Создание VLAN на основе нескольких коммутаторов
Если узлы какой-либо виртуальной сети подключены к разным коммутаторам, то для соединения коммутаторов каждой такой сети должна быть выделена своя пара портов. В противном случае, если коммутаторы будут связаны только одной парой портов, информация о принадлежности кадра той или иной виртуальной сети при передаче из коммутатора в коммутатор будет утеряна. Таким образом, коммутаторы с группированием портов требуют для своего соединения столько портов, сколько виртуальных сетей они поддерживают. Порты и кабели используются при таком способе очень расточительно. Кроме того, при соединении виртуальных сетей через маршрутизатор для каждой виртуальной сети выделяется отдельный кабель и отдельный порт маршрутизатора, что также приводит к большим накладным расходам.
Группирование МАС-адресов в виртуальную сеть на каждом коммутаторе избавляет от необходимости их связи по нескольким портам, поскольку в этом случае МАС-адрес является меткой виртуальной сети. Однако этот способ требует выполнения большого количества ручных операций по маркировке МАС-адресов на каждом коммутаторе сети.
Описанные два подхода основаны только на добавлении дополнительной информации к адресным таблицам моста, и в них отсутствует возможность встраивания в передаваемый кадр информации о принадлежности кадра к виртуальной сети. Остальные подходы используют имеющиеся или дополнительные поля кадра для сохранения информации о принадлежности кадра при его перемещениях между коммутаторами сети. При этом нет необходимости запоминать в каждом коммутаторе принадлежность всех МАС-адресов интерсети виртуальным сетям. 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 модифицируется протокол взаимодействия «коммутатор—коммутатор», а программное и аппаратное обеспечение конечных узлов остается неизменным. Примеров таких 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, предназначенного для поддержки функций безопасности вычислительных сетей. Сама компания использует этот метод 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 этот протокол делит с протоколом 802.1р. Помимо 3 бит для хранения приоритета кадра, описанных стандартом 802.1р, в этом заголовке 12 бит используются для хранения номера виртуальной сети, к 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 «помеченным» (tagged). Длина помеченного кадра Ethernet увеличивается на 4 байта, так как помимо двух байтов собственно тега добавляются еще два байта. При добавлении заголовка 802.1p/Q поле данных уменьшается на четыре байта.
|
|
|
|
|
|
Введение стандарта 802.1Q позволило производителям оборудования преодолеть различия в фирменных реализациях VLAN и добиться совместимости при построении виртуальных локальных сетей. Поддерживают технику VLAN производители как коммутаторов, так и сетевых адаптеров. В последнем случае сетевой адаптер может генерировать и принимать помеченные кадры Ethernet, содержащие поле VLAN TAG. Если сетевой адаптер генерирует помеченные кадры, то тем самым он определяет их принадлежность к той или другой виртуальной локальной сети, поэтому коммутатор должен обрабатывать их соответствующим образом, то есть передавать или не передавать на выходной порт в зависимости от принадлежности порта. Драйвер сетевого адаптера может получить номер своей (или своих) виртуальной локальной сети путем ручного конфигурирования его администратором сети, либо от некоторого приложения, работающего на данном узле. Такое приложение может работать и 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 техника статического конфигурирования VLAN остается популярной, так как она позволяет создать структурированную сеть без привлечения программного обеспечения конечных узлов.
|
|
|
Перед нами стоит задача разбить сеть главного офиса на 5 VLAN.
Предназначение каждого VLAN описаны в таблице 1.
Таблица 1.
| Название VLAN | Предназначение |
| 15 | Подсеть для учителей |
| 30 | Подсеть для администрации |
| 45 | Подсеть для студентов |
| 60 | Подсеть для Wi-Fi |
| 75 | Подсеть для IP-телефонии |
Рисунок 1. Схема сети.
