Виртуальные локальные сети
Виртуальной локальной сетью (Virtual Local Area Network, VLAN) называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от трафика других узлов сети.
Рис. 14.10. Виртуальные локальные сети.
Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сетями на основании адреса канального уровня невозможна независимо от типа адреса (уникального, группового или широковещательного). В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то если только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра.
Виртуальные локальные сети могут перекрываться, если один или несколько компьютеров входят в состав более чем одной виртуальной сети. На рис. 14.10 сервер электронной почты входит в состав виртуальных сетей 3 и 4. Это означает, что его кадры передаются коммутаторами всем компьютерам, входящим в эти сети. Если же какой-то компьютер входит в состав только виртуальной сети 3, то его кадры до сети 4 доходить не будут, но он может взаимодействовать с компьютерами сети 4 через общий почтовый сервер. Такая схема защищает виртуальные сети друг от друга не полностью, например, широковещательный шторм, возникший на сервере электронной почты, затопит и сеть 3, и сеть 4.
Говорят, что виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet.
Назначение виртуальных сетей
Как мы видели на примере из предыдущего раздела, с помощью пользовательских фильтров можно вмешиваться в нормальную работу коммутаторов и ограничивать взаимодействие узлов локальной сети в соответствии с требуемыми правилами доступа. Однако механизм пользовательских фильтров коммутаторов имеет несколько недостатков:
Приходится задавать отдельные условия для каждого узла сети, используя при этом громоздкие МАС-адреса. Гораздо проще было бы группировать узлы и описывать условия взаимодействия сразу для групп.
Невозможно блокировать широковещательный трафик. Широковещательный трафик может быть причиной недоступности сети, если какой-то ее узел умышленно или неумышленно с большой интенсивностью генерирует широковещательные кадры.
Техника виртуальных локальных сетей решает задачу ограничения взаимодействия узлов сети другим способом.
Основное назначение технологии VLAN состоит в облегчении процесса создания изолированных сетей, которые затем обычно связываются между собой с помощью маршрутизаторов. Такое построение сети создает мощные барьеры на пути нежелательного трафика из одной сети в другую. Сегодня считается очевидным, что любая крупная есть должна включать маршрутизаторы, иначе потоки ошибочных кадров, например широковещательных, будут периодически «затапливать» всю сеть через прозрачные для них коммутаторы, приводя ее в неработоспособное состояние.
Достоинством технологии виртуальных сетей является то, что она позволяет создавать полностью изолированные сегменты сети, путем логического конфигурирования коммутаторов, не прибегая к изменению физической структуры.
До появления технологии VLAN для создания отдельной сети использовались либо физически изолированные сегменты коаксиального кабеля, либо не связанные между собой сегменты, построенные на повторителях и мостах. Затем эти сети связывались маршрутизаторами в единую составную сеть (рис. 14.11).
Изменение состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных сегментов) при таком подходе подразумевает физическую перекоммутацию разъемов на передних панелях повторителей или на кроссовых панелях, что не очень удобно в больших сетях — много физической работы, к тому же высока вероятность ошибки.
Рис. 14.11. Составная сеть, состоящая из сетей, построенных на основе повторителей
Для связывания виртуальных сетей в общую сеть требуется привлечение средств сетевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе или в составе программного обеспечения коммутатора, который тогда становится комбинированным устройством — так называемым коммутатором 3-го уровня.
Технология виртуальных сетей долгое время не стандартизировалась, хотя и была реализована в очень широком спектре моделей коммутаторов разных производителей. Положение изменилось после принятия в 1998 году стандарта IEEE 802.1Q, который определяет базовые правила построения виртуальных локальных сетей, не зависящие от протокола канального уровня, поддерживаемого коммутатором.
Создание виртуальных сетей на базе одного коммутатора
При создании виртуальных сетей на основе одного коммутатора обычно используется механизм группирования портов коммутатора (рис. 14.12). При этом каждый порт приписывается той или иной виртуальной сети. Кадр, пришедший от порта, принадлежащего, например, виртуальной сети 1, никогда не будет передан порту, который не принадлежит этой виртуальной сети. Порт можно приписать нескольким виртуальным сетям, хотя на практике так делают редко — пропадает эффект полной изоляции сетей.
Создание виртуальных сетей путем группирования портов не требует от администратора большого объема ручной работы — достаточно каждый порт приписать к одной из нескольких заранее поименованных виртуальных сетей. Обычно такая операция выполняется с помощью специальной программы, прилагаемой к коммутатору.
Второй способ образования виртуальных сетей основан на группировании МАС-адресов. Каждый МАС-адрес, который изучен коммутатором, приписывается той или иной виртуальной сети. При существовании в сети множества узлов этот способ требует от администратора большого объема ручной работы. Однако при построении виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов он оказывается более гибким, чем группирование портов.
