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Copyright ©2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 05-VLAN - 1 VLAN Mario Baldi Politecnico di Torino http://staff.polito.it/mario.baldi Basato sul capitolo 5 di: M. Baldi, P. Nicoletti, “Switched LAN”, McGraw-Hill, 2002, ISBN 88-386-3426-2 Pietro Nicoletti Studio Reti http://www.studioreti.it

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VLAN

Mario BaldiPolitecnico di Torino

http://staff.polito.it/mario.baldi

Basato sul capitolo 5 di: M. Baldi, P. Nicoletti, “Switched LAN”, McGraw-Hill, 2002, ISBN 88-386-3426-2

Pietro NicolettiStudio Reti

http://www.studioreti.it

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Reti parallele indipendentiEsigenza di avere delle reti separate, per ragione di riservatezza o sicurezza, che si sviluppano per un intero edificio o comprensorio

nReti = nMezzi-trasmissivi + nApparati-di-rete per ogni punto di distribuzionespreco di risorseseparazione massima

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Esempio di reti parallele

LAN A

LAN A

LAN A

LAN B

LAN B

LAN B

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LAN virtuali (VLAN)Le LAN estese, quando crescono troppo di dimensione, sono fonte di problemi

elevato traffico di multicast/broadcastnecessità di fare routing tra le sottoreti IPproblemi legati alla sicurezza

Grazie al concetto di LAN virtualisi evita di dover realizzare reti parallelesi può avere un’unica infrastruttura fisicasi possono definire più sottoreti logiche separate

Le LAN virtuali possono coprireun singolo switchl’intera LAN estesa

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Impiego delle VLANPer ragioni di sicurezza

si possono mantenere completamente separate le reti tramite l’impiego delle VLAN

non c’è comunicazione tra le VLAN (separazione totale!)

si possono connettere le VLAN in modo più o meno sicuro tramite Access-List su router, Layer 3 Switch o Firewall

Per risolvere conflitti di competenze tra enti diversi di una grande organizzazione

le VLAN vengono connesse tramite router, Layer 3 Switch Per limitare il traffico di broadcast

le VLAN vengono connesse tramite router, Layer 3 Switch

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VLAN Intra-Switch e Inter-SwitchLe prime soluzioni di VLAN di tipo Intra-Switch erano molto semplici ed erano applicabili solo in una rete costituita da Switch a centro stella e Hub in periferia

raggruppamento di porte dello switch in diversi domini di broadcast

Oggi gli standard e i prodotti del mercato offrono soluzioni VLAN Inter-Switch applicabili sia a reti Full-Switched, sia a reti di tipo Segment-Switching

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Lan produzioneLan produzione

Lan amministrazioneLan amministrazione

Lan progettazioneLan progettazione

Lan presidenzaLan presidenza

VLAN Intra-SwitchSi possono raggruppare due o più porte dello switch in un dominio di broadcast

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Lan produzione

Lan amministrazione

Lan progettazione

Lan presidenza

VLAN intra-switch e hub segmentabili

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VLAN 8 VLAN 2 VLAN 2 VLAN 8

Switch

VLAN 8 VLAN 2

Trunk BackboneVLAN 8

Switch

VLAN Inter-SwitchSi creano delle LAN differenti sullo stesso mezzo trasmissivo in modo virtuale

Occorre distinguere quali pacchetti sono destinati a quali VLAN

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VLAN: marcatura dei pacchetti Frame Tagging

si utilizza la tecnica di incapsulamento il pacchetto Ethernet, Token Ring o FDDI viene incapsulato in un pacchetto proprietario

soluzione Cisco con ISLPacket Tagging

si inserisce un header aggiuntivo (VLAN-ID) nella busta MAC; metodo previsto da 802.1Q

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Destination Address

Source Address

Length/Type = TPID

Tag Control Information

Client Length/Type

MAC Client DATA

PAD

FCS

6

2

2

2

42-

1500

4

Definito in:IEEE 802.3acIEEE 802.1pIEEE 802.1Q

userpriority CFI

VID (VLAN ID) - 12 bit

3 1

81-00801.1Q Tag

6

Codifica del tag: IEEE 802.1Q

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VLAN: gli standard coinvoltiLo standard IEEE 802.1Q, che definisce le funzioni e le specifiche inerenti le VLAN coinvolge altri standard IEEE:

