Что такое VLAN в сетях?

Виртуальные локальные сети, или VLAN, являются фундаментальным компонентом проектирования сети, служащим инструментом оптимизации сегментации сети и безопасности. Независимо от того, являетесь ли вы сетевым администратором, желающим улучшить свои знания, или любопытным энтузиастом технологий, стремящимся изучить тонкости VLAN, эта статья предоставит всесторонний обзор.

Мы определим, что такое VLAN, изучим их основное назначение и рассмотрим многочисленные преимущества, которые они предлагают, помогая вам полностью понять значение VLAN в динамичном мире сетевых технологий.

Что будет рассмотрено в этой статье:

• Что такое VLAN?
• VLAN против локальной сети
• Как работает VLAN?
• Назначение VLAN в сети
• Типы и варианты VLAN
• Преимущества VLAN
• Настройка и настройка VLAN
• Пример реализации VLAN

Что такое VLAN?

Виртуальные локальные сети, широко известные как VLAN, являются фундаментальной концепцией современных сетей. По своей сути настройка VLAN представляет собой логическую программную сегментацию физической сети.

В отличие от традиционных локальных сетей, в которых конечные устройства физически подключены к одному и тому же сегменту сети, VLAN позволяют создавать изолированные виртуальные сети внутри физической сетевой инфраструктуры. Каждая VLAN действует как независимая автономная сеть со своим собственным набором правил, политиками безопасности и широковещательными доменами.

Логическая сегментация сети

VLAN в сети предназначена для обеспечения гибких и эффективных средств сегментации сети путем группировки устройств на основе таких факторов, как отдел, функция или требования безопасности. Группируясь таким образом, сети VLAN эффективно создают отдельные коммуникационные домены внутри общей физической инфраструктуры.

Такое логическое разделение гарантирует, что устройства внутри одной VLAN могут взаимодействовать друг с другом, как если бы они находились в одной физической сети, а связь между устройствами в разных VLAN регулируется механизмами маршрутизации и контроля доступа. Такая сегментация улучшает управление сетью, повышает безопасность и оптимизирует управление трафиком, что в конечном итоге приводит к повышению производительности сети.

VLAN против локальной сети

Одно из ключевых отличий сетей VLAN от традиционных физических локальных сетей заключается в их гибкости и масштабируемости. Физические локальные сети требуют выделенных кабелей и оборудования для каждого сегмента сети, что делает их менее адаптируемыми к изменениям и часто приводит к неэффективному использованию ресурсов.

Напротив, сети VLAN определяются исключительно программным обеспечением и могут быть легко переконфигурированы или расширены. Такая виртуализация сегментов сети позволяет создать более динамичную и экономичную структуру сети. Сети VLAN также свободны от ограничений физической близости, что позволяет устройствам в одной VLAN распределяться по физической сети, продолжая при этом вести себя так, как если бы они были подключены к одному и тому же локальному сетевому коммутатору.

Такая универсальность делает сети VLAN бесценным инструментом для сетевых администраторов, стремящихся оптимизировать управление сетью, безопасность и производительность в постоянно развивающейся цифровой среде.

Что такое магистраль VLAN?

Транк VLAN — это сетевой канал или соединение, которое может одновременно передавать несколько VLAN и обычно устанавливается между сетевыми устройствами (такими как коммутаторы или маршрутизаторы) для передачи трафика для нескольких VLAN по одному физическому соединению.

Что такое маркировка VLAN?

Тегирование VLAN — это метод, используемый для идентификации и различения различных VLAN в одной и той же физической сетевой инфраструктуре, который включает добавление небольшого фрагмента метаданных (см. ниже) в заголовок кадра Ethernet, указывающего VLAN, к которой принадлежит кадр.

Что такое идентификатор VLAN?

Числовое значение, присвоенное сети VLAN для ее уникальной идентификации в сети. Каждая VLAN связана с определенным идентификатором VLAN, который представляет собой 12-битное значение (в диапазоне от 1 до 4095), встроенное в тег VLAN, добавляемый в заголовок кадра Ethernet.

Как работает VLAN?

Сети VLAN работают путем сегментирования одной физической сети на несколько логических сетей, каждая из которых имеет свое собственное членство в VLAN. Устройства, принадлежащие к определенной VLAN, имеют общее членство, то есть они могут взаимодействовать друг с другом без ограничений, как если бы они были частью одной физической локальной сети.

