上一篇
下一篇
802.1Q VLAN协议和802.1P协议的实现
作者:admin 日期:2009-04-13
802.1Q协议
802.1Q协议，即Virtual Bridged Local Area Networks协议，主要规定了VLAN的实现，下面我们首先讲述一下有关VLAN的基本观念。
Virtual LANs目前发展很快，世界上主要的大网络厂商在他们的交换机设备中都实现了VLAN协议，顾名思义，VLAN就是虚拟局域网，比如对于我们的QuidwayS2403交换机来说，可以将它的24个10M以太网口划分为几个组，比如协议组，ATM组，测试组等，这样，组内的各个用户就象在同一个局域网内(可能协议组的用户位于很多的交换机上，而非一个交换机)一样，同时，不是本组的用户也无法访问本组的成员。
实际上，VLAN成员的定义可以分为4种:
1. 根据端口划分VLAN
这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的端口来划分，比如S2403的1~4端口为VLAN A，5~17为VLAN B，18~24为VLAN C，当然，这些属于同一VLAN的端口可以不连续，如何配置，由管理员决定，如果有多个交换机的话，例如，可以指定交换机1的1~6端口和交换机2的1~4端口为同一VLAN，即同一VLAN可以跨越数个以太网交换机，根据端口划分是目前定义VLAN的最常用的方法，IEEE 802.1Q协议规定的就是如何根据交换机的端口来划分VLAN。这种划分的方法的优点是定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都指定义一下就可以了。它的缺点是如果VLAN A的用户离开了原来的端口，到了一个新的交换机的某个端口，那么就必须重新定义。
2. 根据MAC地址划分VLAN
这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置他属于哪个组。这种划分VLAN的方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，即从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置，所以，可以认为这种根据MAC地址的划分方法是基于用户的VLAN，这种方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置，如果有几百个甚至上千个用户的话，配置是非常累的。而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低，因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员，这样就无法限制广播包了。另外，对于使用笔记本电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样，VLAN就必须不停的配置。
3. 根据网络层划分VLAN
这种划分VLAN的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型(如果支持多协议)划分的，虽然这种划分方法可能是根据网络地址，比如IP地址，但它不是路由，不要与网络层的路由混淆。它虽然查看每个数据包的IP地址，但由于不是路由，所以，没有RIP，OSPF等路由协议，而是根据生成树算法进行桥交换，
这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置他所属的VLAN，而且可以根据协议类型来划分VLAN，这对网络管理者来说很重要，还有，这种方法不需要附加的桢标签来识别VLAN，这样可以减少网络的通信量。
这种方法的缺点是效率，因为检查每一个数据包的网络层地址是很费时的(相对于前面两种方法)，一般的交换机芯片都可以自动检查网络上数据包的以太网桢头，但要让芯片能检查IP桢头，需要更高的技术，同时也更费时。当然，这也跟各个厂商的实现方法有关。
4. IP组播作为VLAN
IP组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个组播组就是一个VLAN，这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，而且也很容易通过路由器进行扩展，当然这种方法不适合局域网，主要是效率不高，对于局域网的组播，有二层组播协议GMRP。
通过上面可以看出，各种不同的VLAN定义方法有各自的优缺点，所以，很多厂商的交换机都实现了不只一种方法，这样，网络管理者可以根据自己的实际需要进行选择，另外，许多厂商在实现VLAN的时候，考虑到VLAN配置的复杂性，还提供了一定程度的自动配置和方便的网络管理工具。