802.3ac per la definizione del nuovo formato di pacchetto Ethernet che richiede l’inserimento del campo TAG dove inserire l’informazione VLAN ID802.1p per due ragioni:

il campo TAG può contenere sia l’informazione di prioritàassociabile al pacchetto (problematica affrontata da 802.1p), sia il VLAN IDil protocollo GVRP che serve per annunciare gli attributi inerenti le VLAN agli switch adiacenti si basa sulle specifiche più generiche contenute nel protocollo GARP definite in 802.1p

GARP = Generic Attribute Registration ProtocolGVRP = GARP VLAN Registration Protocol

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ForwardingProcess

IngressRules

EgressRules

FrameTransmission

Port StateInformation

Port StateInformation

FrameReception

Filteringdatabase

Funzione di inoltro del bridge 802.1Q

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Caratteristiche di 802.1QL’assegnazione di VLAN è per porta

Prevede l’utilizzo di criteri diversi per l’assegnazione di VLAN ad una porta

Prevede un unico spanning treeAmmette filtering database multipli identificati con il FID (Filtering Indentifier)

il FID è assegnato dal bridge per identificare un set di VID (Virtual Lan Identificator)

può esistere una sola entry per ogni indirizzo MAC nel filtering databaseun indirizzo MAC può essere presente in diversi filtering database

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Port-based VLANViene assegnata una VLAN per porta

La porta può essere definita come access o trunk port

VLAN 11

VLAN 24

accesslink trunk

link

VLAN 11

VLAN 24

accesslink

Pacchetti Untagged Pacchetti Untagged

Pacchetti Tagged

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Tipi di apparati e di LinkTipi di apparati:

VLAN-Aware trattano i pacchetti di tipo tagged e untagged e sono conformi a 802.1QVLAN-Unaware non trattano i pacchetti di tipo tagged

Access link:su porte che ricevono e trasmettono pacchetti Untagged impiegate per la connessione di interfacce di rete tradizionali (caso più comune e condizione di default sugli switch)

Trunk link:su porte che ricevono e trasmettono pacchetti Tagged impiegate per la connessione tra gli switch o tra switch e interfacce di rete che lavorano in modalità trunk 802.1Q

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Configurazione di VLAN sugli switchSi può riassumere in tre fasi:

creazione delle VLAN necessarie su ogni switch;associazione di porte a VLAN;definizione delle porte Trunk

il default sugli switch è lo stato di Access

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SW-ProvaSW-A SW-B

Esempio di configurazione VLANRete prima della configurazione delle VLAN

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Stato delle porte prima della configurazione delle VLAN

SW-Prova#sho vlan briefVLAN Name Status Ports---- -------------------- --------- -------------------------------1 default active Fa0/1, Fa0/2, Fa0/3, Fa0/4,

Fa0/5, Fa0/6, Fa0/7, Fa0/8,Fa0/9, Fa0/10, Fa0/11, Fa0/12,Fa0/13, Fa0/14, Fa0/15, Fa0/16,Fa0/17, Fa0/18, Fa0/19, Fa0/20,Fa0/21, Fa0/22, Fa0/23, Fa0/24,Fa0/25, Fa0/26, Fa0/27, Fa0/28,Fa0/29, Fa0/30, Fa0/31, Fa0/32,Fa0/33, Fa0/34, Fa0/35, Fa0/36,Fa0/37, Fa0/38, Fa0/39, Fa0/40,Fa0/41, Fa0/42, Fa0/43, Fa0/44,Fa0/45, Fa0/46, Fa0/47, Fa0/48,Gi0/1, Gi0/2

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VLAN da creare

TRUNKTRUNK

(tagged)

ACCESS(untagged)

VLA

N 1

VLA

N 2

VLA

N 3

VLA

N 4

VLA

N 5

VLA

N 6

VLA

N 1

00

ACCESS(untagged)

SW-Prova

VLA

N 1

VLA

N 2

VLA

N 3

VLA

N 4

VLA

N 5

VLA

N 6

VLA

N 1

00ACCESS(untagged)

