12
В настоящее время свое распространение получила NGN (Next
Generation Network, New Generation Network) или сети нового поколения.
Этот вид сетей основан на концепции многопользовательских и
многофункциональных сетей, имеющих гибкие возможности управления, а
также организации новых услуг за счет унификации сетевых решений. При
этом унификация предусматривает применение коммутации для передачи
аудио и видеоданных, а также голоса.
1.2. Основные составляющие виртуальной локальной вычислительной
сети
В состав виртуальной локальной вычислительной сети входят
коммутаторы, IP-маршрутизаторы, логические каналы передачи данных,
интерфейсы передачи данных [14, c.26].
Рассмотрим более детально перечисленные компоненты. Для
организации виртуальной локальной вычислительной сети используют
коммутатор виртуальных логических каналов X.25. На основе коммутаторов
этих могут быть реализованы следующие виды виртуальных локальных
вычислительных сетей:
- сеть на основе портов;
- сеть на основе стандарта IEEE 802.1Q;
- сеть на основе стандарта IEEE 802.1AD;
- сеть на основе протоколов и портов IEEE 802 1В;
- сеть на основе MAC-адресов;
- асимметричные виртуальные вычислительные сети.
При использовании VLAN на основе портов, назначение каждого порта
определяет подсеть VLAN, независимо от подключения рабочей станции к
этому порту. Структурная схема VLAN на основе портов приведена на
рисунке 4.
13
Рисунок 4 – Схема организации виртуальной сети на основе портов
Характерными особенностями VLAN на основе портов является то, что
это вид сети используется в пределах одного коммутатора. Если существует
необходимость организации работы нескольких рабочих групп в одной сети,
то будет использоваться именно этот вид сети.
Для этого вида сети характерна простота настройки, возможность
изменения логической топологии сети, а также объединение виртуальных
подсетей. За счет создания VLAN сети на основе портов производится
группировка узлов сети за счет назначения одного идентификатора VLAN ID
[32, c.28].
Недостатками VLAN на основе портов являются:
- один порт такой сети необходимо подключать к маршрутизатору, что
создает дополнительные расходы на покупку сетевого оборудования;
- зависимость от количества портов на коммутаторе.
Вторым видом сети выступают VLAN основанные на стандарте IEEE
802.1Q.
Если построение VLAN на основе портов предусматривает дополнение
информации к адресным таблицам, без использования возможности
14
добавления информации о принадлежности в сети, то VLAN на основе IEEE
802.1Q позволяют создать дополнительные поля для того чтобы определить
принадлежность виртуальной сети.
С точки зрения гибкости настроек и удобства VLAN на основе IEEE
802.1Q имеет больше преимуществ, чем VLAN на основе портов. Среди
основных преимуществ VLAN на основе IEEE 802.1Q следует отметить [22,
c.46]:
- выделить гибкость и удобство в настройки за счет создания
необходимых комбинаций виртуальной сети, как для одного коммутатора,
так и для всей сети, включающий несколько коммутаторов;
- возможность добавления тегов будет распространяться на множество
совместимых коммутаторов с использованием одного физического
соединения или магистрального канала;
- возможности применения алгоритма связующего дерева Spanning
Tree, который позволяет автоматически конфигурировать связи при
произвольном количестве портов. При этом для нормальной работы
коммутатора необходимо чтобы отсутствовали замкнутые маршруты в сети.
Эти маршруты могут быть созданы администратором специально для того
чтобы образовать резервные связи, а могут возникать случайным образом,
если в сети существуют многочисленные связи.
Следует отметить, что протоколы Spanning Tree позволяют также
блокировать избыточные маршруты и предотвратить вероятность
возникновения петель в сети [31, c.43].
За счет способности VLAN на основе IEEE 802.1Q существует
возможность добавления и излечения тегов из заголовков кадров, а также
использовать сетевые устройства, поддерживающие стандарт IEEE 802 1Q.
Дополнительные возможности этого вида сети создает поддержка
сетевого оборудования различных производителей, которые могут работать
вместе независимо от используемых протоколов передачи данных.
