Урок за конфигуриране на маршрутизиране между VLAN

Виртуална локална мрежа(VLAN), както подсказва името, позволява на мрежовите администратори логически (виртуално) да сегментират LAN в различни излъчващи домейни.

Появата на VLAN донесе сигурност, простота и гъвкавост на LAN. Това също така доведе до намаляване на административните разходи, необходими за управление на среда с множество превключватели. Представете си огромната сложност, която би характеризирала днешната LAN – повече комутатори, точки за достъп, рутери и, разбира се, повече кабели. Това очевидно води до по-висока обща цена на притежание за всяка настройка на LAN.

VLAN е излъчван домейн, което означава, че компютрите в отделни VLAN не могат да комуникират без намесата на устройство за маршрутизиране. Всеки път, когато хостове в една VLAN трябва да комуникират с хостове в друга VLAN, трафикът трябва да бъде маршрутизиран през устройство за маршрутизиране. Този процес е известен като маршрутизиране между VLAN. За успешен обмен на информация между VLAN се нуждаете от рутер или комутатор от ниво 3. Има три възможни начина за прилагане на маршрутизиране между VLAN:

1. Традиционно вътрешно VLAN маршрутизиране
2. Router-on-a-Stick Inter-VLAN Routing
3. Многослоен комутатор между VLAN маршрутизиране

Ще обясним всеки от тях подробно и ще ви покажем как да ги конфигурирате във вашата мрежа.

Традиционно вътрешно VLAN маршрутизиране

Този метод на вътрешно VLAN маршрутизиране разчита на рутер с множество физически интерфейси. Всеки интерфейс обикновено е свързан към комутатора, по един за всяка VLAN. Портовете на комутатора, свързани към рутера, се поставят в режим на достъп и след това всеки интерфейс на рутера може да приеме трафик от VLAN, свързан с интерфейса на комутатора, към който е свързан, и трафикът може да бъде насочен към другите VLAN, свързани към другите интерфейси. Това означава, че IP адресите на всеки от интерфейсите на рутерите ще се превърнат в адрес на шлюз по подразбиране за всеки хост във всяка VLAN.

Нека да разгледаме диаграмата, показана на фигура 1.0 по-долу. Ако хост A на VLAN 10 иска да изпрати съобщение до хост B на VLAN 20, ще предприеме следните стъпки:

1. Хост A проверява дали IP адресът на местоназначението е в неговата VLAN; ако не е, трафикът ще бъде пренасочен към неговия шлюз по подразбиране на интерфейс Fa0/0 на рутера.
2. След това хост А изпраща ARP заявка към комутатора, за да определи MAC адреса на интерфейса Fa0/0 на рутера. След като рутерът отговори, хост А изпраща рамката към рутера като едноадресно съобщение, където след това се препраща директно от интерфейса на магистралния канал към рутера.
3. Когато рутерът получи рамката, той определя IP адреса и интерфейса на местоназначението от таблицата за маршрутизиране.
4. След това рутерът изпраща ARP заявка от интерфейса, свързан към целевата VLAN (VLAN 20), който съответства на интерфейс Fa0/1 на рутера.
5. Когато превключвателят получи съобщението, той го наводнява към своите портове, което след това задейства хост B да отговори със своя MAC адрес.
6. След това рутерът използва събраната информация, за да препрати съобщението накрая към хост B на VLAN 20 като unicast рамка през комутатора.

За да конфигурирате традиционно вътрешно VLAN маршрутизиране на устройство на Cisco, в съответствие с диаграмата, показана на фигура 1.0 по-горе, използвайте IP адресите, показани в таблица 1.0, и следвайте стъпките по-долу:

Стъпка 1: Създайте VLAN (VLAN 10 и 20) на комутатора

Стъпка 2: Задайте VLAN за превключване на порт

Сега на този етап, когато се опитате да извършите ping между хост A и хост B, ping се проваля, защото двата компютъра са в отделни мрежи и рутерът все още не е конфигуриран за маршрутизиране между VLAN, така че те не могат да комуникират един с друг. Следващата ни стъпка е да конфигурираме маршрутизирането между VLAN, за да позволим комуникацията между VLAN.

Стъпка 3: Конфигурирайте IP адресите на рутера

Сега в този момент, ако се опитате да изпратите ping между хост A и хост B, това ще бъде успешно, защото двете VLAN мрежи вече са взаимно свързани чрез рутера.

Традиционното маршрутизиране между VLAN се оказва най-ранната форма на маршрутизиране между VLAN. Въпреки това, този метод на вътрешно VLAN маршрутизиране не е ефективен. Това е архаично и вече не се използва в днешните комутирани мрежи. Това е така, защото рутерите имат ограничен брой физически интерфейси, които могат да се използват за свързване към различни VLAN. Следователно, тъй като броят на VLAN мрежите се увеличава в мрежата, подходът за наличие на един физически интерфейс на рутер за VLAN става неустойчив поради присъщите хардуерни ограничения на рутера. За да се преодолеят някои от проблемите, свързани с традиционното вътрешно VLAN маршрутизиране, беше изобретен нов метод, известен като рутер на пръчка.