VLA

N 1

VLA

N 2

VLA

N 5

VLA

N 6

TRUNKTRUNK

(tagged)

SW-A SW-B

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Creazione delle VLAN SW-Prova#vlan database

Switch(vlan)#vlan 2 name AmministrazioneVLAN 2 added:

Name: AmministrazioneSwitch(vlan)#vlan 3 name VenditeVLAN 3 added:

Name: VenditeSwitch(vlan)#vlan 4 name prova-1VLAN 4 added:

Name: prova-1Switch(vlan)#vlan 5 name prova-2VLAN 5 added:

Name: prova-2Switch(vlan)#vlan 6 name prova-3VLAN 6 added:

Name: prova-3Switch(vlan)#vlan 100 name ProduzioneVLAN 100 added:

Name: ProduzioneSW-Prova(vlan)#exitAPPLY completed.Exiting....SW-Prova#

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Associazione di porte a VLAN

SW-Prova(config)#int fastEthernet 0/12SW-Prova(config-if)#switchport access vlan 100Switch(config-if)#exit…….SW-Prova(config)#int fastEthernet 0/16SW-Prova(config-if)#switchport access vlan 2SW-Prova(config-if)#exit……..SW-Prova(config)#int fastEthernet 0/20SW-Prova(config-if)#switchport access vlan 3SW-Prova(config-if)#exit……..SW-Prova(config)#int fastEthernet 0/24SW-Prova(config-if)#switchport access vlan 4SW-Prova(config-if)#exit…….SW-Prova(config)#int fastEthernet 0/28SW-Prova(config-if)#switchport access vlan 5SW-Prova(config-if)#exit……..SW-Prova(config)#int fastEthernet 0/32SW-Prova(config-if)#switchport access vlan 6SW-Prova(config-if)#exit……..

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Porte e VLAN sullo switch dopo la configurazione

SW-Prova#show vlan briefVLAN Name Status Ports---- -------------------- --------- -------------------------------1 default active Fa0/1, Fa0/2, Fa0/3, Fa0/4,

Fa0/5, Fa0/6, Fa0/7, Fa0/8,Fa0/9, Fa0/10, Fa0/11, Fa0/36,Fa0/37, Fa0/38, Fa0/39, Fa0/40,Fa0/41, Fa0/42, Fa0/43, Fa0/44,Fa0/45, Fa0/46, Fa0/47, Fa0/48,Gi0/1, Gi0/2

2 Amministrazione active Fa0/16, Fa0/17, Fa0/18, Fa0/19

3 Vendite active Fa0/20, Fa0/21, Fa0/22, Fa0/23

4 prova-1 active Fa0/24, Fa0/25, Fa0/26, Fa0/27

5 prova-2 active Fa0/28, Fa0/29, Fa0/30, Fa0/31

6 prova-3 active Fa0/32, Fa0/33, Fa0/34, Fa0/35

100 Produzione active Fa0/12, Fa0/13, Fa0/14, Fa0/15

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Definizione delle porte trunkAbilitazione statica di VLAN su porte trunk senza l’impiego dl protocollo GVRP

SW-Prova(config)#interface GigabitEthernet 0/1SW-Prova(config-if)#switchport mode trunkSW-Prova(config-if)#switchport trunk allowed vlan add 1,2,5,6SW-Prova(config-if)#exitSW-Prova(config)#interface GigabitEthernet 0/2SW-Prova(config-if)#switchport mode trunkSW-Prova(config-if)#switchport trunk allowed vlan all

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Gestione anarchica delle VLAN su rete Switched

Switch A

TRUNK(tagged)

TRUNK TRUNK

TRUNK TRUNKTRUNKTRUNK

Switch B

Switch C Switch D

TRUNK(tagged)

TRUNK(tagged)

TRUNK(tagged)

(tagged)

(tagg

ed)

(tagg

ed)

Tutte le interfacce dei computer devono essere di tipo aware e

devono essere configurate come trunk o tagged!

GESTIONE ANARCHICA DELLE VLAN!

