Обзор VLAN

Что такое VLAN

Эthernet — это сетевая технология с общей средой передачи, основанная на механизме CSMA/CD (контроль несущей с множественным доступом и обнаружением коллизий). Большое количество конечных узлов вызывает частые коллизии, широковещательные штормы, снижение производительности и сбои сети. Коммутаторы сокращают количество коллизий, но не могут изолировать широковещательный трафик.

Технология VLAN (виртуальная локальная сеть) решает данную проблему, разделяя физическую локальную сеть на несколько логических широковещательных доменов. Устройства внутри одной VLAN взаимодействуют как в единой локальной сети; разные VLAN не могут обмениваться данными напрямую, что ограничивает распространение широковещательного трафика.

VLAN не ограничены физическим расположением. Устройства могут находиться на одном коммутаторе, между разными коммутаторами или за маршрутизаторами, при этом относиться к одной виртуальной сети VLAN.

Преимущества VLAN:

1. Ограничение широковещательных доменов, снижение нагрузки на маршрутизаторы, уменьшение задержек, экономия пропускной способности и повышение общей производительности сети.

2. Повышение безопасности: между разными VLAN реализована изоляция на втором уровне модели OSI. Для взаимодействия требуется маршрутизация третьего уровня.

3. Гибкое формирование виртуальных рабочих групп: логическое объединение пользователей без изменения физической кабельной разводки.

Принципы работы VLAN

Для идентификации кадров VLAN на канальном уровне (L2) в заголовок Ethernet добавляется специальная метка VLAN.

В 1999 году институт IEEE стандартизировал механизм маркировки кадров на основе протокола 802.1Q, который определяет унифицированный способ добавления информации VLAN в сетевые пакеты.

Протокол 802.1Q вставляет 4-байтовую метку между MAC-адресом отправителя и полем типа протокола Ethernet:

• 2 байта: TP (идентификатор протокола метки)

• 2 байта: TCI (информация управления меткой)

Структура TCI включает поля PCP (код приоритета), CFI (индикатор канонического формата) и VID (идентификатор VLAN).

Рисунок 1-2 Стандартная структура кадра Ethernet

Рисунок 1-3 Поля метки VLAN

Описание полей метки VLAN:

1. TPID: 16 бит, идентифицирует кадр с меткой 802.1Q; стандартное значение 0x8100.

2. Priority: 3 бита, класс обслуживания 802.1p (CoS).

3. CFI: 1 бит, формат MAC-адреса; 0 — стандартный формат, значение по умолчанию 0.

4. VLAN ID: 12 бит, уникальный идентификатор виртуальной сети; допустимый диапазон 1–4094 (значения 0 и 4095 зарезервированы).

Примечание: Для двойных помеченных кадров (QinQ) коммутатор обрабатывает только внешнюю метку, внутренняя метка воспринимается как полезная нагрузка.

Сферы применения VLAN

2.3.1 Общее описание LLDP

LLDP (протокол обнаружения канального уровня) позволяет сетевым устройствам обмениваться информацией о соседнем оборудовании в локальной сети. Данные сохраняются в базах MIB и могут запрашиваться через протокол SNMP (RFC 2922).

Протокол LLDP использует структуры TLV (тип/длина/значение) для передачи параметров устройств. Несколько блоков TLV формируют единый блок данных LLDPDU.

Рисунок 1-4 Структура TLV

LLDP-MED (расширение для мультимедийных конечных устройств) — это дополнение к протоколу LLDP, разработанное для оборудования VoIP, обеспечивающее следующие возможности:

• Обнаружение поддерживаемых функций

• Конфигурация голосовой VLAN

• Управление питанием PoE

• Учет сетевого оборудования

• Определение местоположения для экстренных вызовов

Примечание: Протоколы LLDP и LLDP-MED не могут работать одновременно на одном порту.

Функции LLDP на IP-телефонах:

При включенном LLDP телефон периодически отправляет информацию о себе и принимает данные от коммутатора. Если тип приложения Application Type = Голос, устройство автоматически получает идентификатор голосовой VLAN от коммутатора, обновляет параметры и перезапускается для применения настроек.

Шаги конфигурации LLDP (веб-интерфейс):

1. Войти в веб-панель управления под учетной записью admin/admin.

2. Перейти в раздел Сеть → Дополнительно.

3. Включить функцию LLDP.

4. Установить интервал передачи пакетов (1–3600 секунд).

5. Нажать Применить и перезагрузить телефон.

