Vlan basert på porter. Kurs med forelesninger om nettverksteknologi
2.1.3 802.1Q rammestruktur
802.1 Q-spesifikasjonen definerer 12 mulige formater for innkapsling av utvidelsesfeltet i MAC-lagrammer. Disse formatene er definert basert på tre typer rammer (Ethernet II, LLC i normalt format, LLC i Token Ring-format), to typer nettverk (802.3/Ethernet eller Token Ring/FDDI), og to typer VLAN-tagger (implisitt eller eksplisitt). Det er også visse regler for å oversette kilde-Ethernet- eller Token Ring-rammer til merkede rammer og oversette taggede rammer tilbake til originale.
Feltet Tag Protocol Identifier (TPI) erstattet EtherType-feltet til Ethernet-rammen, som fant sted etter to-byte VLAN-tag-feltet.
VLAN-kodefeltet har tre underfelt.
Underfeltet Prioritet er utformet for å lagre tre rammeprioritetsbiter, slik at opptil 8 prioritetsnivåer kan defineres. En-bits TR-innkapslingsflagget indikerer om dataene som bæres av rammen inneholder en innkapslet IEEE 802.5-formatramme (flagget er 1) eller tilsvarer en ytre rammetype (flagget er 0).
Ved å bruke denne funksjonen kan du tunnelere trafikk fra Token Ring-nettverk til switchede Ethernet-ryggrader.
12-bits VLAN ID (VID) identifiserer unikt VLAN som rammen tilhører.
Maksimal størrelse Ethernet-rammen øker ved bruk av IEEE 802.1 Q-spesifikasjonen fra 4 byte - fra 1518 byte til 1522 byte.
Fig.2.1.3 Ethernet-rammestruktur med IEEE 802.1 Q-felt
2.1.4 Sikre kvalitet på tjenesten i svitsjbaserte nett.
Layer 2 og Layer 3-svitsjer kan videresende pakker veldig raskt, men dette er ikke den eneste funksjonen til nettverksutstyr som kreves for å lage et moderne nettverk.
Nettverket må administreres, og et aspekt ved ledelsen er å sikre ønsket kvalitet på tjenesten (QoS).
QoS-støtte gir administratoren muligheten til å forutsi og kontrollere nettverksatferd ved å prioritere applikasjoner, undernett og endepunkter, eller gi dem garantert båndbredde.
Det er to hovedmåter å opprettholde kvaliteten på tjenesten. Dette er forhåndsreservasjon av ressurser og fortrinnsvis tjeneste for aggregerte trafikkklasser. Sistnevnte metode fant sin hovedanvendelse på andre nivå. Andrenivåsvitsjer har vært i drift i ganske lang tid et stort antall proprietære prioriterte tjenesteordninger, som deler all trafikk inn i 2-3-4 klasser og betjener disse klassene på en differensiert måte.
I dag har IEEE 802.1-arbeidsgruppen utviklet 802.1 p/Q-standardene (senere kalt 802.1D-1998), som bringer orden i trafikkprioriteringsopplegg og måten data om trafikkklasser bæres på i lokale nettverksrammer. Trafikkprioriteringsideene innebygd i 802.1 p/Q-standardene tilsvarer i stor grad det differensierte IP-tjenesteskjemaet som er omtalt i kapittelet. QoS-ordningen basert på 802.1 p/Q-standarder gir
muligheten til å sette tjenesteklassen (prioritet) som en sluttnode ved å plassere en identifikator i en standardramme 802 virtuelt nettverk VID, som inneholder tre biter av prioritetsnivået, og trafikkklassifisering av brytere basert på et visst sett med egenskaper. Tjenestekvaliteten kan også variere mellom ulike VLAN. I dette tilfellet spiller prioritetsfeltet rollen som en differensiator på andre nivå innenfor de forskjellige flytene til hvert virtuelle nettverk.
Normal trafikk levert fra "maks. anstrengelser"
Latency-sensitiv trafikk
Fig.2.1.4 Tjenesteklasser innenfor virtuelle nettverk.
