VLAN

Компьютерные сети могут быть сегментированы в локальные (LAN) и глобальные (WAN) сети. Сетевые устройства, такие как коммутаторы, концентраторы, мосты, рабочие станции и серверы, подключенные друг к другу в одной сети в определенном месте, обычно известны как локальные сети. LAN также считается широковещательным доменом.

VLAN позволяет нескольким сетям работать практически как одна локальная сеть. Одним из наиболее полезных элементов VLAN является то, что он устраняет задержку в сети, что экономит сетевые ресурсы и повышает эффективность сети. Кроме того, VLAN созданы для обеспечения сегментации и поддержки в таких вопросах, как безопасность, управление сетью и масштабируемость. Трафик также можно легко контролировать с помощью VLAN.

Виртуальная локальная сеть (VLAN) - это логическая локальная сеть (или LAN), которая расширяет пределы одной традиционной локальной сети до группы сегментов локальной сети, учитывая конкретные конфигурации. VLAN является логическим объектом, поэтому его создание и конфигурация полностью выполняются в программном обеспечении.

Иными словами, VLAN представляет собой логическую группу рабочих станций, серверов и сетевых устройств, которые, как представляется, находятся в одной и той же локальной сети, несмотря на их географическое распределение. VLAN позволяет сети компьютеров и пользователей взаимодействовать в имитируемой среде, как если бы они существовали в одной локальной сети и совместно использовали один широковещательный и многоадресный домен. VLAN реализованы для обеспечения масштабируемости, безопасности и удобства управления сетью и могут быстро адаптироваться к изменениям сетевых требований и перемещению рабочих станций и узлов сервера.

Коммутаторы более высокого уровня позволяют использовать функциональность и реализацию VLAN. Целью внедрения VLAN является повышение производительности сети или применение соответствующих функций безопасности.

Ключевыми преимуществами реализации VLAN являются:

• Разрешение сетевым администраторам применять дополнительную безопасность для сетевой связи

• Расширение и перемещение сети или сетевого устройства

• Обеспечение гибкости, поскольку администраторы могут настраивать сеть в централизованной среде, в то время как устройства могут быть расположены в разных географических точках

• Снижение латентности и нагрузки трафика в сети и сетевых устройствах, что обеспечивает повышенную производительность

У VLAN также есть некоторые недостатки и ограничения, перечисленные ниже:

• Высокий риск возникновения вирусов, поскольку одна зараженная система может распространять вирус по всей логической сети

• Ограничения оборудования в очень больших сетях, поскольку для управления рабочей нагрузкой могут потребоваться дополнительные маршрутизаторы

• Более эффективен при контролировании задержки, чем WAN, но менее эффективен, чем LAN

Вам необходимо рассмотреть возможность использования VLAN в любой из следующих ситуаций:

• У вас более 200 устройств в вашей локальной сети

• У вас много широковещательного трафика в вашей локальной сети

• Группы пользователей нуждаются в большей безопасности или замедляются слишком большим количеством передач

• Группы пользователей должны находиться в одном широковещательном домене, потому что они работают с одними и теми же приложениями. Примером может служить компания, имеющая телефоны VoIP. Пользователи, использующие телефон, могут находиться в другой VLAN, а не вместе с обычными пользователями.

• Или же вы можете просто разделить один коммутатор на несколько виртуальных коммутаторов.

Назначение VLAN

Основной причиной разделения сети на сети VLAN является сокращение перегрузок в большой локальной сети. Чтобы понять эту проблему, нам нужно вкратце остановиться на том, как LAN развиваются на протяжении многих лет. Первоначально локальные сети были очень плоскими - все рабочие станции были подключены к одному кусочку коаксиального кабеля или к наборам цепных хабов. В плоской локальной сети каждый пакет, который любое устройство помещает в провод, отправляется на все другие устройства в локальной сети. По мере роста числа рабочих станций в типичной локальной сети они начали безнадежно перегружаться; было слишком много коллизий, потому что большую часть времени, когда рабочая станция пыталась отправить пакет, выяснилось, что провод уже занят пакетом, отправленным каким-либо другим устройством.

