Vlan baserat på portar. Kurs med föreläsningar om nätverksteknologier
2.1.3 802.1Q ramstruktur
802.1 Q-specifikationen definierar 12 möjliga format för att kapsla in förlängningsfältet i MAC-lagerramar. Dessa format definieras utifrån tre typer av ramar (Ethernet II, LLC i normalt format, LLC i Token Ring-format), två typer av nätverk (802.3/Ethernet eller Token Ring/FDDI) och två typer av VLAN-taggar (implicita eller explicit). Det finns också vissa regler för att översätta käll-Ethernet- eller Token Ring-ramar till taggade ramar och översätta taggade ramar tillbaka till original.
Fältet Tag Protocol Identifier (TPI) ersatte EtherType-fältet i Ethernet-ramen, vilket skedde efter tvåbyte VLAN-taggfältet.
VLAN-taggfältet har tre underfält.
Underfältet Prioritet är utformat för att lagra tre ramprioritetsbitar, vilket gör att upp till 8 prioritetsnivåer kan definieras. Enbits TR-Inkapslingsflaggan indikerar huruvida data som bärs av ramen innehåller en inkapslad IEEE 802.5-formatram (flaggan är 1) eller motsvarar en yttre ramtyp (flaggan är 0).
Med den här funktionen kan du tunnla trafik från Token Ring-nätverk till switchade Ethernet-stamnät.
12-bitars VLAN ID (VID) identifierar unikt det VLAN som ramen tillhör.
Maximal storlek Ethernet-ramen ökar när IEEE 802.1 Q-specifikationen tillämpas från 4 byte - från 1518 byte till 1522 byte.
Fig.2.1.3 Ethernet-ramstruktur med IEEE 802.1 Q-fält
2.1.4 Säkerställande av servicekvalitet i switchbaserade nät.
Layer 2 och Layer 3 switchar kan vidarebefordra paket mycket snabbt, men detta är inte den enda egenskapen hos nätverksutrustning som krävs för att skapa ett modernt nätverk.
Nätverket måste hanteras, och en aspekt av förvaltningen är att säkerställa den önskade kvaliteten på tjänsten (QoS).
QoS-stöd ger administratören möjligheten att förutsäga och kontrollera nätverksbeteende genom att prioritera applikationer, undernät och slutpunkter, eller förse dem med garanterat bandbredd.
Det finns två huvudsakliga sätt att upprätthålla kvaliteten på tjänsten. Detta är förhandsreservation av resurser och förmånlig service för aggregerade trafikklasser. Den senare metoden hittade sin huvudsakliga tillämpning på den andra nivån. Växlar på andra nivån har under ganska lång tid arbetat med ett stort antal egenutvecklade prioritetstjänster, som delar upp all trafik i 2-3-4 klasser och servar dessa klasser på ett differentierat sätt.
Idag har IEEE 802.1-arbetsgruppen utvecklat 802.1 p/Q-standarderna (senare kallade 802.1D-1998), som ger ordning på trafikprioriteringsscheman och metoden att överföra data om trafikklasser i lokala nätverksramar. Trafikprioriteringsidéerna inbäddade i 802.1 p/Q-standarderna motsvarar i stort sett det differentierade IP-tjänstschema som diskuteras i kapitlet. QoS-schemat baserat på 802.1 p/Q-standarder tillhandahåller
möjligheten att ställa in tjänsteklassen (prioritet) som en slutnod genom att placera en identifierare i en standardram 802 virtuellt nätverk VID, som innehåller tre bitar av prioritetsnivån, och trafikklassificering av switchar baserat på en viss uppsättning egenskaper. Tjänstens kvalitet kan också variera mellan olika VLAN. I detta fall spelar prioritetsfältet rollen som en differentiator på andra nivån inom de olika flödena i varje virtuellt nätverk.
Normal trafik levererad från "max. ansträngningar"
Latenskänslig trafik
Fig.2.1.4 Klasser av tjänster inom virtuella nätverk.