Это членство определяется конкретными критериями, часто основанными на таких факторах, как тип устройства, местоположение, отдел или функция. В результате сети VLAN эффективно изолируют широковещательные домены, уменьшая широковещательный трафик, который может перегружать сеть. Широковещательный трафик удерживается внутри каждой VLAN, что предотвращает ненужную перегрузку сети и повышает общую эффективность сети.

Магистральные порты и их роль в VLAN-связи

Чтобы облегчить связь между сетями VLAN и обеспечить плавную передачу данных из одной виртуальной сети в другую, сетевые коммутаторы используют специальные порты, называемые магистральными портами. Магистральные порты — это магистрали, по которым данные передаются между сетями VLAN. Они настроены на передачу трафика из нескольких VLAN, эффективно выступая в качестве мультиплексоров для связи между VLAN.

Помечая каждый пакет данных идентификатором VLAN (известным как тег VLAN), коммутатор может различать, к какой VLAN принадлежит пакет, что позволяет ему маршрутизировать данные в правильную целевую VLAN. Магистральные порты необходимы для подключения коммутаторов и маршрутизаторов, которые обслуживают несколько VLAN в сети, создавая целостную и взаимосвязанную сетевую инфраструктуру.

Маршрутизация между VLAN для облегчения связи между VLAN.

Хотя сети VLAN предоставляют средства сегментации сетевого трафика, бывают случаи, когда устройствам в разных сетях VLAN необходимо взаимодействовать друг с другом. Здесь в игру вступает маршрутизация между VLAN. Маршрутизация между VLAN позволяет данным перемещаться между VLAN с помощью маршрутизаторов или коммутаторов уровня 3.

Эти устройства служат шлюзами между сетями VLAN, обеспечивая маршрутизацию пакетов данных между различными виртуальными сетями. Контролируя поток трафика между VLAN, сетевые администраторы могут реализовывать политики безопасности, контроль доступа и правила качества обслуживания (QoS), гарантируя, что связь между VLAN будет безопасной и эффективной.

Назначение VLAN в сети

Сети VLAN служат многогранной цели в сети. Они повышают безопасность за счет изоляции конфиденциальных данных, оптимизируют сетевое администрирование за счет сокращения широковещательных доменов и обеспечивают гибкость при проектировании и расширении сети. Их способность сегментировать и разделять сетевой трафик является фундаментальным инструментом для современных сетевых архитекторов, позволяющим им создавать гибкие, безопасные и эффективные сетевые инфраструктуры, способные удовлетворить потребности современных предприятий и организаций. Давайте рассмотрим эти функции подробно:

Изоляция конфиденциальных данных и создание безопасных сегментов сети.

Одной из основных целей VLAN является повышение безопасности сети за счет изоляции конфиденциальных данных и создания защищенных сегментов сети. Разделяя устройства по разным сетям VLAN в зависимости от их ролей или требований безопасности, организации могут гарантировать, что критически важная информация останется изолированной от менее чувствительных частей сети. Например, VLAN финансового отдела можно хранить отдельно от гостевой сети, предотвращая несанкционированный доступ к конфиденциальным финансовым данным. Такая изоляция сводит к минимуму риск утечки данных и несанкционированного доступа, а также уменьшает потенциальную поверхность атаки внутри сети.

Оптимизация администрирования сети и сокращение широковещательных доменов

Сети VLAN играют ключевую роль в упрощении управления сетью и оптимизации ее производительности. Традиционные локальные сети часто страдают от широковещательных штормов, которые возникают, когда широковещательный трафик переполняет сеть и снижает производительность. Изолируя широковещательные домены внутри каждой VLAN, эти проблемы устраняются, уменьшая перегрузку сети и повышая общую эффективность. Более того, сетевые администраторы могут более эффективно определять и применять политики, такие как правила качества обслуживания (QoS) и контроль доступа, в каждой VLAN, адаптируя управление сетью к конкретным потребностям каждого сегмента. Этот детальный контроль упрощает администрирование сети и повышает удобство работы пользователей.

Обеспечение гибкости при проектировании и расширении сети.

Сети VLAN предлагают замечательную гибкость при проектировании и расширении сети. В отличие от традиционных локальных сетей, которые требуют значительных изменений физической инфраструктуры для обеспечения роста или реконфигурации сети, VLAN определяются исключительно программным обеспечением. Это означает, что сетевые архитекторы могут легко адаптировать и расширять структуру своей сети без необходимости дополнительных инвестиций в оборудование. Будь то добавление новых отделов, размещение удаленных сотрудников или адаптация к изменениям потребностей бизнеса, VLAN позволяют сетевым архитекторам масштабировать и перепроектировать сетевую инфраструктуру быстро и с минимальными затратами.

