Разделяем сеть с помощью VLAN. Технологии VLAN

VLAN (Virtual Local Area Network, виртуальная локальная вычислительная сеть) - это функция в роутерах и коммутаторах, позволяющая на одном физическом сетевом интерфейсе (Ethernet, Wi-Fi интерфейсе) создать несколько виртуальных локальных сетей.

VLAN является частью большего LAN . Простейший механизм изоляции различных подсетей на Что такое Ethernet , WI-FI интерфейсах. Для того, чтобы организовывать VLAN, сетевой коммутатор (Как выбрать сетевой коммутатор (свитч, свич, англ. switch)) должен поддерживать технологию VLAN и протокол 802.1q.

Преимущества VLAN:

увеличивает число широковещательных доменов, но уменьшает размер каждого широковещательного домена, которые в свою очередь уменьшают сетевой трафик и увеличивают безопасность сети (оба следствия связаны вместе из-за единого большого широковещательного домена);

уменьшает усилия администраторов на создание подсетей;

уменьшает количество оборудования, так как сети могут быть разделены логически, а не физически;

улучшает управление различными типами трафика.

Термины VLAN

Что такое Native VLAN - это понятие в стандарте 802.1Q, которое обозначает VLAN на коммутаторе, где все кадры идут без тэга, т.е. трафик передается нетегированным. По умолчанию это VLAN 1. В некоторых моделях коммутаторов, например, cisco, это можно изменить, указав другой VLAN как native.

Термин untagged : только одна VLAN может получать все пакеты, не отнесённые ни к одной VLAN (в терминологии 3Com, Planet, Zyxel - untagged , в терминологии Cisco - native VLAN ). Свитч будет добавлять метки данной VLAN ко всем принятым кадрам не имеющих никаких меток.

Транк VLAN - это физический канал, по которому передается несколько VLAN каналов, которые различаются тегами (метками, добавляемыми в пакеты). Транки обычно создаются между «тегированными портами» VLAN-устройств: свитч-свитч или свитч-маршрутизатор. (В документах Cisco термином «транк» также называют объединение нескольких физических каналов в один логический: Link Aggregation, Port Trunking). Маршрутизатор (свитч третьего уровня) выступает в роли магистрального ядра сети (backbone) для сетевого трафика разных VLAN.

Сказать проще, vlan – это логический канал внутри физического канала (кабеля), а trunk это множество логических каналов (vlan`ов) внутри одного физического канала (кабеля) .

Сети VLAN могут быть определены по:

Порту (наиболее частое использование). VLAN, базирующиеся на номере порта позволяют определить конкретный порт в VLAN. Порты могут быть определены индивидуально, по группам, по целым рядам и даже в разных коммутаторах через транковый протокол. Это наиболее простой и часто используемый метод определения VLAN. Это наиболее частое применение внедрения VLAN, построенной на портах, когда рабочие станции используют протокол Динамической Настройки TCP/IP (DHCP). Ниже рисунок VLAN на основе портов:

MAC -адрес - адресу (очень редко). VLAN, базирующиеся на MAC адресах позволяет пользователям находиться в той же VLAN, даже если пользователь перемещается с одного места на другое. Этот метод требует, чтобы администратор определил MAC адрес каждой рабочей станции и затем внес эту информацию в коммутатор. Этот метод может вызвать большие трудности при поиске неисправностей, если пользователь изменил MAC адрес. Любые изменения в конфигурации должны быть согласованы с сетевым администратором, что может вызывать административные задержки.

Идентификатору пользователя User ID (очень редко)

VLAN Linux и D-Link DGS-1100-08P

Настройка DGS-1100-08P . Подключимся к нему в первый порт. Присвоим ему IP 10.90.91.2. Создадим 3 VLAN: vlan1 (порт 1 (tagged)) для служебного использования, то есть только для настройки коммутатора, vlan22(порт 1 (tagged); порты 2,3,4 (untagged)), vlan35(порт 1 (tagged); порты 5,6 (untagged)). Порты 7,8 не используются и выключены через меню Port Settings(Speed: Disabled).
Укажем, что в дальнейшем управлять D-Link DGS-1100-08P (IP 10.90.91.2) можно управлять только через vlan1, то есть в нашем случае системный администратор должен подключиться в первый порт DGS-1100-08P(При подключении в иной порт - коммутатор не разрешит доступ к 10.90.91.2).