Den exakta tolkningen av behoven för varje trafikklass, taggade med ett prioritetsvärde och eventuellt ett virtuellt nätverksnummer, överlåts, liksom med differentierade IP-tjänster, till nätverksadministratörens gottfinnande. I allmänhet antas det att växeln har policyregler i enlighet med vilka varje trafikklass betjänas, det vill säga närvaron av en trafikprofil.
Switchtillverkare bygger vanligtvis in bredare trafikklassificeringsmetoder i sina enheter än de som tillhandahålls av 802.1 p/Q-standarden. Trafikklasser kan särskiljas genom MAC-adresser, fysiska portar, 802.1 p/Q-etiketter och i lager 3 och 4 switchar, genom IP-adresser och välkända TCP/UDP-portnummer.
När ett paket väl anländer till switchen jämförs dess fältvärden med attributen i reglerna som tilldelas trafikgrupper och placeras sedan i lämplig kö. Reglerna för varje kö kan garantera paket en viss mängd genomströmning och prioritet, vilket påverkar mängden paketfördröjning. Switchens klassificering av trafik och inbäddning av information om den erforderliga tjänstekvaliteten i paket gör det möjligt för administratörer att ställa in QoS-policy genomgående företagsnätverk. Följande metoder för trafikklassificering finns:
Baserat på portar. Vid tilldelning av prioriteringar till individuella ingångsportar, används 802.1 p/Q-prioritetsetiketter för att sprida den erforderliga tjänstekvaliteten i hela det kopplade nätverket.
Baserat på VLAN-taggar. Detta är ett ganska enkelt och väldigt allmänt sätt att underhålla QoS. Genom att tilldela en QoS-profil till VLAN kan du enkelt hantera flöden när de kombineras till ett stamnät.
Baserat på nätverksnummer. Protokollbaserade virtuella nätverk kan använda QoS-profiler för att bindas till specifika IP-, IPX- och Apple Talk-undernät. Detta gör det enkelt att separera en specifik grupp av användare och ge dem den önskade kvaliteten på tjänsten.
Efter applikation (TCP/UDP-portar). Låter dig identifiera klasser av applikationer som sedan förses med differentierade tjänster oavsett adresserna till slutnoder och användare.
En nödvändig förutsättning för att stödja tjänstekvalitet baserad på nätverksnummer är förmågan att se paket på den tredje nivån, och differentiering efter applikation kräver visning av paket på den fjärde nivån.
Fig.2.1.5 Betjänar olika trafikklasser.
När trafiken är uppdelad i klasser kan switchar ge varje klass en garanterad lägsta och maximal genomströmning, samt en prioritet som avgör hur kön bearbetas när det finns ledig switchbandbredd. Figuren visar ett exempel på att betjäna fyra trafikklasser. Var och en av dem tilldelas en viss minsta bandbredd, och högprioriterad trafik tilldelas också ett maximum, så att denna klass av trafik inte helt kan undertrycka lägre prioritet.
När du använder portbaserade VLAN tilldelas varje port till ett specifikt VLAN, oavsett vilken användare eller dator som är ansluten till den porten. Detta innebär att alla användare som är anslutna till denna port kommer att vara medlemmar i samma VLAN.
Portkonfigurationen är statisk och kan endast ändras manuellt.
Portbaserat VLAN.
Vlan baserat på mac-adresser.
Nästa metod för att skapa virtuella nätverk använder gruppering av MAC-adresser. Om det finns ett stort antal noder på nätverket kräver denna metod ett stort antal manuella operationer från administratören.
VLAN baserat på MAC-adresser.
Etikettbaserad Vlan – 802.1q-standard.