Типы и варианты VLAN

Понимание различных конфигураций VLAN и их специализированных ролей необходимо для проектирования и обслуживания надежной и эффективной сети, удовлетворяющей конкретные потребности различных приложений и устройств.

VLAN на основе портов и VLAN на основе тегов

В области VLAN используются два основных подхода: VLAN на основе портов и VLAN на основе тегов. Виртуальные локальные сети на основе портов назначают конкретный физический порт сетевого коммутатора определенной виртуальной локальной сети, разделяя устройства на основе используемого ими физического соединения. С другой стороны, VLAN на основе тегов используют 802.1Q или аналогичные протоколы для добавления тега VLAN к каждому пакету данных, обозначая его принадлежность к определенной VLAN. Этот метод позволяет нескольким VLAN сосуществовать на одном физическом порту, обеспечивая большую гибкость и эффективное использование сетевых ресурсов. Виртуальные локальные сети на основе тегов обычно используются в более сложных сетевых конфигурациях, тогда как виртуальные локальные сети на основе портов проще и часто предпочтительнее в небольших развертываниях.

Голосовые VLAN для определения приоритета VoIP-трафика

Голосовые VLAN — это специализированные конфигурации, предназначенные для оптимизации трафика передачи голоса по интернет-протоколу (VoIP) внутри сети. В системах VoIP крайне важно обеспечить высококачественную связь в режиме реального времени. Голосовые VLAN определяют приоритеты и отделяют голосовой трафик от трафика данных, обеспечивая согласованную голосовую связь с малой задержкой. Такие устройства, как IP-телефоны или шлюзы VoIP, обычно размещаются в голосовой VLAN, которая настроена для обеспечения необходимых настроек качества обслуживания (QoS), чтобы гарантировать надежную голосовую связь.

Управление VLAN для администрирования сети

Сети VLAN управления служат выделенными сегментами для задач сетевого администрирования. Эти сети VLAN предназначены для разделения трафика управления сетью, например, доступа к сетевым устройствам для настройки, мониторинга и обслуживания. Изолируя трафик управления в собственной сети VLAN, администраторы могут повысить безопасность, минимизировать риск несанкционированного доступа и расставить приоритеты операций управления сетью, обеспечивая эффективную работу сети.

VLAN по умолчанию и собственная VLAN

VLAN по умолчанию — это фундаментальная концепция конфигурации VLAN, обычно обозначаемая как «VLAN 1». Во многих случаях устройства по умолчанию помещаются в VLAN по умолчанию, если они явно не назначены конкретной VLAN. Важно отметить, что VLAN 1 имеет особое значение, и с ней следует обращаться осторожно, чтобы избежать потенциальных уязвимостей безопасности.

С другой стороны, Native VLAN является важнейшим компонентом VLAN на основе тегов. Это виртуальная локальная сеть, которая передает нетегированный трафик между коммутаторами в конфигурации тегированной VLAN. Этот нетегированный трафик часто включает в себя трафик управления и управления между коммутаторами, и собственная VLAN должна быть единообразной для всех взаимосвязанных устройств, чтобы обеспечить правильную связь между ними.

Преимущества VLAN

Виртуальные локальные сети (VLAN) предлагают широкий спектр преимуществ, которые делают их незаменимым инструментом при проектировании и администрировании современных сетей. Вот некоторые из ключевых преимуществ использования VLAN:

• Повышенная сетевая безопасность

Сети VLAN предоставляют мощные средства изоляции конфиденциальных данных и защиты сегментов сети. Логически разделяя устройства на отдельные VLAN, организации могут контролировать доступ и предотвращать проникновение неавторизованных пользователей в критические части сети. Этот дополнительный уровень безопасности снижает риск утечки данных и повышает общую защиту сети.

• Оптимизированная производительность сети

Сети VLAN помогают оптимизировать администрирование сети за счет сокращения широковещательных доменов. Традиционные локальные сети могут быть подвержены широковещательным штормам, которые перегружают сеть и снижают производительность. Эта проблема решается за счет изоляции широковещательных доменов внутри VLAN, что приводит к более эффективному управлению сетевым трафиком и повышению производительности.

• Улучшенное управление трафиком

Виртуальные локальные сети позволяют сетевым администраторам определять и применять правила качества обслуживания (QoS), средства управления доступом и политики маршрутизации, специфичные для каждой виртуальной локальной сети. Такой детальный контроль позволяет определять приоритеты критического трафика, гарантируя, что важные данные, такие как голос или видео, получат необходимую полосу пропускания и низкую задержку для надежной связи.

