Giao thức cây mở rộng trong VLAN Lời mở đầuHiện nay, hầu hết các ứng dụng mới đều yêu cầu rất nhiều tài nguyên của hệ thống và băng thông mạng, cũng như các yêu cầu về điều khiển, giám sát mạng. Để một doanh nghiệp vừa và nhỏ, với một số vốn đầu tư ban đầu hạn chế, có thể tiếp cận được với các công nghệ hiện đại, bắt kịp sự phát triển của thế giới thì cần các giải pháp mang tính đột phá.Trong điều kiện kinh tế hiện nay, hầu hết các tổ chức hay doanh nghiệp có phạm vi hoạt động bị giới hạn về diện tích và mặt bằng đều triển khai xây dựng mạng VLAN để phục vụ cho cho việc quản lý dữ liệu nội bộ cơ quan mình được thuận lợi, đảm bảo tính an toàn dữ liệu cũng như tính bảo mật dữ liệu.Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của ngành công nghiệp viễn thông, vấn đề dự phòng là một trong những điều đáng quan tâm hàng đầu hiện nay. Mục đích của đồ án là tìm hiểu về công nghệ VLAN và sử dụng giao thức cây mở rộng để ngăn chặn sự lặp vòng trong hạ tầng mạng có triển khai dự phòng. Nội dung đồ án có cấu trúc như sau : Chương 1: Giới thiệu chung về VLANChương 2: Các giao thức sử dụng trong VLANChương 3: Giao thức cây mở rộng STP (Spanning Tree Protocol)Chương 4: Sử dụng giao thức cây mở rộng trên VLAN giả lập Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện đồ án với đề tài :”Giao thức cây mở rộng trong VlAN” em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên PGS. Ts. Bùi Trung Hiếu đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình để em có thể hoàn thành tốt Đồ án này.Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn đã giảng dạy, cung cấp cho em nhiều kiến thức trong suốt 4 năm học vừa qua tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.Do thời gian tìm hiểu còn ngắn, kiến thức của em còn hạn hẹp nên đồ án còn nhiều thiếu xót. Em mong các thầy, cô chỉ bảo thêm để em có thể hoàn thiện tốt hơn đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn. Chương 1: Giới thiệu chung về VLAN1.1. VLAN là gì ? VLAN là cụm từ viết tắt của Virtual Local Area Network, có nghĩa là mạng cục bộ ảo hay LAN ảo (Virtual LAN). Các kỹ thuật cho phép tạo lập các LAN độc lập trên cùng một kiến trúc hạ tầng vật lý, thậm chí trên cùng một Switch. Việc tạo lập nhiều LAN ảo trong cùng một mạng nội bộ (giữa các khoa trong một trường học, giữa các ban trong một công ty,...) giúp giảm thiểu trang thiết bị và tạo thuận lợi cho việc quản lý một mạng nội bộ rộng lớn.Hãy xét một ví dụ như sau: Giả sử một công ty có 3 bộ phận là Kỹ thuật, Nhân sự, Kế toán và mỗi bộ phận lại trải ra trên 3 tầng của một tòa nhà. Để kết nối các máy tính trong một bộ phận với nhau thì ta có thể lắp cho mỗi tầng một switch. Điều đó có nghĩa là mỗi tầng phải dùng 3 Switch cho 3 bộ phận, nên để kết nối 3 tầng trong công ty cần phải dùng tới 9 Switch. Rõ ràng cách làm như vậy là rất tốn kém mà lại không thể tận dụng được hết số cổng vốn có của một Switch. Chính vì lẽ đó, giải pháp VLAN ra đời nhằm giải quyết vấn đề trên một cách đơn giản mà vẫn tiết kiệm được tài nguyên.
Mục lục Danh mục hình ảnh Lời mở đầu Hiện nay, hầu hết ứng dụng yêu cầu nhiều tài nguyên hệ thống băng thông mạng, yêu cầu điều khiển, giám sát mạng Để doanh nghiệp vừa nhỏ, với số vốn đầu tư ban đầu hạn chế, tiếp cận với cơng nghệ đại, bắt kịp phát triển giới cần giải pháp mang tính đột phá Trong điều kiện kinh tế nay, hầu hết tổ chức hay doanh nghiệp có phạm vi hoạt động bị giới hạn diện tích mặt triển khai xây dựng mạng VLAN để phục vụ cho cho việc quản lý liệu nội quan thuận lợi, đảm bảo tính an tồn liệu tính bảo mật liệu Cùng với phát triển ngày mạnh mẽ ngành công nghiệp viễn thơng, vấn đề dự