De två första tillvägagångssätten baseras endast på att lägga till ytterligare information till bryggadresstabellerna och använder inte möjligheten att bädda in information om ramens medlemskap i ett virtuellt nätverk i den överförda ramen. Etikettbaserad VLAN-organisationsmetod – taggar, använder ytterligare ramfält för att lagra information om ramägande när den flyttar mellan nätverksväxlar. En 4-byte-tagg läggs till i Ethernet-ramen:
Den tillagda ramtaggen inkluderar ett två-byte TPID (Tag Protocol Identifier)-fält och ett två-byte TCI (Tag Control Information)-fält. De första 2 byten med ett fast värde på 0x8100 bestämmer att ramen innehåller en 802.1q/802.1p-protokolltagg. TCI-fältet består av fälten Priority, CFI och VID. 3-bitars prioritetsfältet specificerar åtta möjliga ramprioritetsnivåer. 12-bitars VID (VLAN ID)-fältet är den virtuella nätverksidentifieraren. Dessa 12 bitar låter dig definiera 4096 olika virtuella nätverk, men ID 0 och 4095 är reserverade för speciell användning, så totalt 4094 virtuella nätverk kan definieras i 802.1Q-standarden. CFI-fältet (Canonical Format Indicator), 1 bit långt, är reserverat för att indikera ramar för andra typer av nätverk (Token Ring, FDDI); för Ethernet-ramar är det 0.
Efter att en ram har tagits emot av ingångsporten på switchen, fattas beslutet om dess vidare bearbetning baserat på reglerna för ingångsporten (ingångsregler). Följande alternativ är möjliga:
tar endast emot taggade ramar;
tar bara emot ramar av typen Otaggade;
Som standard accepterar alla omkopplare båda typerna av ramar.
Efter bearbetning av ramen fattas ett beslut att överföra den till utgångsporten baserat på fördefinierade regler för framevidarebefordran. Regeln för vidarebefordran av ramar inom en switch är att de endast kan vidarebefordras mellan portar som är associerade med samma virtuella nätverk.
1000 bas Ethernet
1000Base Ethernet eller Gigabit Ethernet, som Fast Ethernet, använder samma ramformat, CSMA/CD-åtkomstmetod, stjärntopologi och länkkontroll (LLC) underskikt som IEEE 802.3 och 10Base-T Ethernet. Den grundläggande skillnaden mellan teknikerna ligger återigen i implementeringen av det fysiska lagret av EMVOS - implementeringen av PHY-enheter. IEEE 802.3 och ANSI X3T11 Fibre Channel-utvecklingar användes för att implementera PHY-sändtagare anslutna till fiber. 1998 publicerades 802.3z-standarden för optisk fiber och 802.3ab för partvinnad kabel.
Om skillnaderna mellan Ethernet och Snabbt Ethernetär minimala och påverkar inte MAC-lagret, sedan när utvecklare utvecklade Gigabit Ethernet 1000Base-T-standarden var utvecklarna inte bara tvungna att göra ändringar i det fysiska lagret, utan också påverka MAC-underlagret.
Det fysiska Gigabit Ethernet-skiktet använder flera gränssnitt, inklusive traditionell tvinnad kategori 5-kabel samt multimode och single-mode fiber. Totalt 4 olika typer av fysiska gränssnitt definieras, vilket återspeglas i standardspecifikationerna 802.3z (1000Base-X) och 802.3ab (1000Base-T).
Avstånd som stöds för 1000Base-X-standarder visas i tabellen nedan.
|
Standard |
Fibertyp |
Maximalt avstånd*, m |
|
(laserdiod 1300 nm) |
Singlemode fiber (9 µm) | |
|
Multimode fiber (50 µm)*** | ||
|
Standard |
Typ av fiber/tvinnat par |
Maximalt avstånd*, m |
|
(laserdiod 850 nm) |
Multimode fiber (50 µm) | |
|
Multimode fiber (62,5 µm) | ||
|
Multimode fiber (62,5 µm) | ||
|
Skärmad Twisted Pair: STP |
Egenskaperna hos optiska sändtagare kan vara betydligt högre än de som anges i tabellen. Till exempel producerar NBase switchar med Gigabit Ethernet-portar som ger överföring över avstånd på upp till 40 km över singelmodsfiber utan reläer (med smalspektrum DFB-lasrar som arbetar vid en våglängd på 1550 nm).
1000Base-T-gränssnitt
1000Base-T är standardgränssnitt Gigabit Ethernet-överföring över oskärmad partvinnad kabel av kategori 5e och högre över avstånd på upp till 100 meter. Alla fyra par kopparkabel används för överföring, överföringshastigheten över ett par är 250 Mbit/s.