15
Для организации более простых подключений к серверу исключается
необходимость использования маршрутизатора. Для этого достаточно
включить порт коммутатора, к которому подключается сервер во все
подсети, а сетевой адаптер этого сервера должен поддерживать технологию
IEEE 802.1Q [3, c.102].
Структурная схема организации VLAN на основе IEEE 802.1Q
приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Структурная схема организации VLAN на основе IEEE
802.1Q
К основным определениям стандарта IEEE 802.1Q относится:
- маркировка кадра, связанная с процессом добавления информации о
принадлежности к сети;
- извлечение кадра из сети, представленная в виде процесса,
позволяющего извлекать информацию о принадлежности к сети из заголовка
кадра VLAN ID;
16
Настройка любого порта коммутатора выполняется в виде
маркированного или не маркированного кадра. Функции не маркированного
кадра используется для организации с тем сетевым оборудованием, которым
не принимаются теги в заголовке кадра. В свою очередь, функция
маркированного кадра используется для настройки виртуальной сети между
несколькими коммутаторами, поддерживающими стандарт IEEE 802.1Q [19,
c.63].
Схема организации виртуальной сети на основе маркированных и не
маркированных портов приведена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Схема организации виртуальной сети на основе
маркированных и не маркированных портов
Стандарт IEEE 802.1Q позволяет определить изменения в структуре
кадра физической сети, создает возможности передачи информации о
виртуальной сети. В этом случае кадра физической сети добавляется 32 бита,
которые позволяют увеличить его размер до 1522 байт. При этом первые 2
17
байта имеют фиксированные значения, а в остальных байтах содержится
информация о приоритетах битах индикатора виртуальной сети.
Каждый физический порт коммутатором включает в себя
идентификатор порта, позволяющий определить какую в виртуальную
подсеть коммутатором необходимо направить на немаркированный кадр с
подключенного к порту сегмента, когда необходимо кадр передать на другой
порт коммутатора [20, c.108].
Это технология создает возможности одновременной работы в сети
оборудования с поддержкой и без поддержки стандарта IEEE 802.11. В
коммутаторах поддерживающих технологию ее 802.1Q хранится таблица,
позволяющая связать идентификаторы портов вид с идентификаторами сети.
При этом каждого порта коммутатора назначается только один вид несколько
идентификаторов вид, поддерживающих коммутатором.
При решении перемещение кадров внутри виртуальной сети
предусматривает использование следующих правил:
- правил входящего трафика, позволяющего классифицировать
получаемые кадры относительно принадлежности к виртуальной сети;
- правило продвижения между портами коммутатора, направленные на
продвижение или отбрасывание кадра;
- правила исходящего трафика, направленные на сохранение или
удаление в заголовке кадра тега IEEE 802.1Q перед его передачей.
Правила входящего трафика позволяет классифицировать каждый
получаемый кадр в зависимости от принадлежности к определенному виду
подсети. Также их используют для принятия решений о приеме кадра с
целью его дальнейшей обработки или отбрасывания [27, c.106].
При осуществлении классификации кадра и определении его
принадлежности к виртуальной сети используются следующие принцип.
Если в кадре не содержится информация о виртуальной сети или реализуется
не маркированный кадр, то в его заголовок коммутатором добавляется тег,
18
имеющий идентификатор PID равный PID порта. Если в кадре содержится
информация о виртуальной сети или реализуется маркированный кадр, то его
принадлежность к определенной виртуальной сети определяется с
использованием идентификатора указанного в заголовке кадра.
Правила продвижения между портами позволяют принять решение об
отбрасывании или передаче кадра на порт назначения и установить
принадлежность к определенной виртуальной сети, а также определить
MAC-адрес узла приемника [28, c.26].
Если входящий кадр маркирован, то коммутатором определяется, как
относится входящий порт к этой подсети за счет за сравнения
идентификатора в заголовке. Этот процесс получил название входной
фильтрации и применяется для того чтобы сохранить пропускную
способность внутри коммутаторов за счет перебрасывание кадров, которые
не принадлежат к виртуальной сети. В случае не маркированного кадра
входная фильтрация не выполняется. В этом случае определяется
принадлежность порта к виртуальной подсети.
При реализации правил исходящего трафика определяется формат
исходящего кадра (маркированный или не маркированный). Если выходной
порт относится к не маркированному кадру, то из него производится
извлечение тега, а также выходящих из него маркированных кадров.