phịng điều đáng quan tâm hàng đầu Mục đích đồ án tìm hiểu cơng nghệ VLAN sử dụng giao thức mở rộng để ngăn chặn lặp vịng hạ tầng mạng có triển khai dự phịng Nội dung đồ án có cấu trúc sau : Chương 1: Giới thiệu chung VLAN Chương 2: Các giao thức sử dụng VLAN Chương 3: Giao thức mở rộng STP (Spanning Tree Protocol) Chương 4: Sử dụng giao thức mở rộng VLAN giả lập Lời cảm ơn Trong trình thực đồ án với đề tài :”Giao thức mở rộng VlAN” em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên PGS Ts Bùi Trung Hiếu hướng dẫn bảo tận tình để em hồn thành tốt Đồ án Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô môn giảng dạy, cung cấp cho em nhiều kiến thức suốt năm học vừa qua Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Do thời gian tìm hiểu cịn ngắn, kiến thức em hạn hẹp nên đồ án cịn nhiều thiếu xót Em mong thầy, bảo thêm để em hồn thiện tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn Chương 1: Giới thiệu chung VLAN 1.1 VLAN ? VLAN cụm từ viết tắt Virtual Local Area Network, có nghĩa mạng cục ảo hay LAN ảo (Virtual LAN) Các kỹ thuật cho phép tạo lập LAN độc lập kiến trúc hạ tầng vật lý, chí Switch Việc tạo lập nhiều LAN ảo mạng nội (giữa khoa trường học, ban công ty, ) giúp giảm thiểu trang thiết bị tạo thuận lợi cho việc quản lý mạng nội rộng lớn Hãy xét ví dụ sau: Giả sử cơng ty có phận Kỹ thuật, Nhân sự, Kế toán phận lại trải tầng tòa nhà Để kết nối máy tính phận với ta lắp cho tầng switch Điều có nghĩa tầng phải dùng Switch cho phận, nên để kết nối tầng công ty cần phải dùng tới Switch Rõ ràng cách làm tốn mà lại tận dụng hết số cổng vốn có Switch Chính lẽ đó, giải pháp VLAN đời nhằm giải vấn đề cách đơn giản mà tiết kiệm tài nguyên Hình 1.1 Mơ hình VLAN Như hình ta thấy tầng công ty cần dùng Switch, Switch chia VLAN Các máy tính phận Kỹ thuật gán vào VLAN Kỹ thuật, PC phận khác gán vào VLAN tương ứng Cách làm giúp tiết kiệm số switch phải sử dụng đồng thời tận dụng hết số cổng sẵn có Switch 1.2 Phân loại VLAN a Phân loại theo ứng dụng: Theo ứng dụng, VLAN phân thành loại Data VLAN, Default VLAN, Native LAN, VLAN quản lý VLAN thoại + Data VLAN: VLAN phổ biến nhất, gọi VLAN người dùng thiết kế để sử dụng cho kết nối người dùng Data VLAN thiết kế cho nhóm người dùng nhóm làm việc, ví dụ, VLAN dành cho người dùng sử dụng để tải file, truy cập web, mail, … + Default VLAN: VLAN mặc định có tất Switch khởi tạo tất cổng Switch nằm VLAN Khi sử dụng Switch Cisco, VLAN mặc định VLAN thay đổi tên hay xóa VLAN Hình 1.2 Default VLAN + Native VLAN: VLAN Switch mà khung tín hiệu (Frame) xuất phát từ qua đường truyền chung cho VLAN (đường trung kế) khơng phải đóng gói thêm trường VLAN ID Mặc định Native VLAN Switch cisco VLAN1 Hình 1.3 Native VLAN + VLAN quản lý: Để giám sát từ xa Switch hệ thống mạng mình, cần phải có VLAN đặc biệt dùng để thực việc này, VLAN quản lý VLAN quản lý tạo cách gán địa IP dùng để telnet từ xa vào hệ thống mạng thông qua địa IP cấm người dùng khác truy cập vào thiết bị Vì VLAN nhạy cảm cấp số quyền quản trị nên cần phải tách riêng khỏi VLAN khác để đảm bảo yếu tố an toàn bảo mật Khi mạng xảy vấn đề VLAN quản lý cho phép nhà quản trị truy cập vào thiết bị giải vấn đề Hình 1.4 VLAN quản lý + VLAN thoại: Lưu lượng thoại nhạy cảm với độ trễ (ping) nên cần phải thiết lập VLAN dành riêng cho thoại để khắc phục vấn đề Trên VLAN thoại cho phép thiết lập QoS để phân luồng liệu tiếng nói cách hiệu Ở mạng này, cổng Ethernet thiết lập cho người dùng có kết nối dành cho thoại dành cho liệu Kết nối liệu từ PC đến IP-Phone hoạt động kiểu truy xuất (mode access), từ IP-Phone đến Switch kết nối trung kế (trunk) để tín hiệu