Хорошо

Коммутация Ethernet - основные концепции и принципы VLAN

834 0 6 0 0

Сегодня я расскажу об основах VLAN, основных концепциях и принципах VLAN, а также о процессе передачи данных VLAN в сети уровня 2.

 

Предыстория VLAN

На раннем этапе сеть Ethernet реализует передачу данных через совместно используемую среду на основе множественного доступа с функцией обнаружения столкновений (CSMA/CD). Когда сеть Ethernet имеет большое количество хостов, как столкновения, так и широковещательные штормы становятся серьезной проблемой, влияющей на производительность сети, а в некоторых случаях приводящей к полному отказу сети из строя. Хотя использование коммутаторов для подключения локальных сетей может предотвратить конфликты, они не могут изолировать широковещательные пакеты или улучшить качество сети.

 

Рисунок 1 Фон VLAN

VLAN


Виртуальные локальные сети (VLAN) используются для разделения физической LAN на несколько широковещательных доменов для изоляции служб с целью повышения безопасности и управления сетью. Хосты внутри VLAN могут напрямую связываться только с другими хостами в той же VLAN и должны использовать маршрутизатор для связи с хостами в других VLAN.

Из приведенного выше рисунка видно, что путем разделения разных VLAN хосты в VLAN могут связываться напрямую, но они не могут связываться напрямую между VLAN, тем самым ограничивая широковещательные сообщения одной VLAN. Видно, что технология VLAN может дать следующие преимущества:

·         Ограничение области широковещательных доменов: область широковещательных доменов ограничена для экономии полосы пропускания и повышения эффективности сети.

·         Повышение безопасности LAN: пакеты из разных VLAN передаются  отдельно, что не позволяет хостам в VLAN напрямую связываться с хостами в другой VLAN.

·         Повышение надежности сети: отказ в одной VLAN не влияет на хосты в других VLAN.

·         Возможность создания гибких групп: используя виртуальные локальные сети, можно группировать узлы в разных географических точках, что упрощает построение и обслуживание сети.

 

Основные концепции и принципы VLAN

Формат кадра VLAN

В традиционном кадре данных Ethernet за MAC-адресом назначения и MAC-адресом источника следует поле типа протокола верхнего уровня. Как показано на рисунке, DA указывает MAC-адрес назначения, SA указывает MAC-адрес источника, а Type указывает тип протокола пакета.

 

Рисунок 2 Формат кадра Ethernet

VLAN


Протокол IEEE 802.1Q предусматривает, что 4-байтовый тег VLAN инкапсулируется после MAC-адреса назначения и MAC-адреса источника для идентификации соответствующей информации о VLAN.

 

Рисунок 3 Поля в теге VLAN

VLAN


Тег VLAN содержит четыре поля, а именно TPID (идентификатор протокола тега), приоритет, CFI (индикатор канонического формата, индикатор стандартного формата) и идентификатор VLAN.

1. TPID используется для определения, имеет ли фрейм данных тег VLAN, длина составляет 16 бит, а значение по умолчанию - 0x8100.

2. Приоритет представляет собой приоритет сообщения 802.1P, его длина составляет 3 бита.

3. Поле CFI определяет, инкапсулирован ли MAC-адрес в стандартном формате в различных средах передачи, длина составляет 1 бит, значение 0 означает, что MAC-адрес инкапсулирован в стандартном формате, а значение 1 означает, что он инкапсулирован в нестандартном формате. Значение по умолчанию - 0.

4. Идентификатор VLAN определяет номер VLAN, к которой принадлежит сообщение. Длина составляет 12 бит, а диапазон значений - от 0 до 4095. Поскольку 0 и 4095 являются зарезервированными значениями для протокола, диапазон значений идентификатора VLAN составляет от 1 до 4094.

Сетевое устройство использует идентификатор VLAN для идентификации VLAN, к которой принадлежит сообщение, и обрабатывает сообщение в зависимости от того, содержит ли сообщение тег VLAN и значение переносимого тега VLAN.

 

Тип ссылки

Ссылки VLAN можно разделить на следующие типы:

Ссылка доступа: ссылка, соединяющая хост и коммутатор. Обычно ПК не знает, к какой VLAN он принадлежит, а оборудование ПК не может различать кадры с тегами VLAN. Таким образом, ПК отправляют и принимают только немаркированные кадры. На рисунке 4 ссылки между ПК и коммутаторами являются ссылками доступа.

Магистральное соединение: соединение, соединяющее переключатели. Данные разных VLAN передаются вместе с магистральным каналом. Два конца магистрального канала должны иметь возможность различать кадры с тегами VLAN. Следовательно, вместе с магистральными линиями передаются только помеченные кадры. На рисунке 4 ссылки между коммутаторами являются магистральными. Кадры, передаваемые по магистральным каналам, содержат теги VLAN.