Рисунок 1-5 Интерфейс настроек LLDP

После активации LLDP телефон выполняет следующие действия:

• Периодически отправляет многоадресные пакеты LLDP.

• Принимает пакеты LLDP через WAN- и LAN-порты.

• Поддерживает конфигурацию MAC/PHY.

• Получает параметры VLAN из TLV-сети (переопределяет ручные настройки).

2.3.2 Общее описание CDP

CDP (протокол обнаружения Cisco) — проприетарный протокол второго уровня компании Cisco для обнаружения соседних устройств.

Функции CDP на IP-телефонах:
Телефон транслирует собственные данные и принимает пакеты CDP от коммутатора, автоматически определяет идентификатор голосовой VLAN, обновляет конфигурацию и перезапускается.

Шаги конфигурации CDP (веб-интерфейс):

1. Авторизоваться под учетной записью admin/admin.

2. Перейти в раздел Сеть → Дополнительно.

3. Включить протокол CDP.

4. Указать интервал отправки сообщений (1–3600 секунд).

5. Нажать Применить.

Рисунок 1-6 Интерфейс настроек CDP

2.3.3 VLAN через DHCP

Телефоны поддерживают определение VLAN через DHCP. По умолчанию для получения идентификатора VLAN используется Опция 132. Доступно до 5 пользовательских параметров DHCP.

Шаги конфигурации DHCP VLAN (веб-интерфейс):

1. Авторизоваться под учетной записью admin/admin.

2. Перейти в раздел Сеть → Дополнительно.

3. Включить функцию DHCP VLAN.

4. Ввести номер опции DHCP (например, 132).

5. Нажать Применить.

Рисунок 1-7 Интерфейс настроек DHCP VLAN

Алгоритм работы:

1. Телефон отправляет широковещательный запрос DHCP Discover.

2. Сервер отвечает с передачей Опции 132 (идентификатор VLAN).

3. Телефон освобождает текущий IP-адрес, помечает весь трафик полученным идентификатором VLAN и повторно выполняет запрос DHCP.

2.3.4 Ручная конфигурация VLAN

Функция VLAN отключена по умолчанию. Вы можете отдельно настроить идентификатор VLAN и приоритет 802.1p (0–7, где 7 — максимальный) для порта WAN (Интернет) и порта LAN (ПК).

Конфигурация WAN VLAN (веб-интерфейс):

1. Авторизоваться под учетной записью admin/admin.

2. Перейти в раздел Сеть → Дополнительно.

3. Включить VLAN.

4. Установить WAN VLAN ID (1–4094).

5. Задать приоритет (0–7).

6. Нажать Применить.

Рисунок 1-8 Настройки WAN VLAN

Конфигурация LAN VLAN (веб-интерфейс):

1. Авторизоваться под учетной записью admin/admin.

2. Перейти в раздел Сеть → Дополнительно.

3. Установить режим и идентификатор LAN VLAN.

4. Задать приоритет.

5. Нажать Применить.

Рисунок 1-9 Настройки LAN VLAN

Настройка VLAN через дисплей телефона:

Меню → Дополнительно (пароль:123) → Сеть → QoS&Vlan → WAN VLAN / LAN VLAN

Проверка конфигурации:
Выполнить захват пакетов для проверки наличия меток 802.1Q, идентификатора VLAN и приоритета 802.1p в кадрах SIP и RTP.

Настройки VLAN на коммутаторе

Понимание режимов Trunk, Access, Hybrid, Tagged и Untagged

Порты Ethernet-коммутаторов поддерживают три рабочих режима:

• Access: принадлежит одной VLAN; используется для конечных устройств (ПК).

• Trunk: передает трафик нескольких VLAN; применяется для соединения между коммутаторами.

• Hybrid: поддерживает несколько VLAN с возможностью индивидуальной настройки снятия меток при отправке.

Основные правила:

• Tagged (с меткой): кадр передается с сохранением 802.1Q-метки VLAN.

• Untagged (без метки): коммутатор удаляет метку VLAN перед отправкой кадра.

• PVID (идентификатор портовой VLAN): стандартная VLAN, назначается немеченным входящим кадрам.

Конфигурация VLAN на коммутаторе Cisco 2960

Стандартные параметры Ethernet VLAN

Создание и изменение VLAN

Удаление VLAN

Назначение порта в VLAN (режим Access)

Конфигурация порта Trunk

Ограничение разрешенных VLAN на порту Trunk

switchport trunk allowed vlan { add | all | except | remove }

Настройка Native VLAN

switchport trunk native vlan

Поддерживаемые устройства

Коммутаторы серии Cisco 2960