Чтобы справиться с этой проблемой разработали три основных решения для избежания перегрузки:

• Использование маршрутизаторовдля сегментирования локальных сетей

• Использование коммутаторов для сегментов LAN

• Использование VLAN для сегментирования локальных сетей

Использование VLAN для сегментирования локальных сетей

По мере увеличения LAN скорость передачи данных стала быстрее, и пользователи стали более гибкими, маршрутизаторы в сети стали узким местом. Это потому что:

• маршрутизаторы обычно передают данные в программном обеспечении, и поэтому не так быстро, как коммутаторы

• разделение LAN с использованием маршрутизаторов означало, что локальная сеть обычно соответствует определенному физическому местоположению. Это стало ограничивающим фактором, когда многие пользователи имели ноутбуки и хотели иметь возможность перемещаться между зданиями, но все же иметь одну и ту же сетевую среду, где бы они ни были подключены.
  

Таким образом, поставщики коммутаторов начали внедрять методы определения «виртуальных локальных сетей» -сетей портов коммутатора, обычно распределенных между несколькими коммутаторами, которые каким-то образом взаимодействовали, как если бы они находились в одной изолированной локальной сети. Таким образом, рабочие станции могут быть разделены на отдельные локальные сети без физического разделения маршрутизаторами.

Примерно в то же время хабы стали менее популярными и в значительной степени были заменены коммутаторами L2. Это сделало всю концепцию области столкновения несколько исторической. В современных сетях «домен столкновения» в основном состоит из одного устройства, подключенного к порту коммутатора L2, или, возможно, ПК с чем-то вроде подключенного к нему IP-телефона.

Итак, макет LAN стал больше похож на:

Таким образом, вместо локальных сетей, соответствующих физическим областям, разделенным между собой маршрутизаторами, существуют виртуальные локальные сети, распределенные по сети. Например, все устройства в различных областях, обозначенные как «VLAN A», все принадлежат одной виртуальной локальной сети - один широковещательный домен.

Типы VLAN

Существуют различные типы VLAN. Тип сетевого трафика, который они несут, определяет конкретный тип VLAN:

Default VLAN

При начальной загрузке коммутатора все порты коммутатора становятся членами VLAN по умолчанию, что делает их частью одного и того же широковещательного домена. Это позволяет любому сетевому устройству подключаться к любому порту коммутатора для связи с другими устройствами на других портах коммутатора.

В коммутаторах Cisco VLAN по умолчанию является VLAN 1. VLAN 1 имеет все функции любого VLAN, за исключением того, что вы не можете переименовать или удалить его.

Data VLAN

VLAN данных, который также можно назвать пользовательский VLAN. Он настроен на перенос только генерируемого пользователями трафика. Важность разделения пользовательских данных из другого типа VLAN - это правильное управление коммутатором.

Native VLAN

Native VLAN назначается порту соединительной линии 802.1Q. Порт магистрали 802.1Q поддерживает трафик, поступающий из многих VLAN, а также трафик, который не поступает из VLAN. Порт магистрали 802.1Q помещает немаркированный трафик (трафик, который не поступает из VLAN) в собственный Native VLAN. Таким образом, собственный VLAN наблюдает и идентифицирует трафик, поступающий с каждого конца соединительной линии.

Management VLAN

VLAN управления - это любой VLAN, который вы настраиваете для доступа к возможностям управления коммутатором. Ваш настроенный управляющий VLAN должен быть назначен с IP-адресом и маской подсети. Любой из VLAN-коммутатора может быть настроен как управляющий, если вы не настроили или не определили уникальный VLAN, который будет использоваться в качестве управления. В некоторых случаях сетевой администратор проактивно определяет VLAN 1 как управляющий; это создает лазейку для несанкционированного подключения к коммутатору.

Voice VLAN

Голосовой VLAN настроен на перенос голосового трафика. Voice VLAN в основном получают приоритет передачи по сравнению с другими типами сетевого трафика. Коммуникация по сети не завершена без телефонных звонков. Больше вызовов производится по сети, чем передача сообщений другими формами. Отправка сообщений электронной почты и текстовых сообщений также являются формами взаимоотношений, но прослушивание реального голоса обеспечивает легитимность и уверенность.

Он используется среди сетевых администраторов для создания сети, поддерживающей VoIP с гарантированной полосой пропускания для обеспечения качества голоса и возможности маршрутизации вокруг перегруженных участков сети с минимальными задержками (150-180 миллисекунд).

