Tìm hiểu về cách thức xây dựng mạng vlan trên thiết bị switch

Danh mục các từ viết tắtARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉATM Asynchronous Transfes Mode Chế độ truyền tải bất đồng bộCAM Content Addressable Memory Bộ nhớ địa c

Trờng đại học vinh

vlan trên thiết bị switch

Giáo viên hớng dẫn : Ts Lê Ngọc Xuân

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Nhã

Vinh, năm 2009

1

Lời Nói Đầu

Trong những năm lại đây mạng Internet nói chung và cơ sở hạ tầng mạng VLAN nói riêng ở Việt Nam phát triển nh vũ bão, vì thế một tình trạng cấp thiết

đợc đặt ra cho các kỹ s mạng là phải làm sao, thiết kế cài đặt sơ đồ mạng sao cho tối u nhất về các mặt phơng tiên Trong quá trình học tập tại trờng Đại Học Vinh cũng nh thực tập tại công ty VNPT viễn thông Hà Tĩnh, em đã đợc tiếp xúc, đợc đọc, tham khảo về công nghệ này Một công nghệ cho thấy đợc tính v-

ợt trội so với các công nghệ đi trớc nó

Vì vậy em quyết định thực hiện đề tài “ Tìm hiểu về cách thức xây dựng mạng VLAN trên thiết bị Switch”.

Do thời gian có hạn, công nghệ VLAN là một công nghệ mới, phức tạp hơn nữa kiến thức của bản thân vẫn còn nhiều hạn chế, thiếu sót nên chắc chắn rằng đề tài không thể tránh khỏi những sai sót Mong các thầy cô, các bạn góp ý cho em để em có thể hiểu sâu hơn, rộng hơn về công nghệ này

Đây là đề tài đợc thực hiện trong một thời gian dài và là thành quả lớn nhất của em trong quá trình học tập dới mái Trờng Đại Học Vinh Ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, em còn đợc sự động viên giúp đỡ của rất nhiều ngời

để hoàn thành đề tài

Em xin cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Công nghệ Thông tin, các Thầy cô giáo trờng Đại Học Vinh đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu

