Чтение онлайн

С широковещанием связана еще одна проблема: время от времени сетевой интерфейс выходит из строя или нарушается его конфигурация. Тогда он начинает генерировать бесконечный поток фреймов, получаемый всеми станциями. Если не повезет, некоторые фреймы вызовут ответы, которые приведут к еще большему трафику. В результате этого широковещательного шторма (broadcast storm) вся пропускная способность сети будет занята бессмысленными фреймами, а все устройства объединенных LAN будут вынуждены заниматься исключительно обработкой и удалением мусора.

Сначала может показаться, что широковещательный шторм можно ограничить, разделив сеть с помощью мостов или коммутаторов. Но если нужно обеспечить прозрачность (то есть предоставить возможность перемещать компьютеры в другие LAN без каких-либо изменений конфигурации), то мосты должны передавать широковещательные фреймы.

Мы выяснили, почему компаниям нужны многочисленные LAN ограниченного размера. Теперь вернемся к проблеме разделения логической и физической топологии. Создание физической конфигурации, которая отразит организационную структуру, может потребовать дополнительных усилий и увеличить стоимость проекта даже при наличии централизованной проводки и коммутаторов. Например, если два сотрудника из одного отдела работают в разных зданиях, легче подключить их компьютеры к разным коммутаторам, принадлежащим разным LAN. Другой пример — сотрудник может перейти в пределах компании из одного подразделения в другое, но остаться в том же офисе или, наоборот, сменить офис, не меняя отдел. В результате пользователь будет работать в неправильной LAN, пока администратор не подключит его кабель вручную к нужному коммутатору. Помимо этого, количество компьютеров в различных отделах может не соответствовать числу портов на коммутаторах. Некоторые подразделения могут быть слишком маленькими, а другие, наоборот, слишком крупными, и им не хватает одного коммутатора. Это приводит к тому, что у коммутаторов используются не все порты.

Во многих компаниях организационные перестановки происходят постоянно, и сетевой администратор вынужден постоянно производить манипуляции с коннекторами и разъемами. Иногда это невозможно, поскольку витая пара от пользовательского компьютера не дотягивается до нужного коммутатора (который находится в другом здании) или же доступные порты коммутатора относятся к другой LAN.

Пользователи нуждались в большей гибкости. В ответ на этот запрос были разработаны виртуальные LAN (Virtual LAN, VLAN). Для их внедрения необходимо было изменить только программное обеспечение. Виртуальные сети были стандартизованы комитетом IEEE 802 и сегодня широко применяются во многих организациях. Далее мы рассмотрим эту разновидность LAN.

Виртуальные сети строятся на основе VLAN-совместимых коммутаторов. Чтобы создать такую систему, сетевой администратор должен решить, сколько всего будет VLAN, какие компьютеры будут в них входить, а также придумать названия для этих VLAN. Часто их обозначают разными цветами — очень удобно распечатать цветную диаграмму, на которой наглядно показано расположение компьютеров. Пользователи красной сети будут изображены красным цветом, зеленой — зеленым и т.д. Таким образом, на одном рисунке можно отобразить физическую и логическую структуру одновременно.

В качестве примера рассмотрим LAN с мостом, изображенную на илл. 4.39. Девять компьютеров относятся к виртуальной сети «С» (серой), а еще пять — к сети «Б» (белой). Компьютеры серой сети распределены между двумя коммутаторами; два из них подключено к коммутатору через концентратор.

Чтобы VLAN функционировали корректно, в мостах должны быть конфигурационные таблицы. Они сообщают, через какие порты производится доступ к тем или иным VLAN. Например, когда фрейм прибывает из серой VLAN, его нужно разослать на все порты, помеченные буквой «С». Это справедливо как для ординарных (одноадресных) передач, при которых мосту не нужна информация о местоположении адресата, так и для групповых и широковещательных. Следует отметить, что порт может быть помечен сразу несколькими цветами VLAN.

