Создание VLAN на основе одного коммутатора

 

Введение………………………………………………………………………3

Глава 1.Определение, Основные понятия………………………1

1.1 Понятия «Виртуальные  ЛКС» и «Коммутация»…………………1

1.2 Коммутация и Виртуальные  Локальные сети VLAN…………….7

1.2.1 Контроль за широковещательным  трафиком…………………11

1.2.2 Функциональные рабочие  группы………………………………….11

Глава 2.Назначение VLAN…………………………………………12

Глава 3 Создание VLAN на основе одного коммутатора………13

3.1. Создание VLAN на основе нескольких коммутаторов…………14

Глава 4 Стандарт IEEE 802.1Q …………………………………...15

Глава 5 Протокол Spanning-Tree и VLAN……………………….16

Глава 6 Настройка VLAN по умолчанию………………………..18

6.1 Настройка VLAN через домен………………………………………..19

6.2 Настройка сетей VLAN, используя имена…………………………22

 Глава 7. Группирование портов коммутатора в VLAN……….24

7.1 Объединение портов коммутатора в VLAN……………………...25

7.2 Разрешение опции Portfast…………………………………………….26

Глава 8. Настройка VLAN Транков………………………………27

Заключение………………………………………………………………………29

Список использованной литературы………………………………………...30

 

                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Введение

 

VLAN (Virtual Local Area Network, Виртуальная Локальная Сеть) – группа устройств, взаимодействующая напрямую на канальном уровне, хотя на физическом уровне все эти устройства подключены к разным коммутаторам. Устройства, находящиеся в разных виртуальных сетях, невидимы друг для друга на канальном уровне, даже если они подключены к одному и тому же коммутатору. А взаимодействие между устройствами осуществляется только на сетевом или других, более высоких уровнях. Виртуальные локальные сети используются для создания логической топологии сети, которая никак не зависит от физической топологии. По сравнению с реализацией на раздельных коммутаторах, VLAN уменьшает количество оборудования и сетевого кабеля, но требует обязательного использования более дорогих управляемых коммутаторов. Цель курсовой работы – изучить теоретический материал по тематике курсовой работы и разработать информационную систему с учетом технологий VLAN

 

Для достижения поставленной цели были выделены следующие задачи:

   *   проанализировать литературу по теме курсовой работы;

   *   рассмотреть и изучить понятия: «Виртуальная локальная сеть» и «Коммутация».

   *   Изучить принцип работы коммутатора;

Структура курсовой работы: работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 8 источников.

 

                Глава 1. Определение, основные понятия 

                         1.1 Виртуальные локальные сети

Виртуальные ЛКС -  это виртуальная локальная компьютерная сеть, представляющая собой группу хостов с общим набором требований, которые взаимодействуют так, как если бы они были подключены к широковещательному домену, независимо от их физического местонахождения. VLAN  имеет те же свойства, что и физическая локальная сеть, но позволяет конечным станциям группироваться вместе, даже если они не находятся в одной физической сети. Такая реорганизация может быть сделана на основе программного обеспечения вместо физического перемещения устройств.

Современный подход к построению сетей имеет девиз «коммутаторы — по возможности, маршрутизаторы — по необходимости». При этом на коммутаторы возлагаются задачи не только уменьшения размеров доменов коллизий (сегментация), но и локализации широковещательного и группового трафика, а также ограничения распространения кадров с неизвестными адресами назначения. Интеллектуальные коммутаторы служат средством построения виртуальных локальных сетей (ВЛС).

Кроме своего основного назначения — повышения пропускной способности связей в сети — коммутатор  позволяет локализовывать потоки информации в сети, а также контролировать эти потоки и управлять ими, опираясь на механизм пользовательских фильтров. Однако пользовательский фильтр может запретить передачи кадров только по конкретным адресам, а широковещательный трафик он передает всем сегментам сети. Так требует алгоритм работы моста, который реализован в коммутаторе, поэтому сети, созданные на основе мостов и коммутаторов, иногда называют плоскими — из-за отсутствия барьеров на пути широковещательного трафика. Технология виртуальных локальных сетей {Virtual LAN, VLAN), которая появилась несколько лет тому назад в коммутаторах, позволяет преодолеть указанное ограничение. Виртуальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети (на рис.1)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 есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра. Изначально коммутаторы не обеспечивали возможности создания Виртуальных Локальных сетей, так как они использовались для простой пересылки фреймов между устройствами. Рынок коммутаторов начал быстро расти, когда концентраторы коллективного доступа к среде передачи данных (hubs) начали не справляться с растущими запросами на расширение полосы пропускания сети в связи с использованием приложений клиент-сервер, обеспечивающих Графический Интерфейс Пользователя (GUI).