Создать VLAN с именем vlan22 привязанный к порту сетевой карты eth4. Присвоим ему IP:192.168.122.254. ip link add link eth4 name vlan22 type vlan id 22 ip addr add 192.168.122.254/ 24 dev vlan22 ifconfig vlan22 up

Служебный vlan только для настройки коммутатора:

Параметры созданных vlan смотрим в файлах ls -l / proc/ net/ vlan/ итого 0 -rw------- 1 root root 0 Авг 17 15 :06 config -rw------- 1 root root 0 Авг 17 15 :06 vlan1 -rw------- 1 root root 0 Авг 17 15 :06 vlan22

Создание vlan через vconfig и автоматическая загрузка через /etc/network/interfaces не заработала, потому создаем запускной файлик и прописываем в атозагрузку сервера. vlan_create.sh #!/bin/sh -e ip link add link eth4 name vlan22 type vlan id 22 ip addr add 192.168.122.254/ 24 dev vlan22 ifconfig vlan22 up

К сожалению, многие современные предприятия и организации практически не используют такую полезную, а часто просто необходимую возможность, предоставляемую большинством современных коммутаторов локальных вычислительных сетей (ЛВС), как организация виртуальных ЛВС (ВЛВС, VLAN) в рамках сетевой инфраструктуры. Трудно сказать, чем это вызвано. Возможно, недостатком информации о преимуществах, предоставляемых технологией VLAN, ее кажущейся сложностью, или нежеланием использовать “сырое” средство, не гарантирующее интероперабельность между сетевыми устройствами различных производителей (хотя технология VLAN уже год как стандартизована, и все ведущие производители активного сетевого оборудования поддерживают этот стандарт). Поэтому данная статья посвящена технологии VLAN. В ней будут рассмотрены преимущества от использования VLAN, наиболее распространенные способы организации VLAN и взаимодействия между ними, а также особенности построения VLAN при использовании коммутаторов некоторых известных производителей.

зачем это нужно

Что же такое VLAN? Это группа подключенных к сети компьютеров, логически объединенных в домен рассылки широковещательных сообщений по какому- либо признаку. Например, группы компьютеров могут выделяться в соответствии с организационной структурой предприятия (по отделам и
подразделениям) или по признаку работы над совместным проектом либо задачей.

Использование VLAN дает три основных преимущества. Это значительно более эффективное использование пропускной способности, чем в традиционных ЛВС, повышенный уровень защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа и упрощение сетевого администрирования.

Так как при использовании VLAN вся сеть логически разбивается на широковещательные домены, информация передается членами VLAN только другим членам той же VLAN, а не всем компьютерам физической сети. Таким образом, широковещательный трафик (обычно генерируемый серверами, сообщающими о своем присутствии и возможностях другим устройствам сети) ограничивается предопределенным доменом, а не передается всем станциям сети. Этим достигается оптимальное распределение пропускной способности сети между логическими группами компьютеров: рабочие станции и серверы из разных VLAN “не видят” друг друга и не мешают один одному.

Поскольку обмен данными ведется только внутри конкретной VLAN, компьютеры из разных виртуальных сетей не могут получать трафик, генерируемый в других VLAN. Применение анализаторов протоколов и средств сетевого мониторинга для сбора трафика в других VLAN, помимо той, к которой принадлежит желающий это сделать пользователь, представляет значительные трудности. Именно поэтому в среде VLAN передаваемая по сети информация гораздо лучше защищена от несанкционированного доступа.

Еще одно преимущество использования VLAN - это упрощение сетевого администрирования. Особенно это касается таких задач, как добавление к сети новых элементов, их перемещение и удаление. Например, при переезде какого-либо пользователя VLAN в другое помещение, пусть даже находящееся на другом этаже или в другом здании предприятия, сетевому администратору нет необходимости перекоммутировать кабели. Ему нужно всего лишь со своего рабочего места соответствующим образом настроить сетевое оборудование. Кроме того, в некоторых реализациях VLAN контроль над перемещениями членов VLAN может осуществляться автоматически, не требуя вмешательства администратора. Операции по созданию новых логических групп пользователей, добавлению новых членов в группы сетевой администратор также может осуществлять по сети, не сходя со своего рабочего места. Все это существенно экономит рабочее время администратора, которое может быть использовано на решение других не менее важных задач.

способы организации VLAN

Ведущие производители коммутаторов уровня отдела и рабочей группы используют в своих устройствах, как правило, один из трех способов организации VLAN: на базе портов, МАС-адресов или протоколов третьего уровня. Каждый из этих способов соответствует одному из трех нижних уровней модели взаимодействия открытых систем OSI: физическому, канальному и сетевому соответственно. Существует четвертый способ организации VLAN - на основе правил. В настоящее время он используется редко, хотя обеспечивает большую гибкость при организации VLAN, и, возможно, будет широко использоваться в устройствах ближайшего будущего. Давайте вкратце рассмотрим каждый из перечисленных выше способов организации VLAN, их достоинства и недостатки.

