VLAN (Virtual Local Area Network)

взаимодействовать между собой напрямую на канальном уровне, хотя физически при

этом они могут быть подключены к разным сетевым коммутаторам. И наоборот, устройства, находящиеся в разных VLAN'ах, невидимы друг для друга на канальном уровне, даже если они подключены к одному коммутатору, и связь между этими устройствами возможна только на сетевом и более высоких уровнях.

В современных сетях VLAN — главный механизм для создания логической топологии сети, не зависящей от её физической топологии. VLAN'ы используются для сокращения широковещательного трафика в сети. Имеют большое значение с точки зрения безопасности, в частности, как средство борьбы с ARP-spoofing'ом, hopping’ом и тд.

одна подсеть. Устройства, находящиеся в разных VLAN, будут находиться в

разных подсетях. Но в то же время VLAN не привязан к местоположению устройств и поэтому устройства, находящиеся на расстоянии друг от друга, все равно могут быть в одном VLAN независимо от местоположения
Уменьшение количества широковещательного трафика в сети
Каждый VLAN — это отдельный широковещательный домен. Например, коммутатор — это устройство 2 уровня модели OSI. Все порты на коммутаторе, где нет VLANов, находятся в одном широковещательном домене. Создание VLAN на коммутаторе означает разбиение коммутатора на несколько широковещательных доменов. Если один и тот же VLAN есть на разных коммутаторах, то порты разных коммутаторов будут образовывать один широковещательный домен.
Увеличение безопасности и управляемости сети
Когда сеть разбита на VLAN, упрощается задача применения политик и правил безопасности. С VLAN политики можно применять к целым подсетям, а не к отдельному устройству. Кроме того, переход из одного VLAN в другой предполагает прохождение через устройство 3 уровня, на котором, как правило, применяются политики, разрешающие или запрещающие доступ из VLAN в VLAN.

Зачем нужен VLAN?

не догадывается, в каком VLAN'е он размещён. Об этом думает

коммутатор. Коммутатор знает, что компьютер, который подключен к определённому порту, находится в соответствующем VLAN'e. Трафик, приходящий на порт определённого VLAN'а, ничем особенным не отличается от трафика другого VLAN'а. Другими словами, никакой информации о принадлежности трафика определённому VLAN'у в нём нет.

Однако, если через порт может прийти трафик разных VLAN'ов, коммутатор должен его как-то различать. Для этого каждый кадр (frame) трафика должен быть помечен каким-то особым образом. Пометка должна говорить о том, какому VLAN'у трафик принадлежит.

Наиболее распространённый сейчас способ ставить такую пометку описан в открытом стандарте IEEE 802.1Q. Существуют проприетарные протоколы, решающие похожие задачи, например, протокол ISL от Cisco Systems, но их популярность значительно ниже (и снижается).

других сетевых устройствах и на хостах. Однако, для объяснения VLAN

лучше всего подойдет коммутатор.

Коммутатор — устройство 2го уровня и изначально все порты коммутатора находятся, как правило, в VLAN 1 и, следовательно, в одном широковещательном сегменте.

Это значит, что если один из хостов, подключенных к коммутатору, отправит широковещательный фрейм, то все остальные хосты подключенные к нему также получат его.

коммутации. Изначально, после включения коммутатора таблица пуста. Заполняет её коммутатор

автоматически, при получении фреймов от хостов. Когда коммутатор получает фрейм от хоста, он сначала передает его в соответствии со своими правилами (описаны ниже), а затем запоминает MAC-адрес отправителя во фрейме и ставит его в соответствие порту на котором он был получен.

Например, для изображенной схемы, итоговая таблица коммутации будет иметь такой вид (после того как все хосты передавали какой-то трафик):
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
1 A
2 B
3 C
4 D

Когда таблица заполнена, коммутатор знает на каких
портах у него находятся какие хосты и передает фрей-
мы на соответствующие порты.

три базовых механизма:
Flooding — фрейм, полученный на один из

портов, передается на остальные порты коммутатора. Коммутатор выполняет эту операцию в двух случаях:
при получении широковещательного или multicast (если не настроена поддержка multicast) фрейма,
при получении unknown unicast фрейма. Это позволяет коммутатору доставить фрейм хосту (при условии, что хост достижим и существует), даже когда он не знает, где хост находится.