Рис. 14.12. Виртуальные сети, построенные на одном коммутаторе
Создание виртуальных сетей на базе нескольких коммутаторов
Рисунок 14.13 иллюстрирует проблему, возникающую при создании виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов, поддерживающих технику группирования портов.
Рис. 14.13. Построение виртуальных сетей на нескольких коммутаторах с группированием портов
Если узлы какой-либо виртуальной сети подключены к разным коммутаторам, то для подключения каждой такой сети на коммутаторах должна быть выделена специальная пара портов. Таким образом, коммутаторы с группированием портов требуют для своего соединения столько портов, сколько виртуальных сетей они поддерживают. Порты и кабели используются в этом случае 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 связывать их по нескольким портам, поскольку в этом случае МАС-адрес становится 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 коммутатора и в них отсутствует возможность встраивания в передаваемый кадр информации о принадлежности кадра виртуальной сети. В остальных подходах используются имеющиеся или дополнительные поля кадра для сохранения информации о принадлежности кадра той или иной виртуальной локальной сети при его перемещениях между коммутаторами сети. При этом нет необходимости помнить в каждом коммутаторе о принадлежности всех МАС-адресов составной сети 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.
Ethernet вносит дополнительный заголовок, который называется тегом виртуальной локальной сети.
Тег VLAN не является обязательным для кадров Ethernet. Кадр, у которого имеется такой заголовок, называют помеченным (tagged frame). Коммутаторы могут одновременно работать как с помеченными, так и с непомеченными кадрами. Из-за добавления тега VLAN максимальная длина поля данных уменьшилась на 4 байта.
Для того чтобы оборудование локальных сетей могло отличать и понимать помеченные кадры, для них введено специальное значение поля EtherType, равное 0x8100. Это значение говорит о том, что за ним следует поле TCI, а не стандартное поле данных. Обратите внимание, что в помеченном кадре за полями тега VLAN следует другое поле EtherType, указывающее тип протокола, данные которого переносятся полем данных кадра.
В поле TCI находится 12-битпое поле номера (идентификатора) VLAN, называемого VID. Разрядность поля VID позволяет коммутаторам создавать до 4096 виртуальных сетей.
Пользуясь значением VID в помеченных кадрах, коммутаторы сети выполняют групповую фильтрацию трафика, разбивая сеть на виртуальные сегменты, то есть на VLAN. Для поддержки этого режима каждый порт коммутатора приписывается к одной или нескольким виртуальным локальным сетям, то есть выполняется группировка портов.
Для упрощения конфигурирования сети в стандарте 802.1Q появляются понятия линии доступа и транка.
Линия доступа связывает порт коммутатора (называемый в этом случае портом доступа) с компьютером, принадлежащим некоторой виртуальной локальной сети.
Транк – это линия связи, которая соединяет между собой порты двух коммутаторов, в общем случае через транк передается трафик нескольких виртуальных сетей.
Для того чтобы образовать в исходной сети виртуальную локальную сеть, нужно в первую очередь выбрать для нее значение идентификатора VID, отличное от 1, а затем, используй команды конфигурирования коммутатора, приписать к этой сети те порты, к которым присоединены включаемые в нее компьютеры. Порт доступа может быть приписан только к одной виртуальной локальной сети.
Порты доступа получают от конечных узлов сети непомеченные кадры и помечают их тегом VLAN, содержащим то значение VID, которое назначено этому порту. При передаче же помеченных кадров конечному узлу порт доступа удаляет тег виртуальной локальной сети.
Для более наглядного описания вернемся к рассмотренному ранее примеру сети. Нарис. 14.15 показано, как решается задача избирательного доступа к серверам на основе техники VLAN.
Будем считать, что поставлена задача обеспечить доступ компьютеров C1 и СЗ к сервере S1 и S3, в то время как компьютеры С2 и С4 должны иметь доступ только к серверам S2 и S4
Рис. 14.15. Разбиение сети на две виртуальные локальные сети
Чтобы решить эту задачу, можно организовать в сети две виртуальные локальные сети, VLAN2 и VLAN3 (напомним, что сеть VLAN1 уже существует по умолчанию — это наша исходная сеть), приписан один набор компьютеров и серверов к VLAN2, а другой -KVLAN3.
Для приписывания конечных узлов к определенной виртуальной локальной сети соответствующие порты объявляются портами доступа этой сети путем назначения им соответствующего идентификатора VID. Например, порт 1 коммутатора SW1 должен быть объявлен портом доступа VLAN2 путем назначения ему идентификатора VID2, то же самое должно быть проделано с портом 5 коммутатора SW1, портом 1 коммутатора SW2 1 портом 1 коммутатора SW3. Порты доступа сети VLAN3 должны получить идентификатор VID3.