VLAN на базе портов. Как следует из названия способа, VLAN организуются путем логического объединения выбранных физических портов коммутатора. Например, сетевой администратор может указать, что порты коммутатора с номерами 1, 2, 5 образуют VLAN1, а порты с номерами 3, 4, 6 образуют VLAN2 и т.д.. К одному порту коммутатора может быть подключено несколько компьютеров (например, через хаб). Все они будут принадлежать к одной VLAN - к той, к которой приписан обслуживающий их порт коммутатора. Такая жесткая привязка членства в VLAN является недостатком способа организации виртуальных сетей на базе портов.

VLAN на базе МАС-адресов. Этот способ позволяет строить VLAN, основываясь на уникальном шестнадцатеричном адресе канального уровня, который имеет каждый сетевой адаптер сервера или рабочей станции сети. Это более гибкий способ организации VLAN по сравнению с предыдущим, так как к одному порту коммутатора могут быть подключены устройства, принадлежащие к разным VLAN. Кроме того, перемещения компьютеров с одного порта коммутатора на другой отслеживаются коммутатором автоматически и позволяют сохранить принадлежность переместившегося компьютера к определенной VLAN без вмешательства сетевого администратора. Действует это довольно просто: коммутатор поддерживает таблицу соответствия МАС-адресов компьютеров виртуальным сетям. Как только компьютер переключается на другой порт коммутатора, сравнивая поле МАС-адреса отправителя в заголовке первого переданного после перемещения компьютером кадра с данными своей таблицы, коммутатор делает правильный вывод о принадлежности переместившегося компьютера к VLAN. Недостатком данного способа организации VLAN является изначальная трудоемкость конфигурирования VLAN, которая чревата ошибками. Хотя таблица МАС-адресов коммутаторами строится автоматически, сетевому администратору нужно всю ее просмотреть и определить, что данный шестнадцатеричный адрес МАС соответствует такой-то рабочей станции, после чего приписать его к соответствующей виртуальной сети. Правда, последующая реконфигурация VLAN на базе МАС-адресов потребует значительно меньше усилий, чем в случае VLAN на базе портов.

VLAN на базе протоколов третьего уровня. Данный способ редко используется в коммутаторах уровня отдела и рабочей группы. Он характерен для магистральных маршрутизирующих коммутаторов, имеющих встроенные средства маршрутизации основных протоколов ЛВС - IP, IPX и AppleTalk. Согласно этому способу, группа портов коммутатора, принадлежащих к определенной VLAN, ассоциируется с определенной подсетью IP или сетью IPX. Гибкость здесь обеспечивается тем, что перемещения пользователя на другой порт, принадлежащий той же VLAN, отслеживается коммутатором и не требует его переконфигурации. Преимуществом данного способа является также простота конфигурации VLAN, которая может осуществляться автоматически, поскольку коммутатор анализирует сетевые адреса компьютеров, соотносимых с каждой VLAN. К тому же, как уже упоминалось, поддерживающие способ организации VLAN на базе протоколов третьего уровня устройства имеют встроенные средства маршрутизации, что обеспечивает возможность взаимодействия между различными VLAN без использования дополнительных средств. Недостаток у этого способа, пожалуй, всего один - высокая цена коммутаторов, в которых он реализован.

VLAN на основе правил. Предполагают наличие у коммутатора способности подробно анализировать заранее определенные поля и даже отдельные биты проходящих через него пакетов как механизмы построения VLAN. Этот способ обеспечивает практически неограниченные возможности создания виртуальных сетей на основе множества критериев. Например, даже по принципу включения в VLAN всех пользователей, в чьи компьютеры установлены сетевые адаптеры указанного производителя. Несмотря на огромную гибкость, процесс конфигурации VLAN на основе правил очень трудоемок. К тому же наличие сложных правил может отрицательно сказаться на пропускной способности коммутатора, поскольку значительная часть его вычислительной мощности будет тратиться на анализ пакетов.

Также устройства могут быть автоматически перемещены в VLAN, основываясь на данных аутентификации пользователя или устройства при использовании протокола 802.1x.

