1.3 Анализ виртуальных локальных сетей vlan

Всем коммутируемым сетям присуще одно ограничение. Поскольку коммутатор является устройством канального уровня, он не может знать, куда направлять широковещательные пакеты протоколов сетевого уровня. Хотя трафик с конкретными адресами (соединения "точка-точка") изолирован парой портов, широковещательные пакеты передаются во всю сеть (на каждый порт). Широковещательные пакеты - это пакеты, передаваемые на все узлы сети. Они необходимы для работы многих сетевых протоколов, таких как ARP, BOOTP или DHCP, с их помощью рабочая станция оповещает другие компьютеры о своем появлении в сети, так же широковещательные пакеты могут возникать из-за некорректно работающего сетевого адаптера. Широковещательные пакеты могут привести к насыщению полосы пропускания, особенно в крупных сетях. Для того, чтобы этого не происходило важно ограничить область распространения широковещательного трафика (эта область называется широковещательным доменом) - организовать небольшие широковещательные домены или виртуальные ЛВС (Virtual LAN, VLAN).

Виртуальной сетью называется логическая группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сетями на основании MAC-адреса невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время, внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра. Таким образом, с помощью виртуальных сетей решается проблема распространения широковещательных пакетов и вызываемых ими следствий, которые могут развиться в широковещательные штормы и существенно снизить производительность сети обладают следующими преимуществами:

• Гибкость внедрения VLAN являются эффективным способом группировки сетевых пользователей в виртуальные рабочие группы, несмотря на их физическое размещение в сети;

• VLAN обеспечивают возможность контроля широковещательных сообщений, что увеличивает полосу пропускания, доступную для пользователя;

• VLAN позволяют усилить безопасность сети, определив с помощью фильтров, настроенных на коммутаторе или маршрутизаторе, политику взаимодействия пользователей из разных виртуальных сетей.

В коммутаторах могут использоваться три типа VLAN:

• VLAN на базе портов;

• VLAN на базе MAC-адресов;

• VLAN на основе меток в дополнительном поле кадра - стандарт IEEE 802.1Q.

Организация VLAN на базе портов и MAC адресов, является устаревшей и не рекомендуется для применения в современных реализациях виртуальных сетей.

1.4 Vlan на базе меток - стандарт ieee 802.1q

Метод организации VLAN на основе меток - тэгов, использует дополнительные поля кадра для хранения информации о принадлежности кадра при его перемещениях между коммутаторами сети.

Стандарт IEEE 802.1Q определяет изменения в структуре кадра Ethernet, позволяющие передавать информацию о VLAN по сети.

С точки зрения удобства и гибкости настроек, VLAN на основе меток является лучшим решением. Его основные преимущества:

Гибкость и удобство в настройке и изменении - можно создавать необходимые комбинации VLAN как в пределах одного коммутатора, так и во всей сети, построенной на коммутаторах с поддержкой стандарта IEEE 802.1Q. Способность добавления меток позволяет VLAN распространяться через множество 802.1Q-совместимых коммутаторов по одному физическому соединению.

Способность VLAN 802.1Q добавлять и извлекать метки из заголовков пакетов позволяет VLAN работать с коммутаторами и сетевыми адаптерами серверов и рабочих станций, которые не распознают метки.

Устройства разных производителей, поддерживающие стандарт могут работать вместе, не зависимо от какого-либо фирменного решения.

Не обязательно применять маршрутизаторы. Чтобы связать подсети на сетевом уровне, достаточно включить нужные порты в несколько VLAN, что обеспечит возможность обмена трафиком. Например, для организации доступа к серверу из различных VLAN, нужно включить порт коммутатора, к которому подключен сервер во все подсети. Единственное ограничение - сетевой адаптер сервера должен поддерживать стандарт IEEE 802.1Q.

В силу указанных свойств, VLAN на базе тэгов используются на практике гораздо чаще остальных типов, поэтому остановимся подробно на принципах работы такой схемы и вариантов, которые можно с ее помощью организовать.

Теги IEEE 802.1Q VLAN

Рассмотрим структуру кадра Ethernet с добавленным маркером IEEE 802.1Q (Рисунок 1.3). К кадру Ethernet добавлены четыре байта. Первые 2 байта с фиксированным значение 0х8100 определяют, что кадр содержит тег протокола IEEE 802.1Q/802.1p. Остальные 2 байта содержат следующую информацию:

• 3 бита приоритета передачи кодируют до восьми уровней приоритета (от 0 до 7, где 7-наивысший приоритет), которые используются в стандарте IEEE 802.1р;

• 1 бит Canonical Format Indicator (CFI), который зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов (Token Ring, FDDI), передаваемых по магистрали Ethernet;

• 12-ти битный идентификатор VLAN - VLAN ID (VID), определяющий, какой VLAN принадлежит трафик. Поскольку под поле VID отведено 12 бит, то можно определить 4096 уникальных VLAN.

Добавление тега в заголовок кадра делает кадр длиннее на 4 байта. Вся содержащаяся в исходном кадре информация сохраняется.

Рис. 1.3 Маркированный кадр Ethernet.

Поскольку сформированный кадр несколько длиннее исходного, то должна быть заново вычислена контрольная сумма Cyclic Redundancy Check (CRC).