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Il problema della mobilitàL’assegnazione VLAN per porta su porte di tipo Access non permette la mobilitàAd utente connesso su una particolare porta di uno switch è assegnata una certa VLAN, se si lo sposta su un’altra porta o switch, non la mantiene automaticamente, ma è necessario l’intervento del gestore di rete

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Esempio di mobilità degli utenti

TRUNKTRUNK

(tagged)

VLA

N 1

VLA

N 2

VLA

N 3

VLA

N 4

VLA

N 5

VLA

N 6

VLA

N 1

00SW-Prova

VLA

N 1

VLA

N 2

VLA

N 3

VLA

N 4

VLA

N 5

VLA

N 6

VLA

N 1

00

VLA

N 1

VLA

N 2

VLA

N 5

VLA

N 6

TRUNKTRUNK

(tagged)

SW-A SW-B

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Soluzioni per la mobilitàGestione anarchica della rete tramite l’impiego di interfacce di rete che supportano l’imbustamento 802.1Q e vengono configurate come Trunk

applicabile su reti shared (basata solo su HUB) e switchedl’utente può definire l’appartenenza della propria macchina macchina ad una particolare VLAN

Gestione mista con impiego di porte Access (elevato numero) e Trunk (poche) per connettere le stazioni

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Gestione mista con porte Access e TrunkSwitch A

ACCESS(untagged)

TRUNK TRUNK

TRUNK TRUNKTRUNKTRUNK

Switch B

Switch C Switch D

ACCESS(untagged)

ACCESS(untagged)

ACCESS(untagged)

(tagged)

(tagg

ed)

(tagg

ed)

TRUNK

TRUNK

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Hybrid LinkSu una porta di questo genere transitano pacchetti sia

tagged sia untagged

VLAN 10

VLAN 20

Accesslink

VLAN-awarebridge

Hybridlink

Accesslink

VLAN-awarebridge

VLAN-awareend station

VLAN-unawareend station

VLAN-unawareend station

VLAN 10

VLAN 20

Associate daibridge

alla VLAN 30

VLAN-unawareend station VLAN 30

Accesslink

VLAN 20

LAN XY

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Il protocollo GVRPGARP VLAN Registration Protocol

serve per registrare o cancellare attributi riguardanti le VLAN

uno switch sulla base della presenza di determinate VLAN sullo switch adiacente, comunicategli da questo tramite il protocollo GVRP, può stabilire quali pacchetti convogliare sulla porta trunk

alternativa alla definizione statica delle VLAN da trasportare sui Trunk Linkgli switch che adottano il protocollo GVRP sono considerati GVRP-Aware

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GARP: generalitàRegistra o cancella attributi di vario tipo in un’entitàinterna all’apparato denominata GID

Il GID (GARP Information Distribution) è un insieme di macchine a stati che definisce lo stato corrente delle registrazioni e dichiarazioni per tutti i valori degli attributila registrazione o cancellazione di un attributo ha luogo soltanto sulla porta che riceve la GARP PDU contenente la dichiarazione

ra registrazione può aver luogo anche sulle porte che sono state poste in Blocking state dallo STP

GIP (GARP Information Propagation)Entità responsabile della propagazione delle informazioni tra i GARP Participant

internamente ad un singolo bridgetra bridge diversi (basato su LLC di tipo 1)

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GARP: entità e architettura

End StationBridge

GARP participant

LLC

FrameRX

FrameTX

GARPapplication

GID

MACrelayentity

GARP participant

LLC

FrameRX

FrameTX

GARP participant

LLC

FrameRX

FrameTX

GID GID

GARPapplication

GARPapplication

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Il formato del pacchetto GVRP

Multicast01-80-C2-00-00-21

SinglecastIndirizzo

del BridgeXY

LengthDSAP SSAP

042H 042H

DSAP SSAP

XID

Control

GVRP PDU FCS

Protocol Identifier: 00-01 1÷23456 ÷7

Attribute Type: 00-01Attribute Length: 04

Attribute Event VLAN ID

Attributo 1

Attribute Length: 04 Attribute Event

VLAN ID Attributo n

End Mark 00

Lista degli attibuti

0 = LeaveALL1= JoinEmpty2= JoinIn3= Leave Empty4= LeaveIN5= Empty

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Bridge/Switch di tipo SVL e IVLBridge SVL (Shared VLAN):

dispone di un unica tabella d'inoltro (filtering database) che viene condivisa da tutte le VLAN

