Коммутация и Виртуальные Локальные сети VLAN

Изначально коммутаторы не обеспечивали возможности создания Виртуальных Локальных сетей, так как они использовались для простой пересылки фреймов между устройствами. Рынок коммутаторов начал быстро расти, когда концентраторы коллективного доступа к среде передачи данных (hubs) начали не справляться с растущими запросами на расширение полосы пропускания сети в связи с использованием приложений клиент-сервер, обеспечивающих Графический Интерфейс Пользователя (GUI).

Ключевая разница между коммутатором и концентратором заключается в том, как они работают с фреймами. Концентратор получает фрейм, затем копирует и передает (повторяет) фрейм во все другие порты. В этом случае сигнал повторяется, в основном продляя длину сетевого сегмента до всех подключенных станций. Коммутатор повторяет фрейм во все порты кроме того, из которого этот фрейм был получен: unicast фреймы (адресованные на конкретный MAC адрес), broadcast фреймы, (адресованные для всех MAC адресов в локальном сегменте), и multicast фреймы (адресованные для набора устройств в сегменте). Это делает их неприемлемыми для большого числа пользователей, так как каждая рабочая станция и сервер, подключенный к коммутатору, должен проверять каждый фрейм для того, чтобы определить, адресован ли этот фрейм ему или нет. В больших сетях, с большим количеством фреймов, обрабатываемых сетевой картой, теряется ценное процессорное время. Это приемлемо для небольших рабочих групп, где передача данных имеет кратковременную «взрывную» природу.

Коммутатор работает с фреймами «с пониманием» — он считывает MAC адрес входящего фрейма и сохраняет эту информацию в таблице коммутации. Эта таблица содержит MAC адреса и номера портов, связанных с ними. Коммутатор строит таблицу в разделенной памяти и поэтому он знает, какой адрес связан с каким портом. Коммутаторы Catalyst создают эту таблицу, проверяя каждый фрейм, попавший в память, и добавляют новые адреса, которые не были занесены туда ранее. Маршрутизаторы Cisco создали эту таблицу, адресуя ее по содержимому (content-addressable memory). Эта таблица обновляется и строится каждый раз при включении коммутатора, но вы можете настраивать таймер обновления таблицы в зависимости от ваших нужд.

Столбец VLAN ссылается на номер VLAN, которой принадлежит порт назначения. Столбец Destination MAC ссылается на MAC адрес, обнаруженный в порту. Помните, что один порт может быть связан с несколькими MAC адресами, поэтому проверьте количество MAC адресов, которое может поддерживать ваш коммутатор. Destination Ports описывает порт, из которого коммутатор узнал MAC адрес.

Далее, коммутатор проверяет MAC адрес назначения фрейма и немедленно смотрит в таблицу коммутации. Если коммутатор нашел соответствующий адрес, он копирует фрейм только в этот порт. Если он не может найти адрес, он копирует фрейм во все порты. Unicast фреймы посылаются на необходимые порты, тогда как multicastи broadcast фреймы передаются во все порты.

Коммутация была объявлена как «новая» технология, которая увеличивает пропускную способность и увеличивает производительность, но на самом деле коммутаторы это высокопроизводительные мосты (bridges) с дополнительными функциями. Коммутация это термин, используемый в основном для описания сетевых устройств Уровня 2, которые переправляют фреймы, основываясь на MAC адресе получателя.

Два основных метода, наиболее часто используемых производителями для передачи трафика это cut-through и store and forward.

Коммутация cut-through обычно обеспечивает меньшее время задержки, чем store-and-forward потому, что в этом режиме коммутатор начинает передачу фрейма в порт назначения еще до того, как получен полностью весь фрейм. Коммутатору достаточно того, что он считал MAC адреса отправителя и получателя, находящиеся в начале Token Ring и Ethernet фреймов. Большинство cut-through коммутаторов начинает пересылку фрейма, получив только первые 30−40 байт заголовка фрейма.

Store and forward копирует весь фрейм перед тем, как пересылать фрейм. Этот метод дает большую задержку, но имеет больше преимуществ. Возможности фильтрации, управления и контроля за потоком информации являются главными преимуществами этого метода. В дополнение, неполные и поврежденные фреймы не пересылаются, так как они не являются правильными фреймами. Коммутаторы должны иметь буферную память для чтения и сохранения фреймов во время принятия решения, что увеличивает стоимость коммутатора.

По мере улучшения технологий и захвата рынка новомодной технологией, начали возникать VLAN. Простейший путь понять Виртуальные сети — сравнить их с физической сетью. Физическая сеть может состоять из конечных станций, связанных маршрутизатором (или маршрутизаторами), которые используют одно физическое соединение. VLAN это логическое комбинирование конечных станций в одном сегменте на Уровне 2 и Уровне 3, которые связаны напрямую, без маршрутизатора. Обычно пользователям, разделенным физически, требуется маршрутизатор для связи с другим сегментом. Коммутаторы с возможностью построения VLAN изначально были внедрены в основных учебных городках и небольших рабочих группах. Сначала коммутация разрабатывалась по мере надобности, но сейчас это является обычной практикой внедрять коммутаторы и VLAN в настольных системах.

Каждая рабочая станция в VLAN (и только эти конечные станции) обрабатывают широковещательный трафик, посылаемый другим членам VLAN. Например, рабочие станции A, B, и C присоединены в VLAN 1. VLAN 1 состоит из трех коммутаторов Catalyst 5500. Все коммутаторы расположены на разных этажах и соединены между собой оптоволокном и связаны транковым протоколом. Рабочая станция A присоединена с коммутатором A, рабочая станция B присоединена в коммутатор B и рабочая станция C присоединена в коммутатор C. Если станция A посылает широковещательный пакет, станции B и C получат этот фрейм, даже если они физически присоединены в другие коммутаторы. Рабочая станция D присоединена в коммутатор A, но объявлена в VLAN 2. Когда D посылает широковещательный пакет, станция A не увидит этот трафик, хотя она находится в том же физическом коммутаторе, но так как она находится не в той же виртуальной LAN, коммутатор не будет пересылать этот трафик на A. Помните, что VLAN работают на Уровне 2, поэтому связь между VLAN требует принятия решений маршрутизации на Уровне 3. Так же станции B и C не увидят трафик от станции D.

Виртуальные сети (VLAN) предлагают следующие преимущества:

• 1. Контроль за широковещательным трафиком
• 2. Функциональные рабочие группы
• 3. Повышенная безопасность