Vlan что это такое и зачем он нужен
Твой Сетевичок
Все о локальных сетях и сетевом оборудовании
Что такое vlan: технология и настройка
На страницах нашего сайта мы неоднократно использовали термин VLAN в инструкциях по настройке различных роутеров и созданию корпоративной сети. Однако современная vlan технология требует детального изучения, поэтому следующий цикл статей посвящен характеристике и настройке «влан» на различных устройствах.
Данный материал является своего рода «вступительным словом», и здесь мы рассмотрим, что такое VLAN и как технология VLAN помогает в настройке сети.
Vlan: что это такое?
VLAN – технология, позволяющая сконфигурировать несколько виртуальных широковещательных доменов в рамках одного физического широковещательного домена.
Другими словами, имея «плоскую» физическую сеть из нескольких или одного коммутатора, можно разделить ее на несколько изолированных друг от друга полноценных «плоских» сетей, таким образом разграничив ПК пользователей по признаку принадлежности к определенному отделу или же в случае с серверами – по определенным ролям и специфике их работы.
В таком случае решаются одновременно несколько проблем:
Сетевая архитектура использует VLAN для обеспечения сетевой сегментации сервисов, обычно осуществляемой маршрутизаторами, которые фильтруют широковещательный трафик между разными VLAN-ми, улучшают безопасность сети, выполняют агрегацию подсетей и снижают перегрузку в сети. Коммутаторы не могут передавать трафик между VLAN-ами ввиду ограничения, накладываемого широковещательным доменом.
Некоторые коммутаторы могут иметь функции 3-го сетевого уровня модели OSI, храня и используя таблицу маршрутизации для осуществления передачи трафика между подсетями. В таком случае на коммутаторе создается виртуальный интерфейс конкретного VLAN с определенным ip-адресом и маской подсети. Такой интерфейс выступает в роли шлюза по умолчанию для устройств, находящихся в данном VLAN.
Для чего нужен vlan?
В сетях, основанных на широковещательном трафике, передающемся ко всем устройствам для нахождения пиров, с ростом количества пиров растет и количество широковещательного трафика (который потенциально может почти полностью вытеснить собой полезную нагрузку на сеть).
VLAN-ы же помогают снизить сетевой трафик формированием нескольких широковещательных доменов, разбивая большую сеть на несколько меньших независимых сегментов с небольшим количеством широковещательных запросов, посылаемых к каждому устройству всей сети в целом.
Технология VLAN также помогает создать несколько сетей 3-го уровня модели OSI в одной физической инфраструктуре. Например, если DHCP-сервер, раздающий ip-адреса, включен в коммутатор в определенном VLAN – устройства будут получать адреса только в рамках данного VLAN. Если же DHCP-сервер включен транком с набором из нескольких VLAN – устройства из всех этих VLAN смогут получить адреса.
VLAN работает на 2-м, канальном, уровне сетевой модели OSI, аналогично IP-подсетям, которые оперируют на 3-м, сетевом, уровне. Обычно каждому VLAN соответствует своя IP-подсеть, хотя бывают и исключения, когда в одном VLAN могут существовать несколько разных подсетей. Такая технология у Cisco известна как «ip secondary», а в Linux как «ip alias».
В старых сетевых технологиях пользователям присваивались подсети, основываясь на их географическом местоположении. Благодаря этому они были ограничены физической топологией и расстоянием. VLAN технология же позволяют логически сгруппировать территориально разрозненных пользователей в одни и те же группы подсетей, несмотря на их физическое местонахождение. Используя VLAN, можно легко управлять шаблонами трафика и быстро реагировать на переезд пользователей.
Технология VLAN предоставляет гибкую адаптацию к изменениям в сети и упрощает администрирование.
Примеры использования vlan
Пример разделения сети на несколько VLAN по сегментам в зависимости от ролей и используемых технологий:
Наиболее часто используемым стандартом для конфигурации VLAN является IEEE 802.1Q, в то время как Cisco имеет свой собственный стандарт ISL, а 3Com – VLT. И IEEE 802.1Q и ISL имеют схожий механизм работы, называемый “явным тегированием” – фрейм данных тегируется информацией о принадлежности к VLAN. Отличие между ними в том, что ISL использует внешний процесс тегирования без модификации оригинального Ethernet-фрейма, а 802.1Q – внутренний, с модификацией фрейма.
Записки IT специалиста
Технический блог специалистов ООО»Интерфейс»
VLAN для начинающих. Общие вопросы
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.
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).
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.
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.
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?
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 узлам 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.
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.
Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:
Или подпишись на наш Телеграм-канал: 
Vlan что это такое и зачем он нужен
VLANs – это виртуальные сети, которые существуют на втором уровне модели OSI. То есть, VLAN можно настроить на коммутаторе второго уровня. Если смотреть на VLAN, абстрагируясь от понятия «виртуальные сети», то можно сказать, что VLAN – это просто метка в кадре, который передается по сети. Метка содержит номер VLAN (его называют VLAN ID или VID), – на который отводится 12 бит, то есть, вилан может нумероваться от 0 до 4095. Первый и последний номера зарезервированы, их использовать нельзя. Обычно, рабочие станции о VLAN ничего не знают (если не конфигурировать VLAN на карточках специально). О них думают коммутаторы. На портах коммутаторов указывается в каком VLAN они находятся. В зависимости от этого весь трафик, который выходит через порт помечается меткой, то есть VLAN. Таким образом каждый порт имеет PVID (port vlan identifier).Этот трафик может в дальнейшем проходить через другие порты коммутатора(ов), которые находятся в этом VLAN и не пройдут через все остальные порты. В итоге, создается изолированная среда (подсеть), которая без дополнительного устройства (маршрутизатора) не может взаимодействовать с другими подсетями.
Зачем нужны виланы?
Примеры использования VLAN
Достоинства использования VLAN
Тэгированные и нетэгированные порты
Когда порт должен уметь принимать или отдавать трафик из разных VLAN, то он должен находиться в тэгированном или транковом состоянии. Понятия транкового порта и тэгированного порта одинаковые. Транковый или тэгированный порт может передавать как отдельно указанные VLAN, так и все VLAN по умолчанию, если не указано другое. Если порт нетэгирован, то он может передавать только один VLAN (родной). Если на порту не указано в каком он VLAN, то подразумевается, что он в нетэгированном состоянии в первом VLAN (VID 1).
Разное оборудование настраивается по-разному в данном случае. Для одного оборудования нужно на физическом интерфейсе указать в каком состоянии находится этот интерфейс, а на другом в определенном VLAN необходимо указать какой порт как позиционируется – с тэгом или без тэга. И если необходимо, чтобы этот порт пропускал через себя несколько VLAN, то в каждом из этих VLAN нужно прописать данный порт с тэгом. Например, в коммутаторах Enterasys Networks мы должны указать в каком VLAN находится определенный порт и добавить этот порт в egress list этого VLAN для того, чтобы трафик мог проходить через этот порт. Если мы хотим чтобы через наш порт проходил трафик еще одного VLAN, то мы добавляем этот порт в egress list еще и этого VLAN. На оборудовании HP (например, коммутаторах ProCurve) мы в самом VLAN указываем какие порты могут пропускать трафик этого VLAN и добавляем состояние портов – тэгирован или нетегирован. Проще всего на оборудовании Cisco Systems. На таких коммутаторах мы просто указываем какие порты какими VLAN нетэгированы (находятся в режиме access) и какие порты находятся в тэгированном состоянии (находятся в режиме trunk).
Для настройки портов в режим trunk созданы специальные протоколы. Один из таких имеет стандарт IEEE 802.1Q. Это международный стандарт, который поддерживается всеми производителями и чаще всего используется для настройки виртуальных сетей. Кроме того, разные производители могут иметь свои протоколы передачи данных. Например, Cisco создала для свого оборудования протокол ISL (Inter Switch Lisk).
Межвлановская маршрутизация
Что такое межвлановская маршрутизация? Это обычная маршрутизация подсетей. Разница только в том, что каждой подсети соответствует какой-то VLAN на втором уровне. Что это значит. Допустим у нас есть два VLAN: VID = 10 и VID = 20. На втором уровне эти VLAN осуществляют разбиение одной сети на две подсети. Хосты, которые находятся в этих подсетях не видят друг друга. То есть, трафик полностью изолирован. Для того, чтобы хосты могли взаимодействовать между собой, необходимо смаршрутизировать трафик этих VLAN. Для этого нам необходимо на третьем уровне каждому из VLAN присвоить интерфейс, то есть прикрепить к ним IP-адрес. Например, для VID = 10 IP address будет 10.0.10.1/24, а для VID = 20 IP address – 10.0.20.1/24. Эти адреса будет дальше выступать в роли шлюзов для выхода в другие подсети. Таким образом, мы можем трафик хостов с одного VLAN маршрутизировать в другой VLAN. Что дает нам маршрутизация VLAN по сравнению с простой маршрутизацией посетей без использования VLAN? А вот что:
Технология VLAN: разделяй и объединяй
Компания «Ромашки» из Иркутска открыла новое подразделение в Ангарске, где расположены несколько приоритетных клиентов. Начинающий системный администратор Роман взялся за голову: сеть компании состояла из нескольких изолированных сегментов, построенных на отдельных коммутаторах. В новом подразделении требовалось повторить такую же структуру, причём сделать так, чтобы, например, работники бухгалтерии в старом и новом офисе имели доступ к одним и тем же ресурсам и могли взаимодействовать друг с другом.
Приобретать для нового офиса такое же количество коммутаторов, как для главного, было нецелесообразно, поскольку там работало намного меньше сотрудников. Было непонятно, как объединять и разделять трафик от разных сегментов для передачи по WAN-каналу. И самое главное — казалось невозможным обеспечить изолированное взаимодействие пользователей в разных офисах.
