. Таким образом, порт 3 является нетегируемым для всех VLAN, то есть пакеты всех виртуальных сетей будут передаваться в сеть через этот порт немаркированными.
Оставшиеся порты включаются не только в свою VLAN, но и в VLAN 3, так как они должны принимать пакеты не только из своей VLAN, но и из VLAN сервера.
Построение виртуальных сетей 802.1Q на нескольких коммутаторах
Как уже отмечалось, виртуальные сети 802.1Q могут быть построены на нескольких коммутаторах и охватывать всю локальную сеть. Рассмотрим следующий пример (рисунок 7) Коммутаторы SW2 и SW3 поддерживают 802.1Q, SW1 поддерживает только ВЛС по портам, SW4 - коммутатор без поддержки ВЛС. Для того, чтобы в обе ВЛС V1 и V2 попали узлы, подключенные к коммутаторам SW1 и SW2, между этими коммутаторами приходится прокладывать отдельные линии и занимать по порту на каждую ВЛС. Порты 1 и 2 коммутатора SW2 конфигурируются как немаркированные (U), один для ВЛС V1 (PVID=1), другой для V2 (PVID=2). Порт 8 у SW2 и 1 у SW3 объявляются маркированным (Т) для ВЛС V2 и V3. Порты SW2 и SW3, к которым подключаются компьютеры, объявляются не маркированными членами соответствующих ВЛС, у этих портов PVID принимает значения 1, 2 и 3 (в соответствии с номером ВЛС). Членам ВЛС V2 и V3 разрешаем доступ в Интернет через маршрутизатор, подключенный к порту 7 коммутатора SW3. Для этого порт 7 конфигурируется как немаркированный член V2 и V3, это обеспечит прохождение всех кадров от пользователей Интернет к маршрутизатору. Для того, чтобы ответные кадры могли дойти до пользоввателей, назначим порту 7 коммутатора SW3 PVID=9 – это будет дополнительная ВЛС для доступа к Интернет. Эта ВЛС должна быть "прописана" и во всех портах SW2 и SW3, к которым подключаются пользователи Интернет (порты SW2.8 и SW3.1 будут маркированными членами ВЛС 9, остальные - немаркированными). Под словом "прописана" подразумеваем указание на членство этих портов в VLAN 9, но никак не назначение им PVID=9.
Реализации стандарта IEEE 802.1Q в сетевом оборудовании различных производителей
Стандарт IEEE 802.1Q определяет только формат используемых кадров Ethernet и минимальный набор требований к устройству, которые обязательны к реализации всеми производителями. Вместе с тем, очень большая область использования этой технологии отдается на откуп производителю оборудования.
Современное сетевое оборудование от многих производителей по умолчанию позволяет производить демаркирование исходящих пакетов на текущем порту только для одной определённой VLAN. Например, пусть входящие пакеты для порта 1 маркируются PVID=1, то есть компьютеры на порту 1 входят в VLAN 1. Из исходящих с порта 1 кадров должен извлекаться тег, иначе кадр будет отброшен конечным компьютером (если тот не поддерживают IEEE 802.1Q). Так вот извлечь тег можно только с номером какой-то одной определённой VLAN. А что делать, если к этому порту подключены машины из нескольких VLAN?
Для того, чтобы обойти это ограничение существует несколько способов:
1. Использование асимметричных виртуальных сетей. У некоторых коммутаторов есть возможность активировать данный тип VLAN (asymmetric vlan enabled/disabled). Это позволяет включать один порт в несколько VLAN
2. Включение поддержки 802.1Q на оконечных устройствах - компьютерах.
3. 3. Маршрутизация виртуальных сетей. Для этого необходимо, чтобы сетевой адаптер общедоступного ресурса (сервер, принтер и т.д.) поддерживал IEEE 802.1Q. Тогда схема будет следующей:
· на сетевом адаптере общедоступного ресурса настраиваем несколько IP-подсетей. Каждую IP-подсеть привязываем к определённой VLAN.
· компьютеры из каждой VLAN также помещаются в определённую IP-подсеть.
Если коммутатор не поддерживает асимметричных VLAN, то наиболее простой способ построения сети с общедоступными ресурсами - это организация поддержки 802.1Q на оконечных устройствах. При этом необязательно иметь сетевые адаптеры с данной поддержкой - существуют утилиты, которые позволяют запустить данный протокол даже на самых простых сетевых картах. Например, одной их таких утилит в Linux является vconfig. Правда если речь идёт о принтерах (то есть об оборудование, ОС которого не допускает явного вмешательства), то остаётся только 3-ий способ.