• Эффективное использование ресурсов

Сети VLAN могут помочь организациям более эффективно использовать сетевые ресурсы. Вместо того, чтобы требовать отдельных физических сетевых инфраструктур для разных отделов или функций, VLAN позволяют нескольким виртуальным сетям сосуществовать в одной физической инфраструктуре. Такая универсальность снижает затраты на оборудование и упрощает мониторинг и управление сетью.

• Масштабируемость и гибкость

Сети VLAN легко адаптируются и легко масштабируются. Сетевые архитекторы могут создавать новые сети VLAN или перенастраивать существующие без необходимости внесения существенных изменений в физическую инфраструктуру. Такая гибкость особенно выгодна в динамичных бизнес-средах, где сети должны быстро развиваться, чтобы приспособиться к изменениям спроса или организации.

• Изоляция проблемных устройств

Сети VLAN позволяют сетевым администраторам изолировать проблемные устройства, уменьшая влияние сетевых проблем. Если устройство в VLAN испытывает проблемы с сетью или демонстрирует вредоносное поведение, это не повлияет на производительность других VLAN, обеспечивая повышенную стабильность и надежность сети.

• Эффективная поддержка нескольких арендаторов

В сценариях, когда несколько организаций или клиентов используют одну и ту же физическую сетевую инфраструктуру, VLAN можно использовать для создания отдельных виртуальных сетей для каждого объекта. Такой подход обеспечивает безопасную мультиарендность и гарантирует, что данные каждого объекта остаются конфиденциальными и изолированными.

• Упрощенное управление сетью

Виртуальные локальные сети упрощают управление сетью за счет логической группировки устройств в зависимости от их ролей, что упрощает применение согласованных сетевых политик и конфигураций. Такое упрощение может снизить сложность администрирования сети и снизить риск неправильной настройки.

Настройка и настройка VLAN

Установка и настройка VLAN может стать важной задачей в управлении безопасностью и производительностью вашей сети. Вот краткое руководство по установке и настройке VLAN:

Шаг 1. Определите требования к VLAN.

Прежде чем приступить к настройке VLAN, определите конкретные потребности и цели сегментации вашей сети. Подумайте, какие устройства или группы устройств необходимо изолировать или сгруппировать вместе. Определите, нужны ли вам отдельные VLAN для обеспечения безопасности, управления трафиком или других целей.

Шаг 2. Получите доступ к сетевому оборудованию

Получите доступ к сетевому оборудованию, такому как коммутаторы, маршрутизаторы или коммутаторы уровня 3, которое будет использоваться для настройки VLAN. Убедитесь, что у вас есть административный доступ к этим устройствам.

Шаг 3: создайте VLAN

1. Войдите в интерфейс управления сетевым устройством.
2. Перейдите в раздел конфигурации VLAN, который часто встречается в настройках устройства или административном меню.
3. Создавайте новые VLAN, указав уникальный идентификатор VLAN и значимое имя или описание для каждой VLAN. Идентификаторы VLAN обычно представляют собой числа и должны быть уникальными для каждой VLAN в вашей сети.

Шаг 4. Назначьте порты сетям VLAN.

1. После создания VLAN назначьте соответствующие порты коммутатора каждой VLAN.
2. Выберите порты коммутатора, которые необходимо включить в определенную VLAN, и свяжите их с соответствующим идентификатором VLAN.
3. Сохраните изменения, чтобы применить конфигурацию.

Шаг 5: настройте магистральные порты (при необходимости)

Если вы используете VLAN на основе тегов и вам необходимо соединить коммутаторы друг с другом, настройте магистральные порты для передачи тегированного трафика между коммутаторами. Убедитесь, что вы определили одну и ту же собственную VLAN на взаимосвязанных устройствах, чтобы они могли правильно взаимодействовать.

Шаг 6: внедрить маршрутизацию между VLAN (при необходимости)

Чтобы обеспечить связь между различными виртуальными локальными сетями, настройте маршрутизацию между виртуальными локальными сетями на маршрутизаторе или коммутаторе уровня 3. Это включает в себя создание субинтерфейсов для каждой VLAN на маршрутизаторе и назначение им IP-адресов. Настройте правила маршрутизации для направления трафика между этими субинтерфейсами.

Шаг 7: тестируйте и контролируйте

1. Проверьте конфигурацию VLAN, чтобы убедиться, что устройства внутри одной VLAN могут обмениваться данными и что изоляция трафика работает должным образом.
2. Контролируйте сеть и используйте такие инструменты, как программное обеспечение для управления сетью, чтобы следить за производительностью VLAN и решать любые проблемы, которые могут возникнуть.