目前，可以说VLAN还没有自己的标准，以前，各个厂商都声称他们的交换机实现了VLAN，但各个厂商实现的方法都不相同，所以彼此是无法互连，这样，用户一旦买了某个厂商的交换机，就没法买其他厂商的了，CISCO公司以前的交换机是通过802.10协议和ISL实现VLAN的，现在，IEEE 提出了802.1Q协议，该协议正在被审核，不久的将来就会作为标准确定下来，目前，各个厂商也都在实现这个协议，CISCO已经在它的IOS 12.0中实现了802.1Q协议。
下面讲述一下VLAN的优点:
1，减少移动和改变的代价，即所说的动态管理网络，也就是当一个用户从一个位置移动到另一个位置是，他的网络属性不需要重新配置，而是动态的完成，这种动态管理网络给网络管理者和使用者都带来了极大的好处，一个用户，无论他到哪里，他都能不做任何修改地接入网络，这种前景是非常美好的。当然，并不是所有的VLAN定义方法都能做到这一点。
2，虚拟工作组，VLAN的最具雄心的目标就是建立虚拟工作组模型，例如，在校园网中，同一个系的就好象在同一个LAN上一样，很容易的互相访问，交流信息，同时，所有的广播包也都限制在该虚拟LAN上，而不影响其他VLAN的人，一个人如果从一个办公地点换到另外一个地点，而他仍然在该系，那么，他的配置无须改变，同时，如果一个人虽然办公地点没有变，但他换了一个系，那么，只需网络管理者那配置一下就行了。这个功能的目标就是建立一个动态的组织环境，当然，这只是一个远大的目标，要实现它，还需要一些其他包括管理等方面的支持。
3，限制广播包，按照802.1D透明网桥的算法，如果一个数据包找不到路由，那么交换机就会将该数据包向所有的其他端口发送，这就是桥的广播方式的转发，这样的结果，毫无疑问极大的浪费了带宽，如果配置了VLAN，那么，当一个数据包没有路由时，交换机只会将此数据包发送到所有属于该VLAN的其他端口，而不是所有的交换机的端口，这样，就将数据包限制到了一个VLAN内。在一定程度上可以节省带宽。
4，安全性，由于配置了VLAN后，一个VLAN的数据包不会发送到另一个VLAN，这样，其他VLAN的用户的网络上是收不到任何该VLAN的数据包，从而就确保了该VLAN的信息不会被其他VLAN的人窃听，从而实现了信息的保密。
理论上，VLAN可以扩展到WAN上，但是，这是不明智的做法，因为VLAN允许广播包发送出去，而且它没有很好的路由算法，经常是以广播的形式转发数据包，这样，毫无疑问，极大地浪费了WAN的宝贵的带宽，所以说，将基于端口的，MAC地址和网络地址的VLAN扩展到WAN，是不合理的，而基于多播的VLAN概念则可以灵活有效的扩展到WAN。一般的以太网交换机实现的都是基于端口的VLAN，个别的会实现基于MAC地址和网络层地址的VLAN，而路由器中可以通过IGMP多播协议实现所谓的组播形式的VLAN。
.二、802.1P协议
802.1p协议定义了优先级的概念，对于那些实时性要求很高的数据包，主机在发送时就在前面提到MAC桢头增加的3位优先级中指明该数据包优先级高，这样，当以太网交换机数据流量比较多时，它就会考虑优先转发这些优先级高的数据包，目前我们做的以太网交换机所采用的TI公司的交换芯片只支持一种优先级。
802.1p协议还定义了GARP--Generic Attribute Registration Protocol。这里的Attribute是指组播MAC地址、端口过滤模式和VLAN等属性，GARP协议实际上可以定义很多交换机应该具有的特性，目前，它定义了GMRP--GARP Multicast Registration Protocol和GVRP--GARP VLAN Registration Protocol两个协议，以后会根据网络发展的需要定义其他的特性。GARP定义了以太网交换机之间交换这些特性信息的方法，如何发送数据包，接收的数据包如何处理等等。
GMRP协议是一个动态二层组播注册协议，它的很多方面跟IGMP（三层组播协议）类似，对于IP地址来说，D类IP地址是组播地址，实际上，对于每一个IP组播地址，都有一个组播MAC地址跟它对应，802.1p协议就是根据组播MAC地址来在以太网交换机上注册和取消组播成员身份的，而IGMP是根据组播IP来管理的。当然，如果以太网交换机没有实现GMRP协议，那么就只能通过静态配置来实现组播了。
关于为什么需要二层组播协议？我们在详细讨论一下。与协议IGMP一样，如果我们在自己的局域网内成立一个组播组，可能我们的局域网包含了很多交换机，如果这些交换机没有实现二层组播协议的话，那么，某个组员给其他组员发送数据包时，交换机就会将该数据包向所有的端口广播，因为交换机不知道哪个端口有人加入了该组播组，唯一的解决办法就是管理员配置交换机，这样，才能将这种广播转发数据包的发送方式限制住，而组播本身是动态的，所以，通过这种靠管理员的配置来实现组播的方式是不现实的。因此，就需要有一个二层组播协议来动态管理组员。这就是为什么需要二层组播协议的原因，目前，许多高档的交换机都把实现802.1p和802.1Q协议作为一个主要的性能指标。
GVRP是VLAN协议，由于它与GMRP都是基于GARP之上的，所以它们之间的关系很紧密，它们都要对交换机的数据库进行操作，这个协议的具体定义在802.1Q中。