Forwarding — передача фрейма, полученного на одном порту, через другой порт в соответствии с записью в таблице коммутации.
Filtering— если коммутатор получает фрейм через определенный порт, и MAC-адрес получателя доступен через этот же порт (это указано в таблице коммутации), то коммутатор отбрасывает фрейм. То есть, коммутатор считает, что в этом случае хост уже получил этот фрейм, и не дублирует его.

изображен коммутатор sw1 и повторитель (hub) к которому подключены два

хоста.

Изначально к коммутатору были подключены три хоста A, B и C. Соответственно у коммутатора такая таблица коммутации:
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
1 A
2 B
3 C

Когда хост A отправляет фрейм хосту B, коммутатор использует механизм forwarding, так как ему известно где находятся оба хоста и хосты находятся на разных портах коммутатора.

Далее к коммутатору подключили хост D. Если хост A отправляет фрейм хосту D, то для коммутатора это unknown unicast фрейм, так как в таблице коммутации нет записи о MAC-адресе D. В соответствии со своими правилами коммутатор выполняет flooding и передает фрейм на все порты, кроме 1 (с которого фрейм был получен).

их адреса. Соответствующая таблица коммутации:

Порт коммутатора MAC-адрес хоста

1 A
2 B
3 C
4 D
5 E
5 F


Если после этого хост E будет передавать фрейм хосту F, то коммутатор получит его, но не будет передавать далее. В этой ситуации коммутатор использует механизм filtering, так как MAC-адрес получателя доступен через тот же порт, что и отправитель.

Пример сети для демонстрации использования механизмов передачи фреймов (2)

1. В процессе настройки или работы коммутатора они могут перемещаться

в другие VLAN'ы.

На коммутаторе, который изображен на рисунке, настроены два VLAN'а, все порты настроены как нетегированные (access-порты в терминологии Cisco) в соответствующих VLAN.

После этого на коммутаторе существуют две таблицы коммутации.

Для VLAN'а 2:
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
1 A
2 B

Для VLAN'а 10:
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
3 C
4 D

Хосты в разных VLAN на одном коммутаторе (1)

до разделения на VLAN, но они используются только в пределах

соответствующего VLAN.

Например, если хост из VLAN 10 отправляет широковещательный фрейм, то он будет отправлен только на порты в этом VLAN.

Получается, что нетегированные порты это "обычные" порты коммутатора. Это просто возможность сообщить коммутатору о том, какому VLAN принадлежат порты. Затем коммутатор использует эту информацию при передаче фреймов.

Как правило, реально в таблице коммутации в коммутаторах указывается порт, MAC-адрес и VLAN. То есть, для указанного пример, а таблица коммутации будет такая:

Порт коммутатора VLAN MAC-адрес хоста
1 2 A
2 2 B
3 10 C
4 10 D


Однако, далее для упрощения используется
запись таблицы коммутации в виде соответст-
вия между портами и MAC-адресами.

Хосты в разных VLAN на одном коммутаторе (2)

и F в VLAN 2

Для указанного примера достаточно добавить на

коммутаторе sw1 порт 10 в VLAN 2, а на коммутаторе sw2 порт 9 в VLAN 2. Принадлежность к VLAN указывается настройкой порта нетегированным в VLAN 2 (пока что). После этого на коммутаторах в таблицах коммутации добавятся новые порты и соответствующие MAC-адреса хостов. Теперь четыре хоста на разных коммутаторах находятся в одном широковещательном сегменте.

Таблица коммутации sw1 для VLAN'а 2:
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
1 A
2 B
10 E
10 F


Таблица коммутации sw2 для VLAN'а 2:
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
7 E
8 F
9 A
9 B

Хосты в разных VLAN на разных коммутаторах (объяснение тегированных портов) (1)

G и H в VLAN 10.

Для того чтобы хосты C

и D в VLAN'е 10 на коммутаторе sw1, могли обмениваться информацией с хостами VLAN'а 10 на коммутаторе sw2 добавлен линк между коммутаторами. Логика аналогична добавлению хостов в VLAN 2.

Таблица коммутации sw1 для VLAN'а 10:
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
3 C
4 D
11 G
11 H


Таблица коммутации sw2 для VLAN'а 10:
Порт коммутатора MAC-адрес хоста
13 G
14 H
12 C
12 D

Хосты в разных VLAN на разных коммутаторах (объяснение тегированных портов) (2)

которая использовалась выше, выглядит нормально. Однако, когда количество VLAN возрастает,

то схема явно становится очень неудобной, так как для каждого VLAN надо будет добавлять линк между коммутаторами для того, чтобы объединить хосты в один широковещательный сегмент.