Router-on-a-Stick Inter-VLAN Routing

Рутер на пръчка е метод за маршрутизиране между VLAN, при който рутерът е свързан към комутатора с помощта на един физически интерфейс, оттук и името рутер на пръчка. Повечето съвременни реализации на маршрутизиране между VLAN са проектирани с помощта на този метод. За разлика от традиционния метод за маршрутизиране между VLAN, рутерът на устройството не изисква множество физически интерфейси както на рутера, така и на комутатора. Вместо това операционната система на рутера дава възможност да се конфигурира интерфейсът на рутера да работи като магистрална връзка, която след това се свързва към порт на комутатор, който е конфигуриран в магистрален режим. Това означава, че е необходим само един физически интерфейс на рутера и превключвателя за маршрутизиране на пакети между множество VLAN. IEEE 802.1Q (Dot1q) протокол—който дефинира система за VLAN маркиране за Ethernet кадри, се използва за осигуряване на поддръжка на VLAN от различни доставчици. Преди въвеждането на стандарта 802.1Q бяха използвани няколко патентовани протокола като Cisco Inter-Switch Link (ISL) и 3Com’s Virtual LAN Trunk (VLT).

Единичният физически интерфейс на рутера е свързан с логически (виртуални) подинтерфейси, които могат да бъдат конфигурирани с множество IP адреси, които съответстват на VLAN на комутатора. Всеки подинтерфейс е конфигуриран за различни подмрежи, съответстващи на тяхното присвояване на VLAN, за да се улесни логическото маршрутизиране. Рутерът извършва вътрешно VLAN маршрутизиране, като приема трафик от всички VLAN. След това определя мрежата на местоназначението въз основа на IP адреса на източника и местоназначението в пакетите. След като се вземе решение за маршрутизиране въз основа на целевата VLAN, той препраща кадрите с данни към превключвателя с правилната информация за VLAN през същия физически интерфейс, използван за получаване на трафика.

Нека да разгледаме диаграмата, показана на фигура 2.0 по-долу. Ако хост A на VLAN 10 иска да изпрати съобщение до хост B на VLAN 20, стъпките, които ще предприеме, са следните:

1. Хост А изпраща своя уникаст трафик към комутатора.
2. След това превключвателят маркира уникаст трафика като произхождащ от VLAN 10 и го препраща през своята магистрална връзка към рутера.
3. Рутерът приема маркирания едноадресен трафик на VLAN 10 и го насочва към VLAN 20, използвайки своите конфигурирани подинтерфейси.
4. Едноадресният трафик е маркиран с VLAN 20, тъй като се изпраща от интерфейса на рутера към комутатора.
5. Комутаторът премахва VLAN етикета на рамката за едноадресно предаване и препраща рамката директно към хост B на порт Fa0/3.

За да конфигурирате междуVLAN маршрутизиране на рутер на стик на устройство на Cisco, в съответствие с диаграмата, показана на фигура 2.0 по-горе, използвайте IP адресите, показани в таблица 2.0, и следвайте стъпките по-долу:

Стъпка 1: Създайте VLAN (VLAN 10 и 20) на комутатора

Стъпка 2: Задайте VLAN за превключване на портове

Стъпка 3: Конфигурирайте IP адресите на рутера

Пинг между хост A и хост B ще бъде успешен, тъй като двете VLAN мрежи вече са свързани помежду си чрез рутера.

Методът рутер на пръчка за маршрутизиране между VLAN също има някои ограничения, като проблеми с мащабируемостта и забавянето. За да преодолее тези проблеми, Cisco разработи по-добра алтернатива: Многослойното комутиране между VLAN маршрутизиране.

Многослоен комутатор между VLAN маршрутизиране

Многослоен комутатор Inter-VLAN Routing е метод за inter-VLAN маршрутизиране, при който различен вид комутатор, известен като многослоен комутатор, се използва за изпълнение на функции за маршрутизиране. Многослойният комутатор е хибридно устройство, което съчетава функциите на комутатор с рутер, което му позволява да работи както на Слой 2 (L2), така и на Слой 3 (L3) на OSI модела, оттук и името многослоен. За разлика от метода за маршрутизиране между VLAN рутер на пръчка, маршрутизирането между VLAN с многослоен комутатор не изисква специален рутер – всичко се случва вътре в комутатора. Многослойните комутатори изпълняват всички функции за маршрутизиране на VLAN в мрежата, като по този начин заместват нуждата от специални рутери или магистрални връзки.