Илл. 4.39. Две VLAN, серая и белая, в сети с мостом

Предположим, что одна из серых станций, подключенных к мосту В1 (илл. 4.39), отправляет фрейм адресату, местонахождение которого пока неизвестно. Мост B1 принимает фрейм и видит, что тот пришел с устройства с меткой «С». Поэтому его необходимо передать на все порты (кроме источника), принадлежащие серой VLAN. Фрейм будет направлен на остальные пять серых станций, подключенных к B1, а также по соединению B1 c мостом B2. Мост B2 аналогично перешлет фрейм на все порты с меткой «С», то есть одной оставшейся станции и концентратору (который передаст его всем своим станциям). Концентратор имеет обе метки («С» и «Б»), поскольку к нему подключены станции из обеих VLAN. Фрейм передается только на порты с меткой «С», поскольку мост знает, что другие порты не ведут к серым станциям.

В нашем примере фрейм передается от В1 к В2 только потому, что некоторые станции серой VLAN подключены к В2. Глядя на белую VLAN, можно увидеть, что порт В2, соединенный с В1, не снабжен меткой «Б». Это означает, что фрейм белой VLAN не будет отправлен от В2 к В1. Это логично, поскольку к мосту В1 не присоединено ни одной белой станции.

Стандарт IEEE 802.1Q

Чтобы реализовать эту схему, мосты должны знать, к какой VLAN принадлежит входящий фрейм. Иначе мост В2, получив фрейм от моста В1 (см. илл. 4.39), не поймет, куда его передавать — белой или серой VLAN. Если бы мы проектировали новый тип LAN, можно было бы просто добавить специальное поле заголовка. Но что делать с Ethernet — наиболее распространенной сетью, у которой нет запасных полей для идентификатора виртуальной сети?

Комитет IEEE 802 задался этим вопросом в 1995 году. После долгих дискуссий было сделано нечто невообразимое — изменен формат заголовка фрейма Ethernet. Новый формат был опубликован под названием 802.1Q в 1998 году. Он предусматривает тег VLAN; мы кратко обсудим его далее. Понятно, что вносить изменения в такую устоявшуюся систему, как Ethernet, непросто. Сразу возникает несколько вопросов:

1. И что, теперь надо выбросить несколько сотен миллионов уже существующих сетевых карт Ethernet?

2. Если нет, то кто создает новые поля фреймов?

3. Что произойдет с фреймами, которые уже имеют максимальный размер?

Конечно, комитет 802 знал об этих проблемах (даже слишком хорошо), и в итоге решение было найдено.

Оно состоит в том, что на самом деле поля VLAN реально используются только мостами и коммутаторами, а не компьютерами пользователей. Как видно на илл. 4.39, эти поля не так важны на линиях, ведущих к адресату; они необходимы, когда фреймы доходят до мостов. Кроме того, чтобы использовать VLAN, мосты должны быть VLAN-совместимыми. Это делает проект выполнимым.

Что касается старых сетевых карт Ethernet, то выкидывать их не пришлось. Комитет 802.3 даже не мог заставить пользователей изменить поле Type на Lenght. Можно представить реакцию общественности на заявление о том, что все существующие карты Ethernet больше не нужны. В любом случае новые карты Ethernet совместимы со стандартом 802.1Q и могут корректно заполнять поля идентификации VLAN.

Некоторые компьютеры (а также коммутаторы) могут быть несовместимы с VLAN. Поэтому первый встретившийся на пути фрейма VLAN-совместимый мост вставляет это поле, а последний — удаляет его. Пример смешанной топологии показан на илл. 4.40. Здесь VLAN-совместимые компьютеры генерируют снабженные тегами (то есть совместимые со стандартом 802.1Q) фреймы непосредственно, и последующие коммутаторы используют эти теги. Закрашенные элементы — VLAN-совместимые, пустые — нет.

В соответствии с 802.1Q, фреймы «окрашиваются» в зависимости от порта, на котором они получены. Чтобы этот метод работал, все станции одного порта должны принадлежать одной VLAN, что уменьшает гибкость. Например, на илл. 4.39 это свойство справедливо для всех портов, где отдельный компьютер соединяется с мостом, но не для порта, где концентратор соединяется с мостом B2.

Илл. 4.40. LAN с мостами, частично совместимая с VLAN. Закрашенные элементы — VLAN-совместимые устройства. Все остальные несовместимы с VLAN