Em xin cảm ơn thầy T.S Lê Ngọc Xuân đã tận tình hớng dẫn, định hớng

góp ý cho em nhiều điều vô cùng quý báu trớc và trong quá trình em thực hiện

đề tài này

Vinh, ngày 01 tháng 05 năm 2009 Nguyễn Hồng Nhã

MụC LụC

Lời Nói Đầu 2

MụC LụC 3

Danh mục các từ viết tắt 7

Chơng 1 giới thiệu 9

1.1 Tổng quan về đề tài 9

1.2 Phạm vi đề tài 9

Chơng 2 công nghệ vlan 10

2.1 Giới thiệu chung về VLAN 10

2.2 Lợi ích của VLAN 11

2.3 Thay đổi sự quản lý 11

2.4 Vấn đề bảo mật 12

2.6 Bảng 2-1 Giới thiệu một số thiết bị chuyển mạch hỗ trợ tính năng VLAN có bán tại thị trờng Việt Nam 14

2.7 Các loại cáp và kết nối .15

2.7.1 cáp xoắn đôi 15

2.7.2 Kết nối Switch sử dụng cáp Rollover 16

2.7.3 Các kết nối VLAN 17

2.7.4 Các loại cáp Serial 17

2.7.5 Phơng pháp sử dụng các loại cáp Serial 19

Chơng 3 cấu trúc, hoạt động của vlan trên họ Switch 22

3.1 Tìm hiểu về họ Switch và cách xây dựng mạng vlan trên nó 22

3.1.1 Giới thiệu sơ qua về Switch 22

3.1.2 Phân đoạn mạng bằng Switch 23

3.1.3 Hoạt động cơ bản của Switch 23

3.1.4 Thời gian trễ của Ethernet Switch 24

3.1.5 Mô hình OSI và chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 25

3.1.5.1 Giới thiệu qua về mô hình 7 lớp OSI .25

3.1.5.2 Chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 27

3.1.6 Chuyển mạch đối xứng và bất đối xứng 28

3.1.7 Bộ đệm 29

3.1.8 Hai phơng pháp chuyển mạch 30

3.1.9 Hoạt động của Switch 30

3.1.9.1 Chức năng của Ethernet Switch 30

3.1.9.2 Các chế độ chuyển mạch frame 32

3.1.9.3 Switch học địa chỉ 33

3.1.9.4 Các lệnh cấu hình cơ bản trên dòng Switch 1900, 2900, 2950 .34 3.1.9.4.1 Một số quy tắc về trình bày câu lệnh 34

3.1.9.4.2 Một số câu lệnh cơ bản 35

3.2 Cấu trúc và hoạt động của VLAN 40

3.2.1 Cấu trúc 40

3.2.2 Cách thức tạo lập VLAN 40

3

3.2.2.1 Static VLAN 41

3.2.2.1.1 Hiện thị thông tin VLAN 41

3.2.2.1.4 Gán các cổng sử dụng câu lệnh range (chỉ với dòng Switch 2950 ) 43

3.2.2.1.5 Lu cấu hình VLAN 43

3.2.2.1.6 Xóa cấu hình VLAN 43

3.2.2.1.7 Xử lý sự cố VLAN 45

3.2.2.1.8 Ví dụ cấu hình VLAN trên Switch 2900 45

3.2.2.2 Dynamic VLAN 49

3.2.3 Chia mạng VLAN 50

3.2.3.1 Các End-to-End VLAN (VLAN đầu cuối) 50

3.2.3.2 Geographic VLANs (Các VLAN cục bộ) 51

3.2.4 Các kiểu VLAN 51

3.2.5 Nhận dạng VLAN Frame 52

3.3 Phân biệt các VLAN 53

3.3.1 VLAN 1 53

3.3.2 Default VLAN 53

3.3.3 User VLAN 53

3.3.4 Native VLAN 54

3.3.5 Management VLAN 54

3.4 Xử lý sự cố VLAN 54

3.4.1 Lý do 54

3.4.2 Tiến trình xử lý sự cố VLAN 55

3.4.3 Ngăn chặn cơn bão quảng bá 56

chơng 4 Giao thức mạch nối các VLAN 58

4.1 Sự ra đời của thuật ngữ Trunking 58

4.1.1 Khái niệm 58

4.1.2 Hoạt động của Trunking 58

4.1.3 Cấu hình một cổng là Trunk trên Switch 59

4.1.3.1 Cấu hình ISL trunk 59

4.1.3.2 Cấu hình Dot1Q trunk 59

4.1.3.3 kiểm tra trunking 60

4.2 Giao thức mạch nối VTP 60

4.2.1 Nguồn gốc VTP 60

4.2.2 Khái niệm VTP 61

4.2.3 Lợi ích của VTP 61

4.2.4 VTP domain 62

4.2.5 Các chế độ VTP 63

4.2.5.1 VTP Server (Chế độ mặc định) 63

4.2.5.2 VTP Client 63

4.2.5.3 Chế độ VTP trong suốt (Transparent) 63

4.2.6 Cấu hình VTP 64

4.2.6.1 Cấu hình VTP 64

4.2.6.2 Kiểm tra cấu hình VTP 65 4.3 Ví dụ tham khảo thêm về định tuyến VLAN 66 Tài liệu tham khảo 74

5

Danh mục các từ viết tắt

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa

chỉATM Asynchronous Transfes Mode Chế độ truyền tải bất

đồng bộCAM Content Addressable Memory Bộ nhớ địa chỉ

CLI Command Line Interface Giao diện dòng lệnhDCE Data Communication Equipment Thiết bị truyền thông dữ

liệu

DRAM Dynamic Random Access Memory Ram động

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệuHTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu

văn bảnIEEE Instituse Of Electrical And

Electronic Engineers

Viện các kỹ thuật điện

và điện tử

ISL Inter-Switch-Link Chuyển đổi giao diện

liên kết

LANE Local Area Network Emulation Mô phỏng mạng LANNIC Network Interface Card Cạc giao tiếp mạngOSI Open Systems Interconnection Liên kết các hệ thống

mở

STP Shielded Twisted Pair Cáp xoắn có vỏ bảo vệVLAN Vitual Local Area Network Mạng LAN ảo

VMPS VLAN Management Policy Server Chính sách quản lý

VLANVTP VLAN Trunking Protocol Giao thức mạch nối các

VLAN

7

Chơng 1 giới thiệu 1.1 Tổng quan về đề tài

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng Trớc đây, khi nhu cầu ít, thông tin đợc trao đổi rất đơn giản, có khi chỉ là kí hiệu, những chữ thông thờng rồi dần đến văn bản, email, tệp tin nhỏ, nh… hiện nay, và cả trong tơng lai, ngời ta không chỉ muốn trao đổi các loại hình thông tin đơn giản cũ nữa mà ngời ta muốn trao đổi cả những thông tin có kích thớc lớn hơn, đa dạng nh âm thanh hình ảnh, video…

Trớc thực tế đó, ngoài việc đa ra các chính sách, các qui định, còn cần phải có các công nghệ mới để hỗ trợ cho việc xây dựng và triển khai dịch vụ Ngời ta cần phải cải tạo hệ thống mạng để đáp ứng đợc nhu cầu đó, từ mạng lõi mạng phân tán cũng đã đợc cải thiện một cách đáng kể Riêng cơ sở hạ tầng mạng gặp khó khăn hơn, về con ngời cũng nh thiết bị mới Vấn đề đợc đặt ra ở

đây là ngời quản trị phải làm gì để duy trì mạng của họ làm việc một cách tốt nhất và an toàn nhất

Nh chúng ta đã biết Tập đoàn Cisco là một tập đoàn lớn về các thiết bị phần cứng, họ đã không ngừng cải thiện và đa ra các dòng thiết bị để giúp chúng ta xây dựng một hạ tầng làm việc tốt nhất, thiết bị Switch cũng vậy nó đ-

ợc ứng dụng rất rộng rãi trên hạ tầng mạng, ngày nay có rất nhiều ứng dụng đợc xây dựng trên thiết bị đó, VLAN trong đề tài này là một ứng dụng rất thực tiễn

Đề tài “ Tìm hiểu về cách thức xây dựng mạng VLAN trên thiết bị

thiết bị Switch và ứng dụng của nó

1.2 Phạm vi đề tài

Công nghệ VLAN là công nghệ mới và có nhiều vấn đề cần nghiên cứu

Đề tài “ Tìm hiểu về cách thức xây dựng mạng VLAN trên thiết bị Switch”không tập trung vào nghiên cứu chuyên sâu một vấn đề mà chỉ nghiên cứu

9

VLAN với vai trò là một kỹ thuật trên các dòng họ Switch 1900, 2900, 2950, làm nổi bật lên công nghệ VLAN, các u điểm cũng nh khả năng ứng dụng của công nghệ.

Một chức năng lớn của công nghệ chuyển mạch Ethernet đó là VLAN Công nghệ VLAN đợc sử dụng để nhóm các workstation và server vào trong

một nhóm logic Các thiết bị trong một VLAN đợc hạn chế truyền thông cùng với các thiết bị trong VLAN cho nên hoạt động mạng chuyển mạch giống nh một số lợng của các LAN riêng lẻ không kết nối Các doanh nghiệp thờng sử dụng VLAN nh một cách chắc chắn rằng các nhóm user riêng biệt đợc nhóm một cách logic Mạng LAN thông thờng các workgroup và các phòng ban (Marketing, Accounting, Engineering) nằm trong một mạng vật lý, nhng với VLAN thì đợc nằm trong một mạng logic.