Напоследок следует отметить, что в современных коммутаторах поддерживаются в лучшем случае два типа VLAN: по портам и IEEE 802.1 Q.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Технологии построения сетей Ethernet. Правление потоком в полнодуплексном режиме. Зеркалирование портов. Объединение портов в магистральные линии связи. Виртуальные сети
Научно производственное предприятие Учебная техника Профи.. Учебно лабораторный стенд..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Kроме своего основного назначения - повышения пропускной способности соединений в сети - коммутатор позволяет локализовать потоки информации, а также контролировать эти потоки и управлять ими с помощью механизма пользовательских фильтров. Однако пользовательский фильтр способен воспрепятствовать передаче кадров лишь по конкретным адресам, тогда как широковещательный трафик он передает всем сегментам сети. Таков принцип действия реализованного в коммутаторе алгоритма работы моста, поэтому сети, созданные на основе мостов и коммутаторов, иногда называют плоскими - из-за отсутствия барьеров на пути широковещательного трафика.
Появившаяся несколько лет тому назад, технология виртуальных локальных сетей (Virtual LAN, VLAN) позволяет преодолеть указанное ограничение. Виртуальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов (см. Рисунок 1). Это означает, что непосредственная передача кадров между разными виртуальными сетями невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются в соответствии с технологией коммутации, т. е. только на тот порт, к которому приписан адрес назначения кадра.
Виртуальные сети могут пересекаться, если один или несколько компьютеров включено в состав более чем одной виртуальной сети. На Рисунке 1 сервер электронной почты входит в состав виртуальных сетей 3 и 4, и поэтому его кадры передаются коммутаторами всем компьютерам, входящим в эти сети. Если же какой-то компьютер отнесен только к виртуальной сети 3, то его кадры до сети 4 доходить не будут, но он может взаимодействовать с компьютерами сети 4 через общий почтовый сервер. Данная схема не полностью изолирует виртуальные сети друг от друга - так, инициированный сервером электронной почты широковещательный шторм захлестнет и сеть 3, и сеть 4.
Говорят, что виртуальная сеть образует широковещательный домен трафика (broadcast domain), по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet.
НАЗНАЧЕНИЕ VLAN
Технология VLAN облегчает процесс создания изолированных сетей, связь между которыми осуществляется с помощью маршрутизаторов с поддержкой протокола сетевого уровня, например IP. Такое решение создает гораздо более мощные барьеры на пути ошибочного трафика из одной сети в другую. Сегодня считается, что любая крупная сеть должна включать маршрутизаторы, иначе потоки ошибочных кадров, в частности широковещательных, через прозрачные для них коммутаторы будут периодически «затапливать» ее целиком, приводя в неработоспособное состояние.
Технология виртуальных сетей предоставляет гибкую основу для построения крупной сети, соединенной маршрутизаторами, так как коммутаторы позволяют создавать полностью изолированные сегменты программным путем, не прибегая к физической коммутации.
До появления технологии VLAN для развертывания отдельной сети использовались либо физически изолированные отрезки коаксиального кабеля, либо не связанные между собой сегменты на базе повторителей и мостов. Затем сети объединялись посредством маршрутизаторов в единую составную сеть (см. Рисунок 2).
Изменение состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных участков) при таком подходе подразумевало физическую перекоммутацию разъемов на передних панелях повторителей или в кроссовых панелях, что не очень удобно в крупных сетях - это очень трудоемкая работа, а вероятность ошибки весьма высока. Поэтому для устранения необходимости физической перекоммутации узлов стали применять многосегментные концентраторы, дабы состав разделяемого сегмента можно было перепрограммировать без физической перекоммутации.
Однако изменение состава сегментов с помощью концентраторов накладывает большие ограничения на структуру сети - количество сегментов такого повторителя обычно невелико, и выделить каждому узлу собственный, как это можно сделать с помощью коммутатора, нереально. Кроме того, при подобном подходе вся работа по передаче данных между сегментами ложится на маршрутизаторы, а коммутаторы со своей высокой производительностью остаются «не у дел». Таким образом сети на базе повторителей с конфигурационной коммутацией по-прежнему предполагают совместное использование среды передачи данных большим количеством узлов и, следовательно, обладают гораздо меньшей производительностью по сравнению с сетями на базе коммутаторов.
При использовании в коммутаторах технологии виртуальных сетей одновременно решаются две задачи:
- повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры только узлу назначения;
- изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути широковещательных штормов.
Объединение виртуальных сетей в общую сеть выполняется на сетевом уровне, переход на который возможен с помощью отдельного маршрутизатора или программного обеспечения коммутатора. Последний в этом случае становится комбинированным устройством - так называемым коммутатором третьего уровня.
Технология формирования и функционирования виртуальных сетей с помощью коммутаторов долгое время не стандартизировалась, хотя и была реализована в очень широком спектре моделей коммутаторов разных производителей. Ситуация изменилась после принятия в 1998 г. стандарта IEEE 802.1Q, где определяются базовые правила построения виртуальных локальных сетей независимо от того, какой протокол канального уровня поддерживается коммутатором.
Ввиду долгого отсутствия стандарта на VLAN каждая крупная компания, выпускающая коммутаторы, разработала свою технологию виртуальных сетей, причем, как правило, несовместимую с технологиями других производителей. Поэтому, несмотря на появление стандарта, не так уж редко встречается ситуация, когда виртуальные сети, созданные на базе коммутаторов одного вендора, не распознаются и, соответственно, не поддерживаются коммутаторами другого.
