Создание VLAN на основе одного коммутатора

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, изображенную на рис. 6, 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.

Рис.6 . Четыре физические ЛВС, объединенные в две виртуальные сети, серую и белую, двумя мостами (а); те же 15 машин, объединенных в две виртуальные сети коммутаторами (б)

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?

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.

Рис. 7  Передача данных из обычного Ethernet в ВЛВС-совместимый Ethernet. Затененные символы — это ВЛВС-устройства. Все остальные несовместимы с виртуальными сетями

На этом рисунке мы видим, что 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. Он показан на рис. 8. Единственное изменение, которое мы тут видим, — 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.

Рис. 8. Форматы кадров Ethernet-стандартов 802.3 или 802.1Q

Во втором двухбайтовом поле есть три вложенных поля. Главным из них явяется 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.

Глава5. Протокол Spanning-Tree и VLAN

Протокол Spanning-Tree позволяет иметь избыточные физические связи в мостовых сетях, но иметь только одно физическое соединение, пересылающее фреймы. Этот протокол переводит избыточные физические соединения с сегментом назначения в режим блокирования. Когда происходят события, изменяющие топологию сети, STP протокол производит ре-калькуляцию, какие соединения будут переправлять фреймы, а остальные останутся в заблокированном состоянии. Имеется два главных метода мостового соединения – прозрачное (transparent) и маршрутизируемое источником (source-route). STP протокол используется в прозрачном мостовом соединении для избежания циклов в сетевых сегментах, обеспечивая также избыточность на случай неисправностей.

Прозрачное мостовое соединение в основном используется в окружении Ethernet. Этот метод возлагает ответственность за определение пути от источника к приемнику на мост. Ethernet фреймы не содержат поле RIF информации о маршруте (Routing Information Field) как, например, фреймы Token Ring, поэтому устройства просто посылают фреймы и подразумевают, что они достигнут пункта назначения. Процесс, используемый мостами для переправки фреймов, подобен тому, как работают коммутаторы Уровня 2. Прозрачное объединение проверяет входящие фреймы и запоминает MAC адрес получателя. Мост ищет этот адрес в таблице; Если он нашел его, он переправляет фрейм в соответствующий порт. Если MAC адрес не был найден, он копирует и переправляет фрейм во все порты, кроме того, из которого фрейм пришел.

Соединение, маршрутизируемое источником, используется в окружении Token Ring. Этот метод возлагает ответственность поиска устройства назначения на передающую станцию. Устройство Token Ring посылает тестовый фрейм для определения, располагается ли устройство назначения в локальном кольце. Если не было получено ответа, устройство посылает поисковый фрейм как широковещательный пакет. Широковещательный пакет пересекает сеть через другие мосты и каждый мост добавляет номер кольца и номер моста, в котором это кольцо существует пока фрейм не достигнет получателя. Комбинация номера кольца и номера моста содержится в поле RIF. Устройство-получатель отвечает на поисковый фрейм и, в конечном счете, устройство-источник получает фрейм-ответ. Теперь связи начинается с того, что каждая станция добавляет поле RIF в каждый фрейм. Соединение, маршрутизируемое источником, переправляет фреймы, основываясь на информации поля RIF, и не строит таблицу MAC адресов и портов, так как конечные устройства обеспечивают информацию о пути от источника к приемнику в поле RIF.

Для обсуждения мы рассмотрим проблему, связанную с циклами и прозрачным объединением сетей, так как это наиболее распространено сегодня. Представьте себе два сетевых сегмента, сегмент A и сегмент B с одной рабочей станцией в каждом: станция A и станция B соответственно. Два прозрачных моста присоединены к обоим сегментам A и B, создавая цикл в сети. Станция A посылает широковещательный фрейм для станции B, и оба моста считывают фрейм с их сегмента A и переправляют его в сегмент B. Оба моста связывают адрес станции A с их сегментом A в таблице адресов. Ethernet фрейм имеет адресом источника станцию A и адресом получателя широковещательный адрес. После того, как мосты переправили фрейм в сегмент B, он имеет тот же адрес отправителя и получателя, так как мосты работают на Уровне 2 и не изменяют адресов, когда переправляют фреймы. Фрейм, полученный обоими мостами в сегменте B, аккуратно переправляется назад в сегмент A, так как моты переправляют фреймы на все остальные порты. В дополнение, мосты обновляют их таблицы, связывая адрес станции A с их интерфейсом сегмента B. Мосты будут продолжать переправлять эти фреймы снова и снова. Очевидно, что это приведет к снижению производительности сети, так как каждое устройство в сети будет обрабатывать эти фреймы снова и снова, теряя процессорное время на каждом устройстве и уменьшая пропускную способность сети. Этот пример проиллюстрирован ниже.

 Рис.9 Избыточная топология  с циклами

Главной причиной разработки протокола Spanning-Tree Protocol было устранение циклов в сети. Протокол Spanning-Tree гарантирует отсутствие циклов, блокируя один из портов моста («blocking mode»), предотвращая передачу пакетов. Обратите внимание, что блокировка может быть снята, если текущий активный порт переходит в нерабочее состояние. Когда происходит изменение топологии сети, мост производит ре-калькуляцию состояния, рассылая пакеты BPDU (Bridge Protocol Data Units). При помощи BPDU, мосты обмениваются информацией, определяя, какие порты нужно блокировать.

Сейчас, когда мы понимаем основы Spanning Tree, как это относится к коммутаторам. Коммутаторы функционируют подобно мостам, поэтому каждый коммутатор принимает участие в процессе spanning-tree, если это не отключено в конфигурации. Вы должны иметь достаточно оснований для того, чтобы запретить обработку spanning tree на вашем коммутатору, так как это может вызвать серьезные проблемы. Коммутаторы гарантируют отсутствие циклов в топологии, используя алгоритм spanning-tree (STA). Алгоритм spanning-tree осуществляет топологию без циклов для каждой сети VLAN, настроенной в вашем коммутаторе. Поэтому присоединение любых сетевых устройств (кроме серверов или рабочих станций) может вызвать цикл в вашей сети, если запрещена обработка протокола spanning-tree. Главная проблема, создаваемая циклами в сети, это широковещательный шторм (broadcast storm). Это состояние сети, когда коммутаторы или мосты продолжают переправлять широковещательные пакеты во все подключенные порты; другие коммутаторы и мосты,

присоединенные в ту же сеть, создавая цикл, продолжают переправлять те же фреймы назад в посылающий коммутатор или мост. Эта проблема сильно уменьшает производительность сети, так как сетевые устройства постоянно заняты копированием широковещательных пакетов во все порты.

    Глава 6. 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. В примере ниже показана такая конфигурация.

       Просмотр  сетей VLAN в Catalyst 5500

          6.1 Настройка VLAN через домены

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.