Hình 2-1: Mô tả các phòng ban dùng VLAN

2.2 Lợi ích của VLAN

Các công ty tiếp tục đợc kiện toàn lại bộ máy làm việc Trung bình hằng năm có từ 20% đến 40% lực lợng lao động chuyển công tác (thôi việc, chuyển công ty khác) Di chuyển, thêm và thay đổi là những thứ làm đau đầu nhà quản

lý và là một trong những nguyên nhân làm tăng chi phí quản lý mạng

2.3 Thay đổi sự quản lý

VLAN cung cấp một hiệu quả kỹ thuật cho việc điều khiển các thay đổi

và giảm bớt chi phí đó là kết hợp việc cấu hình lại các HUB và Router Các user trong một VLAN có thể chia sẻ trong cùng một không gian địa chỉ (đó là địa chỉ IP Subnet) mà không quan tâm đến vị trí Khi các user trong một VLAN di chuyển từ nơi này đến nơi khác, miễn là các user đó vẫn nằm trong VLAN và đ-

ợc kết nối tới cổng Switch và địa chỉ mạng không đợc thay đổi Thay đổi vị trí

có thể đơn giản nh cắm một máy tính vào cổng trên VLAN Switch và cấu hình lại cổng trên Switch vào VLAN

11

2.4 Vấn đề bảo mật

VLAN có một hiệu quả kỹ thuật cho việc mở rộng tờng lửa từ các Router tới kết cấu Switch và bảo vệ mạng một lần nữa khỏi các mối nguy hiểm Firewall đợc tạo ra bằng cách gán các cổng Switch hoặc các user vào các nhóm VLAN cụ thể Trong một Switch, lu lợng broadcast trong phạm vi một VLAN không truyền ra ngoài VLAN Những cổng liền kề không thuộc một VLAN thì không nhận lu lợng broadcast mà các VLAN khác quảng bá Kiểu cấu hình này thực chất giảm bớt lu lợng broadcast, dành băng thông cho lu lợng ngời dùng thực sự

Một vấn đề chia sẻ LAN thông thờng là chúng tơng đối dễ bị xâm nhập Bằng cách cắm dây mạng vào một cổng, một user có thể truy cập vào bên trong của phân đoạn mạng Trong nhóm làm việc lớn thì nguy cơ bị truy nhập trái phép cũng cao hơn

Hiệu quả chi phí và kỹ thuật quản trị dễ dàng, khả năng bảo mật cao là phân đoạn mạng và đa các user vào trong nhóm các broadcast Điều này cho phép quản lý mạng theo các cách sau đây:

- Hạn chế số lợng user trong một nhóm VLAN

- Ngăn ngừa các user truy nhập trái phép mà không đợc sự đồng ý của chơng trình quản lý VLAN

- Cấu hình tất cả các cổng không đợc sử dụng vào một dịch vụ VLAN cấp thấp mặc định

Kiểu thực thi của việc phân đoạn là tơng đối dễ Các cổng của Switch đợc nhóm vào với nhau theo một kiểu ứng dụng và đặc quyền truy cập Các ứng dụng hạn chế và các tài nguyên đợc đặt trong một VLAN bảo mật Trong VLAN bảo mật, Switch hạn chế truy cập vào nhóm Việc hạn chế có thể là dựa trên khu vực địa chỉ, kiểu ứng dụng, hoặc kiểu giao thức

Hình 2-2: Tất cả các user đợc gắn vào cùng cổng là cùng một VLAN2.5 Một số sơ đồ mạng vlan

13

8 port 10/100/1000, Small form &

fanless, VLAN support & tagging, Web Managed

205

LinkPro-SH-316RS 16 port 10/100 Base-T VLAN,

TRUNK, WEB SMART

45

LinkPro-SH-9324RS 24 port 10/100 Base-T, VLAN,

TRUNK

78

LinkPro SH-08160GS 16 port 100/1000 Base-T VLAN,

TRUNK, WEB SMART

235

COMPEX SAS2224B 24 port 10/100 Base -T VLAN 72

COMPEX SXP1224B 24 port 10/100 Base-T, VLAN,

Bảng 2-2 Chức năng của các dây trên Jack cắm RJ-45

2.7.2 Kết nối Switch sử dụng cáp Rollover

- Hình 2-6: Hiển thị phơng pháp kết nối từ PC đến Switch hoặc router thông qua cáp Rollover

Hình 2-6: Mô hình đấu nối thiết bị Switch với PC

- Hình 2-7, 2-8, 2-9 sẽ hiển thị hình mô tả phơng pháp cấu hình trên PC

để kết nối đến router hoặc Switch thông qua cáp Rollover

- Xác định các thông số cài đặt trên PC để thực hiện kết nối Router hoặc Switch

Hình 2-7: Các bớc vào chế độ Hyper Terminal

T1/E1 RJ-48C/CA81A M¹ng T1 hoÆc E1 Rollover

BRI S/T RJ-48C/CA81A ThiÕt bÞ NT1 hoÆc PINX RJ-45

17

- Hình 2-12: sẽ hiển thị đầu cáp DCE đực và DTE cái, là đầu cáp còn lại

Hình 2-13: Đầu chuyển đổi từ USB sang Serial cho Labtop.

2.7.5 Phơng pháp sử dụng các loại cáp Serial

- Bảng 2-4 Sẽ mô tả cách để sử dụng các loại cáp serial Điều này rất quan trọng để chắc chắn rằng bạn cài đặt đúng các loại cáp

Bảng 2-4 Phơng pháp sử dụng các loại cáp để kết nối thiết bị.