Den nøyaktige tolkningen av behovene til hver trafikkklasse, merket med en prioritert verdi og muligens et virtuelt nettverksnummer, overlates, som med differensierte IP-tjenester, til nettverksadministratorens skjønn. Generelt antas det at svitsjen har policyregler i henhold til hvilke hver trafikkklasse betjenes, det vil si tilstedeværelsen av en trafikkprofil.
Switch-produsenter bygger vanligvis inn i enhetene sine bredere trafikkklassifiseringsmetoder enn de som tilbys av 802.1 p/Q-standarden. Trafikkklasser kan skilles fra MAC-adresser, fysiske porter, 802.1 p/Q-etiketter, og i lag 3 og 4-svitsjer, ved IP-adresser og velkjente TCP/UDP-portnumre.
Når en pakke ankommer svitsjen, sammenlignes feltverdiene med attributtene i reglene som er tildelt trafikkgrupper og deretter plassert i den aktuelle køen. Reglene knyttet til hver kø kan garantere pakker en viss mengde gjennomstrømning og prioritet, noe som påvirker mengden pakkeforsinkelse. Svitsjens klassifisering av trafikk og innebygging av informasjon om den nødvendige kvaliteten på tjenesten i pakker lar administratorer sette QoS-policy gjennom hele bedriftsnettverk. Følgende metoder for trafikkklassifisering finnes:
Basert på porter. Når du tildeler prioriteter til individuelle inngangsporter, brukes 802.1 p/Q-prioritetsetiketter for å spre den nødvendige kvaliteten på tjenesten gjennom det svitsjede nettverket.
Basert på VLAN-tagger. Dette er en ganske enkel og veldig generell måte å opprettholde QoS på. Ved å tilordne en QoS-profil til VLAN, kan du enkelt administrere flyter når de kombineres til en ryggrad.
Basert på nettverksnummer. Protokollbaserte virtuelle nettverk kan bruke QoS-profiler for å være bundet til spesifikke IP-, IPX- og Apple Talk-undernett. Dette gjør det enkelt å skille en bestemt gruppe brukere og gi dem ønsket kvalitet på tjenesten.
Etter applikasjon (TCP/UDP-porter). Lar deg identifisere klasser av applikasjoner som deretter leveres med differensiert tjeneste uavhengig av adressene til sluttnoder og brukere.
En nødvendig betingelse for å støtte kvaliteten på tjenesten basert på nettverksnummer er muligheten til å se pakker på tredje nivå, og differensiering etter applikasjon krever visning av pakker på fjerde nivå.
Fig.2.1.5 Betjening av ulike trafikkklasser.
Når trafikken er delt inn i klasser, kan switcher gi hver klasse en garantert minimums- og maksimumsgjennomstrømning, samt en prioritet som bestemmer hvordan køen behandles når det er ledig switchbåndbredde. Figuren viser et eksempel på å betjene fire trafikkklasser. Hver av dem tildeles en viss minimumsbåndbredde, og høyprioritet trafikk tildeles også et maksimum, slik at denne trafikkklassen ikke helt kan undertrykke lavere prioriterte.
Når du bruker portbaserte VLAN, blir hver port tildelt et spesifikt VLAN, uavhengig av hvilken bruker eller datamaskin som er koblet til den porten. Dette betyr at alle brukere som er koblet til denne porten vil være medlemmer av samme VLAN.
Portkonfigurasjonen er statisk og kan kun endres manuelt.
Portbasert VLAN.
Vlan basert på mac-adresser.
Den neste metoden for å lage virtuelle nettverk bruker gruppering av MAC-adresser. Hvis det er et stort antall noder på nettverket, krever denne metoden et stort antall manuelle operasjoner fra administratoren.
VLAN basert på MAC-adresser.
Etikettbasert Vlan – 802.1q-standard.