В пашей сети нужно также организовать транки — те линии связи, которые соединяют между собой порты коммутаторов. Порты, подключенные к транкам, не добавляют и не удаляют теги, они просто передают кадры в неизменном виде. В нашем примере такими портами должны быть порты 6 коммутаторов SW1 и SW2, а также порты 3 и 4 коммутатора ЩЗ. Порты в нашем примере должны поддерживать сети VLAN2 и VLAN3 (и VLAN1, если в сети есть узлы, явно не приписанные ни к одной виртуальной локальной сети).
Коммутаторы, поддерживающие технологию VLAN, осуществляют дополнительную фильтрацию трафика. В том случае если таблица продвижения коммутатора говорит о том, то пришедший кадр нужно передать на некоторый порт, перед передачей коммутатор проверяет, соответствует ли значение VTD в теге VL AN кадра той виртуальной локальной сети, которая приписана к этому порту. В случае соответствия кадр передается, несоответствия — отбрасывается. Непомеченные кадры обрабатываются аналогичным образом, но с использованием условной сети VLAN1. MAC-адреса изучаются коммутаторами сети отдельно, но каждой виртуальной локальной сети.
Техника VLAN оказывается весьма эффективной для разграничения доступа к серверам. Конфигурирование виртуальной локальной сети не требует знания МАС-адресов узлов, кроме того, любое изменение в сети, например подключение компьютера к другому коммутатору, требует конфигурирования лишь порта данного коммутатора, а все остальные коммутаторы сети продолжают работать без внесения изменений, в их конфигурации.
Записки IT специалиста
Виртуализацией сегодня уже никого не удивить. Эта технология прочно вошла в нашу жизнь и помогает более эффективно использовать имеющиеся ресурсы, а также обеспечивает достаточную гибкость в изменении существующей конфигурации, позволяя перераспределять ресурсы буквально налету. Не обошла виртуализация и локальные сети. Технология VLAN (Virtual Local Area Network) позволяет создавать и гибко конфигурировать виртуальные сети поверх физической. Это позволяет реализовывать достаточно сложные сетевые конфигурации без покупки дополнительного оборудования и прокладки дополнительных кабелей.
Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.
Прежде чем продолжить сделаем краткое отступление о работе локальных сетей. В данном контексте мы будем говорить об Ethernet-сетях описанных стандартом IEEE 802.3, куда входят всем привычные проводные сети на основе витой пары. Основой такой сети является коммутатор (свич, switch), который работает на втором уровне сетевой модели OSI (L2).
Второй уровень, он же канальный, работает в пределах одного сегмента сети и использует для адресации уникальные физические адреса оборудования — MAC-адреса. Передаваемая между узлами информация разделяется на специальные фрагменты — Ethernet-кадры (фреймы, frame), которые не следует путать с IP-пакетами, которые находятся на более высоком уровне модели OSI и передаются внутри Ethernet-кадров. Таким образом коммутатор ничего не знает об IP-адресах и никак эту информацию в работе не учитывает.
Коммутатор анализирует заголовки каждого входящего кадра и заносит соответствие MAC-адреса источника в специальную MAC-таблицу, после чего кадр, адресованный этому узлу, будет направляться сразу на определенный порт, если МАС-адрес получателя неизвестен, то кадр отправляется на все порты устройства. После получения ответа коммутатор привяжет MAC-адрес к порту и будет отправлять кадры только через него.
Этим достигается возможность одновременной передачи данных по нескольким портам одновременно и увеличивается безопасность сети, так как данные будут передаваться только на требуемый порт. Одновременно передавать данные через порт коммутатора может только один узел сети. Попытка одновременно передавать несколько кадров в одном сегменте сети называется коллизией, а такой сегмент — доменом коллизий. Чем больше устройств в домене коллизий, тем медленнее работает сеть.
Коммутатор позволяет разделять домен коллизий на отдельные домены по числу портов, таким образом каждый порт коммутатора — это отдельный домен коллизий и в каждом из них данные могут передаваться одновременно, не мешая друг другу.
Совокупность доменов коллизии, соединенных на втором уровне, является широковещательным доменом, если говорить проще, то широковещательный домен — это совокупность всех портов коммутаторов соединенных в один сегмент.
Как мы уже говорили выше, к широковещанию прибегает сам коммутатор, когда получает кадр MAC-адрес которого отсутствует в MAC-таблице, а также узлы сети, отправляя кадры на адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF, такие кадры будут доставлены всем узлам сети в широковещательном сегменте.