За да се позволи на многослоен комутатор да изпълнява функции за маршрутизиране, се използват логически (виртуални) интерфейси, известни като Switch Virtual Interface (SVI), по един за всяка VLAN. SVI, известен още като VLAN интерфейс, е виртуален маршрутизиран интерфейс, който свързва VLAN на устройството с машината за маршрутизиране на слой 3 в рамките на същото устройство и може да бъде конфигуриран с множество IP адреси, които съответстват на VLAN на комутатора. Всеки SVI е конфигуриран за различни подмрежи, съответстващи на присвоената им VLAN, за да се улесни логическото маршрутизиране.

Когато многослойният комутатор получи пакет във VLAN, предназначен за комутатора на ниво 2, многослойният комутатор извършва маршрутизиране. Нека да разгледаме диаграмата, показана на фигура 3.0 по-долу:

Ако хост A във VLAN 10 иска да изпрати съобщение до хост B във VLAN 20, стъпките, които ще предприеме, са следните:

1. Хост А изпраща своя уникаст трафик към директно свързания комутатор L2.
2. Превключвател L2 маркира едноадресния трафик като произхождащ от VLAN 10 и го препраща към превключвателя L3 чрез магистралната връзка.
3. Превключвателят L3 премахва VLAN тага и препраща едноадресния трафик вътрешно към виртуалния интерфейс VLAN 10.
4. Превключвателят L3 вътрешно насочва уникаст трафика към своя виртуален интерфейс VLAN 20 и след това премаркира трафика, който след това препраща обратно към превключвателя L2 чрез магистралната връзка.
5. Превключвател L2 премахва VLAN тага на уникаст рамката и препраща рамката директно към хост B на порт fa0/3.

За да конфигурирате маршрутизиране на многослоен комутатор между VLAN на устройство на Cisco, в съответствие с диаграмата, показана на фигура 3.0 по-горе, използвайте IP адресите, показани в таблица 3.0, и следвайте стъпките по-долу:

Стъпка 1: Създайте VLAN (VLAN 10 и 20) на комутатора L2

Стъпка 2: Задайте VLAN към портовете на комутатора L2

Стъпка 3: Активирайте L3 маршрутизиране и създайте VLAN (VLAN 10 и 20) на L3 комутатора

Стъпка 4: Конфигуриране на Switch VLAN интерфейси (SVI)

Стъпка 5: Конфигурирайте маршрутизиран порт за свързване към защитната стена на комутатора L3

Отново, ping между хост A и хост B ще бъде успешен, тъй като двете VLAN вече са свързани помежду си чрез многослоен превключвател. Многослойното превключване между VLAN маршрутизиране е по-бързо и по-мащабируемо от всяко друго изпълнение на вътрешно VLAN маршрутизиране. Това е така, защото рутерите са ограничени от броя на наличните физически интерфейси или портове, както и от количествата трафик, които могат да бъдат приети по магистралната връзка наведнъж. Многослойният превключвател обаче не замества напълно функционалността на рутера, тъй като рутерите поддържат широк набор от други допълнителни функции и възможности. Таблицата по-долу е сравнение на различните обсъдени методи за маршрутизиране между VLAN.

Често задавани въпроси за маршрутизиране между VLAN

Какво е маршрутизиране между VLAN?

Можете да препращате трафик от една виртуална LAN към друга и тази техника се нарича маршрутизиране между VLAN.

Каква е ползата от маршрутизирането между VLAN?

VLAN могат да се използват за налагане на сигурност, създаване на различни зони с нива на сигурност за различни потребители или приложения. В много случаи обаче все още е необходимо трафикът да премине от една VLAN към друга.

Например, представете си, че искате да поддържате две отделни мрежи на вашия сайт, защото имате нужда от силна сигурност за едната и ограничен достъп. Представете си обаче, че имате един администратор за двете мрежи и сте поставили този администраторски акаунт в мрежата с най-висока сигурност. Този администратор все още ще се нуждае от достъп до другата мрежа. Чрез виртуализирането на двете мрежи в една и съща инфраструктура вие намалявате разходите и все още можете да имате същите типове пропускателна способност на трафика благодарение на маршрутизирането между VLAN.

Кои са трите метода за вътрешно VLAN маршрутизиране?

Има три типа маршрутизиране между VLAN и това са:

• Наследено Inter-VLAN маршрутизиране Използва рутер с няколко Ethernet гнезда, свързващи всеки към порт на превключвател в различни VLAN. След това трафикът може да се насочва от една VLAN към друга през рутера.
• Рутер на пръчка Необходим е само един Ethernet интерфейс на рутера и той е свързан към комутатор като магистрална връзка. Всяка VLAN се дефинира чрез софтуер като подинтерфейс със съответно маркиран трафик. По този начин целият трафик за всички VLAN се сортира в рутера и може да бъде премаркиран, за да се премести от една VLAN към друга.
• Превключвани виртуални интерфейси (SVI) Тази техника работи на комутатор от слой 3. Това е най-разпространеният метод, който се използва днес и е много подобен на метода Router-on-a-Stick. Всяка VLAN получава виртуален интерфейс в рамките на превключвателя и така трафикът може да има разменени тагове в устройството, за да се премести от VLAN към друга.