1 Теория построения инфокоммуникационных систем и сетей

1.1 Понятие виртуальной локальной компьютерной сети vlan (Virtual Local Area Network). Типы создания vlan.

См.раздатку

VLAN (Virtual Local Area Network) — «виртуальная» локальная компьютерная сеть. Образует группу узлов сети, в которой весь трафик, включая и широковещательный, полностью изолирован на канальном уровне от других узлов сети. VLAN можно создать только на управляемых устройствах. Одна VLAN может объединять порты нескольких коммутаторов (VLAN с одинаковыми номерами на разных коммутаторах считается одной и той же VLAN).

Преимущетсва:

Более эффективное использование пропускной способности, чем в традиционных локальных вычислительных сетях. 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 ограничивается предопределенным доменом, а не передается всем станциям сети. Этим достигается оптимальное распределение пропускной способности сети между логическими группами компьютеров.

Повышенный уровень защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа. Обмен данными ведется только внутри конкретной VLAN, компьютеры из разных виртуальных сетей не могут получать трафик, генерируемый в других VLAN.

Упрощение сетевого администрирования. Например, при переезде какого-либо пользователя VLAN в другое помещение 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.

См.раздатку стр1 рис1 SW-коммутатор.

Для организации VLAN, как правило, используется один из трех способов.

VLAN на базе портов. раздатка стр1 рис2

Каждый порт назначается в определенную VLAN, независимо от того, какой пользователь или компьютер подключен к этому порту. Все пользователи, подключенные к этому порту, будут членами одной VLAN. Конфигурация портов статическая и может быть изменена только вручную

Организуются путем логического объединения выбранных физических портов коммутатора. 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. Все они будут принадлежать к одной VLAN — к той, к которой приписан обслуживающий их порт коммутатора. Применяются в пределах одного коммутатора.

VLAN на базе MAC-адресов. (канальный уровень OSI) раздатка стр2 рис1

VLAN строится, 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.

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.

VLAN на базе меток-тегов. раздатка стр2 рис2

Метод использует дополнительные поля для хранения информации о принадлежности кадра при его перемещениях между коммутаторами сети. IEEE 802.1Q определяет изменения в структуре кадра Ethernet, позволяющая передавать информацию о VLAN по сети. См.раздатку стр2 рис2

Определенные порты можно добавлять в несколько виртуальных сетей. Для того, чтобы разобраться, где какой порт находится, применяется тегирование. Рассмотрим обычный кадр Ethernet раздатка стр2 рис3

Если добавляется тег, то он дополняется в дополнительном поле в 4 байта раздатка стр3 рис1. Максимальный размер кадра 1518 байт при дополнительном поле 1522 байта. Так как кадр длиннее, то снова рассчитывается CRC (контрольная сумма).

Сеть такой пакет будет выбрасывать, поэтому необходимо ставить конверторы, которые уменьшают размер пакета до 1518 байт за счет поля данных. Четыре байта кодируются как показано на рисунке в раздатке стр3 рис2.

Первые 2 байта определяют, что кадр содержит тег по протоколу IEEE 802.1Q/802.1р.

Последние 2 байта в теге несут информацию:

-3бита – приоритет (0-7), который использует стандарт IEEE 802.1р.

-1 бит зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов (Token Ring, FDDI) передаваемых по магистрали Ethernet.

-12 битовый идентификатор VLAN – VID – определяет, какой VLAN принадлежит трафик.

Так как поле VID определяет 12 бит, то можно определить 4096 уникальных VLAN. Последний доступный адрес 4095 – черная дверь/мусорная корзина, куда сбрасываются адреса, которые не присутствуют в сети. Таким образом количество адресов составляет VID (2 – 4094).

Способность IEEE 802.1Q добавлять и извлекать метки из заголовков позволяет VLAN работать с коммутаторами и сетевыми адаптерами серверов и рабочих станций, которые не распознают метки и устройства разных производителей. Поддерживающие этот стандарт устройства могут работать совместно.