Для установки принадлежности к виртуальной сети используются
статические и динамические VLAN [4, c.59].
В статических VLAN сетях определение принадлежности к
виртуальной сети производится в ручном режиме администратором сети. В
случае изменения топологии сети или если пользователь перемещен в другое
рабочее место, то администратором выполняется ручная привязка
виртуального порта каждому новому соединению.
Принадлежность динамических виртуальных сетей устанавливается с
использованием магистральных интерфейсов коммутаторов.
19
2.3 Виды интерфейсов и программного обеспечения виртуальной
локальной сети
VLAN-интерфейс или SVI (Switch Virtual Interface) интерфейс
представляет собой интерфейс, встроенный в многоуровневый коммутатор.
За счет него обеспечивается маршрутизация и наиболее часто он выступает в
виде шлюза для локального сегмента сети [18, c.92].
Как правило, настройка VLAN-интерфейса выполняется, как и
настройка физического интерфейса IP-адресов, а также VRRP (Virtual Router
Redundancy Protocol).
Интерфейс SVI представлен в виде виртуального интерфейса и
принадлежащих ему портов и выполняют функции маршрутизации в сети.
При этом любому виртуальному интерфейсу принадлежит только один SVI-
интерфейс [6, c.33].
Конфигурирование SVI-интерфейса для виртуальной сети позволяет
передавать трафик между виртуальными локальными сетями, преодолеть
резервное переключение не маршрутизируемых протоколов. Схема
организация SVI-интерфейса приведена на рисунке 7.
Рисунок 7 – Схема организация SVI-интерфейса
20
За счет SVI-интерфейса повышается производительность сети,
исключается необходимость применения в сети внешних ссылок, канал Ether
Channels могут применяться между коммутаторами для того чтобы
увеличить пропускную способность. В этом виде сети задержки намного
ниже, поскольку исключается необходимость использования переключателя.
Для того чтобы у коммутатора была возможность маршрутизации
трафика создаются виртуальные порты и интерфейсы. Интерфейс SVI
находится в состоянии up, если виртуальный порт время активен [33, c.84].
Для настройки виртуальных интерфейсов и создания различных
сетевых подключений применяется различное программное обеспечение.
Среди многих пользователей свою популярность получила программа
Virtual Box, имеющая графический интерфейс для настройки сетевых
адаптеров для работы виртуальной сети.
Главное окно интерфейса программы Virtual Box приведено на рисунке
8.
Рисунок 8 – Главное окно интерфейса программы Virtual Box
21
Как видно из рисунка 8 окно разделено на две основных части. В левой
части переводится главное меню, в котором можно выполнять настройку
виртуальной сети, а в правой части находятся непосредственно выбранные
настройки.
При создании виртуальной сети в программе используются следующие
виды подключений [30, c.25]:
- режим NAT. В этом режиме используются сетевые настройки,
позволяющие организовать взаимодействие между устройствами на сетевом
уровне. С помощью сетевой подсистемы производится трансляция IP-
трафика. При использовании режима NAT существуют ограничения к
широковещательному трафику;
- режим «Сетевой мост» позволяет подключать виртуальные машины к
сетевому адаптеру и обрабатывать сетевые пакеты с исключением сетевого
стека;
- режим «Внутренняя сеть» позволяет объединить несколько сегментов
виртуальной сети и тем самым создать один защищенный сегмент;
- режим «Универсальный драйвер» позволяет использовать внешнюю
поддержку, которая не предусмотрена в программном обеспечении Virtual
Box.
Программа Virtual Box основана на использовании драйвера VDE и
UDP туннеля. Драйвер UDP туннель используется для того чтобы создать
связи между виртуальными машинами различных хостов, а драйвер VDE
позволяет подключить виртуальные каналы коммутатору [34, c.70].
За счет использования программы Virtual Box назначаются
эмулирующие физический адаптеры, что создает возможность в виртуальной
сети исключить конфликтность между соединениями и тем самым повысить
ее производительность.
В организации виртуальной сети кроме программы Virtual Box можно
использовать встроенную в состав операционной системы Windows службу