38. Виртуальные лвс. Типы vlan. Стандарт ieee 802.1q. Формат маркированного кадра Ethernet ieee 802.1p/q. Правила продвижения пакетов vlan 802.1q.
VLAN (аббр. от англ. Virtual Local Area Network) — виртуальная локальная компьютерная сеть, представляет собой группу хостов с общим набором требований, которые взаимодействуют так, как если бы они были подключены к широковещательному домену, независимо от их физического местонахождения. VLAN имеет те же свойства, что и физическая локальная сеть, но позволяет конечным станциям группироваться вместе, даже если они не находятся в одной физической сети.
Преимущества
Облегчается перемещение, добавление устройств и изменение их соединений друг с другом.
Достигается большая степень административного контроля вследствие наличия устройства, осуществляющего между сетями VLAN маршрутизацию на 3-м уровне.
Уменьшается потребление полосы пропускания по сравнению с ситуацией одного широковещательного домена.
Сокращается непроизводственное использование CPU за счет сокращения пересылки широковещательных сообщений.
Предотвращение широковещательных штормов и предотвращение петель.
Существуют следующие решения:
по порту (Port-based, 802.1Q): порту коммутатора вручную назначается одна VLAN. VLAN, построенные на базе портов, имеют некоторые ограничения. Они очень просты в установке, но позволяют поддерживать для каждого порта только одну VLAN. Следовательно, такое решение мало приемлемо при использовании концентраторов или в сетях с мощными серверами, к которым обращается много пользователей (сервер не удастся включить в разные VLAN). Кроме того, вносить изменения в VLAN на основе портов достаточно сложно, поскольку при каждом изменении требуется физическое переключение устройств.
по MAC-адресу (MAC-based): членство в VLANе основывается на MAC-адресе рабочей станции. В таком случае свитч имеет таблицу MAC-адресов всех устройств вместе с VLANами, к которым они принадлежат.
методом аутентификации (Authentication based): устройства могут быть автоматически перемещены в VLAN основываясь на данных аутентификации пользователя или устройства при использовании протокола 802.1x.
VLAN могут строиться согласно протоколу IEEE 802.3ac (если имеющееся оборудование его поддерживает). Формат кадра этого протокола показан на рисунке. Кадр при попадании во входной интерфейс VLAN снабжается 4-октетной меткой, которая анализируется коммутаторами 802.1q. Эта метка размещается в заголовке кадра между полями адреса отправителя и длины кадра. Когда кадр покидает VLAN, метка из кадра удаляется. В остальных свойствах форматы кадров 802.3 и 802.3ас совпадают.
Рис. Формат кадра уровня L2 в случае использования протокола 802.3ас
802.1Q не изменяет заголовки кадра, то сетевые устройства, которые не поддерживают этот стандарт, могут передавать трафик без учёта его принадлежности к VLAN.
В IEEE 802.1q предусмотрено 8 уровней приоритета. 3-битовые коды CoS присваиваются пользователем. Поле CoS является частью 32-битовой метки пакета в стандарте 802.1q. Значения кодов CoS перечислены в таблице:
Классы трафика CoS (IEEE 802.1q) |
|
Код приоритета пользователя |
Класс приоритета трафика |
111 |
Критически важный для сети <7> |
110 |
Голосовой интерактивный <6> |
101 |
Мультимедийный интерактивный <5> |
100 |
Мультимедийный потоковый <4> |
011 |
Важный <3> |
010 |
Стандартный <2> |
001 |
Фоновый <1> |
000 |
Наинизший <0> |
802.1Q помещает внутрь фрейма тег, который передает информацию о принадлежности трафика к VLAN'у.
Размер тега — 4 байта. Он состоит из таких 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 802.1p для задания приоритета передаваемого трафика.
Canonical Format Indicator (CFI) — Индикатор канонического формата. Размер поля — 1 бит. Указывает на формат MAC-адреса. 1 — канонический(Кадр Ethernet), 0 — не канонический(Кадр Token Ring,FDDI).
VLAN Identifier (VID) — идентификатор VLAN'а. Размер поля — 12 бит. Указывает, какому VLAN'у принадлежит фрейм. Диапазон возможных значений VID от 0 до 4094.
При использовании стандарта Ethernet II 802.1Q вставляет тег перед полем "Тип протокола". Так как фрейм изменился, пересчитывается контрольная сумма.
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. 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. Для 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. 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.
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.