Cable:

Cổng COM trên máy tính Cổng Console của

Router/Switch

Rollover

Card NIC của máy tính Card NIC của máy tính Cáp chéo

Cổng của Switch Cổng Ethernet của Router Cáp thẳng

Cổng của Switch Cổng của Switch Cáp chéo

Cổng Ethernet của Router Cổng Ethernet của Router Cáp chéo

Card NIC của máy tính Cổng Ethernet của Router Cáp chéo

Cổng Serial của Router Cổng Serial của Router Cáp serial DCE/DTE

- Bảng 2-5 Là danh sách vị trị các PIN của các loại cáp: Thẳng, chéo, và

cáp Rollover

Bảng 2-5 Vị trí của các PIN trên các loại cáp khác nhau.

Pin 1 – Pin 1 Pin 1 – Pin 3 Pin 1 – Pin 8

Pin 2 – Pin 2 Pin 2 – Pin 6 Pin 2 – Pin 7

Pin 3 – Pin 3 Pin 3 – Pin 1 Pin 3 – Pin 6

19

Pin 4 – Pin 4 Pin 4 – Pin 4 Pin 4 – Pin 5Pin 5 – Pin 5 Pin 5 – Pin 5 Pin 5 – Pin 4Pin 6 – Pin 6 Pin 6 – Pin 2 Pin 6 – Pin 3Pin 7 – Pin 7 Pin 7 – Pin 7 Pin 7 – Pin 2Pin 8 – Pin 8 Pin 8 – Pin 8 Pin 8 – Pin 1

Chơng 3 cấu trúc, hoạt động của vlan trên họ

Switch 3.1 Tìm hiểu về họ Switch và cách xây dựng mạng vlan trên nó

3.1.1 Giới thiệu sơ qua về Switch

Việc thiết kế LAN đợc phát triển và thay đổi nhiều theo thời gian Cho

đến gần đây các nhà thiết kế mạng vẫn còn sử dụng hub, bridge để xây dựng hệ thống mạng Còn hiện nay, Switch và router là hai thiết bị quan trọng nhất trong LAN, khả năng và hoạt động của hai loại thiết bị này không ngừng đợc nâng cao

Phần này sẽ quay lại một số nguồn gốc của các phiên bản Ethernet LAN, một cái nhìn về hoàn cảnh lịch sử của sự phát triển LAN nói chung và VLAN nói riêng và các thiết bị mạng làm việc ở lớp 1, lớp 2, lớp 3 của mô hình OSI sẻ giúp chúng ta hiểu rõ hơn tại sao các thiết bị mạng đã đợc phát triển một cách nhanh chóng nh vậy

Cho đến gần đây hầu hết các mạng Ethernet vẫn còn đợc sử dụng Repeater, Hub Khi hiệu quả hoạt động của mạng này yếu đi vì có nhiều thiết bị cùng chia sẻ một môi trờng truyền thì các kỹ s mạng mới lắp thêm Bridge để chia mạng thành nhiều miền đụng độ mạng nhỏ hơn Khi hệ thống mạng càng phát triển lớn hơn phức tạp hơn, Bridge đợc phát triển thành Switch nh bây giờ, cho phép phân đoạn cực nhỏ hệ thống mạng Các mạng ngày này đợc xây dựng dựa trên Switch và Router, thậm chí có thiết bị bao gồm cả hai chức năng định tuyến và chuyển mạch Phần này sẽ giới thiệu về cách phân đoạn mạng và mô tả hoạt động cơ bản của Switch Switch là thiết bị Lớp 2 đợc sử dụng để tăng băng thông và giảm nghẽn mạch Một Switch có thể phân mạng LAN thành các

đoạn VLAN siêu nhỏ

3.1.2 Phân đoạn mạng bằng Switch

Chuyển mạch giúp giảm đi tình trạng thiếu hụt băng thông và nghẽn mạch Switch sẽ phân đoạn mạng thành các vi đoạn, thu nhỏ tối đa kích thớc miền đụng độ Tuy nhiên tất cả các host kết nối vào một Switch vẫn nằm trong cùng một miền quảng bá

Trong mạng Ethernet LAN thuần chuyển mạch, các node thực hiện chức năng truyền và nhận giống nh là trong mạng chỉ có duy nhất mình nó vậy Khi hai node thiết lập kế nối, một mạch ảo đợc thiết lập giữa chúng và cung cấp toàn bộ băng thông mạng Mạch ảo này chỉ tồn tại trong Switch khi các node cần trao đổi Các kết nối bằng Switch cung cấp nhiều thông lợng hơn so với Ethernet LAN kết nối bằng bridge hay hub

Hình 3-1: Mô hình đấu nối giả định

- Switch loại trừ đụng độ bằng cách phân đoạn cực nhỏ

- Thời gian trễ thấp và tốc độ chuyển trang frame cao trên mỗi port

- Hoạt động tốt với card mạng và cáp

3.1.3 Hoạt động cơ bản của Switch.

Chuyển mạch thực hiện đợc việc này bằng cách giảm giao thông và tăng băng thông, Switch thờng đợc sử dụng để thay thế cho hub và vẫn hoạt động tốt với các cấu trúc cáp có sẵn Switch thực hiện hoạt động chính sau:

- Chuyển mạch frame

- Bảo trì hoạt động chuyển mạch

23

Hình 3-2: Mô hình giả lập chuyển frame

- Khả năng truy cập riêng biệt trên cổng

- Loại trừ đợc đụng độ và tăng thông lợng đờng truyền

- Hỗ trợ đợc nhiều phiên giao dịch cùng một lúc

- Chuyển frame dựa trên bảng chuyển mạch

+ Chuyển frame dựa theo địa chỉ MAC (Lớp 2)

- Hoạt động ở Lớp 2 của mô hình OSI

- Học vị trí kết nối của từng máy trạm bằng cách ghi nhận địa chỉ nguồn trên frame nhận vào