Шаг 8: задокументируйте свою конфигурацию

Ведите четкую документацию по конфигурации вашей VLAN, включая идентификаторы VLAN, описания, назначенные порты и все соответствующие IP-адреса. Эта документация будет полезна для устранения неполадок и дальнейшего управления.

Шаг 9. Регулярно проверяйте и обновляйте

Периодически проверяйте конфигурацию вашей VLAN, чтобы убедиться, что она соответствует меняющимся потребностям вашей сети. По мере роста или изменения вашей организации вам может потребоваться добавить, изменить или удалить сети VLAN.

Пример реализации VLAN (сегментация корпоративной сети)

В этом примере мы покажем, как настроить VLAN для сегментации сети в компании. Компания Sample Corporation имеет три отдела: продаж, маркетинга и исследований и разработок. Они хотят сегментировать свою сеть, чтобы повысить безопасность и оптимизировать производительность сети.

Пошаговый процесс:

Шаг 1. Определите требования к VLAN.

1. Определите потребности VLAN: продажи, маркетинг, исследования и разработки.
2. Выделите уникальные идентификаторы VLAN (например, VLAN 10, VLAN 20, VLAN 30) и назначьте описания каждой VLAN.

Шаг 2: доступ к сетевому оборудованию

Войдите в основной коммутатор компании, который является центральным сетевым устройством, управляющим сетями VLAN.

Шаг 3: создайте VLAN

1. Перейдите в раздел конфигурации VLAN на коммутаторе ядра.
2. Создайте VLAN следующим образом:

• VLAN 10: Продажи
• VLAN 20: Маркетинг
• VLAN 30: исследования и разработки
• Сохраните изменения.

Шаг 4. Назначьте порты сетям VLAN.

1. Свяжите порты коммутатора, используемые каждым отделом, с соответствующими VLAN:

• Порты 1–12: продажи (VLAN 10)
• Порты 13–24: маркетинг (VLAN 20)
• Порты 25–36: исследования и разработки (VLAN 30)
• Сохраните изменения.

Шаг 5: настройте магистральные порты (при необходимости)

1. Если у вас несколько коммутаторов и вам необходимо их соединить, настройте магистральные порты для передачи тегированного трафика между коммутаторами.
2. Убедитесь, что собственная VLAN согласована на всех взаимосвязанных устройствах.

Шаг 6: внедрить маршрутизацию между VLAN (при необходимости)

1. На маршрутизаторе или коммутаторе уровня 3 создайте субинтерфейсы для каждой VLAN.
2. Назначьте этим подинтерфейсам IP-адреса, например 192.168.10.1 для продаж, 192.168.20.1 для маркетинга и 192.168.30.1 для исследований и разработок.
3. Настройте правила маршрутизации, чтобы разрешить трафик между этими субинтерфейсами.

Шаг 7: тестируйте и контролируйте

1. Убедитесь, что устройства в VLAN одного отдела могут обмениваться данными, но изолированы от других VLAN.
2. Контролируйте производительность сети и гарантируйте, что каждая VLAN работает эффективно и без помех.

Демонстрация изоляции и эффективности VLAN

Чтобы продемонстрировать, как VLAN изолируют трафик и повышают эффективность сети:

Подключите устройство из отдела продаж к порту в VLAN 10, а другое устройство из отдела маркетинга к порту в VLAN 20. Попытайтесь установить связь между этими устройствами, и вы заметите успешную связь внутри одной и той же VLAN при передаче трафика между VLAN. заблокирован, что иллюстрирует изоляцию, обеспечиваемую сетями VLAN.

Создайте интенсивный сетевой трафик в одной VLAN (например, в отделе маркетинга). Обратите внимание, что этот трафик не влияет на устройства в других VLAN, демонстрируя, как VLAN минимизируют широковещательные домены и предотвращают перегрузку.

Если настроена маршрутизация между VLAN, убедитесь, что вы можете получить доступ к подинтерфейсам маршрутизатора VLAN (например, 192.168.10.1, 192.168.20.1) с устройств в соответствующих VLAN, подчеркнув при необходимости возможность маршрутизации трафика между VLAN.

Внедряя VLAN, как описано в этом сценарии, системные администраторы в компании Sample Corporation могут значительно повысить безопасность и эффективность своей сети, гарантируя, что трафик каждого отдела остается разделенным и что производительность сети оптимизируется, способствуя созданию более надежной и организованной сетевой инфраструктуры.