De to første tilnærmingene er kun basert på å legge til tilleggsinformasjon til broadressetabellene og bruker ikke muligheten for å bygge inn informasjon om rammens medlemskap i et virtuelt nettverk i den overførte rammen. Etikettbasert VLAN-organisasjonsmetode – tagger, bruker ekstra rammefelt for å lagre informasjon om rammeeierskap når den beveger seg mellom nettverkssvitsjer. En 4-byte tag legges til Ethernet-rammen:
Den ekstra rammekoden inkluderer et to-byte TPID (Tag Protocol Identifier)-felt og et to-byte TCI (Tag Control Information)-felt. De første 2 bytene med en fast verdi på 0x8100 bestemmer at rammen inneholder en 802.1q/802.1p-protokolltag. TCI-feltet består av Priority-, CFI- og VID-feltene. Feltet 3-bits prioritet spesifiserer åtte mulige rammeprioritetsnivåer. 12-biters VID (VLAN ID)-feltet er den virtuelle nettverksidentifikatoren. Disse 12 bitene lar deg definere 4096 forskjellige virtuelle nettverk, men ID-ene 0 og 4095 er reservert for spesiell bruk, så totalt 4094 virtuelle nettverk kan defineres i 802.1Q-standarden. CFI-feltet (Canonical Format Indicator), 1 bit langt, er reservert for å indikere rammer for andre typer nettverk (Token Ring, FDDI); for Ethernet-rammer er det 0.
Etter at en ramme er mottatt av inngangsporten til svitsjen, tas beslutningen om dens videre behandling basert på reglene for inngangsporten (Ingress-regler). Følgende alternativer er mulige:
mottar kun taggede rammer;
mottar bare rammer av typen Utagget;
Som standard godtar alle brytere begge typer rammer.
Etter å ha behandlet rammen, tas en beslutning om å overføre den til utgangsporten basert på forhåndsdefinerte regler for framevideresending. Regelen for videresending av rammer innenfor en svitsj er at de kun kan videresendes mellom porter tilknyttet det samme virtuelle nettverket.
1000Base Ethernet
1000Base Ethernet eller Gigabit Ethernet, som Fast Ethernet, bruker samme rammeformat, CSMA/CD-tilgangsmetode, stjernetopologi og linkkontroll (LLC) underlag som IEEE 802.3 og 10Base-T Ethernet. Den grunnleggende forskjellen mellom teknologiene ligger igjen i implementeringen av det fysiske laget til EMVOS - implementeringen av PHY-enheter. IEEE 802.3 og ANSI X3T11 Fibre Channel-utviklinger ble brukt til å implementere PHY-sendere/mottakere koblet til fiber. I 1998 ble 802.3z-standarden for optisk fiber og 802.3ab for tvunnet parkabel publisert.
Hvis forskjellene mellom Ethernet og Rask Ethernet er minimale og påvirker ikke MAC-laget, så når utviklere utviklet Gigabit Ethernet 1000Base-T-standarden, måtte utviklere ikke bare gjøre endringer i det fysiske laget, men også påvirke MAC-underlaget.
Det fysiske Gigabit Ethernet-laget bruker flere grensesnitt, inkludert tradisjonell kategori 5 tvunnet par-kabel samt multimodus- og enkeltmodusfiber. Det er definert totalt 4 forskjellige typer fysiske grensesnitt, som gjenspeiles i standardspesifikasjonene 802.3z (1000Base-X) og 802.3ab (1000Base-T).
Støttede avstander for 1000Base-X-standarder er vist i tabellen nedenfor.
|
Standard |
Fibertype |
Maksimal avstand*, m |
|
(laserdiode 1300 nm) |
Enkeltmodusfiber (9 µm) | |
|
Multimodus fiber (50 µm)*** | ||
|
Standard |
Fiber/twisted pair type |
Maksimal avstand*, m |
|
(laserdiode 850 nm) |
Multimodusfiber (50 µm) | |
|
Multimodusfiber (62,5 µm) | ||
|
Multimodusfiber (62,5 µm) | ||
|
Skjermet tvunnet par: STP |
Egenskapene til optiske transceivere kan være betydelig høyere enn de som er angitt i tabellen. For eksempel produserer NBase svitsjer med Gigabit Ethernet-porter som gir overføring over avstander på opptil 40 km over enkeltmodusfiber uten releer (ved bruk av smalspektrede DFB-lasere som opererer ved en bølgelengde på 1550 nm).
1000Base-T grensesnitt
1000Base-T er standard grensesnitt Gigabit Ethernet-overføring over uskjermet tvunnet parkabel i kategori 5e og høyere over avstander på opptil 100 meter. Alle fire parene kobberkabel brukes til overføring, overføringshastigheten over ett par er 250 Mbit/s.