СОЗДАНИЕ VLAN НА ОСНОВЕ ОДНОГО КОММУТАТОРА
При создании виртуальных сетей на основе одного коммутатора обычно используется механизм группирования в сети портов коммутатора (см. Рисунок 3). При этом каждый из них приписывается той или иной виртуальной сети. Кадр, поступивший от порта, принадлежащего, например, виртуальной сети 1, никогда не будет передан порту, который не входит в ее состав. Порт можно приписать нескольким виртуальным сетям, хотя на практике так поступают редко - пропадает эффект полной изоляции сетей.
Группирование портов одного коммутатора - наиболее логичный способ образования VLAN, так как в данном случае виртуальных сетей не может быть больше, чем портов. Если к какому-то порту подключен повторитель, то узлы соответствующего сегмента не имеет смысла включать в разные виртуальные сети - все равно их трафик будет общим.
Такой подход не требует от администратора большого объема ручной работы - достаточно каждый порт приписать к одной из нескольких заранее поименованных виртуальных сетей. Обычно эта операция выполняется с помощью специальной программы, прилагаемой к коммутатору. Администратор создает виртуальные сети путем перетаскивания мышью графических символов портов на графические символы сетей.
Другой способ образования виртуальных сетей основан на группировании MAC-адресов. Каждый известный коммутатору MAC-адрес приписывается той или иной виртуальной сети. Если в сети имеется множество узлов, администратору придется выполнять немало операций вручную. Однако при построении виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов подобный способ более гибок, нежели группирование портов.
СОЗДАНИЕ VLAN НА ОСНОВЕ НЕСКОЛЬКИХ КОММУТАТОРОВ
На Рисунке 4 проиллюстрирована ситуация, возникающая при создании виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов посредством группирования портов. Если узлы какой-либо виртуальной сети подключены к разным коммутаторам, то для соединения коммутаторов каждой такой сети должна быть выделена отдельная пара портов. В противном случае информация о принадлежности кадра той или иной виртуальной сети при передаче из коммутатора в коммутатор будет утеряна. Таким образом, при методе группирования портов для соединения коммутаторов требуется столько портов, сколько виртуальных сетей они поддерживают, - в результате порты и кабели используются очень расточительно. Кроме того, для организации взаимодействия виртуальных сетей через маршрутизатор каждой сети необходим отдельный кабель и отдельный порт маршрутизатора, что также ведет к большим накладным расходам.
Группирование MAC-адресов в виртуальную сеть на каждом коммутаторе избавляет от необходимости их соединения через несколько портов, поскольку в этом случае меткой виртуальной сети является MAC-адрес. Однако такой способ требует выполнения большого количества ручных операций по маркировке MAC-адресов вручную на каждом коммутаторе сети.
Два описанные подхода основаны только на добавлении информации к адресным таблицам моста и не предусматривают включение в передаваемый кадр информации о принадлежности кадра к виртуальной сети. Остальные подходы используют имеющиеся или дополнительные поля кадра для записи информации о принадлежности кадра при его перемещениях между коммутаторами сети. Кроме того, нет необходимости запоминать на каждом коммутаторе, каким виртуальным сетям принадлежат MAC-адреса объединенной сети.
Дополнительное поле с пометкой о номере виртуальной сети используется только тогда, когда кадр передается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно обычно удаляется. При этом протокол взаимодействия «коммутатор-коммутатор» модифицируется, тогда как программное и аппаратное обеспечение конечных узлов остается неизменным. Примеров подобных фирменных протоколов много, но общий недостаток у них один - они не поддерживаются другими производителями. Компания Cisco предложила в качестве стандартной добавки к кадрам любых протоколов локальных сетей заголовок протокола 802.10, назначение которого - поддержка функций безопасности вычислительных сетей. Сама компания обращается к такому методу в тех случаях, когда коммутаторы объединяются между собой по протоколу FDDI. Однако эта инициатива не была поддержана другими ведущими производителями коммутаторов.
Для хранения номера виртуальной сети в стандарте IEEE 802.1Q предусмотрен дополнительный заголовок в два байта, который используется совместно с протоколом 802.1p. Помимо трех бит для хранения значения приоритета кадра, как это описывается стандартом 802.1p, в этом заголовке 12 бит служат для хранения номера виртуальной сети, которой принадлежит кадр. Эта дополнительная информация называется тегом виртуальной сети (VLAN TAG) и позволяет коммутаторам разных производителей создавать до 4096 общих виртуальных сетей. Такой кадр называют «отмеченный» (tagged). Длина отмеченного кадра Ethernet увеличивается на 4 байт, так как помимо двух байтов собственно тега добавляются еще два байта. Структура отмеченного кадра Ethernet показана на Рисунке 5. При добавлении заголовка 802.1p/Q поле данных уменьшается на два байта.