Роман обратился за консультацией в компанию-интегратор и получил рекомендацию использовать технологию VLAN. Познакомившись с технологией, системный администратор понял, что это решит все его проблемы.
В этой публикации мы расскажем о принципах работы технологии, её возможностях и преимуществах, а также разберём типовые сценарии её применения.
Принципы работы VLAN
Компьютеры в локальной сети соединяются между собой с помощью сетевого оборудования — коммутаторов. По умолчанию все устройства, подключённые к портам одного коммутатора, могут взаимодействовать, обмениваясь сетевыми пакетами. Любой компьютер может направить широковещательный пакет, адресованный всем устройствам в этой сети, и все остальные компьютеры, подключённые к коммутатору, получат его. Все слышат всех.
Большое количество широковещательных пакетов, отправляемых устройствами, приводит к снижению производительности сети, поскольку вместо полезных операций коммутаторы заняты обработкой данных, адресованных сразу всем.
Чтобы снизить влияние широковещательных рассылок на производительность, сеть разделяют на изолированные сегменты. При этом каждый широковещательный пакет будет распространяться только в пределах сегмента, к которому подключен компьютер-отправитель.
Добиться такого результата можно, подключив разные сегменты к разным физическим коммутаторам, не соединённым между собой, либо соединить их через маршрутизаторы, которые не пропускают широковещательные рассылки.
На рисунке имеется четыре изолированных сегмента сети, каждый из которых подключён к отдельному физическому коммутатору. Взаимодействие между сегментами происходит через маршрутизаторы.
VLANы позволяют изолировать сегменты сети с помощью одного физического коммутатора. При этом функционально всё будет выглядеть полностью аналогично, но для каждого офиса используется один коммутатор с поддержкой VLAN.
В основе технологии VLAN лежит стандарт IEEE 802.1Q. Он позволяет добавлять в Ethernet-трафик информацию о принадлежности передаваемых данных к той или иной виртуальной сети — теги VLAN. С их помощью коммутаторы и маршрутизаторы могут выделить из общего потока передаваемых по сети кадров те, что относятся к конкретному сегменту.
Технология VLAN даёт возможность организовать функциональный эквивалент нескольких LAN-сетей без использования набора из коммутаторов и кабелей, которые понадобились бы для их реализации в физическом виде. Физическое сетевое оборудование заменяется виртуальным. Отсюда термин Virtual LAN.
Возможности VLAN
Используя виртуальные локальные сети, можно создавать конфигурации для решения различных задач:
Объединить в единую сеть группы компьютеров, подключённых к разным коммутаторам:
Компьютеры в VLAN 1 будут взаимодействовать между собой, хотя подключены к разным физическим коммутаторам, при этом сети VLAN 1 и VLAN 2 будут невидимы друг для друга.
Разделить на разные сети компьютеры, подключённые к одному коммутатору
При этом устройства в VLAN 1 и VLAN 2 не смогут взаимодействовать между собой.
Разделить гостевую и корпоративную беспроводную сеть компании:
Гости смогут подключаться к интернету, но не получат доступа к сети компании.
Обеспечить взаимодействие территориально распределённых отделов компании как единого целого:
Преимущества VLAN
VLAN с Traffic Inspector Next Generation
Технология VLAN позволяет одному устройству Traffic Inspector Next Generation контролировать доступ в интернет для нескольких подразделений, причём для каждого сегмента можно установить свои правила взаимодействия с глобальной сетью.
На рисунке изображена сеть компании, подключенная к интернет через сервер Traffic Inspector Next Generation. Сеть организована на базе одного коммутатора, на котором создано два виртуальных сегмента — VLAN 2 и VLAN 6. В первом сегменте находятся компьютеры пользователей, во втором — серверы. Устройство Traffic Inspector Next Generation подключено к транковому порту коммутатора — специальному порту, который «слышит» пакеты от всех виртуальных сетей. Трафик, передаваемый или принимаемый на транковый порт, всегда образован тегированными кадрами.
Чтобы управлять работой двух виртуальных сетей на одном устройстве Traffic Inspector Next Generation, достаточно в настройках выполнить следующие операции:
1. Создать VLAN-интерфейсы (Интерфейсы → Другие типы → VLAN)
2. Добавить VLAN-интерфейсы в веб-интерфейс (Интерфейсы → Назначения портов, указать VLAN в поле «Новый интерфейс»)
3. Задать параметры TCP/IP для VLAN-интерфейсов (в разделе «Интерфейсы»)
4. Сохранить изменения.
Заключение
Использование VLAN не только упрощает жизнь системным администраторам, позволяя быстро вносить изменения в структуру сети, но и даёт организациям возможность экономить на сетевом оборудовании.
Администратор Роман, о котором шла речь в начале статьи, обошёлся без покупки дополнительного оборудования, настроив на коммутаторах VLAN для каждого отдела. Это позволило высвободить из старого офиса два коммутатора и использовать их для построения сети в новом офисе. Кроме того, благодаря VLAN решилась проблема с маршрутизацией трафика по WAN-каналу.