Рисунок 4 Типы ссылок

VLAN


Типы портов

Некоторые порты устройства могут идентифицировать кадры VLAN, определенные стандартом IEEE 802.1Q, тогда как другие не могут. Порты можно разделить на четыре типа в зависимости от того, могут ли они идентифицировать кадры VLAN:

Порт доступа

Порт доступа соединяет коммутатор с хостом через порт доступа, как показано на рисунке 2. Порт доступа имеет следующие особенности:

Позволяет проходить только кадры, помеченным идентификатором VLAN по умолчанию для порта (PVID).

Добавляет PVID в полученный кадр без тегов.

Удаляет тег из кадра перед отправкой кадра.

Магистральный порт

Магистральный порт соединяет коммутатор с другим коммутатором по магистральному каналу. Магистральный порт имеет следующие особенности:

Позволяет передавать тегированные кадры из нескольких VLAN.

Напрямую отправляет кадр, если порт разрешает передачу идентификатора VLAN в кадре.

Отбрасывает кадр, если порт отклоняет идентификатор VLAN, указанный в кадре.

Гибридный порт

Гибридный порт соединяет коммутатор либо с хостом по каналу доступа, либо с другим коммутатором по магистральному каналу. Гибридный порт позволяет передавать кадры из нескольких VLAN и может удалять теги VLAN из некоторых исходящих кадров VLAN.

 

Рисунок 5 Типы портов

VLAN


Способ разделения VLAN

Разделение VLAN на основе интерфейса: назначьте идентификатор VLAN на основе интерфейса коммутатора. Конфигурация проста и может использоваться в различных сценариях.

Разделение VLAN на основе MAC: назначьте идентификатор VLAN   на основе исходного MAC-адреса сообщения. Он часто используется в сценариях, когда местоположение пользователя изменяется и нет необходимости перенастраивать VLAN.

Разделение VLAN на основе подсети: назначьте VLAN ID на основе исходного IP-адреса сообщения. Обычно он используется в сценариях, когда пользователи в одном и том же сегменте сети управляются одинаково.

Разделение VLAN на основе протокола: назначьте идентификатор  VLAN  в соответствии с типом протокола сообщения. Он подходит для сценария единого управления пользователями с помощью одного и того же приложения или сервиса.

Разделение виртуальных локальных сетей на основе стратегий сопоставления: назначьте идентификаторы  VLAN  на основе указанных стратегий (таких как MAC-адрес источника, IP-адрес источника и порт совпадающих пакетов). Он подходит для сценариев с высокими требованиями к безопасности.


Процесс пересылки VLAN уровня 2

1. Выполните обработку тега VLAN.

Кадр данных, полученный коммутатором, не имеет тега VLAN. Коммутатор автоматически добавляет заголовок тега VLAN по умолчанию к пакету данных в соответствии с идентификатором VLAN по умолчанию для порта. Если у него есть тег VLAN, он определит, находится ли этот тег в разрешенном диапазоне VLAN. Если нет, откажитесь от него, в противном случае перейдите к следующему шагу;

2. Определите, равны ли MAC-адрес назначения и MAC-адрес источника, отмените, если они равны, в противном случае перейти к следующему шагу;

3. Выполните изучение MAC-адреса источника.

Коммутатор проверяет таблицу MAC-адресов, чтобы узнать, изучен ли MAC-адрес источника; если он не существует, он узнает MAC-адрес, в противном случае он обновит только время устаревания записи;

4. Найдите номер порта пересылки.

В соответствии с MAC-адресом назначения и идентификатором VLAN кадра  данных выполняется поиск в таблице MAC-адресов, если найден переадресуемый порт, кадр данных пересылается, а если не найден, дейтаграмма транслируется на все порты, через которые проходит VLAN. ;

5. Пересылка сообщений

В зависимости от типа порта определите, следует ли удалить метку VLAN, а затем переслать сообщение.


  • x

Комментарий

Выполните вход в систему, чтобы ответить на пост. Вход | Регистрация
Отправить

Внимание! В целях защиты правовых интересов Вас, сообщества и третьих лиц, не публикуйте любой материал, содержащий политические высказывания, порнографию, упоминание азартных игр, употребление наркотиков, а также материал, нарушающий коммерческую тайну или содержащий персональные данные пользователей. Также не предоставляйте данные от вашей учетной записи. Вы будете нести ответственность за все действия, выполняемые под вашим аккаунтом. Подробная информация: “Пользовательское соглашение.”

My Followers

Авторизуйтесь и пользуйтесь всеми преимуществами участника!

Вход

Заблокировать
Вы уверены, что хотите заблокировать этого пользователя?
Пользователи из вашего черного списка не могут комментировать ваши посты, не могут упоминать вас, не могут отправлять личные сообщения.
Напоминание
Пожалуйста, привяжите свой мобильный номер чтобы получить бонус за приглашение.
О защите информации
Благодарим за использование Huawei ICT Club! Мы хотим рассказать вам о том, как мы собираем, используем и храним ваши данные. Пожалуйста, внимательно ознакомьтесь с Политикой конфиденциальности и Пользовательским соглашением.