А теперь вернемся немного назад, к доменам коллизий и вспомним о том, что в нем может передаваться только один кадр одновременно. Появление широковещательных кадров снижает производительность сети, так как они доставляются и тем, кому надо и тем, кому не надо. Делая невозможным в это время передачу целевой информации. Кроме того, записи в MAC-таблице имеют определенное время жизни, по окончании которого они удаляются, что снова приводит к необходимости рассылки кадра на все порты устройства.
Чем больше в сети узлов, тем острее стоит проблема широковещания, поэтому широковещательные домены крупных сетей принято разделять. Это уменьшает количество паразитного трафика и увеличивает производительность, а также повышает безопасность, так как ограничивает передачу кадров только своим широковещательным доменом.
Как это можно сделать наиболее простым образом? Установить вместо одно коммутатора два и подключить каждый сегмент к своему коммутатору. Но это требует покупки нового оборудования и, возможно, прокладки новых кабельных сетей, поэтому нам на помощь приходит технология VLAN.
Данная технология описана стандартом 802.1Q и предусматривает добавление к заголовкам кадра дополнительного поля, которое содержит в том числе определенную метку (тег) с номером виртуальной сети — VLAN ID, всего можно создать 4094 сети, для большинства применений этого достаточно.
Давайте рассмотрим, как работает коммутатор с виртуальными сетями. В нашем примере мы возьмем условный 8-портовый коммутатор и настроим на нем три порта на работу с одним VLAN, а еще три порта с другим.
Каждый VLAN обозначается собственным номером, который является идентификатором виртуально сети. Порты, которые не настроены ни для какого VLAN считаются принадлежащими Native VLAN, по умолчанию он обычно имеет номер 1 (может отличаться у разных производителей), поэтому не следует использовать этот номер для собственных сетей. Порты, настроенные нами для работы с VLAN, образуют как-бы два отдельных виртуальных коммутатора, передавая кадры только между собой. Каким образом это достигается?
Как мы уже говорили выше, каждый кадр 802.1Q содержит дополнительное поле, в котором содержится тег — номер виртуальной сети. При входе Ethernet-кадра в коммутатор с поддержкой VLAN (такой трафик называется входящим — ingres) в его состав добавляется поле с тегом. При выходе из коммутатора (исходящий трафик — egress), данное поле из кадра удаляется, т.е. тег снимается. Все кадры внутри коммутатора являются тегированными. Если трафик пришел на порт, не принадлежащий ни одному VLAN, он получает тег с номером Native VLAN.
В порт, принадлежащий определенному VLAN, могут быть отправлены только пакеты с тегом, принадлежащим этому VLAN, остальные будут отброшены. Фактически мы только что разделили единый широковещательный домен на несколько меньших и трафик из одного VLAN никогда не попадет в другой, даже если эти подсети будут использовать один диапазон IP. Для конечных узлов сети такой коммутатор нечем ни отличается от обычного. Вся обработка виртуальных сетей происходит внутри.
Такие порты коммутатора называются портами доступа или нетегированными портами (access port, untagged). Обычно они используются для подключения конечных узлов сети, которые не должны ничего знать об иных VLAN и работать в собственном сегменте.
А теперь рассмотрим другую картину, у нас есть два коммутатора, каждый из которых должен работать с обоими VLAN, при этом соединены они единственным кабелем и проложить дополнительный кабель невозможно. В этом случае мы можем настроить один или несколько портов на передачу тегированного трафика, при этом можно передавать как трафик любых VLAN, так и только определенных. Такой порт называется магистральным (тегированным) или транком (trunk port, tagged).
Магистральные порты используются для соединения сетевого оборудования между собой, к конечным узлам сети тегированный трафик обычно не доставляется. Но это не является догмой, в ряде случаев тегированный трафик удобнее доставить именно конечному узлу, скажем, гипервизору, если он содержит виртуальные машины, принадлежащие разным участкам сети.
Так как кадр 802.1Q отличается от обычного Ehternet-кадра, то работать с ним могут только устройства с поддержкой данного протокола. Если на пути тегированного трафика попадется обычный коммутатор, то такие кадры будут им отброшены. В случае доставки 802.1Q кадров конечному узлу сети такая поддержка потребуется от сетевой карты устройства. Если на магистральный порт приходит нетегированный трафик, то ему обычно назначается Native VLAN.
Кроме указанных двух портов доступа существует еще одна разновидность — гибридный порт (hybrid port), его реализация и наименование у разных производителей сетевого оборудования может быть разным, но суть от этого не меняется. Такой порт передает как тегированный, так и нетегированный трафик. Для этого в его настройках указывается Default VLAN ID и для всех кадров этого VLAN данный порт работает как порт доступа, т.е для исходящего трафика указанного VLAN тег снимается, а входящему кадру без тега, наоборот, присваивается. Трафик остальных VLAN передается с тегами.