|
|
|
Стандарт IEEE 802.1Q
Если задуматься о том, как же работают виртуальные сети, то в голову приходит Мысль, что все дело не в отправляющей машине, а в самом кадре ВЛВС. Если бы был какой-нибудь способ идентифицировать ВЛВС по заголовку кадра, отпала бы необходимость просмотра его содержимого. По крайней мере, в новых сетях tHna 802.11 или 802.16 вполне можно было бы просто добавить специальное поле заголовка. Вообще-то Идентификатор кадра в стандарте 802.16 — это как раз нечто в этом духе. Но что делать с Ethernet — доминирующей сетью, у которой нет никаких «запасных» полей, которые можно было бы отдать под идентификатор виртуальной сети? Комитет IEEE 802 озаботился этим вопросом в 1995 году. После долгих дискуссий было сделано невозможное — изменен формат заголовка кадра Ethernet!? Новый формат было опубликован под именем 802.1Q, в 1998 году. В заголовок кадра был вставлен флаг ВЛВС, который мы сейчас вкратце рассмотрим. Понятно, что внесение изменений в нечто уже устоявшееся, такое как Ethernet, должно быть произведено каким-то нетривиальным образом. Встают, например, следующие вопросы:
1.И что, теперь надо будет выбросить на помойку несколько миллионов уже существующих сетевых карт Ethernet?
2.Если нет, то кто будет заниматься генерированием новых полей кадров?
3.Что произойдет с кадрами, которые уже имеют максимальный размер?
Конечно, комитет 802 тоже был озабочен этими вопросами, и решение, несмотря ни на что, было найдено.
Идея состоит в том, что на самом деле поля ВЛВС реально используются только мостами да коммутаторами, а не машинами пользователей. Так, скажем, сеть не очень-то волнует их наличие в каналах, идущих от оконечных станций, до тех пор, пока кадры не доходят до мостов или коммутаторов. Таким образом, чтобы была возможна работа с виртуальными сетями, про их существование должны знать мосты и коммутаторы, но это требование и так понятно. Теперь же мы выставляем еще одно требование: они должны знать про существование 802.1Q. Уже выпускается соответствующее оборудование. Что касается старых сетевых, карт Ethernet, то выкидывать их не приходится. Комитет 802.3 никак не мог заставить людей изменить поле Тип на поле Длина. Вы можете себе представить, какова была бы реакция на заявление о том, что все существующие карты Ethernet можно выбросить? Тем не менее, на рынке появляются новые модели, и есть надежда, что они теперь будут 802.1£)-совместимыми и смогут корректно заполнять поля идентификации виртуальных сетей.
Если отправитель не генерирует поле признака виртуальной сети, то кто же этим занимается? Ответ таков: первый встретившийся на пути мост или коммутатор, обрабатывающий кадры виртуальных сетей, вставляет это поле, а последний — вырезает его. Но как он узнает, в какую из виртуальных сетей передать? локальная сеть маршрутизатор трафик
Для этого первое устройство, которое вставляет поле ВЛВС, может присвоить номер виртуальной сети порту, проанализировать МАС-адрес или (не дай Бог, конечно) подсмотреть содержимое поля данных. Пока все не перейдут на Ethernet-карты, совместимые со стандартом 802.1Q, все именно так и будет. Остается надеяться на то, что все сетевые платы гигабитного Ethernet будут придерживаться стандарта 802.1Q, с самого начала их производства, и таким образом всем пользователям гигабитного Ethernet этой технологии автоматически станут доступны возможности 802.1Q. Что касается проблемы кадров, длина которых превышает 1518 байт, то в стандарте 802.1Q она решается путем повышения лимита до 1522 байт. При передаче данных в системе могут встречаться как устройства, которым сокращение ВЛВС не говорит ровным счетом ни о чем (например, классический или быстрый Ethernet), так и совместимая с виртуальными сетями аппаратура (например, гигабитный Ethernet). Здесь затененные символы означают ВЛВС-совместимые устройства, а пустые квадратики — все остальные. Для простоты мы предполагаем, что все коммутаторы ВЛВС-совместимы. Если же это не так, то первый такой ВЛВС-совместимый коммутатор добавит в кадр признак виртуальной сети, основываясь на информации, взятой из MAC- или IP-адреса.