 |
| Рисунок 5. Структура отмеченного кадра Ethernet. |
Появление стандарта 802.1Q позволило преодолеть различия в фирменных реализациях VLAN и добиться совместимости при построении виртуальных локальных сетей. Технику VLAN поддерживают производители как коммутаторов, так и сетевых адаптеров. В последнем случае сетевой адаптер может генерировать и принимать отмеченные кадры Ethernet, содержащие поле VLAN TAG. Если сетевой адаптер генерирует отмеченные кадры, то тем самым он определяет их принадлежность к той или иной виртуальной локальной сети, поэтому коммутатор должен обрабатывать их соответствующим образом, т. е. передавать или не передавать на выходной порт в зависимости от принадлежности порта. Драйвер сетевого адаптера получает номер своей (или своих) виртуальной локальной сети от администратора сети (путем конфигурирования вручную) либо от некоторого приложения, работающего на данном узле. Такое приложение способно функционировать централизованно на одном из серверов сети и управлять структурой всей сети.
При поддержке VLAN сетевыми адаптерами можно обойтись без статического конфигурирования путем приписывания порта определенной виртуальной сети. Тем не менее метод статического конфигурирования VLAN остается популярным, так как позволяет создать структурированную сеть без привлечения программного обеспечения конечных узлов.
Наталья Олифер - обозреватель «Журнала сетевых решений/LAN». С ней можно связаться по адресу:
Функциональные возможности современных коммутаторов позволяют организовывать виртуальные сети (VLAN-сетей) для создания гибкой сетевой инфраструктуры. В настоящее время VLAN-сети еще не получили широкого распространения, особенно в небольших корпоративных сетях. Во многом это связано с тем, что конфигурирование коммутаторов для организации VLAN-сетей весьма непростое дело, особенно если инфраструктура сети включает несколько коммутаторов. Кроме того, конфигурирование коммутаторов при создании VLAN-сетей, равно как и настройка других функциональных возможностей, может значительно отличаться у коммутаторов от различных фирм, вследствие чего известные производители сетевого оборудования, такие как Cisco, HP, 3Com, Allied Telesyn, Avaya, устраивают специальные курсы по работе с их оборудованием. Понятно, что упрощать конфигурирование своего оборудования, делать этот процесс интуитивно понятным и простым и уж тем более вырабатывать общие соглашения и единый интерфейс по настройке оборудования от разных производителей явно не в интересах самих производителей, однако пользователи вполне способны самостоятельно разобраться во многих возможностях коммутаторов. Поэтому в данной статье мы рассмотрим возможности современных коммутаторов по организации виртуальных сетей и расскажем о базовых принципах их конфигурирования.
Назначение виртуальных сетей
иртуальной сетью VLAN (Virtual LAN) называют группу узлов сети, образующих домен широковещательного трафика (Broadcast Domain). Такое определение вполне корректно, но малоинформативно, так что попытаемся трактовать понятие виртуальной сети несколько иначе.
При создании локальной сети на основе коммутатора, несмотря на возможность использования пользовательских фильтров по ограничению трафика, все узлы сети представляют собой единый широковещательный домен, то есть широковещательный трафик передается всем узлам сети. Таким образом, коммутатор изначально не ограничивает широковещательный трафик, а сами сети, построенные по указанному принципу, именуются плоскими.
Виртуальные сети образуют группу узлов сети, в которой весь трафик, включая и широковещательный, полностью изолирован на канальном уровне от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между узлами сети, относящимися к различным виртуальным сетям, на основании адреса канального уровня невозможна (хотя виртуальные сети могут взаимодействовать друг с другом на сетевом уровне с использованием маршрутизаторов).
Изолирование отдельных узлов сети на канальном уровне с использованием технологии виртуальных сетей позволяет решать одновременно несколько задач. Во-первых, виртуальные сети способствуют повышению производительности сети, локализуя широковещательный трафик в пределах виртуальной сети и создавая барьер на пути широковещательного шторма. Коммутаторы пересылают широковещательные пакеты (а также пакеты с групповыми и неизвестными адресами) внутри виртуальной сети, но не между виртуальными сетями. Во-вторых, изоляция виртуальных сетей друг от друга на канальном уровне позволяет повысить безопасность сети, делая часть ресурсов для определенных категорий пользователей недоступной.
Типы виртуальных сетей
о появления общепризнанного стандарта по организации виртуальных сетей IEEE 802.1Q каждый производитель сетевого оборудования использовал собственную технологию организации VLAN. Такой подход имел существенный недостаток технологии одного производителя были несовместимы с технологиями других фирм. Поэтому при построении виртуальных сетей на базе нескольких коммутаторов необходимо было использовать только оборудование от одного производителя. Принятие стандарта виртуальных сетей IEEE 802.1Q позволило преодолеть проблему несовместимости, однако до сих пор существуют коммутаторы, которые либо не поддерживают стандарт IEEE 802.1Q, либо, кроме возможности организации виртуальных сетей по стандарту IEEE 802.1Q, предусматривают и иные технологии.