Для чего это нужно? Наиболее частое применение — это IP-телефоны со встроенным коммутатором, которые умеют работать с тегированным трафиком, но не умеют передавать его дальше. В этом случае в качестве VLAN ID по умолчанию устанавливается номер VLAN в котором расположены пользовательские ПК, а для телефона на этот же порт добавляется тегированный трафик VLAN для телефонии.
Все это время мы говорили только о VLAN, не поднимая вопроса: как попасть из одного VLAN в другой. Если продолжать рассматривать канальный уровень — то никак. Каждый VLAN мы можем рассматривать как отдельный физический коммутатор, а магистральный канал — как жгут кабелей между ними. Только все это сделано виртуально, на более высоком уровне абстракции, чем L1 — физический уровень, который как раз представлен кабелями и физическим оборудованием.
Если мы соединим два физических коммутатора кабелем — то получим расширение широковещательного домена на все порты этих устройств, а это совсем не то, что нам нужно. В тоже время сетевые устройства работают на более высоких уровнях модели ОSI, начиная с сетевого — L3. Здесь уже появляется понятие IP-адреса и IP-сетей. Если смотреть на VLAN с этого уровня, то они ничем не отличаются от физических сегментов сетей. А что мы делаем, когда нам нужно попасть из одной сети в другую? Ставим маршрутизатор.
Маршрутизатор или роутер — устройство, работающее на третьем уровне модели OSI и умеющее выполнять маршрутизацию трафика, т.е. поиск оптимального пути для доставки его получателю. И здесь мы говорим уже не о Ethernet-кадрах, а об IP-пакетах. Маршрутизация между VLAN называется межвлановой (межвланной) маршрутизацией (InterVLAN Routing), но, по сути, она ничем не отличается от обычной маршрутизации между IP-подсетями.
Для обеспечения связи между сетями в нашей схеме появляется новая сущность — маршрутизатор, как правило к нему от одного из коммутаторов идет магистральный канал (транк), содержащий все необходимые VLAN, эта схема называется роутер на палочке (леденец, Router-on-a-Stick).
Как работает эта схема? Допустим ПК из синей сети (VLAN ID 40), хочет обратиться к другому узлу синей сети. IP-адрес адресата ему известен, но для того, чтобы отправить кадр нужно знать физический адрес устройства. Для этого ПК источник делает широковещательный ARP-запрос, передавая в нем нужный ему IP-адрес, в ответ на него обладатель этого IP сообщит ему собственный MAC-адрес.
Все кадры, попадающие с порта доступа в коммутатор, получают тег с VLAN ID 40 и могут покинуть коммутатор только через порты, принадлежащие этому VLAN или транк. Таким образом любые широковещательные запросы не уйдут дальше своего VLAN. Получив ответ узел сети формирует кадр и отправляет его адресату. Далее в дело снова вступают коммутаторы, сверившись с MAC-таблицей они отправляют кадр в один из портов, который будет либо принадлежать своему VLAN, либо будет являться магистральным. В любом случае кадр будет доставлен по назначению без использования маршрутизатора, только через коммутаторы.
Совсем иное дело, если узел одного из VLAN хочет получить доступ к узлу другого VLAN. В нашем случае узел из красной сети (VLAN ID 30) хочет получить доступ к узлу синей сети (VLAN ID 40). Узел источник знает IP-адрес адресата и также знает, что этот адрес не принадлежит его сети. Поэтому он формирует IP-пакет на адрес основного шлюза сети (роутера), помещает его в Ethernet-кадр и отправляет на порт коммутатора. Коммутатор добавляет к кадру тег с VLAN ID 30 и доставляет его роутеру.
Роутер получает данный кадр, извлекает из него IP-пакет и анализирует заголовки. Обнаружив адрес назначения, он сверяется с таблицей маршрутизации и принимает решение куда отправить данный пакет дальше. После чего формируется новый Ethernet-кадр, который получает тег с новым VLAN ID сети-получателя в него помещается IP-пакет, и он отправляется по назначению.
Таким образом любой трафик внутри VLAN доставляется только с помощью коммутаторов, а трафик между VLAN всегда проходит через маршрутизатор, даже если узлы находятся в соседних физических портах коммутатора.
Говоря о межвлановой маршрутизации нельзя обойти вниманием такие устройства как L3 коммутаторы. Это устройства уровня L2 c некоторыми функциями L3, но, в отличие от маршрутизаторов, данные функции существенно ограничены и реализованы аппаратно. Этим достигается более высокое быстродействие, но пропадает гибкость применения. Как правило L3 коммутаторы предлагают только функции маршрутизации и не поддерживают технологии для выхода во внешнюю сеть (NAT) и не имеют брандмауэра. Но они позволяют быстро и эффективно осуществлять маршрутизацию между внутренними сегментами сети, в том числе и между VLAN.