                           Рис.1 Виртуальные сети                      

      Виртуальные  сети могут пересекаться, если  один или несколько компьютеров  входят в состав более чем  одной виртуальной сети. На рис. 1 сервер электронной почты входит  в состав виртуальных сетей 3 и 4. Это значит, 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 не полностью защищает  виртуальные сети друг от друга  — так, широковещательный шторм, возникший на сервере электронной почты, захлестнет и сеть 3, и сеть 4. Говорят, что виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика (broadcast domain), по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet

       1.2 Коммутация  и Виртуальные Локальные сети VLAN

Изначально коммутаторы не обеспечивали возможности создания Виртуальных Локальных сетей, так как они использовались для простой пересылки фреймов между устройствами. Рынок коммутаторов начал быстро расти, когда концентраторы коллективного доступа к среде передачи данных (hubs) начали не справляться с растущими запросами на расширение полосы пропускания сети в связи с использованием приложений клиент-сервер, обеспечивающих Графический Интерфейс Пользователя (GUI).

Ключевая разница между коммутатором и концентратором заключается в том, как они работают с фреймами. Концентратор получает фрейм, затем копирует и передает (повторяет) фрейм во все другие порты. В этом случае сигнал повторяется, в основном продляя длину сетевого сегмента до всех подключенных станций. Коммутатор повторяет фрейм во все порты кроме того, из которого этот фрейм был получен: unicast фреймы (адресованные на конкретный MAC адрес), broadcast фреймы, (адресованные для всех MAC адресов в локальном сегменте), и multicast фреймы (адресованные для набора устройств в сегменте). Это делает их неприемлемыми для большого числа пользователей, так как каждая рабочая станция и сервер, подключенный к коммутатору, должен проверять каждый фрейм для того, чтобы определить, адресован ли этот фрейм ему или нет. В больших сетях, с большим количеством фреймов, обрабатываемых сетевой картой, теряется ценное процессорное время. Это приемлемо для небольших рабочих групп, где передача данных имеет кратковременную «взрывную» природу.

Коммутатор работает с фреймами «с пониманием» – он считывает MAC адрес входящего фрейма и сохраняет эту информацию в таблице коммутации. Эта таблица содержит MAC адреса и номера портов, связанных с ними. Коммутатор строит таблицу в разделенной памяти и поэтому он знает, какой адрес связан с каким

портом. Коммутаторы Catalyst создают эту таблицу, проверяя каждый фрейм, попавший в память, и добавляют новые адреса, которые не были занесены туда ранее. Маршрутизаторы Cisco создали эту таблицу, адресуя ее по содержимому (content-addressable memory). Эта таблица обновляется и строится каждый раз при включении коммутатора, но вы можете настраивать таймер обновления таблицы в зависимости от ваших нужд. Пример 1 показывает CAM таблицу коммутатора Catalyst 5000.

В этом примере столбец VLAN ссылается на номер VLAN, которой принадлежит порт назначения. Столбец Destination MAC ссылается на MAC адрес, обнаруженный в порту. Помните, что один порт может быть связан с несколькими MAC адресами, поэтому проверьте количество MAC адресов, которое может поддерживать ваш коммутатор. Destination Ports описывает порт, из которого коммутатор узнал MAC адрес.

 

Далее, коммутатор проверяет MAC адрес назначения фрейма и немедленно смотрит в таблицу коммутации. Если коммутатор нашел соответствующий адрес, он копирует фрейм только в этот порт. Если он не может найти адрес, он копирует фрейм во все порты. Unicast фреймы посылаются на необходимые порты, тогда как multicastи broadcast фреймы передаются во все порты.

 

Коммутация была объявлена как «новая» технология, которая увеличивает пропускную способность и увеличивает производительность, но на самом деле коммутаторы это высокопроизводительные мосты (bridges) с дополнительными функциями. Коммутация это термин, используемый в основном для описания сетевых устройств Уровня 2, которые переправляют фреймы, основываясь на MAC адресе получателя.

 

Два основных метода, наиболее часто используемых производителями для передачи трафика это cut-through и store and forward.

Коммутация cut-through обычно обеспечивает меньшее время задержки, чем store-and-forward потому, что в этом режиме коммутатор начинает передачу фрейма в порт назначения еще до того, как получен полностью весь фрейм. Коммутатору достаточно того, что он считал MAC адреса отправителя и получателя, находящиеся в начале Token Ring и Ethernet фреймов. Большинство cut-through коммутаторов начинает пересылку фрейма, получив только первые 30 – 40 байт заголовка фрейма.