ВЛВС-совместимые сетевые платы Ethernet генерируют кадры с флагами (то есть кадры стандарта 802.1Q), и дальнейшая маршрутизация производится уже с использованием этих флагов. Для осуществления маршрутизации коммутатор, как и раньше, должен знать, какие виртуальные сети доступны на всех портах. Информация о том, что кадр принадлежит серой виртуальной сети, еще, по большому счету, ни о чем не говорит, поскольку коммутатору еще нужно знать, какие порты соединены с машинами серой виртуальной сети. Таким образом, коммутатору нужна таблица соответствия портов виртуальным сетям, из которой также можно было бы узнать, являются ли порты ВЛВС совместимыми. Когда обычный, ничего не подозревающий о существовании виртуальных сетей компьютер посылает кадр на коммутатор виртуальной сети, последний генерирует новый кадр, вставляя в него флаг ВЛВС. Информацию для этого флага он получает с виртуальной сети отправителя (для ее определения используется номер порта, MAC- или IP-адрес.) Начиная с этого момента, никто больше не переживает из-за того, что отправитель является машиной, не поддерживающей стандарт 802.1Q, таким же образом коммутатор, желающий доставить кадр с флагом на такую машину, должен привести его к соответствующему формату. Теперь рассмотрим собственно формат 802.1Q. Единственное изменение — это пара 2-байтовых полей. Первое называется Идентификатор протокола ВЛВС. Оно всегда имеет значение 0x8100. Поскольку это число превышает 1500, то все сетевые карты Ethernet интерпретируют его как «тип», а не как «длину». Неизвестно, что будет делать карта, несовместимая с 802.1Q, поэтому такие кадры, по идее, не должны к ней никоим образом попадать.
Во втором двухбайтовом поле есть три вложенных поля. Главным из них является идентификатор ВЛВС, который занимает 12 младших битов. Он содержит ту информацию, из-за которой все эти преобразования форматов, собственно, и были затеяны: в нем указано, какой виртуальной сети принадлежит кадр. Трехбитовое поле Приоритет не имеет совершенно ничего общего с виртуальными сетями. Просто изменение формата Ethernet-кадра — это такой ежедекадный ритуал, который занимает три года и исполняется какой-то сотней людей. Почему бы не оставить память о себе в виде трех дополнительных бит, да еще и с таким привлекательным назначением. Поле Приоритет позволяет различать трафик с жесткими требованиями к реальности масштаба времени, трафик со средними требованиями и трафик, для которого время передачи не критично. Это позволяет обеспечить более высокое качество обслуживания в Ethernet. Оно используется также при передаче голоса по Ethernet (хотя вот уже четверть века в IP имеется подобное поле, и никому никогда не требовалось его использовать). Последний бит, CFI (Canonical Format Indicator — индикатор классического формата), следовало бы назвать Индикатором эгоизма компании. Изначально он предназначался для того, чтобы показывать, что применяется формат МАС-адреса с прямым порядком байтов (или, соответственно, с обратным порядком), однако в пылу дискуссий об этом как-то забыли. Его присутствие сейчас означает, что поле данных содержит усохший кадр 802.5, который ищет еще одну сеть формата 802.5 и в Ethernet попал совершенно случайно. То есть на самом деле он просто использует Ethernet в качестве средства передвижения. Все это, конечно, практически никак не связано с обсуждаемыми в данном разделе виртуальными сетями. Но политика комитета стандартизации не сильно отличается от обычной политики: если ты проголосуешь за введение в формат моего бита, то я проголосую за твой бит. Как уже упоминалось ранее, когда кадр с флагом виртуальной сети приходит на ВЛВС-совместимый коммутатор, последний использует идентификатор виртуальной сети в качестве индекса таблицы, в которой он ищет, на какой бы порт послать кадр. Но откуда берется эта таблица? Если она разрабатывается вручную, это означает возврат в исходную точку: ручное конфигурирование коммутаторов. Вся прелесть прозрачности мостов состоит в том, что они настраиваются автоматически и не требуют для этого никакого вмешательства извне. Было бы очень стыдно потерять это свойство. К счастью, мосты для виртуальных сетей также являются самонастраивающимися. Настройка производится на основе информации, содержащейся во флагах приходящих кадров. Если кадр, помеченный как ВЛВС 4, приходит на порт 3, значит, несомненно, одна из машин, подключенных к этому порту, находится в виртуальной сети 4. Стандарт 802.1Q вполне четко поясняет, как строятся динамические таблицы. При этом делаются ссылки на соответствующие части алгоритма Перлмана (Perlman), который вошел в стандарт 802.ID. Прежде чем завершить разговор о маршрутизации в виртуальных сетях, необходимо сделать еще одно замечание. Многие пользователи сетей Интернет и Ethernet фанатично привязаны к сетям без установления соединения и неистово противопоставляют их любым системам, в которых есть хотя бы намек на соединение на сетевом уровне или уровне передачи данных. Однако в виртуальных сетях один технический момент как-раз-таки очень сильно напоминает установку соединения. Речь идет о том, что работа виртуальной сети невозможна без того, чтобы в каждом кадре был идентификатор, использующийся в качестве индекса таблицы, встроенной в коммутатор. По этой таблице определяется дальнейший вполне определенный маршрут кадра. Именно это и происходит в сетях, ориентированных на соединение. В системах без установления соединения маршрут определяется по адресу назначения, и там отсутствуют какие-либо идентификаторы конкретных линий, через которые должен пройти кадр.