Маршрутизаторы предлагают гораздо большее число функций, но многие из них реализуются программно и поэтому данный тип устройств имеет меньшую производительность, но гораздо более высокую гибкость применения и сетевые возможности.
При этом нельзя сказать, что какое-то из устройств хуже, каждое из них хорошо на своем месте. Если мы говорим о маршрутизации между внутренними сетями, в том числе и о межвлановой маршрутизации, то здесь предпочтительно использовать L3 коммутаторы с их высокой производительностью, а когда требуется выход во внешнюю сеть, то здесь нам потребуется именно маршрутизатор, с широкими сетевыми возможностями.
Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.
Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:
Или подпишись на наш Телеграм-канал: 
Урок 17. Виртуальные локальные сети VLAN — описание, принцип работы и настройка
Иногда нам может потребоваться разделить локальную сеть на несколько отдельных сегментов. Например, в компании несколько отделов: Отдел кадров, Производство, Высшее руководство, Технический отдел. Каждый отдел может иметь серверы, доступ к которым нужно ограничить сотрудникам из других отделов.
С одной стороны теоретически это легко реализовать. Ведь можно создать отдельную сетевую инфраструктуру для каждой сети.
Но с другой стороны проблема в том, что довольно сложно планировать такую сеть. Кроме того, может потребоваться изменить и саму конфигурацию сети.
Поэтому гораздо проще создать общую физическую сеть с последующим логическим сегментированием определенных частей сети.
Данный подход позволяет гораздо гибче планировать и управлять сетью, а также повышает безопасность сети.
Сегментированные сети и называются виртуальными локальными сетями (VLAN- Virtual LAN)
Как можно разделить одну физическую сеть на несколько виртуальных?
Это достигается с помощью коммутаторов. Коммутаторы поддерживают технологии IEEE 802.1Q и ISL. ISL — собственный протокол Cisco. Современные коммутаторы его уже не поддерживают, поэтому не будет далее рассматриваться.
Суть технологии заключается в том, что в Ethernet кадр вставляется специальная 4-х байтовая метка. Метка содержит 12-битный идентификатор VLAN, максимальное значение которого 4096. То есть всего может быть 4096 VLAN
Настройка VLAN
Для начала настроим сеть с одним коммутатором:
По умолчанию все порты коммутатора принадлежат VLAN 1, поэтому все компьютеры будут “видеть” друг друга. В этом легко убедиться, запустив утилиту Ping на всех хостах.
Создадим VLAN 23
Затем аналогично создадим и остальные VLAN.
Теперь назначим порты 0/1, 0/2, 0/3, 0/4, 0/5 в VLAN 23:
switch(config-if)# switchport mode access
Обрати внимание, что после ввода команды interface fastethernet 0/1 приглашение командной строки изменилось на switch(config-if)#. Это говорит о том, мы находимся в режиме настройки интерфейса.
Если портов слишком много, то будет довольно утомительно вводить одни и те же команды, поэтому гораздо удобнее выделить диапазон портов. Для этого выполни команду
| switch(config) interface range fastethernet 0/1-5 |
Все остальные порты назначим по той же схеме.
Теперь попробуй выполнить команду Ping на каждом компьютере. Компьютеры из другой VLAN уже не доступны.
Помни, что все введенные команды и конфигурация хранятся в оперативной памяти, поэтому при отключении питания все настройки будут удалены.
Как сохранить настройки?
Все настройки записываются в энергонезависимую память NVRAM. Для этого выполни
| switch# copy running-config startup-config |
При включении питания конфигурация из NVRAM записывается в оперативную память.Чтобы проверить произведенные настройки в оперативной памяти выполним команду
| switch# show running-config |
Для просмотра настроек, сохраненных в NVRAM выполни
| switch# show startup-config |
Просмотр сведений о VLAN
Для просмотра информации о VLAN выполни команду
| switch# show vlan |
Кстати, конфигурация VLAN сохраняется в отдельном файле, не в NVRAM. Файл с конфигурацией о VLAN хранится во Flash памяти коммутатора. Поэтому командой show running-config мы не увидим никакую информацию о VLAN.
Чтобы уивдеть файл, содержащий данные о VLAN выполни команду
| switch# dir flash: |
и ты увидишь файл vlan.dat
Типы портов
Теперь подключим к нашему коммутатору еще один коммутатор и выполним те же настройки
Однако компьютеры разных коммутаторов одного VLAN почему-то недоступны друг другу, хотя в рамках одного коммутатора все “видят” друг друга.
Все верно. Дело в том, что в технологии VLAN существуют 2 таких понятия, как порт доступа (access port) и магистральный порт (trunk port), а также связанные с ними нетегированный (untagged) и тегированный (tagged) кадры соответственно.