Для решения этой проблемы используются тегированные порты.

Тегированный порт позволяет коммутатору передать трафик нескольких VLAN'ов через один порт и сохранить при этом информацию о том, в пределах какого именно VLAN'а передается фрейм.

На коммутаторах sw1 и sw2 порты 21 и 22, соответственно, это тегированные порты.

Для того, чтобы коммутаторы понимали какому VLAN принадлежит пришедший фрейм и использовали соответствующую таблицу коммутации для его обработки, выполняется тегирование фрейма.


Например, если хост E передает фрейм хосту A,
то коммутатор sw2 проверяет свою таблицу и
видит, что хост A доступен через порт 22. Так
как порт настроен как тегированный, то когда
фрейм выходит с порта 22 в нём проставляется
тег, который указывает какому VLAN'у принад-
лежит этот фрейм. В данном случае проставля-
ется тег с VLAN'ом 2.

Создание тегированного порта между коммутаторами (1)

того чтобы определить на какой порт его передавать далее sw1

использует таблицу коммутации для VLAN 2 (так как этот VLAN был указан в теге). На коммутаторе sw1 порт 21 должен быть настроен как тегированный для того чтобы коммутатор не отбрасывал тегированные фреймы, а считывал информацию тега. И соответственно чтобы он также помечал фрейм тегом, когда будет передаваться трафик коммутатору sw2.


Остальные порты коммутатора остаются нетегированными. И для хостов операция тегирования, которую выполняют коммутаторы абсолютно прозрачна. Хосты ничего не знают о тегах и получают обычные
фреймы.


Аналогичные действия выполняются,
например, при передаче фрейма
от хоста C хосту G.

Создание тегированного порта между коммутаторами (2)

два множества:

Тегированные порты (или транковые порты, trunk-порты в

терминологии Cisco).
Нетегированные порты (или порты доступа, access-порты в терминологии Cisco);

Тегированные порты нужны для того, чтобы через один порт была возможность передать несколько VLAN'ов и, соответственно, получать трафик нескольких VLAN'ов на один порт. Информация о принадлежности трафика VLAN'у, как было сказано выше, указывается в специальном теге. Без тега коммутатор не сможет различить трафик различных VLAN'ов.

Если порт нетегированный в каком-то VLAN'е, то трафик этого VLAN передается без тега. На Cisco нетегированным порт может быть только в одном VLAN, на некоторых других свитчах (например, ZyXEL, D-Link и Planet) данного ограничения нет.

Если порт тегирован для нескольких VLAN'ов, то в этом случае весь нетегированный трафик будет приниматься специальным родным VLAN'ом (native VLAN). С этим параметром (native, PVID, port VID) возникает больше всего путаницы. Например, свитчи Planet для правильной работы untagged порта требуют поместить порт в VLAN, задать режим порта untagged, и прописать этот же номер VLAN в PVID этого порта. HP ProCurve делают наоборот, tagged порт начинает работать как tagged только если поставить его PVID в "None".

Принадлежность VLAN (1)

трафик, приходящий через такой порт, должен удаляться. На деле это

поведение обычно настраивается.

Проще всего это понять, если "забыть" всю внутреннюю структуру коммутатора и отталкиваться только от портов. Допустим, есть VLAN с номером 111, есть два порта которые принадлежат к VLAN 111. Они общаются только между собой, с untagged/access-порта выходит нетегированный трафик, с tagged/trunk-порта выходит трафик тегированный в VLAN 111. Все необходимые преобразования прозрачно внутри себя делает коммутатор.

Обычно, по умолчанию все порты коммутатора считаются нетегированными членами VLAN 1. В процессе настройки или работы коммутатора они могут перемещаться в другие VLAN'ы.

Существуют два подхода к назначению порта в определённый VLAN:

Статическое назначение — когда принадлежность порта VLAN'у задаётся администратором в процессе настройки;

Динамическое назначение — когда принадлежность порта VLAN'у определяется в ходе работы коммутатора с помощью процедур, описанных в специальных стандартах, таких, например, как 802.1X. При использовании 802.1X для того чтобы получить доступ к порту коммутатора, пользователь проходит аутентификацию на RADIUS-сервере. По результатам аутентификации порт коммутатора размещается в том или ином VLANe (подробнее: 802.1X и RADIUS).