Существует несколько способов построения виртуальных сетей, но сегодня в коммутаторах главным образом реализуется технология группировки портов или используется спецификация IEEE 802.1Q.
Виртуальные сети на основе группировки портов
иртуальные сети на основе группировки портов (Port-based) обычно реализуются в так называемых Smart-коммутаторах или в управляемых коммутаторах как дополнение к возможности организации VLAN на базе стандарта IEEE 802.1Q.
Данный способ создания виртуальных сетей достаточно прост и, как правило, не вызывает проблем. Каждый порт коммутатора приписывается к той или иной виртуальной сети, то есть порты группируются в виртуальные сети. Решение о продвижении сетевого пакета в этой сети основывается на MAC-адресе получателя и ассоциированного с ним порта. Если к порту, которому назначена принадлежность к определенной виртуальной сети, например к VLAN#1, подключить ПК пользователя, то этот ПК автоматически будет принадлежать сети VLAN#1. Если же к данному порту подключается коммутатор, то все порты этого коммутатора также будут принадлежать VLAN#1 (рис. 1).
Рис. 1. Виртуальные сети, построенные с использованием технологии группировки портов на базе одного коммутатора
При использовании технологии группировки портов один и тот же порт может быть одновременно приписан к нескольким виртуальным сетям, что позволяет реализовывать разделяемые ресурсы между пользователями различных виртуальных сетей. Например, чтобы реализовать совместный доступ к сетевому принтеру или к файл-серверу пользователей виртуальных сетей VLAN#1 и VLAN#2, тот порт коммутатора, к которому подключается сетевой принтер или файл-сервер, нужно приписать одновременно к сетям VLAN#1 и VLAN#2 (рис. 2).
Рис. 2. Создание разделяемого ресурса между несколькими виртуальными сетями с использованием технологии группировки портов
Описываемая технология обладает рядом преимуществ в сравнении с использованием стандарта IEEE 802.1Q, но имеет и свои недостатки.
К достоинствам можно отнести простоту конфигурации виртуальных сетей. Кроме того, при этом не требуется, чтобы конечные узлы сети поддерживали стандарт IEEE 802.1Q, а поскольку большинство сетевых контроллеров Ethernet не поддерживают этот стандарт, то организация сети на основе группировки портов может оказаться проще. К тому же при подобной организации виртуальных сетей они могут пересекаться, что позволяет создавать разделяемые сетевые ресурсы.
Технология создания виртуальных сетей на основе группировки портов находит применение в случаях использования одного коммутатора или использования стека коммутаторов с единым управлением. Однако если сеть достаточно крупная и построена на нескольких коммутаторах, то возможности по организации виртуальных сетей на основе группировки портов имеют существенные ограничения. Прежде всего, эта технология плохо масштабируется и в большинстве случаев ограничивается лишь одним коммутатором.
Рассмотрим для примера ситуацию, когда сеть построена на базе двух коммутаторов, поддерживающих технологию организации виртуальных сетей на основе группировки портов (рис. 3).
Рис. 3. Реализация виртуальных сетей на основе группировки портов при использовании двух коммутаторов
Пусть необходимо, чтобы часть портов первого и второго коммутаторов относилась к VLAN#1, а другая часть к VLAN#2. Для этого нужно, во-первых, чтобы оба коммутатора позволяли не только организовывать виртуальные сети на основе группировки портов, но и распространять такие сети на несколько коммутаторов (подобная функция реализована далеко не у всех коммутаторов), во-вторых, чтобы между коммутаторами было установлено столько физических соединений, сколько создано виртуальных сетей. Рассмотрим два шестипортовых коммутатора. Пусть в первом коммутаторе порты 1 и 2 относятся к VLAN#1, а порты 3 и 4 к VLAN#2; во втором коммутаторе порты 1, 2 и 3 относятся к VLAN#1, а порт 4 к VLAN#2. Чтобы пользователи VLAN#1 первого коммутатора могли общаться с пользователями VLAN#1 второго коммутатора, эти коммутаторы должны быть связаны между собой портами, относящимися к VLAN#1 (например, порт 5 первого и второго коммутаторов необходимо приписать к VLAN#1). Аналогично, для общения пользователей VLAN#2 первого коммутатора с пользователями VLAN#2 второго коммутатора следует связать эти коммутаторы через порты, приписанные к VLAN#2 (это могут быть порты 6 на обоих коммутаторах). Таким образом, проблема масштабируемости виртуальных сетей на основе технологии группировки портов решается (правда, не во всех случаях) за счет установления избыточных связей между коммутаторами.
Виртуальные сети на основе стандарта IEEE 802.1Q
ри наличии развитой сетевой инфраструктуры, насчитывающей множество коммутаторов, более эффективным решением создания виртуальных сетей будет технология IEEE 802.1Q. В виртуальных сетях, основанных на стандарте IEEE 802.1Q, информация о принадлежности передаваемых Ethernet-кадров к той или иной виртуальной сети встраивается в сам передаваемый кадр. Таким образом, стандарт IEEE 802.1Q определяет изменения в структуре кадра Ethernet, позволяющие передавать информацию о VLAN по сети.