Настройка VLAN по умолчанию
Коммутаторы Catalyst имеют несколько VLAN, объявленных по умолчанию. Сеть VLAN 1 объявлена всегда, и все активные порты сгруппированы в нее по умолчанию. Если вам требуется добавить больше виртуальных сетей, вам нужно создать их, используя команду SET VLAN. VLAN 1 будет показываться, используя имя DEFAULT в любой команде SHOW VLAN. Дополнительно объявлены сети VLAN 1002–1005 для FDDI и Token Ring. Вам не нужно волноваться об удалении этих сетей, так как они являются частью конфигурации по умолчанию.
Просмотр сетей VLAN в Catalyst 2960
Разработка любой сетевой конфигурации должна включать в себя сбор информации о потребностях пользователей для наиболее эффективного, простого и логичного использования сетевых ресурсов. Перед тем, как создавать VLAN в ваших коммутаторах, вы должны затратить время для создания логической схемы вашей сети. Полезные вопросы, на которые стоит ответить:
Сколько пользователей будет в каждой VLAN?
Разделены ли VLAN физически?
Сколько требуется усилий для создания новой VLAN?
Для обмена информацией о VLAN между коммутаторами вы должны создать транковые порты. Транковый порт — это порт или группа портов, используемые для передачи информации о VLAN в другие сетевые устройства, присоединенные к этому порту и использующие транковый протокол. Транковый протокол — это «язык», который коммутаторы используют для обмена информацией о VLAN. Примеры транковых протоколов – ISL и IEEE 802.1Q. Обратите внимание, что обычные порты не рекламируют информацию о VLAN, но любой порт может быть настроен для приема/передачи информации о VLAN. Вы должны активизировать транковый протокол на нужных портах, так как он выключен по умолчанию. Транковый порт — это порт, предназначенный исключительно для пересылки VLAN информации используя транковый протокол. Cisco коммутаторы в основном используют протокол Inter-Switch Link (ISL) для обеспечения совместимости информации.
Для автоматического обмена информацией о VLAN через транковые порты, вам нужно настроить Cisco VLAN Trunk Protocol (VTP), который позволяет коммутаторам посылать информацию о VLAN в форме «рекламы» соседним устройствам. Передаваемая информация включает домен, номер версии, активные VLAN и другую информацию. Вы настроите сервер и, по выбору, клиентов. Преимуществом использования VTP является то, что вы можете контролировать добавление, удаление или изменение сетей VLAN в дизайне вашего коммутатора. Недостатком является ненужный трафик, создаваемый на транковых портах для устройств, которым возможно не нужна эта информация. Коммутаторы Cisco возможность ограничения VLAN информации, пересылаемой через транковый порт, используя возможность «отсечения» (pruning option). Используя VTP, вы можете гарантировать, что ваш VLAN дизайн будет распространен во все коммутаторы, использующие протокол VTP в том же домене. VTP посылает VLAN информацию через транковые порты на групповой адрес (multicast address), но не пересылает ее на обычные (не транковые) порты коммутатора.
Другая возможность – настройка коммутатора для режима прозрачной передачи и настройка каждой VLAN в каждом коммутаторе вручную. Это очень важное решение в разработке вашей сети. Если ваша сеть будет содержать много коммутаторов, содержащих много виртуальных сетей, расположенных в разных коммутаторах, возможно, имеет смысл использовать VTP. Если ваша сеть останется достаточно статической, VLAN не будут добавляться или изменяться по отношению к начальной конфигурации, прозрачное соединение может работать лучше. VTP требует использования программы сетевого управления Cisco VLAN Director для управления вашими коммутаторами. Если вы беспокоитесь об административном управлении, VTP может обеспечить решение проблемы. Вы имеете возможность установить пароль на VTP домен для контроля изменения VLAN информации вашей сети. Дополнительно, оставив активными опции по умолчанию в ваших основных коммутаторах, вы можете контролировать процесс обновления информации. После настройки ваших коммутаторов как VTP серверов, остальные коммутаторы вашей сети могут быть настроены как клиенты, которые только получают VLAN информацию.