Принадлежность VLAN (2)

и передающий нетегированный трафик
trunk port — порт передающий

тегированный трафик одного или нескольких VLAN'ов

Коммутаторы Cisco ранее поддерживали два протокола 802.1Q и ISL. ISL — проприетарный протокол использующийся в оборудовании Cisco. ISL полностью инкапсулирует фрейм для передачи информации о принадлежности к VLAN'у.

В современных моделях коммутаторов Cisco ISL не поддерживается.
Для того чтобы передать через порт трафик нескольких VLAN, порт переводится в режим транка.

Режимы интерфейса (режим по умолчанию зависит от модели коммутатора):
auto — Порт находится в автоматическом режиме и будет переведён в состояние trunk, только если порт на другом конце находится в режиме on или desirable. Т.е. если порты на обоих концах находятся в режиме "auto", то trunk применяться не будет.
desirable — Порт находится в режиме "готов перейти в состояние trunk"; периодически передает DTP-кадры порту на другом конце, запрашивая удаленный порт перейти в состояние trunk (состояние trunk будет установлено, если порт на другом конце находится в режиме on, desirable, или auto).
trunk — Порт постоянно находится в состоянии trunk, даже если порт на другом конце не поддерживает этот режим.
nonegotiate — Порт готов перейти в режим trunk, но при этом не передает DTP-кадры порту на другом конце. Этот режим используется для предотвращения конфликтов с другим "не-cisco" оборудованием. В этом случае коммутатор на другом конце должен быть вручную настроен на использование trunk'а.
По умолчанию в транке разрешены все VLAN. Для того чтобы через соответствующий VLAN в транке передавались данные, как минимум, необходимо чтобы VLAN был активным. Активным VLAN становится тогда, когда он создан на коммутаторе и в нём есть хотя бы один порт в состоянии up/up.

Настройка VLAN на коммутаторах Cisco под управлением IOS

коммутаторам динамически распознавать настроен ли соседний коммутатор для поднятия транка

и какой протокол использовать (802.1Q или ISL). Включен по умолчанию.
Разрешенные VLAN'ы
По умолчанию в транке разрешены все VLAN. Можно ограничить перечень VLAN, которые могут передаваться через конкретный транк.
Native VLAN
В стандарте 802.1Q существует понятие native VLAN. Трафик этого VLAN передается нетегированным. По умолчанию это VLAN 1. Однако можно изменить это и указать другой VLAN как native.

Настройка VLAN на коммутаторах Cisco под управлением IOS

VLAN. Как правило, можно создать 8 VLAN.
Различают два метода доступа

к коммутатору (такая терминология не часто используется, но встречается и пригодится тем, кто собирается сдавать экзамен для получения первого уровня сертификации AIS):
in-band — когда управляющий трафик повторяет путь обычных данных (то есть, управляющий трафик идет через те же порты, что и данные),
out-band — когда управляющий трафик использует выделенный путь.

In-band методы:
Telnet
SSH
SNMP
HTTP
HTTPS

Out-band метод:
Консоль

Настройка VLAN на коммутаторах HP ProCurve

того чтобы маршрутизатор мог передавать трафик из одного VLAN в

другой (из одной сети в другую), необходимо чтобы в каждой сети у него был интерфейс. Для того чтобы не выделять под сеть каждого VLAN отдельный физический интерфейс(не выгодно и не логично, так как тратится много физических портов.), создаются логические подинтерфейсы на физическом интерфейсе для каждого VLAN.
На коммутаторе порт, ведущий к маршрутизатору, должен быть настроен как тегированный порт (в терминах Cisco — транк).
IP-адреса шлюза по умолчанию
для VLAN (эти адреса назначаются
на подинтерфейсах маршрутизатора
R1):
VLAN IP-адрес
VLAN 2 10.0.2.1 /24
VLAN 10 10.0.10.1 /24
VLAN 15 10.0.15.1 /24

Настройка VLAN на маршрутизаторах

поддержки VLAN со стороны операционной системы не требуется. Она работает

как обычно. В большинстве настольных систем именно так и происходит. Операционная система должна понимать, что такое VLAN, только тогда, когда она получает через сетевой интерфейс тегированный трафик.

Такая задача чаще всего возникает на маршрутизаторах, которые должны передавать трафик между несколькими VLAN'ами, или на нагруженных серверах, которые должны присутствовать одновременно в нескольких VLAN'ах и получать трафик из них непосредственно, а не через маршрутизатор.

В подавляющем большинстве современных UNIX/Linux-систем поддержка VLAN'ов есть. Поддержка VLAN'ов в Windows доступна при инсталляции дополнительного программного обеспечения.