+ Chuyển frame ra tất cả các port khi địa chỉ đích là quảng bá, multicasthoặc là một địa chỉ mà Switch không biết

+ Chỉ chuyển frame ra port khác khi địa chỉ đích nằm ở port khác với port nhận vào

3.1.4 Thời gian trễ của Ethernet Switch.

Thời gian trễ là khoảng thời gian từ lúc Switch bắt đầu nhận frame cho

đến khi Switch đã chuyển hết frame ra port đích Thời gian trễ này phụ thuộc vào cấu hình chuyển mạch và lợng giao thông qua Switch

Thời gian trễ đợc đo đơn vị nhỏ hơn giây Đối với thiết bị mạng hoạt động với tốc độ cao thì mỗi một nano giây trễ hơn là một ảnh hởng lớn đến hoạt động mạng

3.1.5 Mô hình OSI và chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3

3.1.5.1 Giới thiệu qua về mô hình 7 lớp OSI

Để giải quyết vấn đề này, tổ chức ISO – (International Organization for Standardization) đợc nghiên cứu các mô hình mạng khác nhau và vào năm 1984

đa ra mô hình tham khảo OSI giúp cho các nhà sản xuất khác nhau có thể dựa vào đó để sản xuất ra các thiết bị (phần cứng cũng nh phần mềm) có thể liên lạc

và làm việc đợc với nhau ISO đã đa ra mô hình 7 lớp cho mạng, gọi là mô hình tham khảo OSI (Open System Interconnection Reference Model)

Hình 3-3: Mô hình OSI

• Lớp 1: Lớp Physical

Lớp này đa ra các tiêu chuẩn kỹ thuật về điện, các chức năng để tạo thành và duy trì kết nối vật lý trong hệ thống Các đặc điểm cụ thể của lớp này là: mức điện áp, thời gian chuyển mức điện áp, tốc độ truyền vật lý, khoảng cách tối đa, các đầu nối

Thực chất của lớp này là thực hiện việc kết nối các phần tử của mạng thành một hệ thống bằng các kết nối vật lý, ở mức này sẽ có các thủ tục đảm bảo cho các yêu cầu hoạt động nhằm tạo ra các đờng truyền vật lý cho các chuỗi bit thông tin

• Lớp 2: Lớp Data link

25

Lớp kết nối dữ liệu cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua một kết nối vật lý Lớp này cung cấp các thông tin về: địa chỉ vật lý, cấu trúc mạng, ph-

ơng thức truy cập các kết nối vật lý, thông báo lỗi và quản lý lu thông trên mạng

Lớp transport chia nhỏ dữ liệu từ trạm phát và phục hồi lại thành dữ liệu

nh ban đầu tại trạm thu và quyết định cách xử lý của mạng đối với các lỗi phát sinh khi truyền dữ liệu Lớp này nhận các thông tin từ lớp tiếp xúc, phân chia thành các đơn vị dữ liệu nhỏ hơn và chuyển chúng tới lớp mạng Nó có nhiệm

vụ bảo đảm độ tin cậy của việc liên lạc giữa hai máy, thiết lập, bảo trì và ngắt kết nối của các mạch

• Mức 5: Lớp Session

Lớp Session có nhiệm vụ thiết lập, quản lý và kết thúc một phiên làm việc giữa hai máy Lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp Presentation Nó đồng bộ hoá quá trình liên lạc giữa hai máy và quản lý việc trao đổi dữ liệu

Lớp ứng dụng tơng tác trực tiếp với ngời sử dụng và nó cung cấp các dịch

vụ mạng cho các ứng dụng của ngời sử dụng nhng không cung cấp dịch vụ cho các lớp khác Lớp này thiết lập khả năng liên lạc giữa những ngời sử dụng, đồng

bộ và thiết lập các quy trình xử lý lỗi và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu

3.1.5.2 Chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3

Chuyển mạch là tiến trình nhận frame vào từ một cổng và chuyển frame

ra một cổng khác Router sử dụng chuyển mạch Lớp 3 để chuyển mạch các gói

đã đợc định tuyến xong Switch sử dụng chuyển mạch Lớp 2 để chuyển frame

Sự khác nhau giữa chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 là loại thông tin nằm trong frame đợc sử dụng để quyết định chọn cổng ra là khác nhau Chuyển mạch Lớp 2 dựa trên thông tin về địa chỉ MAC Còn chuyển mạch Lớp 3 thì dựa vào địa chỉ lớp mạng ví dụ nh địa chỉ IP

Chuyển mạch Lớp 2 nhìn vào địa chỉ MAC đích trong phần header của frame và chuyển frame ra đúng port dựa theo thông tin về địa chỉ MAC trên bảng chuyển mạch Bảng chuyển mạch đợc lu trong bộ nhớ địa chỉ CAM (Content Addressable Memory) Nếu Switch Lớp 2 không biết phải gửi frame ra port nào cụ thể thì đơn giản là nó quảng bá frame ra tất cả các port của nó Khi nhận đợc gói trả lời về, Switch sẽ ghi nhận địa chỉ mới vào CAM Chuyển mạch Lớp 3 là một chức năng của Lớp mạng Chuyển mạch Lớp 3 kiểm tra thông tin nằm trong phần header của Lớp 3 và dựa vào địa chỉ IP trong đó để chuyển gói

Hình 3-4: Bộ chuyển mạch lớp 2

27

Hình 3-5: Bộ chuyển mạch lớp 3

3.1.6 Chuyển mạch đối xứng và bất đối xứng

Chuyển mạch LAN đợc phân loại thành đối xứng và bất đối xứng dựa trên băng thông của mỗi Port trên Switch Chuyển mạch đối xứng là chuyển mạch giữa các port có cùng băng thông Chuyển mạch bất đối xứng là chuyển mạch giữa các port có băng thông khác nhau, ví dụ nh giữa các port 10 Mb/s và port 100 Mb/s