Store and forward копирует весь фрейм перед тем, как пересылать фрейм. Этот метод дает большую задержку, но имеет больше преимуществ. Возможности фильтрации, управления и контроля за потоком информации являются главными преимуществами этого метода. В дополнение, неполные и поврежденные фреймы не пересылаются, так как они не являются правильными фреймами. Коммутаторы должны иметь буферную память для чтения и сохранения фреймов во время принятия решения, что увеличивает стоимость коммутатора.

 

По мере улучшения технологий и захвата рынка новомодной технологией, начали возникать VLAN. Простейший путь понять Виртуальные сети – сравнить их с физической сетью. Физическая сеть может состоять из конечных станций, связанных маршрутизатором (или маршрутизаторами), которые используют одно физическое соединение. VLAN это логическое комбинирование конечных станций в одном сегменте на Уровне 2 и Уровне 3, которые связаны напрямую, без маршрутизатора. Обычно пользователям, разделенным физически, требуется маршрутизатор для связи с другим сегментом. Коммутаторы с возможностью построения VLAN изначально были внедрены в основных учебных городках и небольших рабочих группах. Сначала коммутация разрабатывалась по мере надобности, но сейчас это является обычной практикой внедрять коммутаторы и VLAN в настольных системах.

Каждая рабочая станция в VLAN (и только эти конечные станции) обрабатывают широковещательный трафик, посылаемый другим членам VLAN. Например, рабочие станции A, B, и C присоединены в VLAN 1. VLAN 1 состоит из трех коммутаторов Catalyst 5500. Все коммутаторы расположены на разных этажах и соединены между собой оптоволокном и связаны транковым протоколом. Рабочая станция A присоединена с коммутатором A, рабочая станция B присоединена в коммутатор B и рабочая станция C присоединена в коммутатор C. Если станция A посылает широковещательный пакет, станции B и C получат этот фрейм, даже если они физически присоединены в другие коммутаторы. Рабочая станция D присоединена в коммутатор A, но объявлена в VLAN 2. Когда D посылает широковещательный пакет, станция A не увидит этот трафик, хотя она находится в том же физическом коммутаторе, но так как она находится не в той же виртуальной LAN, коммутатор не будет пересылать этот трафик на A. Помните, что VLAN работают на Уровне 2, поэтому связь между VLAN требует принятия решений маршрутизации на Уровне 3. Так же станции B и C не увидят трафик от станции D.

Виртуальные сети (VLAN) предлагают следующие преимущества:

   1. Контроль за широковещательным  трафиком

   2. Функциональные  рабочие группы

   3. Повышенная безопасность

  1.2.1  Контроль за  широковещательным трафиком

В отличие от традиционных LAN, построенных при помощи маршрутизаторов/мостов, VLAN может быть рассмотрен как широковещательный домен с логически настроенными границами. VLAN предлагает больше свободы, чем традиционные сети. Ранее используемые разработки были основаны на физическом ограничении сетей, построенных на основе концентраторов; в основном физические границы LAN сегмента ограничивались эффективной дальностью, на которую электрический сигнал мог пройти от порта концентратора. Расширение LAN сегментов за эти границы требовало использования повторителей (repeaters), устройств, которые усиливали и пересылали сигнал. VLAN позволяет иметь широковещательный домен вне зависимости от физического размещения, среды сетевого доступа, типа носителя и скорости передачи. Члены могут располагаться там, где необходимо, а не там, где есть специальное соединение с конкретным сегментом. VLAN увеличивают производительность сети, помещая широковещательный трафик внутри маленьких и легко управляемых логических доменов. В традиционных сетях с коммутаторами, которые не поддерживают VLAN, весь широковещательный трафик попадает во все порты. Если используется VLAN, весь широковещательный трафик ограничивается отдельным широковещательным доменом.

1.2.2.Функциональные рабочие  группы

 

Наиболее фундаментальным преимуществом технологии VLAN является возможность создания рабочих групп, основываясь на функциональности, а не на физическом расположении или типе носителя. Традиционно администраторы группировали пользователей функционального подразделения физическим перемещением пользователей, их столов и серверов в общее рабочее пространство, например в один сегмент. Все пользователи рабочей группы имели одинаковое физическое соединение для того, чтобы иметь преимущество высокоскоростного соединения с сервером. VLAN позволяет администратору создавать, группировать и перегруппировывать сетевые сегменты логически и немедленно, без изменения физической инфраструктуры и отсоединения пользователей и серверов. Возможность легкого добавления, перемещения и изменения пользователей сети – ключевое преимущество VLAN.