К кадру Ethernet добавляется метка (Tag) длиной 4 байта такие кадры называют кадрами с метками (Tagged frame). Дополнительные биты содержат информацию по принадлежности кадра Ethernet к виртуальной сети и о его приоритете (рис. 4).
Добавляемая метка кадра включает в себя двухбайтовое поле TPID (Tag Protocol Identifier) и двухбайтовое поле TCI (Tag Control Information). Поле TCI, в свою очередь, состоит из полей Priority, CFI и VID. Поле Priotity длиной 3 бита задает восемь возможных уровней приоритета кадра. Поле VID (VLAN ID) длиной 12 бит является идентификатором виртуальной сети. Эти 12 бит позволяют определить 4096 различных виртуальных сетей, однако идентификаторы 0 и 4095 зарезервированы для специального использования, поэтому всего в стандарте 802.1Q возможно определить 4094 виртуальные сети. Поле CFI (Canonical Format Indicator) длиной 1 бит зарезервировано для обозначения кадров сетей других типов (Token Ring, FDDI), передаваемых по магистрали Ethernet, и для кадров Ethernet всегда равно 0.
Изменение формата кадра Ethernet приводит к тому, что сетевые устройства, не поддерживающие стандарт IEEE 802.1Q (такие устройства называют Tag-unaware), не могут работать с кадрами, в которые вставлены метки, а сегодня подавляющее большинство сетевых устройств (в частности, сетевые Ethernet-контроллеры конечных узлов сети) не поддерживают этот стандарт. Поэтому для обеспечения совместимости c устройствами, поддерживающими стандарт IEEE 802.1Q (Tag-aware-устройства), коммутаторы стандарта IEEE 802.1Q должны поддерживать как традиционные Ethernet-кадры, то есть кадры без меток (Untagged), так и кадры с метками (Tagged).
Входящий и исходящий трафики, в зависимости от типа источника и получателя, могут быть образованы и кадрами типа Tagged, и кадрами типа Untagged только в этом случае можно достигнуть совместимости с внешними по отношению к коммутатору устройствами. Трафик же внутри коммутатора всегда образуется пакетами типа Tagged. Поэтому для поддержки различных типов трафиков и для того, чтобы внутренний трафик коммутатора образовывался из пакетов Tagged, на принимаемом и передающем портах коммутатора кадры должны преобразовываться в соответствии с предопределенными правилами.
Правила входящего порта (Ingress rules)
Рассмотрим более подробно процесс передачи кадра через коммутатор (рис. 5). По отношению к трафику каждый порт коммутатора может быть как входным, так и выходным. После того как кадр принят входным портом коммутатора, решение о его дальнейшей обработке принимается на основании предопределенных правил входного порта (Ingress rules). Поскольку принимаемый кадр может относиться как к типу Tagged, так и к типу Untagged, то правилами входного порта определяется, какие типы кадров должны приниматься портом, а какие отфильтровываться. Возможны следующие варианты: прием только кадров типа Tagged, прием только кадров типа Untagged, прием кадров обоих типов. По умолчанию для всех коммутаторов правилами входного порта устанавливается возможность приема кадров обоих типов.
Рис. 5. Процесс продвижения кадров в коммутаторе, совместимом со стандартом IEEE 802.1Q
Если правилами входного порта определено, что он может принимать кадр Tagged, в котором имеется информация о принадлежности к конкретной виртуальной сети (VID), то этот кадр передается без изменения. А если определена возможность работы с кадрами типа Untagged, в которых не содержится информации о принадлежности к виртуальной сети, то прежде всего такой кадр преобразуется входным портом коммутатора к типу Tagged (напомним, что внутри коммутатора все кадры должны иметь метки о принадлежности к виртуальной сети).
Чтобы такое преобразование стало возможным, каждому порту коммутатора присваивается уникальный PVID (Port VLAN Identifier), определяющий принадлежность порта к конкретной виртуальной сети внутри коммутатора (по умолчанию все порты коммутатора имеют одинаковый идентификатор PVID=1). Кадр типа Untagged преобразуется к типу Tagged, для чего дополняется меткой VID (рис. 6). Значение поля VID входящего Untagged-кадра устанавливается равным значению PVID входящего порта, то есть все входящие Untagged-кадры автоматически приписываются к той виртуальной сети внутри коммутатора, к которой принадлежит входящий порт.