Все конечные устройства, такие как компьютер подключаются к портам доступа. Компьютеры вообще не знают, что принадлежат определенной VLAN, но это знает только коммутатор. Поэтому между коммутатором и компьютерами проходят нетегированные кадры, то есть кадры без метки-идентификатора VLAN.
Вспомни команду swith(config-if)# switchport mode access. Мы явно указываем коммутатору, что порт будет работать в режиме доступа.
Однако, если мы соединяем друг с другом коммутаторы, на которых настроен VLAN, то порты, их соединяющие, настраиваются как магистральные.
Во все исходящие кадры коммутатор вставляет соответствующую метку-идентификатор VLAN. Такие кадры называются тегированные.
Режимы работы trunk
Для автоматической настройки магистрального порта коммутаторы Cisco поддерживают специальный протокол DTP (Dynamic Trunk Protocol), который периодически посылает кадры соседним портам. Все коммутаторы поддерживают 4 режима работы магистрального порта
Auto — DTP-кадры не рассылает. Приняв DTP-кадр сразу переходит в магистральный режим.
Desirable — рассылает DTP-кадры. Если на другом конце готовы перейти в магистральный режим, то сразу оба порта переходят в данный режим.
Trunk — статический магистральный режим. DTP-кадры не рассылает.
Nonegotiate — готов перейти в магистральный режим только, если на другом конце установлен магистральный режим. DTP-кадры не рассылает.
В таблице указано в какое состояние перейдут порты автоматически в зависимости от установленных на них режимах:
| Режимы противоположных портов | Auto | Desirable | Nonegotiate | Trunk |
| Auto | Access | Trunk | Access | Trunk |
| Desirable | Trunk | Trunk | Access | Trunk |
| Nonegotiate | Access | Access | Access | Trunk |
| Trunk | Trunk | Trunk | Trunk | Trunk |
Настройка портов trunk
Статический trunk:
| switch(config-if)# switchport mode trunk |
В старых моделях коммутаторов может потребоваться настроить инкапсуляцию
| switch(config-if)# switchport encapsulation dot1q |
Затем снова включить статический режим trunk
| switch(config-if)# switchport mode trunk |
Динамический trunk:
| switch(config-if)# switchport mode dynamic auto |
| switch(config-if)# switchport mode dynamic desirable |
| switch(config-if)# switchport mode nonegotiate |
Для проверки текущего режима выполни
| switch# show dtp status |
Теперь можно настроить порты коммутаторов в магистральный режим.
Как только магистральные порты будут настроены необходимо разрешить/запретить передачу определенных VLAN через данный порт. По умолчанию разрешены все VLAN. Чтобы разрешить, например, VLAN 23 и 50
| switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan 23, 50 |
Чтобы добавить VLAN 100 выполни
| switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan add 100 |
Для удаления VLAN 23 выполни
| switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan remove 23 |
Добавь все VLAN к магистральному порту и затем проверь доступны ли все компьютеры с одного и того же VLAN.
А если нам понадобится управлять коммутаторами мы должны выделить определенный VLAN?
Да, для этой цели в стандарте 802.1Q предусматривается так называемый нативный VLAN или Native VLAN. Все кадры в Native VLAN нетегированные. По умолчанию VLAN 1 является нативный и используется в качестве выделенного канала управления.
Но можно его поменять, к примеру, на VLAN 6.
Для этого на магистральном порту выполни команду
| swith(config-if)# switchport trunk native vlan 6 |
Просмотр сведений о trunk
Для просмотра информации о настройках и режимах интерфейсов будут полезны следующие команды:
| switch# show interface trunk |
| switch# show interface switchport |
Настройка маршрутизации
Как сделать так, чтобы компьютеры, принадлежащие разным VLAN, могли обмениваться друг с другом информацией?
Для этого нам понадобится маршрутизатор или коммутатор L3 с функцией маршрутизации. Маршрутизатор можно подключить к любому коммутатору.
Для этого порт коммутатора, подключенный к маршрутизатору, переключи в магистральный режим.
Для этого придется задействовать по одному порту в маршрутизаторе на каждый VLAN. Это довольно затратно, поэтому воспользуемся одним физическим интерфейсом, который разобьем на логические подинтерфейсы (subinterface).
Для начала административно включим сам интерфейс, так как по умолчанию все интерфейсы на маршрутизаторах выключены
Теперь настроим подынтерфейс 23 для VLAN 23:
Router(config-subif)# encapsulation dot1q 4
То же самое проделай и с остальными подынтерфейсами.
После того, как все будет настроено, проверь доступность всех компьютеров.
Что такое виртуальные сети и как они работают?