802.1Q协议，即Virtual Bridged Local Area Networks协议，主要规定了VLAN的实现，下面我们首先讲述一下有关VLAN的基本观念。
Virtual LANs目前发展很快，世界上主要的大网络厂商在他们的交换机设备中都实现了VLAN协议，顾名思义，VLAN就是虚拟局域网，比如对于我们的QuidwayS2403交换机来说，可以将它的24个10M以太网口划分为几个组，比如协议组，ATM组，测试组等，这样，组内的各个用户就象在同一个局域网内(可能协议组的用户位于很多的交换机上，而非一个交换机)一样，同时，不是本组的用户也无法访问本组的成员。
实际上，VLAN成员的定义可以分为4种:
1. 根据端口划分VLAN
这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的端口来划分，比如S2403的1~4端口为VLAN A，5~17为VLAN B，18~24为VLAN C，当然，这些属于同一VLAN的端口可以不连续，如何配置，由管理员决定，如果有多个交换机的话，例如，可以指定交换机1的1~6端口和交换机2的1~4端口为同一VLAN，即同一VLAN可以跨越数个以太网交换机，根据端口划分是目前定义VLAN的最常用的方法，IEEE 802.1Q协议规定的就是如何根据交换机的端口来划分VLAN。这种划分的方法的优点是定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都指定义一下就可以了。它的缺点是如果VLAN A的用户离开了原来的端口，到了一个新的交换机的某个端口，那么就必须重新定义。
2. 根据MAC地址划分VLAN
这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置他属于哪个组。这种划分VLAN的方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，即从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置，所以，可以认为这种根据MAC地址的划分方法是基于用户的VLAN，这种方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置，如果有几百个甚至上千个用户的话，配置是非常累的。而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低，因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员，这样就无法限制广播包了。另外，对于使用笔记本电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样，VLAN就必须不停的配置。
3. 根据网络层划分VLAN
这种划分VLAN的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型(如果支持多协议)划分的，虽然这种划分方法可能是根据网络地址，比如IP地址，但它不是路由，不要与网络层的路由混淆。它虽然查看每个数据包的IP地址，但由于不是路由，所以，没有RIP，OSPF等路由协议，而是根据生成树算法进行桥交换，
这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置他所属的VLAN，而且可以根据协议类型来划分VLAN，这对网络管理者来说很重要，还有，这种方法不需要附加的桢标签来识别VLAN，这样可以减少网络的通信量。
这种方法的缺点是效率，因为检查每一个数据包的网络层地址是很费时的(相对于前面两种方法)，一般的交换机芯片都可以自动检查网络上数据包的以太网桢头，但要让芯片能检查IP桢头，需要更高的技术，同时也更费时。当然，这也跟各个厂商的实现方法有关。
4. IP组播作为VLAN
IP组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个组播组就是一个VLAN，这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，而且也很容易通过路由器进行扩展，当然这种方法不适合局域网，主要是效率不高，对于局域网的组播，有二层组播协议GMRP。
通过上面可以看出，各种不同的VLAN定义方法有各自的优缺点，所以，很多厂商的交换机都实现了不只一种方法，这样，网络管理者可以根据自己的实际需要进行选择，另外，许多厂商在实现VLAN的时候，考虑到VLAN配置的复杂性，还提供了一定程度的自动配置和方便的网络管理工具。
目前，可以说VLAN还没有自己的标准，以前，各个厂商都声称他们的交换机实现了VLAN，但各个厂商实现的方法都不相同，所以彼此是无法互连，这样，用户一旦买了某个厂商的交换机，就没法买其他厂商的了，CISCO公司以前的交换机是通过802.10协议和ISL实现VLAN的，现在，IEEE 提出了802.1Q协议，该协议正在被审核，不久的将来就会作为标准确定下来，目前，各个厂商也都在实现这个协议，CISCO已经在它的IOS 12.0中实现了802.1Q协议。