Как работают виртуальные локальные сети (VLAN)

Магия работы виртуальных локальных сетей (VLAN) найдена в заголовках Ethernet. Когда коммутатор получает кадр Ethernet, в кадре либо уже есть тэг VLAN, либо коммутатор будет вставлять тег VLAN в заголовок Ethernet. Если кадр был получен от другого коммутатора, этот коммутатор уже вставил тег VLAN; в то время как кадры поступают от сетевых устройств, таких как компьютеры, в кадре не будет тега VLAN.

Если вы используете настройки по умолчанию для VLAN, тег VLAN, который будет помещен в кадр, - VLAN1. При размещении тега VLAN (также известного как тег IEEE 802.1Q) на кадре Ethernet четыре байта данных, которые составляют тег VLAN, вставляются перед полем «Тип», как показано на следующем рисунке. Этот 4-байтовый заголовок содержит несколько фрагментов информации:

1. 2-байтовый идентификатор протокола тегов (TPID), который будет установлен в значение 0x8100, чтобы обозначить, что этот кадр содержит информацию тега 802.1Q или 802.1p.

2. 2-байтная информация управления тегами (TCI), которая состоит из следующего:

• 3-разрядная точка приоритета пользователя (PCP), которая устанавливает значение приоритета между 0 и 7, что может использоваться для доставки приоритетного трафика качества обслуживания (QoS).

• 1-разрядный индикатор канонического формата (CFI), который представляет собой бит совместимости между Ethernet и другими сетевыми структурами, например Token Ring. Для сетей Ethernet это значение также будет установлено на ноль.

• 12-битный идентификатор VLAN (VID), который идентифицирует VLAN, к которой относится фрейм.

Несчастливая ошибка может произойти при маркировке VLAN на фрейме. Максимальный размер Ethernet-кадра IEEE 802.3 составляет 1518 байт. Если часть полезной нагрузки или данных содержит полные 1500 байтов данных и дополнительный 4-байтовый заголовок в кадре, размер кадра будет равен 1522 байтам.

Чтобы справиться с этой ситуацией, IEEE выпустила новый стандарт для Ethernet в 1998 году (IEEE 802.3ac), который увеличил максимальный размер кадра Ethernet до 1,522 байта. Если у вас есть более старые коммутаторы, которые не поддерживают более крупный размер кадра IEEE 802.3ac, ваши коммутаторы могут отказаться от этих неподдерживаемых фреймов с уведомлением или могут сообщать о них как о кадрах слишком большого размера.

Преимущества сетей VLAN

При правильном внедрении VLAN будет выигрышным для  вашего бизнеса благодаря простоте, большей безопасности и улучшенному опыту для ваших пользователей:

Упрощенное администрирование для сетевого менеджера: одна из лучших особенностей виртуализации заключается в том, что она упрощает управление. Логически группируя пользователей в одни и те же виртуальные сети, вы легко настраиваете и контролируете свои политики на уровне группы. Когда пользователи физически перемещают рабочие станции, вы можете держать их в одной сети с различным оборудованием. Или, если кто-то изменяет команды, но не рабочие станции, им может быть легко предоставлен доступ к любым новым VLAN, в которых они нуждаются.

Улучшенная безопасность: использование VLAN повышает безопасность за счет сокращения как внутренних, так и внешних угроз. Внутри разделение пользователей улучшает безопасность и конфиденциальность, гарантируя пользователям доступ только к сетям, которые относятся к их обязанностям. Внешние угрозы также сведены к минимуму. Если внешний злоумышленник может получить доступ к одной VLAN, они будут содержаться в этой сети по границам и элементам управления, которые у вас есть, чтобы отделить их от других.

Простое устранение неисправностей. Устранение неполадок в сети может быть проще и быстрее, когда ваши разные группы пользователей сегментируются и изолированы друг от друга. Если вы знаете, что жалобы поступают только от определенного подмножества пользователей, вы сможете быстро сузить место поиска, чтобы найти проблему.

Улучшенное качество обслуживания: VLAN управляют трафиком более эффективно, чтобы конечные пользователи имели более высокую производительность. У вас будет меньше проблем с задержкой в вашей сети и более высокая надежность для критически важных приложений. Сети VLAN также упрощают определение приоритетов трафика, позволяя вам следить за тем, чтобы критические данные приложений продолжали течь даже при трафике с более низким приоритетом, например, при просмотре веб-страниц.