Chuyển mạch bất đối xứng cho phép dành nhiều băng thông hơn cho port nối vào server để tránh nghẽn mạch trên đờng này khi có nhiều client cùng truy cập vào server cùng một lúc Chuyển mạch bất đối xứng cần phải có bộ nhớ

đệm để giữ frame đợc liên tục giữa hai tốc độ khác nhau của hai port

- Chuyển mạch giữa hai port có cùng băng thông (10/10 Mb/s hay 100/100 Mb/s)

- Thông lợng củng tăng khi số lợng thông tin liên lạc đồng thời tại một thời điểm củng tăng

Hình 3-6: Chuyển mạch đối xứng

- Chuyển mạch giữa hai port không cùng băng thông (10/100 Mb/s)

- Đòi hỏi phải có bộ nhớ đệm

Hình 3-7: Chuyển mạch bất đối xứng

3.1.7 Bộ đệm

Ethernet Switch sử dụng bộ đệm để giữ và chuyển frame Bộ đệm còn

đ-ợc sử dụng khi port đích đang bận Có hai loại bộ đệm có thể sử dụng để chuyển frame là bộ đệm theo port và bộ đệm chia sẻ

Trong bộ đệm theo port, frame đợc lu thành từng hàng đợi tơng ứng với từng port nhận vào Sau đó frame chỉ đợc chuyển sang hàng đợi của port đích khi tất cả các frame trớc nó trong hàng đợi đã đợc chuyển hết Nh vậy một frame có thể làm cho tất cả các frame còn lại trong hàng đợi phải hoãn lại vì port đích của frame này đang bận Ngay cả khi port đích đang trống thì cũng vẫn phải chờ một khoảng thời gian để chuyển hết frame đó

Bộ đệm đợc chia sẻ để tất cả các frame vào chung một bộ nhớ Tất cả các port của Switch chia sẻ cùng một bộ đệm Dung lợng bộ đệm đợc tự động phân

bổ theo nhu cầu của mỗi port ở mỗi thời điểm Frame đợc tự động phân bổ theo nhu cầu của mỗi port ở mỗi thời điểm Frame trong bộ đệm đợc tự động đa ra port phát Nhờ cơ chế chia sẻ nay, một frame nhận đợc từ port này không cần phải chuyển hàng đợi để phát ra port khác

Switch giữ một sơ đồ cho biết frame nào tơng ứng với port nào và sơ đồ này sẽ đợc xóa đi sau khi đã truyền frame thành công Bộ đệm đợc sử dụng theo dạng chia sẻ Do đó frame lớn có thể chuyển đi đợc và ít bị rớt gói hơn Điều

29

này rất quan trọng đối với chuyển mạch bất đồng bộ vì frame đợc chuyển mạch giữa hai port có tốc độ khác nhau.

- Bộ đệm theo port lu các frame theo hàng đợi tơng ứng với từng port nhận vào

- Bộ đệm chia sẻ lu tất cả các frame vào chung một bộ nhớ Tất cả các port trên Switch chia sẻ cùng một vùng nhớ này

3.1.8 Hai phơng pháp chuyển mạch

Sau đây là hai phơng pháp chuyển mạch dành cho frame:

- Store-and-forwad: Nhận vào toàn bộ frame xong rồi mới bắt đầu chuyển

đi Switch đọc địa chỉ nguồn, đích và lọc frame nếu cần trớc khi quyết định chuyển frame ra Vì Switch phải nhận xong toàn bộ frame rồi mới bắt đầu tiến trình chuyển mạch frame nên thời gian trễ sẽ càng lớn đối với frame càng lớn Tuy nhiên nhờ vậy Switch mới có thể kiểm tra lỗi cho toàn bộ frame giúp khả năng phát hiện lỗi cao hơn

- Cut-through: Frame đợc chuyển đi trớc khi nhận xong toàn bộ frame Chỉ cần địa chỉ đích có thể đọc đợc rồi là đã có thể chuyển frame ra Phơng pháp này làm giảm thời gian trễ nhng đồng thời cũng làm giảm khả năng phát hiện lỗi frame

3.1.9 Hoạt động của Switch

3.1.9.1 Chức năng của Ethernet Switch

Switch là một thiết bị mạng chọn lựa đờng dẫn để gửi frame đến đích, hoạt động ở Lớp 2 của mô hình OSI

Đôi khi Switch còn đợc gọi là bridge đa port hay hub chuyển mạch Switch quyết định chuyển frame dựa trên địa chỉ MAC, do đó nó đợc xếp vào thiết bị Lớp 2 Ngợc lại, hub chỉ tái tạo lại tín hiệu Lớp 1 và phát tín hiệu đó ra tất cả các port của nó mà không hề thực hiện một sự chọn lựa nào Chính nhờ Switch có khả năng chọn lựa đờng dẫn để quyết định chuyển frame lên mạng

LAN có thể hoạt động hiệu quả hơn Switch nhận biết host nào kết nối vào port của nó bằng cách đọc địa chỉ MAC nguồn trong frame mà nó nhận đợc Khi hai host thực hiện liên lạc với nhau, Switch chỉ thiết lập một mạch ảo giữa hai port tơng ứng và không làm ảnh hởng đến lu thông trên các port khác Trong khi đó, hub chuyển dữ liệu ra tất cả các port của nó nên mọi host đều nhận đợc dữ liệu

và phải xử lý dữ liệu cho dù những dữ liệu này không phải gửi cho chúng Do

đó, mạng Lan có hiệu suất hoạt động cao thờng sử dụng chuyển mạch toàn bộ

Switch tập trung các kết nối và quyết định chọn đờng dẫn để chuyển dữ liệu hiệu quả Frame đợc chuyển mạch từ port nhận vào đến port phát ra Mỗi port là một kết nối cung cấp chọn băng thông cho host