Настройка VLAN через домен
Некоторые обозначения:
· access port – это порт, который принадлежит к одному VLAN, и может передавать нетегированный информационный трафик;
· trunk port – это коммутационный порт, посредством которого может передаваться тегированный трафик от одного либо нескольких VLAN.
Коммутаторы Cisco ранних версий работали с двумя протоколами: 802.1Q, ISL. Второй из них относится к проприетарному протоколу, который применяется в коммутационных платформах Cisco. Этот протокол позволяет инкапсулировать фрейм с целью передачи данных о причастности к тому или иному VLAN. Современные модели этот протокол не поддерживают, а работают только с 802.1Q.
На рисунке 2 создается VLAN с идентификатором 15 и задается для него имя следующим образом:
Рисунок 2. Создание VLAN 15
Так же создаём 4е VLAN. Для проверки созданных VLAN используем команду: show vlan.
Рисунок 3. Созданные VLAN.
Настройка VLAN транков
Танки используются для обмена информацией о VLAN между коммутаторами, обеспечивая тем самым возможность построения сетей VLAN, перекрывающих физические границы коммутатора. Концепция транкинга подобна протоколам маршрутизации, используемым для построения сетевой топологии. Коммутаторы используют транковые протоколы для того, чтобы определить, на какой порт посылать фреймы, если VLAN перекрывает физические границы.
Пример настройки транкового порта приведён на рисунке 4ю
Рисунок 4. Перевод порта в транковый режим.
Заключение
•Технология виртуальных локальных сетей (VLAN) позволяет в сети, построенной на коммутаторах, создать изолированные группы узлов, между которыми отсутствует любой тип трафика, в том числе и широковещательный.
•Виртуальные сети являются основой для создания крупных маршрутизируемых сетей и имеют преимущество перед физически изолированными сегментами гибкостью состава, изменяемого программным путем.
•Конфигурирование VLAN обычно ведется путем группирования портов. Для построение виртуальной локальной сети на основе нескольких коммутаторов желательно помечать передаваемые кадры специальной меткой — тегом, —идентифицирующей номер сети, к которой принадлежит отправитель кадра.
•Существует стандартный формат тега VLAN, он определен в спецификации 802.1Q. Под номер VLAN отводится 12 бит, что позволяет разбить сеть на 4096 виртуальных сетей.
В курсовом проекте были выполнены все поставленной цели и задачи, а именно:
· проанализирована литература;
· были рассмотрены и изучены понятия: «Виртуальная локальная сеть» и «Коммутация».
· были изучены принцип работы коммутатора.
Список использованной литературы
1. Компьютерные сети. 4-е изд. / Э. Таненбаум. — СПб.: Питер, 2018. — 992 с: ил. — (Серия «Классика computer science»).
2. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. — СПб.: Питер, 2016. -576 с.: ил.
3. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для 2-е изд. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. — СПб.: Питер, 2017. — 864 с: ил.
4. Протоколы Internet. С. Золотов. — СПб.: BHV — Санкт-Петербург, 2019.
5. Персональные компьютеры в сетях TCP/IP. Крейг Хант; пер. с англ. — BHV-Киев, 2016.
6. Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользователя / А. Марк Спортак и др.; пер. с англ. — Киев: ДиаСофт, 2017.
7. Компьютерные сети. Хитрости. Айвенс К. – СПб.: Питер, 2018. – 298 с.ил.
8. Защита компьютерной информации от несанкционированного доступа.
9. А. Ю. Щеглов. – СПб.: Издательство «Наука и Техника», 2019. – 384 с.: ил.
10. Современные операционные системы. 2-е изд. /Э. Таненбаум – СПб.: Питер, 2015 – 1040 с.: ил.
11. Протоколы Internet. С. Золотов. — СПб.: BHV — Санкт-Петербург, 2019.
12. Персональные компьютеры в сетях TCP/IP. Крейг Хант; пер. с англ. — BHV-Киев, 2016.
13. Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользователя / А.
14. Марк Спортак и др.; пер. с англ. — Киев: ДиаСофт, 2017.
15. Компьютерные сети. Хитрости. Айвенс К. – СПб.: Питер, 2018. – 298 с.ил.
Размещено на Allbest.ru
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!