Bridge IVL (Indipendent VLAN):si crea una tabella di inoltro, identificata con un parametro denominato FID (Filtering Identifier), per ogni VLAN creata

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Bridge/Switch di tipo SVL

Port MAC adress Ag. Time VLAN

4 08-00-2b-16-50-a0 1 2

7 08-00-2b-c4-e6-aa 2 4

5 08-00-2b-20-10-56 7 2

2 08-00-5a-10-40-e1 12 6

Switch SVL

4 5 6 7 8 9

08-00-2b-16-50-a0

08-00-2b-c4-e6-aa

08-00-2b-20-10-56

08-00-5a-10-40-e1

VLA

N 2

VLA

N 2

VLA

N 2

VLA

N 4

VLA

N 4

VLA

N 6

VLA

N 6

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Bridge/Switch di tipo IVLSwitch IVL

VLA

N 2

VLA

N 2

VLA

N 2

VLA

N 4

VLA

N 4

VLA

N 6

VLA

N 6

Port MAC adress Ag. Time

4 5 6 7 8 9

08-00-2b-16-50-a0

4 08-00-2b-16-50-a0 1

5 08-00-2b-20-10-56 7

7 08-00-2b-c4-e6-aa 2

2 08-00-5a-10-40-e1 12

08-00-2b-c4-e6-aa

08-00-5a-10-40-e1

FID # 1VLAN 2

FID # 2VLAN 4

FID # 3VLAN 6

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La condivisione di più VLAN da parte di un apparato di rete

Condivisione su Switch di tipo IVL:se sull’apparato (esempio un server) si dispone di un’interfaccia di rete che supporta il trunk 802.1q (VLA-Aware)

si configurano l’interfaccia di rete e la porta dello switch in modalità Trunk

se l’interfaccia di rete non è di tipo VLAN-Aware nel caso Cisco è possibile collegarla ad una porta dello switch che viene configurata di tipo Multi VLAN.

Condivisione su Switch di tipo SVL:interfaccia di rete di tipo Access sull’apparato che deve condividere più VLANnecessita di una configurazione complessa sullo Switch in cui vengono associate VLAN e porte fisiche dello Switch

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Server che condivide più VLAN su Trunk Link

Switch IVL

Client A Client B

Porta 3 TRUNK

Porta 2VLAN 15VLAN 10

Server

VLAN 10

VLAN 15

Switch(config)#int fastEthernet 0/3Switch(config-if)#switchport mode trunkSwitch(config-if)#switchport trunk allowed vlan add 10,15Switch(config-if)#end

Porta 1

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Server che condivide più VLAN su porta Multi VLAN

Switch IVL

Client A Client B

Porta 3

Porta 2VLAN 15VLAN 10

Server

VLAN 10

VLAN 15

Switch(config)#int fastEthernet 0/3Switch(config-if)#switchport mode multiSwitch(config-if)#switchport multi vlan add 10Switch(config-if)#switchport multi vlan add 15Switch(config-if)#end

Porta 1

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Server che condivide più VLAN su Switch di tipo SVL

Switch SVL

Client A Client B

Porta 3

Porta 2Porta 1 VLAN 15VLAN 10

VLAN 20VLAN Porte condivise

VLAN - Tabella di condivisione

20 porta 1 e 210 porta 315 porta 3

Server

VLAN 20

VLAN 10

VLAN 15

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Trunk link(tutte le VLAN)

BridgeVLAN-aware

BridgeVLAN-aware

Access linkVLAN 15 Spanning tree

porta Blocking

1o Caso

BridgeVLAN-aware

BridgeVLAN-aware

Access linkVLAN 15

Spanning treeporta Blocking

2o Caso

Trunk link(tutte le VLAN)

802.1Q problema di spanning treeBlocco non critico effettuato da STP

Blocco critico effettuato da STP

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Convivenza tra bridge 802.1Q e 802.1DBlocco critico effettuato da STP