Trong Ethernet hub, tất cả các port kết nối vào một mạch chính, hay nói cách khác, tất cả các thiết bị kết nối hub sẽ cùng chia sẻ băng thông mạng Nếu

có hai máy trạm đợc thiết lập phiên kết nối thì chúng sẽ sử dụng một lợng băng thông đáng kể và hoạt động của các thiết bị còn lại kết nối vào hub sẽ bị giảm xuống

Để giải quyết tình trạng trên, Switch xử lý mỗi port là một segment riêng biệt Khi các máy ở các port khác nhau cần liên lạc với nhau, Switch sẽ chuyển

từ frame từ port này sang port kia và đảm bảo cung cấp chọn băng thông cho mỗi phiên kết nối

Để chuyển frame hiệu quả giữa các port, Switch lu giữ một bảng địa chỉ Khi Switch nhận vào một frame, nó sẽ ghi nhận địa chỉ MAC của máy gửi tơng ứng với port mà nó nhận frame đó vào Sau đây là các đặc điểm chính của Ethernet Switch

- Tách biệt giao thông trên từng segment

- Tăng nhiều hơn lợng băng thông dành cho mỗi user bằng cách tạo miền

đụng độ nhỏ hơn

Đặc điểm đầu tiên: Tách biệt giao thông trên từng segment Ethernet Switch chia hệ thống mạng thành các đơn vị cực nhỏ gọi là microsegment Các

31

segment nh vậy cho phép các user trên segment khác nhau có thể gửi dữ liệu cùng một lúc mà không làm chậm lại các hoạt động của mạng

Bằng cách chia nhỏ hệ thống mạng, bạn sẽ làm giảm lợng user và thiết bị cùng chia sẻ một băng thông Mỗi segment là một miền đụng độ riêng biệt Ethernet Switch giới hạn lu thông bằng chỉ chuyển gói đến đúng port cần thiết dựa trên địa chỉ MAC lớp 2

Đặc điểm thứ hai của Ethernet Switch là đảm bảo cung cấp băng thông nhiều hơn cho user bằng cách tạo các miền đụng độ nhỏ hơn Ethernet và Fast Ethernet Switch chia nhỏ mạng LAN thành nhiều segment nhỏ Mỗi segment này là một kết nối riêng giống nh là một làn đờng riêng 100 Mb/s vậy Trong các hệ thống mạng hiện nay, Fast Ethernet Switch đợc sử dụng làm đờng trục chính cho LAN, còn Ethernet hub, Ethernet Switch hoặc Fast Ethernet hub đợc

sử dụng để kết nối xuống các máy tính Khi các ứng dụng mới nh truyền thông

đa phơng tiện, video hội nghị ngày càng trở nên phổ biến hơn thì mỗi máy tính sẽ đợc một kết nối 100 Mb/s riêng vào Switch

3.1.9.2 Các chế độ chuyển mạch frame

Có 3 chế độ chuyển mạch frame:

-Fast-forwad: Switch đọc đợc địa chỉ của frame là bắt đầu chuyển frame

đi luôn mà không cần chờ nhận đợc hết frame Nh vậy, frame đợc chuyển đi

tr-ớc khi nhận hết toàn bộ frame Do đó, thời gian trễ giảm xuống những khả năng phát hiện lỗi kém Fast-forward là một thuật ngữ đợc sử dụng để chỉ Switch

đang ở chế độ chuyển mạch cut-through

-Store-and-forward: Nhận vào toàn bộ frame rồi mới bắt đầu chuyển frame đi Switch đọc địa chỉ nguồn, đích là thực hiện lọc bỏ frame nếu cần rồi mới quyết định chuyển frame đi Thời gian Switch nhận frame vào sẽ gây ra thời gian trễ Frame càng lớn thì thời gian trễ càng vì Switch phải nhận xong toàn bộ frame rồi mới tiến hành chuyển mạch cho frame Nhng nh vậy thì

Switch mới có đủ thời gian và dữ liệu để kiểm tra lỗi frame, nên khả năng phát hiện lỗi cao hơn.

-Fragment-free: Nhận vào hết 64 byte đầu tiên của Ethernet frame rồi mới chuyển frame đi Fragement-free là một thuật ngữ đợc sử dụng để chỉ Switch đang sử dụng một dạng cải biên của chuyển mạch cut-through

3.1.9.3 Switch học địa chỉ

Switch chỉ chuyển từ segment này sang segment khác khi cần thiết Để thực hiện nhiệm vụ này, Switch phải biết thiết bị nào kết nối vào segment nào

Switch học địa chỉ theo các cách sau:

- Đọc địa chỉ MAC nguồn trong mỗi frame nhận đợc

- Ghi nhận lại số port mà Switch sẽ học đợc địa chỉ nào thuộc về thiết bị kết nối vào port nào của bridge hoặc Switch

- Địa chỉ học đợc và số port tơng ứng sẽ lu trong bảng địa chỉ

- CAM (Content Addressable Memory) đợc sử dụng cho các hoạt động sau:

- Lấy ra thông tin địa chỉ trong gói dữ liệu nhận đợc và xử lý chúng

- So sánh địa chỉ đích của frame với các địa chỉ trong bảng của nó

CAM lu giữ bảng địa chỉ MAC và số port tơng ứng CAM sẽ so sánh địa chỉ MAC nhận đợc với nội dung của bảng CAM Nếu tìm thấy đúng địa chỉ

đích thì số port tơng ứng sẽ đợc chọn để chuyển gói ra

Ethernet Switch học địa chỉ của từng thiết bị trong mạng kết nối vào nó bằng cách đọc địa chỉ nguồn của từng frame mà nó nhận đợc và ghi nhớ số port

mà nó vừa nhận frame đó vào Những thông tin học đợc sẽ lu trong CAM Mỗi

địa chỉ nh vậy đợc đánh dấu thời gian cho phép địa chỉ có đợc lu giữ trong một khoảng thời gian