MAC underskikt
Gigabit Ethernet MAC-underlagret använder samma CSMA/CD-mediaåtkomstmetod som sina föregångare Ethernet och Fast Ethernet. De huvudsakliga begränsningarna för den maximala längden för ett segment (eller kollisionsdomän) bestäms av detta protokoll.
Ett av problemen med att implementera en hastighet på 1 Gbit/s var att säkerställa en acceptabel nätverksdiameter vid drift i halv duplex driftläge. Som du vet är den minsta ramstorleken i Ethernet- och Fast Ethernet-nätverk 64 byte. Med en överföringshastighet på 1 Gbit/s och en ramstorlek på 64 byte är det för pålitlig kollisionsdetektering nödvändigt att avståndet mellan de två mest avlägsna datorerna inte är mer än 25 meter. Låt oss komma ihåg att framgångsrik kollisionsdetektering är möjlig om överföringstiden för en ram med minsta längd är större än två gånger signalutbredningstiden mellan de två mest avlägsna noderna i nätverket. Därför, för att säkerställa en maximal nätverksdiameter på 200 m (två 100 m kablar och en switch), ökades den minsta ramlängden i Gigabit Ethernet-standarden till 512 byte. För att öka ramlängden till önskat värde utökar nätverksadaptern datafältet till en längd på 448 byte med en så kallad bärarförlängning. Ett tilläggsfält är ett fält fyllt med förbjudna tecken som inte kan förväxlas med datakoder. I det här fallet beräknas kontrollsummafältet endast för den ursprungliga ramen och gäller inte för tilläggsfältet. När en ram tas emot slängs förlängningsfältet. Därför vet LLC-skiktet inte ens om närvaron av förlängningsfältet. Om ramstorleken är lika med eller större än 512 byte finns det inget medieförlängningsfält.
Gigabit Ethernet-ram med mediaförlängningsfält
Huvudsyftet med tekniken WiFi(Wireless Fidelity - "trådlös noggrannhet") - trådlös expansion Ethernet-nätverk. Den används även där det är oönskat eller omöjligt att använda trådbundna nätverk, se början av avsnittet "Trådlösa LAN". Till exempel att överföra information från rörliga delar av mekanismer; om du inte kan borra i väggar; i ett stort lager där du behöver ha en dator med dig.
Wi-Fi designad konsortium Wi-Fi är baserat på IEEE 802.11 (1997) [ANSI]-serien av standarder och ger överföringshastigheter från 1...2 till 54 Mbit/s. Wi-Fi-konsortiet utvecklar applikationsspecifikationer för att levandegöra Wi-Fi-standarden, testar och certifierar produkter från andra företag för överensstämmelse med standarden, organiserar utställningar och förser utvecklare av Wi-Fi-utrustning med nödvändig information.
Trots att IEEE 802.11-standarden ratificerades redan 1997, har Wi-Fi-nätverk blivit utbredda först på senare år, då priserna på kommersiell nätverksutrustning har sjunkit avsevärt. Inom industriell automation, av de många standarderna i 802.11-serien, används endast två: 802.11b med överföringshastigheter på upp till 11 Mbit/s och 802.11g (upp till 54 Mbit/s).