Виртуальная сеть обеспечивает связь между несколькими компьютерами, виртуальными машинами (ВМ), виртуальными серверами или другими устройствами в различных офисах и центрах обработки данных. В то время как физическая сеть соединяет компьютеры через кабели и другое оборудование, виртуальная сеть расширяет эти возможности, используя программное обеспечение для подключения компьютеров и серверов через интернет. В ней используются виртуализированные версии традиционных сетевых инструментов, таких как коммутаторы и сетевые адаптеры, что обеспечивает более эффективную маршрутизацию и упрощает внесение изменений в конфигурацию сети.
Виртуальная сеть позволяет устройствам функционировать с теми же возможностями, что и традиционная физическая сеть. Это означает, что центры обработки данных могут распределяться по различным физическим местоположениям и предоставлять сетевым администраторам новые и более эффективные возможности, например, легко изменять сеть без необходимости переключения или покупки большего количества оборудования; большую гибкость в подготовке сети к конкретным потребностям и приложениям; и способность перемещать рабочие нагрузки по сетевой инфраструктуре без ущерба для служб, безопасности и доступности.
На видео: VLAN – Виртуальные локальные сети
Как работает виртуальная сеть?
Виртуальная сеть соединяет виртуальные машины и устройства, независимо от их местоположения, с помощью программного обеспечения. В физической сети, функции модели OSI (стек сетевых протоколов OSI/ISO) выполняются в пределах физических коммутаторов и маршрутизаторов. Кроме того, физические сетевые интерфейсные карты (NIC) и сетевые адаптеры используются для подключения компьютеров и серверов к сети. Виртуальная сеть переносит эти и другие действия на программное обеспечение. Программное приложение, называемое виртуальным коммутатором или vSwitch, управляет и направляет связь между существующей физической сетью и виртуальными частями сети, такими как виртуальные машины. А адаптер виртуальной сети позволяет компьютерам и виртуальным машинам подключаться к сети, в том числе позволяя всем машинам в локальной сети (LAN) подключаться к более крупной сети.
В физической сети, локальные сети создаются для подключения нескольких устройств к общим ресурсам, таким как сетевое хранилище, обычно через кабели Ethernet или Wi-Fi. Но виртуальная сеть создает возможность для виртуальных LAN (VLAN), где группировка настраивается с помощью программного обеспечения. Это означает, что компьютеры, подключенные к различным сетевым коммутаторам, могут вести себя так, как если бы все они были подключены к одному и тому же коммутатору, и, наоборот, компьютеры, совместно использующие кабели, могут храниться в отдельных сетях, а не физически подключаться к машинам с использованием кабельного оборудования и аппаратных средств.
Виртуальная сеть обеспечивает более централизованное управление и упрощенное сетевое управление. Разрозненные части сети могут быть доступны удаленно для необходимых обновлений и изменений, или даже тестирования, что делает сетевое управление проще. Виртуальная сеть является основой для облачных архитектур и приложений, так как она позволяет получать доступ, подключать, защищать и изменять облачные ресурсы.
Примеры виртуальных сетей:
1. Виртуальная сеть VPN
Одним из примеров виртуальной сети является виртуальная частная сеть VPN, которая создает безопасное соединение между одной сетью и другой через интернет. VPN позволяют пользователям подключаться к сетям, работая удаленно или дома, а также обычно используются для обхода интернет-цензуры и дают гарантии того, что история браузера не будет видна в публичных Wi-Fi сетях.
2. Виртуальная сеть VLAN
Еще одним примером виртуальной сети является виртуальная локальная сеть VLAN. VLAN – это подгруппа сети, которая объединяет несколько сетевых устройств в одну группу или домен и отделяет ее от остальных. VLAN повышают скорость и производительность сети за счет более эффективной маршрутизации трафика между этими подгруппами или доменами. Сети VLAN также обеспечивают значительно больший контроль над сетевыми устройствами и трафиком. Изоляция определенных данных в отдельной виртуальной локальной сети обеспечивает дополнительные преимущества в области безопасности, особенно для больших сетей, затрудняя несанкционированный мониторинг или вмешательство в сеть. В VLAN также нет необходимости прокладывать новые кабели или вносить большие изменения в сетевую инфраструктуру.
3. Виртуальная сеть VXLAN
Виртуальная расширяемая локальная сеть (VXLAN) – это еще один пример виртуальной сети. Помимо простого разделения сети на подгруппы, VXLAN могут виртуализировать всю сеть, обеспечивая крупномасштабные возможности. VXLAN значительно увеличивают пропускную способность и масштабируемость виртуальных сетей – это особенно важно для современных сложных архитектур облачных вычислений.
На видео: Подход компании Scaleway к фабрикам на основе VXLAN EVPN