MAC underlag
Gigabit Ethernet MAC-underlaget bruker samme CSMA/CD-medietilgangsmetode som sine forgjengere Ethernet og Fast Ethernet. Hovedbegrensningene for maksimal lengde til et segment (eller kollisjonsdomene) bestemmes av denne protokollen.
Et av problemene med å implementere 1 Gbit/s hastighet var å sikre en akseptabel nettverksdiameter når du opererer i halv dupleks driftsmodus. Som du vet, er minimumsrammestørrelsen i Ethernet- og Fast Ethernet-nettverk 64 byte. Med en overføringshastighet på 1 Gbit/s og en rammestørrelse på 64 byte, for pålitelig kollisjonsdeteksjon er det nødvendig at avstanden mellom de to mest fjerne datamaskinene ikke er mer enn 25 meter. La oss huske at vellykket kollisjonsdeteksjon er mulig hvis overføringstiden til en ramme med minimum lengde er større enn to ganger signalforplantningstiden mellom de to fjerneste nodene i nettverket. Derfor, for å sikre en maksimal nettverksdiameter på 200 m (to 100 m kabler og en svitsj), ble minimumsrammelengden i Gigabit Ethernet-standarden økt til 512 byte. For å øke rammelengden til ønsket verdi, utvider nettverksadapteren datafeltet til en lengde på 448 byte med en såkalt bærerutvidelse. Et utvidelsesfelt er et felt fylt med forbudte tegn som ikke kan forveksles med datakoder. I dette tilfellet beregnes kontrollsumfeltet kun for den opprinnelige rammen og gjelder ikke for utvidelsesfeltet. Når en ramme mottas, forkastes utvidelsesfeltet. Derfor vet ikke LLC-laget engang om tilstedeværelsen av utvidelsesfeltet. Hvis rammestørrelsen er lik eller større enn 512 byte, er det ikke noe medieutvidelsesfelt.
Gigabit Ethernet-ramme med medieutvidelsesfelt
Hovedformålet med teknologien WiFi(Wireless Fidelity - "trådløs nøyaktighet") - trådløs utvidelse Ethernet-nettverk. Den brukes også der det er uønsket eller umulig å bruke kablede nettverk, se begynnelsen av avsnittet "Trådløse LAN". For eksempel å overføre informasjon fra bevegelige deler av mekanismer; hvis du ikke kan bore i vegger; i et stort lager hvor du må ha med deg en datamaskin.
Wi-Fi designet konsortium Wi-Fi er basert på IEEE 802.11 (1997) [ANSI]-serien med standarder og gir overføringshastigheter fra 1...2 til 54 Mbit/s. Wi-Fi-konsortiet utvikler applikasjonsspesifikasjoner for å bringe Wi-Fi-standarden til live, tester og sertifiserer produkter fra andre selskaper for samsvar med standarden, organiserer utstillinger og gir Wi-Fi-utstyrsutviklere nødvendig informasjon.
Til tross for at IEEE 802.11-standarden ble ratifisert tilbake i 1997, har Wi-Fi-nettverk blitt utbredt først de siste årene, da prisene på kommersielt nettverksutstyr har falt betydelig. I industriell automatisering, av de mange standardene i 802.11-serien, brukes bare to: 802.11b med overføringshastigheter på opptil 11 Mbit/s og 802.11g (opptil 54 Mbit/s).
