Definition Was ist ein VLAN-Trunk?

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Ein VLAN-Trunk transportiert den Datenverkehr mehrerer VLANs gleichzeitig über eine einzige physische Leitung oder über ein Leitungsbündel. Switches können dadurch so miteinander verschaltet werden, dass sich virtuelle LANs über mehrere Switches hinweg ausdehnen. VLAN-Trunks sind unverzichtbar, um lokale Netzwerke effizient, strukturiert und performant zu skalieren.

VLAN-Trunks verbinden Switches untereinander und transportieren den Datenverkehr mehrerer verschiedener virtueller LANs gleichzeitig. Dadurch lassen sich VLAN-Strukturen über die Trunk-Leitung hinweg abbilden und virtuelle LANs über mehrere Switches und Lokationen aufspannen. Ein lokales VLAN ist nicht mehr auf einen einzelnen physikalischen Switch begrenzt, sondern erstreckt sich über mehrere Switches hinweg. Alle Teilnehmer eines VLANs befinden sich, egal an welchem Switch sie physisch angeschlossen sind, im gleichen virtuellen Netzwerk. Der Vorgang des Verbindens von Switches mit VLAN-Trunks wird als VLAN-Trunking bezeichnet.

VLAN-Trunks haben eine hohe Bandbreite und können aus einer einzigen Leitung oder aus einem Bündel von Leitungen bestehen. Das Bündeln von Leitungen erhöht die Übertragungskapazität und die Verfügbarkeit der Kopplung. Als Übertragungsmedien kommen üblicherweise Kupferkabel oder Glasfasern zum Einsatz. Für einige Einsatzbereiche existieren auch drahtlose Techniken, mit denen sich funkbasierte VLAN-Trunk-Verbindungen herstellen lassen. VLAN-Trunks werden aber nicht nur für Inter-Switch-Verbindungen, sondern auch zur Anbindung von Servern, Routern, Firewalls, Virtualisierungs-Hosts und anderen Geräten mit getaggtem VLAN-Verkehr verwendet.

Was ist ein VLAN?

Um VLAN-Trunking besser zu verstehen, ist es zunächst notwendig, zu verstehen, was VLANs sind und wie sie funktionieren.

Virtual Local Area Networks (VLANs) unterteilen ein physikalisches lokales Netzwerk in einer geswitchten Umgebung in mehrere logisch voneinander getrennte Netzwerke. Obwohl die Geräte am gleichen Switch angeschlossen sind, bildet jedes virtuelle Netzwerk eine eigene Broadcast-Domäne. Die Teilnehmer unterschiedlicher VLANs können erst über die Broadcast-Domäne hinweg kommunizieren, wenn ihr Verkehr von einem Router vermittelt wird. Der Router übernimmt die Aufgabe der Weiterleitung der Datenpakete in das gewünschte Ziel-VLAN. Dafür benötigt er Anschlüsse in den jeweils zu vermittelnden VLANs. Stellt ein Switch intern selbst eine Routing-Funktion zur Verfügung, bezeichnet man diesen als Layer-3- oder Multilayer-Switch.

Die Zuordnung der Teilnehmer zu einem virtuellen Netzwerk erfolgt am Switch auf unterschiedliche Arten. Grundsätzlich kann zwischen portbasierten und Tagged VLANs unterschieden werden. Auch dynamische Zuordnungen auf Basis von MAC- oder IP-Adressen, UDP- und TCP-Ports oder Authentifizierungsinformationen sind möglich.

Portbasierte VLANs (Untagged VLANs) nehmen die Unterteilung in die verschiedenen Netze durch die Zuordnung der einzelnen Ports vor. Der physische Switch wird in mehrere logische Switches unterteilt. Die einzelnen Ports gehören jeweils genau zu einem logischen Switch. Schließt man einen Teilnehmer an einen Port eines anderen logischen Switches an, wechselt er die Broadcast-Domäne. Ohne Router können nur die Teilnehmer an einem logischen Switch miteinander kommunizieren. Um die Ports einem bestimmten logischen Switch zuzuordnen, müssen die Switches managebar sein und sich konfigurieren lassen. Je nach Typ und Anzahl der vorhandenen Ports kann eine bestimmte Zahl logischer Switches auf einem einzelnen physischen Switch eingerichtet werden.

Bei einem Tagged Virtual LAN existiert keine feste Zuordnung zwischen virtuellem Netzwerk und physischem Anschlussport. An einem einzelnen Switch-Port können gleichzeitig auch mehrere VLANs angeschlossen sein. Um die verschiedenen virtuellen Netzwerke zu unterscheiden, erhält jeder Ethernet-Frame einen so genannten Tag. Es handelt sich dabei um eine Erweiterung des Ethernet-Frames, in der sich eine bestimmte ID für das VLAN hinterlegen lässt. Sie kennzeichnet eindeutig, zu welcher Broadcast-Domäne der jeweilige Ethernet-Frame gehört und welchem logischen Switch er zugeordnet wird.

Das Tagging-Verfahren ist primär im IEEE-Standard 802.1Q spezifiziert. Darüber hinaus gibt es aber auch herstellerspezifische Tagging-Verfahren. Der 802.1Q-Tag wird im Ethernet-Frame zwischen der Source-MAC-Adresse und dem EtherType-Feld eingefügt und ist insgesamt vier Byte lang.

Warum ist VLAN-Trunking notwendig?