Правила продвижения пакетов (Forwarding Process)
После того как все входящие кадры отфильтрованы, преобразованы или оставлены без изменения в соответствии в правилами входящего порта, решение об их передаче к выходному порту основывается на предопределенных правилах продвижения пакетов. Правило продвижения пакетов внутри коммутатора заключается в том, что пакеты могут передаваться только между портами, ассоциированными с одной виртуальной сетью. Как уже отмечалось, каждому порту присваивается идентификатор PVID, который используется для преобразования принимаемых Untagged-кадров, а также для определения принадлежности порта к виртуальной сети внутри коммутатора с идентификатором VID=PVID. Таким образом, порты с одинаковыми идентификаторами внутри одного коммутатора ассоциируются с одной виртуальной сетью. Если виртуальная сеть строится на базе одного коммутатора, то идентификатора порта PVID, определяющего его принадлежность к виртуальной сети, вполне достаточно. Правда, создаваемые таким образом сети не могут перекрываться, поскольку каждому порту коммутатора соответствует только один идентификатор. В этом смысле создаваемые виртуальные сети не обладали бы такой гибкостью, как виртуальные сети на основе портов. Однако стандарт IEEE 802.1Q с самого начала задумывался для построения масштабируемой инфраструктуры виртуальных сетей, включающей множество коммутаторов, и в этом состоит его главное преимущество по сравнению с технологией образования VLAN на основе портов. Но для того, чтобы расширить сеть за пределы одного коммутатора, одних идентификаторов портов недостаточно, поэтому каждый порт может быть ассоциирован с несколькими виртуальными сетями, имеющими различные идентификаторы VID.
Если адрес назначения пакета соответствует порту коммутатора, который принадлежит к той же виртуальной сети, что и сам пакет (могут совпадать VID пакета и VID порта или VID пакета и PVID порта), то такой пакет может быть передан. Если же передаваемый кадр принадлежит к виртуальной сети, с которой выходной порт никак не связан (VID пакета не соответствует PVID/VID порта), то кадр не может быть передан и отбрасывается.
Правила выходного порта (Egress rules)
После того как кадры внутри коммутатора переданы на выходной порт, их дальнейшее преобразование зависит от правил выходного порта. Как уже говорилось, трафик внутри коммутатора создается только пакетами типа Tagged, а входящий и исходящий трафики могут быть образованы пакетами обоих типов. Соответственно правилами выходного порта (правило контроля метки Tag Control) определяется, следует ли преобразовывать кадры Tagged к формату Untagged.
Каждый порт коммутатора может быть сконфигурирован как Tagged или Untagged Port. Если выходной порт определен как Tagged Port, то исходящий трафик будет создаваться кадрами типа Tagged с информацией о принадлежности к виртуальной сети. Следовательно, выходной порт не меняет тип кадров, оставляя их такими же, какими они были внутри коммутатора. К указанному порту может быть подсоединено только устройство, совместимое со стандартом IEEE 802.1Q, например коммутатор или сервер с сетевой картой, поддерживающей работу с виртуальными сетями данного стандарта.
Если же выходной порт коммутатора определен как Untagged Port, то все исходящие кадры преобразуются к типу Untagged, то есть из них удаляется дополнительная информация о принадлежности к виртуальной сети. К такому порту можно подключать любое сетевое устройство, в том числе коммутатор, не совместимый со стандартом IEEE 802.1Q, или ПК конечных клиентов, сетевые карты которых не поддерживают работу с виртуальными сетями этого стандарта.
Конфигурирование виртуальных сетей стандарта IEEE 802.1Q
Рассмотрим конкретные примеры конфигурирования виртуальных сетей стандарта IEEE 802.1Q.
Чтобы сформировать VLAN-сеть в соответствии со стандартом IEEE 802.1Q, необходимо проделать следующие действия:
- задать имя виртуальной сети (например, VLAN#1) и определить ее идентификатор (VID);
- выбрать порты, которые будут относиться к данной виртуальной сети;
- задать правила входных портов виртуальной сети (возможность работы с кадрами всех типов, только с кадрами Untagged или только с кадрами Tagged);
- установить одинаковые идентификаторы PVID портов, входящих в виртуальную сеть;
- задать для каждого порта виртуальной сети правила выходного порта, сконфигурировав их как Tagged Port или Untagged Port.
Далее необходимо повторить вышеперечисленные действия для следующей виртуальной сети. При этом нужно помнить, что каждому порту можно задать только один идентификатор PVID, но один и тот же порт может входить в состав различных виртуальных сетей, то есть ассоциироваться одновременно с несколькими VID.
Таблица 1. Задание характеристик портов при создании виртуальных сетей на базе одного коммутатора
Примеры построения VLAN-сетей на основе коммутаторов, совместимых со стандартом IEEE 802.1Q
А теперь рассмотрим типичные примеры построения виртуальных сетей на основе коммутаторов, поддерживающих стандарт IEEE 802.1Q.
Если имеется всего один коммутатор, к портам которого подключаются компьютеры конечных пользователей, то для создания полностью изолированных друг от друга виртуальных сетей все порты должны быть объявлены как Untagget Ports для обеспечения совместимости с сетевыми Ethernet-контроллерами клиентов. Принадлежность узлов сети к той или иной VLAN определяется заданием идентификатора порта PVID.
