Wie virtuelle lokale Netzwerke (VLANs) funktionieren - Dummies

Die Magie, wie virtuelle lokale Netzwerke ( VLANs ) funktionieren, findet sich im Ethernet-Header. Wenn ein Switch einen Ethernet-Frame empfängt, verfügt der Frame entweder bereits über ein VLAN-Tag oder der Switch fügt ein VLAN-Tag in den Ethernet-Header ein. Wenn der Frame von einem anderen Switch empfangen wurde, hat dieser Switch bereits das VLAN-Tag eingefügt. Während Frames von Netzwerkgeräten wie Computern stammen, verfügt der Frame über kein VLAN-Tag.

Wenn Sie die Switch-Standardeinstellungen für VLANs verwenden, lautet das VLAN-Tag, das auf dem Frame platziert wird, VLAN1. Wenn Sie ein VLAN-Tag (auch als IEEE 802.1Q-Tag bezeichnet) auf dem Ethernet-Frame platzieren, werden die vier Datenbytes, die das VLAN-Tag bilden, vor dem Feld Type eingefügt, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Dieser 4-Byte-Header enthält mehrere Informationen:

• Ein 2-Byte-Tag Protocol Identifier (TPID), der auf einen Wert von 0x8100 gesetzt wird, um anzugeben, dass dieser Frame 802. 1Q- oder 802.1p-Tag-Informationen enthält.

• Eine 2-Byte-Tag-Steuerinformation (TCI), die sich aus Folgendem zusammensetzt:

  • Ein 3-Bit-Benutzer-Prioritätscodepunkt (PCP), der einen Prioritätswert zwischen 0 und 7 festlegt., die für die QoS-Prioritätsverkehrszustellung verwendet werden kann.

  • Ein 1-Bit-Canonical Format Indicator (CFI), ein Kompatibilitätsbit zwischen Ethernet und anderen Netzwerkstrukturen, z. B. Token Ring. Für Ethernet-Netzwerke wird dieser Wert ebenfalls auf Null gesetzt.

  • Ein 12-Bit-VLAN-Identifier (VID), der das VLAN identifiziert, zu dem der Frame gehört.

    

Feilschen mit gigantischen Paketgrößen

Ein unglücklicher Fehler kann beim Markieren von VLANs auf einem Frame auftreten. Die maximale Größe eines IEEE 802.3-Ethernet-Frames beträgt 1518 Byte. Wenn der Nutzdaten- oder Datenabschnitt seine vollständigen 1500 Datenbytes und den zusätzlichen 4-Byte-Header in dem Rahmen enthält, wäre der Rahmen 1 522 Byte groß.

Um mit dieser Situation fertig zu werden, hat IEEE 1998 einen neuen Standard für Ethernet (IEEE 802.3ac) veröffentlicht, der die maximale Größe eines Ethernet-Frames auf 1 522 Bytes erhöhte. Wenn Sie über ältere Switches verfügen, die die größere IEEE 802. 3ac-Rahmengröße nicht unterstützen, können Ihre Switches diese nicht unterstützten Rahmen mit einer Benachrichtigung löschen oder sie als -Babygiganten oder übermäßig große Rahmen melden.

Vor dem IEEE 802.1Q-Standard, der das VLAN-Tagging definiert, haben einige Anbieter die Angelegenheit mit proprietären Lösungen selbst in die Hand genommen. Die Antwort von Cisco auf das Problem war Inter-Switch Link (ISL) , , die jetzt auf für den Trunk-Modus konfigurierten Switchports ausgeführt wird.

Zusätzlich zu Switches unterstützt Cisco seit Cisco IOS Release 11 auch ISL mit Routerverbindungen. 1. ISL implementiert die Unterstützung für VLAN-Informationen auf eine völlig andere Weise als IEEE 802. 1Q; Statt einen Header in den Ethernet-Frame einzufügen, kapselt er den gesamten existierenden Ethernet-Frame in einen ISL-Frame mit einem neuen Header, der den Ethernet-Frame zwischen Switches transportiert.

Der ISL-Rahmen fügt der Größe des Ethernet-Rahmens zusätzliche 30 Bytes mit einem 26-Byte-ISL-Header hinzu, der die VLAN-ID und eine 4-Byte-Prüfsumme am Ende des Rahmens enthält. Dieser Overhead existiert nur, wenn der Frame über eine ISL-Verbindung ausgeht.

Wenn der ISL-Frame den Switch verlässt, untersucht der Switch den Port-Typ des vorhandenen Ports. Wenn der Port nicht Teil einer ISL-Verbindung ist, wird die ISL-Kapselung vom Rahmen entfernt und die Standard-802. 1Q-Markierung wird in den Ethernet-Rahmen eingefügt.