Настройка VLAN в операционной системе состоит из нескольких шагов:
Создать подинтерфейс VLAN'а;
Привязать его к какому-либо сетевому интерфейсу как родительскому;
Назначить IP-адрес для подинтерфейса;
Задать дополнительные параметры подинтерфейса, если необходимо;
Если система используется для маршрутизации трафика, разрешить прохождение трафика между интерфейсами (форвардинг) и описать правила фильтрации трафика.

Настройка VLAN в операционных системах

получить доступ к трафику, передающихся во всех VLAN'ах за исключением

тех, к которым доступ разрешён.

Принято считать, что достаточно изолировать трафик внутри отдельного VLAN и становится абсолютно невозможно ни просмотреть, ни, тем более, модифицировать его другим участникам сети, которые не имеют прямого доступа к этому VLAN'у. В действительности, это правда только отчасти. Существует большое количество различных способов в случае некорректной настройки коммутатора заставить его направлять на порт вместо трафика одного VLAN'а тегированный трафик множества VLAN'ов.

Это возможно только при некорректной настройке коммутатора. Здесь рассматриваются основные ошибки при настройке коммутаторов, методы их предотвращения и использования.

Безопасность VLAN

старых коммутаторах Cisco.
Через порт атакующим отправляется пакет DTP (Dynamic

Trunking Protocol), указывающий коммутатору, что данный порт является транковым (то есть, через него передаётся тегированный трафик VLANов).
Необходимо чтобы порт
был соответствующим
образом сконфигурирован.
Не все фреймы будут
обрабатываться.

VLAN hopping

на фрейм поставить два тега (то есть, дважды инкапсулировать его),

то при некоторых условиях может получиться так, что фрейм, пройдя первый коммутатор попадёт в тегированный канал, но уже со вторым, внутренним, тегом. В конечном счёте он попадёт в нужный VLAN.

Этот способ может
обеспечить только
однонаправленную
передачу данных.

VLAN hopping

но возможная и в других, использующих протокол ARP сетях, основанная

на использовании недостатков протокола ARP и позволяющая перехватывать трафик между узлами, которые расположены в пределах одного широковещательного домена. Относится к числу spoofing-атак.
Протокол ARP является абсолютно незащищённым. Он не обладает никакими способами проверки подлинности пакетов: как запросов, так и ответов. Ситуация становится ещё более сложной, когда может использоваться самопроизвольный ARP (gratuitous ARP).

Самопроизвольный ARP — такое поведение ARP, когда ARP-ответ присылается, когда в этом (с точки зрения получателя) нет особой необходимости. Самопроизвольный ARP-ответ это пакет-ответ ARP, присланный без запроса. Он применяется для определения конфликтов IP-адресов в сети: как только станция получает адрес по DHCP или адрес присваивается вручную, рассылается ARP-ответ gratuitous ARP.

Самопроизвольный ARP может быть полезен в следующих случаях:
Обновление ARP-таблиц, в частности, в кластерных системах;
Информирование коммутаторов;
Извещение о включении сетевого интерфейса.

Несмотря на эффективность самопроизвольного ARP, он является особенно небезопасным, поскольку с его помощью можно уверить удалённый узел в том, что MAC-адрес какой-либо системы, находящейся с ней в одной сети, изменился и указать, какой адрес используется теперь.

ARP-spoofing (ARP-poisoning)

записи с IP- и MAC-адресами друг друга. Обмен информацией производится

непосредственно между узлами A и B. (зелёная стрелка)

В ходе выполнения ARP-spoofing'а компьютер C, выполняющий атаку, отправляет ARP-ответы (без получения запросов):
узлу A: с IP-адресом узла B и MAC-адресом узла C;
узлу B: с IP-адресом узла A и MAC-адресом узла C.

В силу того что компьютеры поддерживают самопроизвольный ARP (gratuitous ARP), они модифицируют собственные ARP-таблицы и помещают туда записи, где вместо настоящих MAC-адресов компьютеров A и B стоит MAC-адрес компьютера C. (красные стрелки)

После того как атака выполнена, когда компьютер A хочет передать пакет компьютеру B, он находит в ARP-таблице запись (она соответствует компьютеру C) и определяет из неё MAC-адрес получателя. Отправленный по этому MAC-адресу пакет приходит компьютеру C вместо получателя. Компьютер C затем ретранслирует пакет тому, кому он действительно адресован — т.е. компьютеру B. (синие стрелки)

ARP-spoofing (ARP-poisoning)