Возьмем восьмипортовый коммутатор, на базе которого создаются три изолированные виртуальные сети VLAN#1, VLAN#2 и VLAN#3 (рис. 7). Первому и второму портам коммутатора присваивается идентификатор PVID=1. Поскольку идентификаторы этих портов совпадают с идентификатором первой виртуальной сети (PVID=VID), то данные порты образуют виртуальную сеть VLAN#1 (табл. 1). Если портам 3, 5 и 6 присвоить PVID=2 (совпадает с идентификатором VID VLAN#2), то вторая виртуальная сеть будет образована портами 3, 4 и 8. Аналогично формируется и VLAN#3 на базе портов 5, 6 и 7. Для обеспечения совместимости с конечным оборудованием (предполагается, что к портам коммутатора подключаются ПК клиентов сети, сетевые карты которых не совместимы со стандартом IEEE 802.1Q) все порты необходимо сконфигурировать как Untagged.
Рис. 7. Организация трех сетей VLAN по стандарту IEEE 802.1Q на основе одного коммутатора
Если инфраструктура сети включает несколько коммутаторов, поддерживающих стандарт IEEE 802.1Q, то для связи коммутаторов друг с другом необходимо использовать несколько иной принцип конфигурирования. Рассмотрим два шестипортовых коммутатора, которые поддерживают стандарт IEEE 802.1Q и на основе которых необходимо сконфигурировать три изолированные друг от друга виртуальные сети VLAN#1, VLAN#2 и VLAN#3.
Пусть к первой виртуальной сети относятся клиенты, подключенные к портам 1 и 2 первого коммутатора и к портам 5 и 6 второго коммутатора. К сети VLAN#2 относятся клиенты, подключенные к порту 3 первого коммутатора и порту 1 второго коммутатора, а к сети VLAN#3 относятся клиенты, подключенные к портам 4 и 5 первого коммутатора и портам 2 и 3 второго коммутатора. Порт 6 первого коммутатора и порт 4 второго коммутатора используются для связи коммутаторов друг с другом (рис. 8).
Рис. 8. Организация трех VLAN-сетей по стандарту IEEE 802.1Q на основе двух коммутаторов
Чтобы сконфигурировать указанные виртуальные сети, необходимо прежде всего определить на каждом из коммутаторов по три виртуальные сети VLAN#1, VLAN#2 и VLAN#3, задав их идентификаторы (VID=1 для VLAN#1, VID=2 для VLAN#2 и VID=3 для VLAN#3).
На первом коммутаторе порты 1 и 2 должны входить в состав VLAN#1, для чего этим портам присваивается PVID=1. Порт 2 первого коммутатора необходимо приписать к VLAN#2, для чего идентификатору порта присваивается значение PVID=2. Аналогично, для портов 5 и 6 первого коммутатора устанавливаются идентификаторы PVID=3, так как эти порты относятся к VLAN#3. Все указанные порты первого коммутатора должны быть сконфигурированы как Untagged Port для обеспечения совместимости с сетевыми картами клиентов.
Порт 4 первого коммутатора используется для связи со вторым коммутатором и должен передавать кадры всех трех виртуальных сетей без изменения второму коммутатору. Поэтому его необходимо сконфигурировать как Tagged Port и включить в состав всех трех виртуальных сетей (ассоциировать с VID=1, VID=2 и VID=3). При этом идентификатор порта не имеет значения и может быть любым (в нашем случае PVID=4).
Аналогичная процедура конфигурации виртуальных сетей осуществляется и на втором коммутаторе. Конфигурации портов двух коммутаторов представлены в табл. 2.
Таблица 2. Задание характеристик портов при создании виртуальных сетей на основе двух коммутаторов
Автоматическая регистрация в виртуальных сетях стандарта IEEE 802.1Q
ассмотренные примеры виртуальных сетей относились к так называемым статическим виртуальным сетям (Static VLAN), в которых все порты настраиваются вручную, что хотя и весьма наглядно, но при развитой сетевой инфраструктуре является довольно рутинным делом. Кроме того, при каждом перемещении пользователей в пределах сети приходится производить перенастройку сети с целью сохранения их членства в заданных виртуальных сетях, а это, конечно, крайне нежелательно.
Существует и альтернативный способ конфигурирования виртуальных сетей, а создаваемые при этом сети называются динамическими виртуальными сетями (Dynamic VLAN). В таких сетях пользователи могут автоматически регистрироваться в сети VLAN, для чего служит специальный протокол регистрации GVRP (GARP VLAN Registration Protocol). Этот протокол определяет способ, посредством которого коммутаторы обмениваются информацией о сети VLAN, чтобы автоматически зарегистрировать членов VLAN на портах во всей сети.
Все коммутаторы, поддерживающие функцию GVRP, могут динамически получать от других коммутаторов (и, следовательно, передавать другим коммутаторам) информацию VLAN о регистрации, включающую данные об элементах текущей VLAN, о порте, через который можно осуществлять доступ к элементам VLAN и т.д. Для связи одного коммутатора с другим в протоколе GVRP используется сообщения GVRP BPDU (GVRP Bridge Protocol Data Units). Любое устройство с поддержкой протокола GVPR, получающее такое сообщение, может динамически подсоединяться к той сети VLAN, о которой оно оповещено.