VLAN-Frames

Jetzt wissen Sie, wie Sie VLAN-Datenverkehr von einem Switch zum anderen verschieben, indem Sie IEEE 802.1Q-Tags oder ISL-Frames über ISL-Links verwenden. Wie aber werden VLAN-Informationen überhaupt erst auf die Frames übertragen? Dazu gibt es sowohl manuelle als auch automatische Methoden. Die gebräuchlichste Methode ist jedoch die manuelle Konfiguration eines portbasierten VLANs.

Bei einem portbasierten VLAN prüft Ihr Switch Daten, die an einem Port eingehen, und wenn die Daten nicht bereits mit einem VLAN gekennzeichnet sind, platziert der Switch ein VLAN-Tag auf den Daten.

Wenn Sie VLANs in Ihrem Netzwerk implementieren, verwenden Sie Trunk-Ports für Ihre Inter-Switch-Links, aber für Ihre Client-Access-Ports verwenden Sie den Access-Modus anstelle des Trunk-Modus.

Wenn Sie den neuen Switch entpacken, befinden sich alle Ports standardmäßig im Zugriffsmodus. Das bedeutet, dass sie erwarten, dass Computer mit ihnen verbunden sind, und sie fügen IEEE 802.1Q-Tags automatisch in alle Ethernet-Frames ein, die noch keine Tags haben. In der Regel erwarten Ports im Zugriffsmodus Datenverkehr ohne Tags, da Computer und andere Geräte nicht wissen, wie sie Ethernet-Frames vorab taggen müssen.

Wenn Sie IP-Telefonie implementiert haben, können IP-Telefone ihren eigenen Datenverkehr über einen integrierten Zwei-Port-Switch taggen.

Ein Switch erwartet keine Zugriffe mit VLAN-Tags auf Ports im Zugriffsmodus, da die meisten Geräte an diesen Ports keinen eigenen Datenverkehr kennzeichnen. Durch den Datenverkehr an Trunk-Modus-Ports wird automatisch der für die VLANs markierte Verkehr an angeschlossene Switches gesendet. Da Ports im Trunk-Modus Datenverkehr senden, der für ein beliebiges VLAN getaggt ist, erwarten sie, dass der Datenverkehr von verbundenen Switches ankommt, die für ein beliebiges VLAN getaggt sind.

Weiterleiten von Datenverkehr von VLAN zu VLAN

VLANs ermöglichen es Ihnen, Benutzer voneinander zu isolieren, indem Sie sie in verschiedenen VLANs platzieren. Jetzt jedoch leiten Sie Datenverkehr von einem VLAN an ein anderes VLAN weiter. Dies erfordert die Verwendung eines Layer-3-Geräts, um den Verkehr von einem VLAN zu einem anderen zu leiten. Ja, das wäre Router. Wenn Ihr Router VLANs oder VLAN-Tagging nicht unterstützt, erfordert dieser Prozess daher eine für jedes VLAN konfigurierte Schnittstelle, was ein teures Unterfangen sein kann.

Die beste Lösung ist der Kauf eines Routers, der VLANs unterstützt. Sie können also eine einzige Schnittstelle an Ihrem Router mit einem Trunk-Modus-Port an Ihrem Switch verbinden, wodurch der Router intern zwischen virtuellen VLAN-Schnittstellen routen kann.

Die andere Option, die Ihnen zur Verfügung steht, ist der Kauf eines Layer-3-Switches, bei dem es sich um einen Switch mit integrierten Routing-Funktionen handelt. Das heißt, sie sind in der Lage, die gesamte Inter-VLAN-Routing-Funktionalität bereitzustellen, ohne das Schaltgerät zu verlassen.

Ein verwalteter Layer-2-Switch zeigt getaggte oder unmarkierte Daten an, und der Switch kann so konfiguriert werden, dass er die Weiterleitung oder Sperrung des Datenverkehrs in bestimmten VLANs zulässt. Wenn kein Tag-Traffic vorhanden ist, kann dieser Switch ein VLAN-Tag in den vorhandenen Header einfügen oder den Frame kapseln, wenn er über eine ISL-Verbindung gesendet wird. Schließlich geben die Trunk-Ports den Datenverkehr für alle VLANs standardmäßig weiter, sofern nicht anders angegeben.

Auf Ihrem Switch werden mehrere Standard-VLANs erstellt, die nicht entfernt werden können. Dazu gehören VLANs 1 und 1002-1005. Letztere VLANs werden für Token Ring- und FDDI-Netzwerke verwendet. VLAN 1 ist das Standard-VLAN und wird für Ethernet verwendet.

Obwohl die Unterstützung von 4096 Per VLAN Spanning Tree (PVST) nett wäre, eine für jedes VLAN, gibt es ein IOS-Limit von 64 Instanzen von Spanning-Tree-Instanzen. Wenn Sie also PVST verwenden, wie im nächsten Kapitel beschrieben, sind nur die ersten 64 VLANs für den Spanning Tree aktiviert und für die verbleibenden VLANs deaktiviert.