|
Signaloverføring over radiokanalen utføres ved hjelp av to metoder: FHSS og DSSS (se avsnitt). Dette bruker differensiell fasemodulasjon DBPSK og DQPSK (se " Modulasjonsmetoder transportør") ved hjelp av Barker-koder, komplementære koder ( CCK- Utfyllende kodenøkkel) og teknologier dobbel konvolusjonskoding (PBCC) [Roshan]. Wi-Fi 802.11g ved hastigheter på 1 og 2 Mbit/s bruker DBPSK-modulasjon. Ved 2 Mbps brukes samme metode som ved 1 Mbps, men for å øke kanalkapasiteten brukes 4 forskjellige faseverdier (0, ) for å fasemodulere bærebølgen. 802.11b-protokollen bruker ekstra overføringshastigheter på 5,5 og 11 Mbit/s. Ved disse bithastighetene brukes komplementære koder i stedet for Barker-koder ( CCK). Wi-Fi bruker CSMA/CA-nettverkstilgangsmetoden (se avsnittet "Problemer med trådløse nettverk og løsninger"), som bruker følgende prinsipper for å redusere sannsynligheten for kollisjoner:
Forebygging, snarere enn kollisjonsdeteksjon, er grunnleggende i trådløse nettverk fordi, i motsetning til kablede nettverk, blokkerer transceiver-senderen det mottatte signalet. Rammeformatet på PLCP-nivået til OSI-modellen (tabell 2.17) i FHSS-modus er vist i fig. 2,44. Den består av følgende felt:
Rammeformatet på PLCP-nivået til OSI-modellen (tabell 2.17) i DSSS-modus er vist i fig. 2,45. Feltene i den har følgende betydning:
Kommunikasjonsrekkevidden til Wi-Fi avhenger i stor grad av forplantningsforholdene. elektromagnetiske bølger, antennetype og sendereffekt. Typiske verdier angitt av Wi-Fi-utstyrsprodusenter er 100-200 m innendørs og opptil flere kilometer i åpne områder ved bruk av en ekstern antenne og en sendereffekt på 50...100 mW. Samtidig ble det, ifølge det tyske ukebladet Computerwoche, under kommunikasjonsrekkekonkurransen registrert på en avstand på 89 km ved bruk av standardutstyr Wi-Fi standard IEEE 802.11b (2,4 GHz) og parabolantenner. Guinness rekordbok registrerer også Wi-Fi-kommunikasjon i en avstand på 310 km ved hjelp av antenner hevet til store høyder ved hjelp av ballonger. Wi-Fi-nettverksarkitekturIEEE 802.11-standarden etablerer tre nettverkstopologier:
Ved hjelp av BSS stasjoner kommuniserer med hverandre gjennom et felles sentralt kommunikasjonssenter kalt tilgangspunkt. Tilgangspunkt vanligvis koblet til et kablet Ethernet LAN. Et utvidet tjenesteområde oppnås ved å kombinere flere BSS V enhetlig system gjennom et distribusjonssystem, som kan være et kablet Ethernet-nettverk. 2.11.5. Sammenligning av trådløse nettverkI tabellen 2.18 oppsummerer hovedparametrene for de tre vurderte trådløse teknologier. Tabellen inneholder ikke data om WiMAX, EDGE, UWB og mange andre standarder som ikke er mye brukt i industriell automasjon.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IEEE 802.1Q- en åpen standard som beskriver prosedyren for å merke trafikk for å formidle informasjon om VLAN-medlemskap.
Siden 802.1Q ikke endrer rammeoverskrifter, kan nettverksenheter som ikke støtter denne standarden overføre trafikk uten hensyn til VLAN-medlemskapet.
802.1Q er plassert inne i rammen stikkord, som overfører informasjon om trafikkens tilhørighet til VLAN.
| ⊲━━ Tag Control Information (TCI) ━━⊳ | ||||
| TPID | Prioritet | CFI | VID | |
| 16 | 3 | 1 | 12 | biter |
Tagstørrelsen er 4 byte. Den består av følgende felt:
- Tag Protocol Identifier (TPID)- Tagging protokoll identifikator. Feltstørrelsen er 16 biter. Angir hvilken protokoll som brukes for tagging. For 802.1q er verdien 0x8100.
- Tag Control Information (TCI)- et felt som innkapsler feltene for prioritet, kanonisk format og VLAN-identifikasjon:
- Prioritet- En prioritet. Feltstørrelsen er 3 bits. Brukes av IEEE 802.1p-standarden for å angi prioritet for overført trafikk.
- Canonical Format Indicator (CFI)- Kanonisk formatindikator. Feltstørrelsen er 1 bit. Indikerer MAC-adresseformatet. 0 - kanonisk (Ethernet-ramme), 1 - ikke-kanonisk (Token Ring-ramme, FDDI).
- VLAN Identifier (VID)- VLAN identifikator Feltstørrelse - 12 bit Angir hvilket VLAN rammen tilhører. Utvalget av mulige VID-verdier er fra 0 til 4094.