Sau đó mỗi khi Switch đọc một địa chỉ nguồn trong frame, địa chỉ tơng ứng trong CAM sẽ đợc đánh dấu thời gian mới Nếu trong suốt khoảng thời gian

đánh dấu mà Switch không có ghi nhận gì nữa về địa chỉ đó thì nó sẽ xoá địa

33

chỉ đó ra khỏi bảng Nhờ vậy CAM luôn giữ đợc thông tin của mình chính xác

và kịp thời

3.1.9.4 Các lệnh cấu hình cơ bản trên dòng Switch 1900, 2900, 2950

3.1.9.4.1 Một số quy tắc về trình bày câu lệnh

Bảng 3-1 Là các kí hiệu chung đợc sử dụng trong đa số tài liệu của Cisco

băt buộc cho câu lệnhItalics Biểu hiện các tham số của dòng lệnh

Các tham số này là bắt buộc phải có

Và bạn phải chọn giá trị phù hợp choTham số đó để đa vào câu lệnh

{x | y | z } Biểu hiện bạn phải chọn một trong các

giá trị x, y, z trong câu lệnh

Switch đợc cấu hình bằng chuổi các lệnh, để thuận tiện và nhanh chóng trong quá trình nhập lệnh một số các phím tắt đợc sử dụng trình bày ở bảng sau

Bảng 3-2 Các phím tắt hay sử dụng khi cấu hình các thiết bị Switch

Delete Xóa kí tự bên phải con trỏ

Backspace Xóa ký tự bên trái con trỏ

Left Arrow hay Ctrl-B Di chuyển con trỏ về bên trái một ký tự

Esc-B Di chuyển con trỏ về bên trái một ký tự

Esc-F Di chuyển con trỏ về bên phải một ký tự

TAB Hiện thị toàn bộ lệnh ( chỉ có tác dụng khi

phần đã gõ của lệnh tơng ứng đủ để giúp Cisco IOS xác định lệnh đó là duy nhất )Ctrl-A Di chuyển con trỏ lên đầu

hàng lệnhCtrl-E Di chuyển con trỏ về cuối

hàng lệnhCtrl-R Hiện thị lại dòng lệnh

Ctrl-Z Kết thúc configution mode, trở về

EXEC mode

Up Arrow hay Ctrl-P Hiện thị dòng lệnh trớc

Down Arrow hay Ctrl-N Hiện thị dòng lệnh tiếp theo

3.1.9.4.2 Một số câu lệnh cơ bản

- Các câu lệnh trợ giúp

Switch>? Dấu hỏi ? ở đây làm việc tơng

tự nh đối với router

- Chế độ cấu hình đặc quyền

Switch>enable Chế độ cấu hình ngời dùng tơng tự

nh router

Switch#disable Ra khỏi chế độ cấu hình đặc quyền Switch>exit Ra khỏi chế độ cấu hình ngời dùng

- Các lệnh kiểm tra

Switch#show version Hiển thị thông tin về phần mềm, phần

cứngSwitch#show flash: Hiển thị thông tin trên bộ nhớ Flash

(chỉ cho dòng Switch 2900/2950)Switch#show mac-address-table Hiển thị bảng địa chỉ MAC hiện thờiSwitch#showcontrollers

DRAMSwitch#show start Hiển thị cấu hình hiện tại trong

NVDRAMSwitch#show post Xem thông tin về quá trình tự kiểm tra

khi bật nguồn của Switch (POST)Switch#show vlan Hiển thị cấu hình VLAN hiện tại

Switch#show interfaces Hiển thị cấu hình của cổng và trạng

thái của line up/up, up/down, admin down

Switch#show interface vlan1 Hiển thị thiết lập của cổng ảo VLAN

1, VLAN mặc định của Switch

- Khôi phục Switch về cấu hình mặc định

- Dòng Switch 1900

1900Switch#delete vtp Xoá bỏ thông tin VLAN Trunking

Protocol (VTP)1900Switch#delete nvram Thiết lập Switch về cấu hình mặc định

của nhà máy1900Switch#en

1900Switch#reload Khởi động lại Switch

- Dòng Switch 2900/2950

Switch#delete flash:vlan.dat Xoá bỏ cơ sở dữ liệu VLAN khỏi bộ

nhớ FlashDelete filename [vlan.dat]? Nhấn

Delete flash:vlan.dat? [confirm] Xác nhận lại bằng gõ

Switch#erase startup-config Xóa tệp tin khỏi NVRAM

password level 15 class

Thiết lập mật khẩu enable là class

console2900Switch(config-line)#login Bật chế độ kiểm tra mật khẩu

2900Switch(config-line)#password

cisco

Thiết lập mật khẩu là cisco

2900Switch(config-line)#exit Ra khỏi chế độ cấu hình đờng truy

cập console2900Switch(config-line)#line aux 0 Vào chế độ cấu hình đờng truy cập

auxiliary2900Switch(config-line)#login Bật chế độ kiểm tra mật khẩu

2900Switch(config-line)#password

cisco

Thiệt lập mật khẩu là cisco

2900Switch(config-line)#exit Ra khỏi chế độ cấu hình đờng truy

cập auxiliary2900Switch(config-line)#line vty 0 4 Vào chế độ cấu hình đờng truy cập

vty cho tất cả các cổng ảo2900Switch(config-line)#login Bật chế độ kiểm tra cổng ảo

2900Switch(config-line)#password

cisco

Thiết lập mật khẩu là cisco

2900Switch(config-line)#exit Thoát khỏi chế độ cấu hình vty

2900Switch(config-line)#

- Thiết lập địa chỉ IP và Gateway mặc định

37