VLAN на основе стандарта IEEE 802.1Q

Построение VLAN на основе портов осуществляется только на добавлении дополнительной информации к адресным таблицам коммутатора и не использует возможности встраивания информации о принадлежности к виртуальной сети в передаваемый кадр. Виртуальные локальные сети, построенные на основе стандарта IEEE 802.1Q, используют дополнительные поля кадра Ethernet для хранения информации о принадлежности к VLAN при его перемещении по сети. С точки зрения удобства и гибкости настроек, VLAN стандарта IEEE 802.1Q является лучшим решением, по сравнению с VLAN на основе портов. Его основные преимущества приведены ниже.

1. 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. Возможность добавления тегов позволяет информации о VLAN распространяться через множество 802.1Q-совместимых коммутаторов по одному физическому соединению (магистральному каналу, Trunk Link).

2. Позволяет активизировать алгоритм связующего дерева (Spanning Tree) на всех портах и работать в обычном режиме.

3. Способность VLAN IEEE 802.1Q добавлять и извлекать теги из заголовков кадров Ethernet позволяет использовать в сети коммутаторы и сетевые устройства, которые не поддерживают стандарт IEEE 802.1Q.

4. Устройства разных производителей, поддерживающие стандарт IEEE 802.1Q, могут работать совместно, не используя какие-либо фирменные решения.

5. Чтобы связать подсети на сетевом уровне, необходим маршрутизатор или коммутатор L3. Однако для более простых случаев, например для организации доступа к серверу из различных VLAN, маршрутизатор не требуется. Для этого необходимо включить порт коммутатора, к которому подключен сервер, во все нужные подсети, а сетевой адаптер сервера должен поддерживать стандарт IEEE 802.1Q.

Рис. 6.27 Передача кадров нескольких VLAN по магистральному каналу связи

6.11.1 Некоторые определения IEEE 802.1Q

● Tagging (Маркировка кадра) – процесс добавления информации о принадлежности к 802.1Q VLAN в заголовок кадра Ethernet.

● Untagging (Извлечение тега из кадра) – процесс извлечения информации о принадлежности к 802.1Q VLAN из заголовка кадра Ethernet.

● VLAN ID (VID) – идентификатор VLAN.

● Port VLAN ID (PVID) – идентификатор порта VLAN.

● Ingress port (Входной порт)– порт коммутатора, на который поступают кадры, и при этом принимается решение о принадлежности к VLAN.

● Egress port (Выходной порт) – порт коммутатора, с которого кадры передаются на другие сетевые устройства – коммутаторы или рабочие станции, и при этом приниматься решение о маркировке.

Любой порт коммутатора может быть настроен как tagged (маркированный) или как untagged (немаркированный). Функция untagging позволяет работать с теми сетевыми устройствами виртуальной сети, которые не понимают тегов в заголовке кадра Ethernet. Функция tagging позволяет настраивать VLAN между несколькими коммутаторами, поддерживающими стандарт IEEE 802.1Q.

Рис. 6.28 Маркированные и немаркированные порты VLAN

Тег VLAN IEEE 802.1Q

Стандарт IEEE 802.1Q определяет изменения в структуре кадра Ethernet, позволяющие передавать информацию о VLAN по сети. На рисунке 6.29 изображен формат тега 802.1Q VLAN. К кадру Ethernet добавлены 32 бита (4 байта), которые увеличивают его размер до 1522 байт. Первые 2 байта (поле Tag Protocol Identifier, TPID) с фиксированным значение 0х8100 определяют, что кадр содержит тег протокола 802.1Q. Остальные 2 байта содержат следующую информацию:

● Priority (Приоритет) – 3 бита поля приоритета передачи кодируют до восьми уровней приоритета (от 0 до 7, где 7 – наивысший приоритет), которые используются в стандарте 802.1р;

● Canonical Format Indicator (CFI) – 1 бит индикатора канонического формата зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов (Token Ring, FDDI), передаваемых по магистрали Ethernet;

● VID (VLAN ID) – 12-ти битный идентификатор VLAN определяет, какой VLAN принадлежит трафик. Поскольку под поле VID отведено 12 бит, то можно задать 4094 уникальных VLAN (VID 0 и VID 4095 зарезервированы).

●

●

Рис. 6.29 Маркированный кадр Ethernet

Port VLAN ID

Каждый физический порт коммутатора имеет идентификатор порта VLAN (PVID). Этот параметр используется для того, чтобы определить, в какую VLAN коммутатор направит входящий немаркированный кадр с подключенного к порту сегмента, когда кадр нужно передать на другой порт (внутри коммутатора в заголовки всех немаркированных кадров добавляется идентификатор VID равный PVID порта, на который они были приняты). Этот механизм позволяет одновременно существовать в одной сети устройствам с поддержкой и без поддержки стандарта IEEE 802.1Q.

Коммутаторы, поддерживающие протокол IEEE 802.1Q, должны хранить таблицу, связывающую идентификаторы портов PVID с идентификаторами VID сети. При этом каждый порт такого коммутатора может иметь только один PVID и столько идентификаторов VID, сколько поддерживает данная модель коммутатора.

Если на коммутаторе не настроены VLAN, то все порты по умолчанию входят в одну VLAN с PVID = 1.