|
Signalöverföring över radiokanalen sker med två metoder: FHSS och DSSS (se avsnitt). Detta använder differentiell fasmodulering DBPSK och DQPSK (se " Moduleringsmetoder transportör") använder Barker-koder, kompletterande koder ( CCK- Kompletterande kodnyckel) och teknologier dubbel faltningskodning (PBCC) [Roshan]. Wi-Fi 802.11g vid hastigheter på 1 och 2 Mbit/s använder DBPSK-modulering. Vid 2 Mbps används samma metod som vid 1 Mbps, men för att öka kanalkapaciteten används 4 olika fasvärden (0, ) för att fasmodulera bärvågen. 802.11b-protokollet använder ytterligare överföringshastigheter på 5,5 och 11 Mbit/s. Vid dessa bithastigheter används komplementära koder istället för Barker-koder ( CCK). Wi-Fi använder nätverksåtkomstmetoden CSMA/CA (se avsnittet "Problem med trådlösa nätverk och lösningar"), som använder följande principer för att minska sannolikheten för kollisioner:
Förebyggande, snarare än kollisionsdetektering, är grundläggande i trådlösa nätverk eftersom, till skillnad från trådbundna nätverk, sändarmottagarens sändare stör den mottagna signalen. Ramformatet på PLCP-nivån för OSI-modellen (tabell 2.17) i FHSS-läge visas i fig. 2,44. Den består av följande fält:
Ramformatet på PLCP-nivån för OSI-modellen (tabell 2.17) i DSSS-läge visas i fig. 2,45. Fälten i den har följande betydelse:
Kommunikationsräckvidden för Wi-Fi beror mycket på spridningsförhållandena. elektromagnetiska vågor, antenntyp och sändareffekt. Typiska värden som anges av tillverkare av Wi-Fi-utrustning är 100-200 m inomhus och upp till flera kilometer i öppna områden med en extern antenn och en sändareffekt på 50...100 mW. Samtidigt, enligt den tyska veckotidningen Computerwoche, under kommunikationsräckviddstävlingen registrerades kommunikation på ett avstånd av 89 km med standardutrustning Wi-Fi standard IEEE 802.11b (2,4 GHz) och parabolantenner. Guinness rekordbok registrerar också Wi-Fi-kommunikation på ett avstånd av 310 km med hjälp av antenner som höjs till stora höjder med hjälp av ballonger. Wi-Fi-nätverksarkitekturIEEE 802.11-standarden etablerar tre nätverkstopologier:
Använder sig av BSS stationer kommunicerar med varandra genom en gemensam central kommunikationscentral som kallas åtkomstpunkt. Åtkomstpunkt vanligtvis ansluten till ett trådbundet Ethernet LAN. Ett utökat serviceområde får man genom att kombinera flera BSS V enhetligt system via ett distributionssystem, som kan vara ett trådbundet Ethernet-nätverk. 2.11.5. Jämförelse av trådlösa nätverkI tabell 2.18 sammanfattar de viktigaste parametrarna av de tre övervägda trådlösa tekniker. Tabellen innehåller inte data om WiMAX, EDGE, UWB och många andra standarder som inte används i stor utsträckning inom industriell automation.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IEEE 802.1Q- en öppen standard som beskriver proceduren för att tagga trafik för att förmedla information om VLAN-medlemskap.
Eftersom 802.1Q inte ändrar ramhuvuden kan nätverksenheter som inte stöder denna standard överföra trafik utan hänsyn till dess VLAN-medlemskap.
802.1Q placeras inuti ramen märka, som överför information om trafikens tillhörighet till VLAN.
| ⊲━━ Tag Control Information (TCI) ━━⊳ | ||||
| TPID | Prioritet | CFI | VID | |
| 16 | 3 | 1 | 12 | bitar |
Taggstorleken är 4 byte. Den består av följande fält:
- Tag Protocol Identifier (TPID)- Taggningsprotokollidentifierare. Fältstorleken är 16 bitar. Indikerar vilket protokoll som används för taggning. För 802.1q är värdet 0x8100.
- Tag Control Information (TCI)- ett fält som kapslar in fälten för prioritet, kanoniskt format och VLAN-identifierare:
- Prioritet- en prioritet. Fältstorleken är 3 bitar. Används av standarden IEEE 802.1p för att ställa in prioritet för överförd trafik.
- Canonical Format Indicator (CFI)- Kanonisk formatindikator. Fältstorleken är 1 bit. Indikerar MAC-adressformatet. 0 - kanonisk (Ethernet-ram), 1 - icke-kanonisk (Token Ring-ram, FDDI).
- VLAN Identifier (VID)- VLAN-identifierare Fältstorlek - 12 bitar Indikerar vilket VLAN som ramen tillhör. Området för möjliga VID-värden är från 0 till 4094.