下面讲述一下VLAN的优点:
1，减少移动和改变的代价，即所说的动态管理网络，也就是当一个用户从一个位置移动到另一个位置是，他的网络属性不需要重新配置，而是动态的完成，这种动态管理网络给网络管理者和使用者都带来了极大的好处，一个用户，无论他到哪里，他都能不做任何修改地接入网络，这种前景是非常美好的。当然，并不是所有的VLAN定义方法都能做到这一点。
2，虚拟工作组，VLAN的最具雄心的目标就是建立虚拟工作组模型，例如，在校园网中，同一个系的就好象在同一个LAN上一样，很容易的互相访问，交流信息，同时，所有的广播包也都限制在该虚拟LAN上，而不影响其他VLAN的人，一个人如果从一个办公地点换到另外一个地点，而他仍然在该系，那么，他的配置无须改变，同时，如果一个人虽然办公地点没有变，但他换了一个系，那么，只需网络管理者那配置一下就行了。这个功能的目标就是建立一个动态的组织环境，当然，这只是一个远大的目标，要实现它，还需要一些其他包括管理等方面的支持。
3，限制广播包，按照802.1D透明网桥的算法，如果一个数据包找不到路由，那么交换机就会将该数据包向所有的其他端口发送，这就是桥的广播方式的转发，这样的结果，毫无疑问极大的浪费了带宽，如果配置了VLAN，那么，当一个数据包没有路由时，交换机只会将此数据包发送到所有属于该VLAN的其他端口，而不是所有的交换机的端口，这样，就将数据包限制到了一个VLAN内。在一定程度上可以节省带宽。
4，安全性，由于配置了VLAN后，一个VLAN的数据包不会发送到另一个VLAN，这样，其他VLAN的用户的网络上是收不到任何该VLAN的数据包，从而就确保了该VLAN的信息不会被其他VLAN的人窃听，从而实现了信息的保密。
理论上，VLAN可以扩展到WAN上，但是，这是不明智的做法，因为VLAN允许广播包发送出去，而且它没有很好的路由算法，经常是以广播的形式转发数据包，这样，毫无疑问，极大地浪费了WAN的宝贵的带宽，所以说，将基于端口的，MAC地址和网络地址的VLAN扩展到WAN，是不合理的，而基于多播的VLAN概念则可以灵活有效的扩展到WAN。一般的以太网交换机实现的都是基于端口的VLAN，个别的会实现基于MAC地址和网络层地址的VLAN，而路由器中可以通过IGMP多播协议实现所谓的组播形式的VLAN。
.二、802.1P协议
802.1p协议定义了优先级的概念，对于那些实时性要求很高的数据包，主机在发送时就在前面提到MAC桢头增加的3位优先级中指明该数据包优先级高，这样，当以太网交换机数据流量比较多时，它就会考虑优先转发这些优先级高的数据包，目前我们做的以太网交换机所采用的TI公司的交换芯片只支持一种优先级。
802.1p协议还定义了GARP--Generic Attribute Registration Protocol。这里的Attribute是指组播MAC地址、端口过滤模式和VLAN等属性，GARP协议实际上可以定义很多交换机应该具有的特性，目前，它定义了GMRP--GARP Multicast Registration Protocol和GVRP--GARP VLAN Registration Protocol两个协议，以后会根据网络发展的需要定义其他的特性。GARP定义了以太网交换机之间交换这些特性信息的方法，如何发送数据包，接收的数据包如何处理等等。
GMRP协议是一个动态二层组播注册协议，它的很多方面跟IGMP（三层组播协议）类似，对于IP地址来说，D类IP地址是组播地址，实际上，对于每一个IP组播地址，都有一个组播MAC地址跟它对应，802.1p协议就是根据组播MAC地址来在以太网交换机上注册和取消组播成员身份的，而IGMP是根据组播IP来管理的。当然，如果以太网交换机没有实现GMRP协议，那么就只能通过静态配置来实现组播了。
关于为什么需要二层组播协议？我们在详细讨论一下。与协议IGMP一样，如果我们在自己的局域网内成立一个组播组，可能我们的局域网包含了很多交换机，如果这些交换机没有实现二层组播协议的话，那么，某个组员给其他组员发送数据包时，交换机就会将该数据包向所有的端口广播，因为交换机不知道哪个端口有人加入了该组播组，唯一的解决办法就是管理员配置交换机，这样，才能将这种广播转发数据包的发送方式限制住，而组播本身是动态的，所以，通过这种靠管理员的配置来实现组播的方式是不现实的。因此，就需要有一个二层组播协议来动态管理组员。这就是为什么需要二层组播协议的原因，目前，许多高档的交换机都把实现802.1p和802.1Q协议作为一个主要的性能指标。
GVRP是VLAN协议，由于它与GMRP都是基于GARP之上的，所以它们之间的关系很紧密，它们都要对交换机的数据库进行操作，这个协议的具体定义在802.1Q中。
文章来自: 
引用通告: 
Tags: 评论: 0 | 引用: 0 | 查看次数: -
发表评论