Server B(VLAN 15)

Server A(VLAN 10)

Client del Server B

bridge 802.1DVLAN -unaware

Bridge 802.1QVLAN-aware STP

porta Blocking

Client del Server A

1o Caso

VLAN 15

VLAN 10

bridge 802.1DVLAN -unaware

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Convivenza tra bridge 802.1Q e 802.1DBlocco che non permette la connessione dai client a Server A

bridge 802.1DVLAN -unaware

Server B(VLAN 15)

Server A(VLAN 10)

Client del Server B

bridge 802.1DVLAN -unaware

Bridge 802.1QVLAN-aware

STPPorta Blocking

Client del Server A

2o Caso

VLAN 15

VLAN 10

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STANDARD IEEE 802.1vAssegnazione VLAN per protocollo

Classificazione VLAN Port-and-Protocol-based È possibile associare indipendentemente:

Una VLAN alla porta di ricezione (per port VLAN)Più VLAN sulla medesima porta in base al protocollo dei pacchetti entranti (per protocol VLAN)

Classificazione dei pacchetti ricevuti:Su base protocollare se trasportano uno dei protocolli per cui è stata definita un’associazione a VLAN Gli altri assumono la VLAN associata alla porta d'ingresso (per port VLAN)

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Identificazione del protocollo trasportatoSi prendono in esame campi differenti a seconda del

formato del pacchetto:Ethernet V 2.0IEEE 802.3 conforme alla RFC 1042IEEE 802.3 allo standard IEEE 802.1HIEEE 802.3 con Private SNAPTutti gli altri casi di formati IEEE 802.3

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Campi per la classificazione

DA/SA Type ……….

DA/SA Length LLC DSAP/SSAP ……….

DA/SA Length AA-AA-03 00-00-00 Type ……….

DA/SA Length AA-AA-03 PID ……….

DA/SA Length AA-AA-03 00-00-F8 Type ……….

1 – Ethernet V 2.0

2 - 802.3 RFC 1042

3 - 802.3 Private SNAP

4 - 802.3 conforme a802.1H

5 - 802.3 con altriindirizzi LLC

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Pilastri su cui 802.1v basa le sue funzioniProtocol Group Database

Codice dei protocolli classificabili Group ID (identifier)

I Group ID sono associati alle VLAN in modo flessibile:Una VLAN per ogni Group IDPiù Group ID alla medesima VLAN

Più VLAN ID (VID) per porte che ricevono traffico di tipo untagged

Classificazione Port-and-Protocol-based

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Esempio di assegnazione multiple VID sulle porte dello switch

Tipo di pacchetto

Ether Type/ LLC Group ID

Ethernet 08-00 A

Ethernet 08-06 B

RFC 1042 08-00 C

RFC 1042 08-06 F

Protocol Group Database

Group ID VIDA 234B 567C 234D 567

1

Group ID VIDA 123B 123

789

Insieme diVID per la

porta 1

Insieme diVID per la

porta 2

PVID porta 1

PVID porta 2

(Port VLAN ID)

DA/SA Type ……….

DA/SA Length AA-AA-03 00-00-00 Type ……….

Ethernet

802.3 RFC 1042

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Inter Switch Link (ISL) di CiscoIl frame originale viene incapsulato con un header ISL ed una nuova FCS

Si tratta di un metodo di two level taggingPermette il supporto di 1024 VLANSpanning multilpli (uno per VLAN)Realizzato in ASIC per garantire prestazioni wire speed

ISL Header26 bytes Encapsulated frame 1 ... 24.5 KBytes FCS

4 bytes

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Formato dell’header ISLI primi 40 bit del MAC DA identificano un indirizzo di destinazione multicastGli altri 8 bit sono usati come campo type e user

MACMAC--DSAPDSAP

DA Type User SA Len AA-AA-03 HSA VLAN BPDU Index Res

01-00-0c-00-00

Type: tipo della tramaEthernet, Token Ring, FDDI,…

User: user prioritysimile alla priorità definita in IEEE 802.1p

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Spanning tree per VLAN su ISL

ST VLAN-2

ST VLAN-8

S1

S3S2