Ein übergreifendes VLAN-Konzept sorgt für eine flexible Aufteilung von Broadcast-Domänen über mehrere Switches hinweg. Eine Broadcast-Domäne bleibt nicht mehr auf einen einzelnen Switch begrenzt. Die Teilnehmer können unabhängig von ihrem Ort einem virtuellen Netzwerk zugeordnet werden, ohne dass physische Verbindungen zu verändern sind. Damit die Geräte eines VLANs aber switchübergreifend kommunizieren können, ist es notwendig, die Switches so zu verbinden, dass die VLAN-Informationen übertragen werden. Diese Aufgabe übernehmen die VLAN-Trunks. Ohne VLAN-Trunking müsste man für die Verbindung der Switches untereinander für jedes VLAN einen eigenen Link einrichten und betreiben.

Wären auf einem Switch beispielsweise drei VLANs eingerichtet, die sich über mehrere Switches erstrecken sollen, wären drei einzelne Uplink-Verbindungen zwischen den Switches notwendig. Größere lokale Netzwerke mit komplexen VLAN-Strukturen und vielen virtuellen Netzen wären auf diese Art und Weise kaum sinnvoll realisierbar. Eine flexiblere und besser skalierbare Lösung stellen VLAN-Trunks dar. Sie verbinden die Switches mit ihren verschiedenen VLANs mit nur einer einzigen physischen Leitung. Der Port, über den das Trunking erfolgt, überträgt die Frames aus den verschiedenen VLANs mit den jeweils zugehörigen Tags. Über diese Tags kann der empfangende Switch jeden Frame eindeutig dem entsprechenden virtuellen Netzwerk zuordnen.

Wie ist VLAN-Trunking technisch realisiert?

Moderne Switches besitzen entweder hardwaremäßig fest definierte Trunking-Ports oder lassen flexibel bestimmte Ports für das Trunking konfigurieren. Grundsätzlich ist eine Unterscheidung zwischen Access-Ports für Netzwerkendgeräte ohne Tags und Trunking-Ports für Switch-Uplinks oder Geräte wie Server und Router mit getaggtem Verkehr möglich. Trunk-Leitungen stellen hohe Bandbreiten im Gigabit-Bereich zur Verfügung. Üblich sind Geschwindigkeiten von 1, 10 oder 25 Gbit/s, in größeren Rechenzentrumsumgebungen können auch Bandbreiten von 40 oder 100 Gbit/s und mehr zum Einsatz kommen.

Ist einem Port die VLAN-Trunking-Funktion zugewiesen, ist dieser in der Lage, mit VLAN-Informationen umzugehen. Um die einzelnen VLANs auf einem Trunk unterscheiden zu können, werden den Ethernet-Frames Tags mit einer VLAN-ID hinzugefügt. Erfolgt das Tagging nach dem Standard IEEE 802.1Q, sind mit der 12 Bit langen VLAN-ID maximal bis zu 4094 aktive VLANs (VLAN-IDs 1 bis 4094) möglich (die IDs 0 und 4095 sind für den internen Gebrauch reserviert). Die VLAN-Trunks haben oft ein so genanntes natives VLAN, dessen Frames ohne Tag übertragen werden. Es wird beispielsweise zur Übertragung von Verwaltungsdaten genutzt.

VLAN-Trunking und Link-Aggregation

VLAN-Trunking lässt sich mit Link-Aggregation kombinieren. Switches, die beides beherrschen, können mehrere parallele Verbindungen zu einer logischen Trunk-Verbindung zusammenfassen. Hat jede Leitung beispielsweise eine Geschwindigkeit von zehn Gigabit pro Sekunde, ergibt sich auf einer aus zwei Leitungen aggregierten Verbindung eine Geschwindigkeit von 20 Gigabit pro Sekunde.

Neben proprietären und untereinander nicht kompatiblen Verfahren für Link-Aggregation existiert mit IEEE 802.1AX (früher IEEE 802.3ad) ein eigener Standard zur herstellerübergreifenden Bündelung von mehreren Trunk-Leitungen zu einem logischen Kanal. Dank Link-Aggregation lässt sich mit relativ einfachen Mitteln die Bandbreite zwischen Switches vervielfachen. Zusätzlich bietet die Bündelung den Vorteil, dass beim Ausfall einer einzelnen Leitung die grundsätzliche Konnektivität zwischen den Switches nicht betroffen ist. Es reduziert sich lediglich die Bandbreite.

VLAN-Trunking und Link-Aggregation sind daher beliebte Technologien, um redundante, ausfallsichere lokale Netzwerke über verschiedene Lokationen hinweg mit hohen Bandbreiten zu realisieren.

Welche Vorteile bietet VLAN-Trunking?

Kurz zusammengefasst bietet VLAN-Trunking diese Vorteile:

• ermöglicht das strukturierte und performante Aufspannen virtueller VLANs über mehrere Switches hinweg

• reduziert den Hardware- und Verkabelungsaufwand (spart Kabel, Ports und Kosten) und sorgt für eine bessere Skalierbarkeit

• lässt sich für einzelne oder gebündelte Verbindungen mit IEEE 802.1Q und IEEE 802.1AX herstellerübergreifend realisieren

• ermöglicht neben Inter-Switch-Verbindungen die Anbindung von Servern, Routern, Firewalls, Virtualisierungs-Hosts und anderen Geräten mit getaggtem VLAN-Verkehr

• ermöglicht durch die Bündelung von VLAN-Trunks flexible und ausfallsichere Netzdesigns mit hohen Verbindungsbandbreiten

• ermöglicht eine zentralisierte VLAN-Verwaltung und saubere Netzwerksegmentierung

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