Når du bruker Ethernet II-standarden, setter 802.1Q inn en kode før feltet Protocol Type. Siden rammen er endret, beregnes kontrollsummen på nytt.
I 802.1Q-standarden er det et konsept Native VLAN. Som standard er dette VLAN 1. Trafikk sendt på dette VLAN er ikke merket.
Det er en lignende proprietær protokoll som 802.1Q utviklet av Cisco Systems - ISL.
| VLAN - Virtual Local Area Network | |
|---|---|
| Standarder, protokoller og grunnleggende konsepter | 802.1Q. VLAN ID. ISL. VTP. GVRP. Innebygd VLAN |
| I operativsystemer | Linux (Debian, Ubuntu, CentOS). FreeBSD. Windows |
| I nettverksutstyr | |
- fleksibilitet og enkel konfigurasjon og endring - du kan lage de nødvendige VLAN-kombinasjonene både innenfor én svitsj og gjennom hele nettverket bygget på svitsjer som støtter IEEE 802.1Q-standarden. Tagging-mulighet gjør at VLAN-informasjon kan distribueres over flere 802.1Q-kompatible svitsjer over en enkelt fysisk kobling ( trunk-kanal, Trunk Link);
- lar deg aktivere spenningstre-algoritmen på alle porter og arbeide i normal modus. Spanning Tree-protokollen viser seg å være svært nyttig for bruk i store nettverk bygget på flere switcher, og lar switcher automatisk bestemme den trelignende konfigurasjonen av tilkoblinger i nettverket når porter tilfeldig kobles til hverandre. Til normal operasjon ingen bryter nødvendig stengte ruter på nett. Disse rutene kan opprettes av administratoren spesifikt for å lage backup-tilkoblinger, eller de kan oppstå tilfeldig, noe som er fullt mulig hvis nettverket har mange tilkoblinger og kablingssystemet er dårlig strukturert eller dokumentert. Ved å bruke Spanning Tree-protokollen blokkerer brytere redundante ruter etter å ha konstruert et nettverksdiagram. Dermed forhindres løkker i nettverket automatisk;
- IEEE 802.1Q VLANs evne til å legge til og trekke ut tagger fra rammeoverskrifter gjør at nettverket kan bruke brytere og nettverksenheter som ikke støtter IEEE 802.1Q-standarden;
- enheter fra forskjellige produsenter som støtter standarden kan fungere sammen, uavhengig av hvilken som helst proprietær løsning;
- å koble subnett til nettverksnivå, kreves en ruter eller L3-svitsj. Men for enklere tilfeller, for eksempel for å organisere tilgang til serveren fra forskjellige VLAN, er det ikke nødvendig med en ruter. Switchporten som serveren er koblet til må være inkludert i alle subnett, og serverens nettverksadapter må støtte IEEE 802.1Q-standarden.
Ris. 6.5.
Noen definisjoner av IEEE 802.1Q
- Tagging- prosessen med å legge til informasjon om tilhørighet til 802.1Q VLAN til rammeoverskriften.
- Untagging- prosessen med å trekke ut informasjon om 802.1Q VLAN-medlemskap fra rammeoverskriften.
- VLAN ID (VID)- VLAN identifikator.
- Port VLAN ID (PVID)- VLAN-portidentifikator.
- Inngangsport- bytte port som rammer kommer til, og samtidig tas det en beslutning om VLAN-medlemskap.
- Utgangsport- bryterporten som rammer overføres fra til andre nettverksenheter, brytere eller arbeidsstasjoner, og følgelig må merkingsavgjørelsen tas på den.
Enhver svitsjport kan konfigureres som merket(merket) eller som umerket(umerket). Funksjon avtagging lar deg jobbe med dem nettverksenheter virtuelle nettverk som ikke forstår taggene i Ethernet-rammeoverskriften. Funksjon tagging lar deg konfigurere VLAN mellom flere svitsjer som støtter IEEE 802.1Q-standarden.
Ris. 6.6.
IEEE 802.1Q VLAN-tag
IEEE 802.1Q-standarden definerer endringer i Ethernet-rammestrukturen som gjør at VLAN-informasjon kan overføres over nettverket. I fig. 6.7 viser 802.1Q-tagformatet