построение распределенных VLAN

Современные ЛВС нередко содержат более одного коммутатора. Принадлежащие к одной VLAN компьютеры могут быть подключены к разным коммутаторам. Таким образом, чтобы правильно направлять трафик, должен существовать механизм, позволяющий коммутаторам обмениваться информацией о принадлежности подключенных к ним устройств к VLAN. Раньше каждый производитель в своих устройствах реализовывал фирменные механизмы обмена такой информацией. Например, у 3Com эта технология носила название VLT (Virtual LAN Trunk), у Cisco Systems - ISL (Inter-Switch Link). Поэтому для построения распределенных VLAN необходимо было использовать устройства от одного производителя. Ситуация коренным образом улучшилась, когда был принят стандарт на построение тегированных VLAN - IEEE 802.1Q, который сайчас и господствует в мире VLAN. Помимо всего прочего, он регламентирует и механизм обмена информацией о VLAN между коммутаторами. Этот механизм позволяет дополнять передаваемые между коммутаторами кадры полями, указывающими на принадлежность к той или иной VLAN. На сегодняшний день все ведущие производители коммутаторов ЛВС поддерживают в своих устройствах стандарт 802.1Q. Следовательно, сегодня уже можно строить виртуальные сети, используя коммутаторы от разных производителей. Хотя, как вы увидите позже, даже работая в соответствии с 802.1Q, коммутаторы разных производителей предоставляют далеко не одинаковые возможности по организации VLAN.

организация взаимодействия между VLAN

Находящиеся в разных VLAN компьютеры не могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Для организации такого взаимодействия необходимо использовать маршрутизатор. Раньше для этого использовались обычные маршрутизаторы. Причем требовалось, чтобы маршрутизатор имел столько физических сетевых интерфейсов, сколько имеется VLAN. Помимо этого, на коммутаторах приходилось выделять по одному порту из каждой VLAN для подключения маршрутизатора. Учитывая дороговизну портов маршрутизатора, стоимость такого решения была очень высокой. Кроме того, обычный маршрутизатор вносил существенную задержку в передачу данных между VLAN. Сегодня для передачи данных между VLAN используют маршрутизирующие коммутаторы, которые имеют невысокую цену за порт и осуществляют аппаратную маршрутизацию трафика со скоростью работы канала связи. Маршрутизирующие коммутаторы также соответствуют стандарту IEEE 802.1Q, и для организации взаимодействия между распределенными VLAN им необходимо использовать всего по одному порту для подключения каждого из коммутаторов рабочих групп, осуществляющих подключение к сети устройств, соответствующих разным VLAN. Иными словами, через один порт современного маршрутизирующего коммутатора может происходить обмен информацией между устройствами из разных VLAN.

использование общих сетевых ресурсов компьютерами разных VLAN

Очень интересной является возможность организации доступа к общим сетевым ресурсам (сетевым серверам, принтерам и т.д.) компьютерам, относящимся к разным VLAN. Преимущества такой возможности очевидны. Во-первых, нет необходимости приобретать маршрутизатор или маршрутизирующий коммутатор, если не требуется организовать прямой обмен данными между компьютерами из разных VLAN. Обеспечить взаимодействие между компьютерами разных VLAN можно через сетевой сервер, доступ к которому имеют все или несколько VLAN. Во-вторых, сохраняя все преимущества использования VLAN, можно не приобретать серверы для каждой VLAN в отдельности, а использовать общие.

Самый простой способ дать доступ к одному серверу пользователям из разных VLAN - это установить в сервер несколько сетевых адаптеров и подключить каждый из этих адаптеров к портам коммутатора, принадлежащим разным VLAN. Однако такой подход имеет ограничение по количеству VLAN (в сервер нельзя установить много сетевых адаптеров), предъявляет строгие требования к компонентам сервера (драйверы сетевых адаптеров требуют увеличения количества ОЗУ, создается большая нагрузка на ЦПУ и шину ввода-вывода сервера и т.д.) и не способствует экономии денежных средств (использование нескольких сетевых адаптеров и дополнительных портов коммутатора).

С появлением стандарта IEEE 802.1Q стало возможным через один порт коммутатора передавать информацию, относящуюся ко всем или нескольким VLAN. Как уже упоминалось выше, для этого в передаваемый по сети кадр коммутатор (или другое устройство, поддерживающее 802.1Q) добавляет поле, однозначно определяющее принадлежность кадра к определенной VLAN. К такому порту как раз можно подключить всего одной линией связи общий для всех VLAN сервер. Единственное условие при этом - сетевой адаптер сервера должен поддерживать стандарт 802.1Q, чтобы сервер мог знать, из какой VLAN пришел запрос и, соответственно, куда направить ответ. Так реализуется разделение сервера между VLAN в управляемых коммутаторах уровня отдела и рабочей группы у 3Com, Hewlett-Packard и Cisco Systems.

заключение

Как видите, VLAN являются мощным средством организации сети, способным решить проблемы администрирования, безопасности передачи данных, разграничения доступа к информационным ресурсам и значительно увеличить эффективность использования полосы пропускания сети.

Олег Подуков, начальник технического отдела Компании «КОМПЛИТ»

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

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.

﻿ Разделяем сеть с помощью VLAN. Технологии VLAN