När du använder Ethernet II-standarden infogar 802.1Q en tagg före fältet Protocol Type. Eftersom ramen har ändrats, räknas kontrollsumman om.
I 802.1Q-standarden finns ett koncept Native VLAN. Som standard är detta VLAN 1. Trafik som skickas på detta VLAN är inte taggad.
Det finns ett liknande proprietärt protokoll som 802.1Q utvecklat av Cisco Systems - ISL.
| VLAN - Virtual Local Area Network | |
|---|---|
| Standarder, protokoll och grundläggande begrepp | 802.1Q. VLAN ID. ISL. VTP. GVRP. Native VLAN |
| I operativsystem | Linux (Debian, Ubuntu, CentOS). FreeBSD. Windows |
| I nätverksutrustning | |
- flexibilitet och enkel konfiguration och förändring - du kan skapa nödvändiga VLAN-kombinationer både inom en switch och genom hela nätverket byggt på switchar som stöder IEEE 802.1Q-standarden. Taggningskapacitet gör att VLAN-information kan distribueras över flera 802.1Q-kompatibla switchar över en enda fysisk länk ( trunkkanal, Trunk Link);
- låter dig aktivera spaning tree-algoritmen på alla portar och arbeta i normalt läge. Spanning Tree-protokollet visar sig vara mycket användbart för användning i stora nätverk byggda på flera switchar, och låter switchar automatiskt bestämma den trädliknande konfigurationen av anslutningar i nätverket när man slumpmässigt ansluter portar till varandra. För normal drift ingen switch krävs stängda rutter uppkopplad. Dessa rutter kan skapas av administratören specifikt för att skapa backup-anslutningar, eller så kan de uppstå slumpmässigt, vilket är fullt möjligt om nätverket har många anslutningar och kabelsystemet är dåligt strukturerat eller dokumenterat. Genom att använda Spanning Tree-protokollet blockerar switchar redundanta rutter efter att ha konstruerat ett nätverksdiagram. Således förhindras slingor i nätverket automatiskt;
- IEEE 802.1Q VLAN:s förmåga att lägga till och extrahera taggar från ramhuvuden gör att nätverket kan använda switchar och nätverksenheter som inte stöder IEEE 802.1Q-standarden;
- enheter från olika tillverkare som stöder standarden kan fungera tillsammans, oavsett patentskyddad lösning;
- att länka subnät till nätverksnivå, krävs en router eller L3-switch. För enklare fall, till exempel för att organisera åtkomst till servern från olika VLAN, krävs dock ingen router. Switchporten som servern är ansluten till måste ingå i alla subnät, och serverns nätverksadapter måste stödja IEEE 802.1Q-standarden.
Ris. 6.5.
Några definitioner av IEEE 802.1Q
- Taggning- processen att lägga till information om att tillhöra 802.1Q VLAN till ramhuvudet.
- Avtaggning- processen att extrahera information om 802.1Q VLAN-medlemskap från ramhuvudet.
- VLAN ID (VID)- VLAN-identifierare.
- Port VLAN ID (PVID)- VLAN-portidentifierare.
- Ingångsport- växla port till vilken ramar kommer, och samtidigt fattas beslut om VLAN-medlemskap.
- Utgångsport- switchporten från vilken ramar sänds till andra nätverksenheter, switchar eller arbetsstationer, och följaktligen måste märkningsbeslutet fattas på den.
Vilken switchport som helst kan konfigureras som taggade(märkt) eller som otaggat(omärkt). Fungera avtaggning låter dig arbeta med dem nätverksenheter virtuella nätverk som inte förstår taggarna i Ethernet-ramhuvudet. Fungera taggning låter dig konfigurera VLAN mellan flera switchar som stöder IEEE 802.1Q-standarden.
Ris. 6.6.
IEEE 802.1Q VLAN-tagg
IEEE 802.1Q-standarden definierar ändringar i Ethernet-ramstrukturen som gör att VLAN-information kan överföras över nätverket. I fig. 6.7 visar 802.1Q-taggformatet