thoại tách khỏi liệu khác Hình 1.5 VLAN thoại b Phân loại theo tạo lập: Theo phương thức tạo lập, VLAN phân thành loại VLAN tĩnh, VLAN động VLAN thoại + VLAN tĩnh: VLAN có cách tạo lập đơn giản phổ biến Mỗi cổng Switch gắn với VLAN xác định (mặc định VLAN 1), thiết bị máy chủ gắn vào cổng thuộc VLAN + VLAN động: Cách tạo lập sử dụng có nhiều bất tiện việc quản lý VLAN dược hình thành theo quy định địa MAC, ví dụ, Switch gán MAC: 111111 PC1 thuộc VLAN 10 PC1 có cắm vào cổng Switch thuộc VLAN 10 Để gán MAC cho VLAN bắt buộc phải có VMPS Server (VLAN Mangerment Policy Server) + VLAN thoại: Được tạo lập dảnh riêng cho thông tin thoại 1.3 Hoạt động VLAN VLAN hoạt động theo bước sau : Các Virtual LAN mạng xác định số cụ thể gọi VLAN ID • Phạm vi giá trị hợp lệ 1- 4094 Trên Switch, ta định cổng với số VLAN thích hợp • Tiếp đến, Switch cho phép gửi liệu port khác có Virtual LAN • Vì hầu hết mạng có nhiều Switch nhất, vậy, cần có cách để gửi lưu lượng hai Switch mạng Cách đơn giản dễ thực gán cổng Switch cho VLAN sử dụng cáp để kết nối chúng với • 1.4 Phạm vi sử dụng VLAN Phạm vi 0, 4095 2-1001 1002-1005 1006-4094 Sử dụng VLAN dành riêng cho hệ thống, khơng thể nhìn thấy sử dụng Là VLAN mặc định Switch Khơng thể xóa hay sửa VLAN này, sử dụng VLAN bình thường Có thể tạo, sử dụng xóa VLAN mặc định Cisco cho FDDI (fiber distributed data interface) Token Ring Không thể xóa VLAN Là phạm vi mở rộng VLAN 1.5 Lợi ích VLAN • Tiết kiệm băng thông hệ thống mạng: VLAN chia mạng LAN thành nhiều đoạn (segment) nhỏ, đoạn vùng quảng bá (broadcast domain) Khi có gói tin quảng bá (broadcast), truyền VLAN tương ứng Do việc chia thành VLAN giúp tiết kiệm băng thơng hệ thống mạng • Tăng khả bảo mật: Do thiết bị VLAN khác truy nhập vào (trừ ta sử dụng router nối VLAN) Như Hình 1.1, máy tính VLAN Kế tốn liên lạc với Máy VLAN Kế tốn khơng thể kết nối với máy tính VLAN Kỹ thuật • Dễ dàng thêm hay bớt máy tính vào VLAN: Việc thêm máy tính vào VLAN đơn giản, cần cấu hình cổng cho máy vào VLAN mong muốn • Giúp mạng có tính linh động cao: VLAN cho phép dễ dàng di chuyển thiết bị Giả sử ví dụ trên, sau thời gian sử dụng cơng ty định để phận tầng riêng biệt Với VLAN, ta cần cấu hình lại cổng Switch đặt chúng vào VLAN theo yêu cầu 10 SW1(config)#vlan 10 SW1(config-vlan)#vlan 20 SW2(config)#vlan 10 SW2(config-vlan)#vlan 20 SW3(config)#vlan 10 SW3(config-vlan)#vlan 20 - Cài đặt giao thức mở rộng cho VLAN: SW1(config)#spanning-tree vlan 10 root primary SW1(config)#spanning-tree vlan 20 root secondary Switch làm Root-Switch cho VLAN 10 làm dự phòng cho VLAN 20 SW2(config)#spanning-tree vlan 20 root primary SW2(config)#spanning-tree vlan 10 root secondary Switch làm Root-Switch cho VLAN 20 làm dự phòng cho VLAN 10 36 Chương 4: Sử dụng giao thức mở rộng VLAN giả lập 4.1 Mơ hình thí nghiệm Hình 4.1 Mơ hình thí nghiệm sử dụng phần mềm giả lập EVE 4.2 Yêu cầu thí nghiệm - Thực đấu nối thiết bị hình - Tạo VLAN 10,20,30 tất Switch - Cài đặt VTP cho Switch để đồng thông tin VLAN - Thiết lập đường trung kế Switch - Cài đặt để : 37 Switch làm Root-Switch cho VLAN 10, Switch làm dự phòng cho VLAN 10 • Switch làm Root-Switch cho VLAN 20, Switch làm dự phịng cho VLAN 20 • Switch làm Root-Switch cho VLAN 30 • - Sử dụng kỹ thuật Router-On a Stick để định tuyến VLAN giúp PC với VLAN khác trao đổi với 4.3 Quy hoạch IP - Thiết lập dải địa IP PC : PC1: 192.168.10.0/24 PC2: 192.168.20.0/24 PC3: 192.168.30.0/24 PC4: 192.168.10.0/24 PC5: 192.168.30.0/24 PC6: 192.168.20.0/24 - Thiết lập địa IP cổng ảo Router Cổng e0/1.10 : 192.168.10.1 Cổng e0/1.20 : 192.168.20.1 Cổng e0/1.30 : 192.168.30.1 4.4 Một số lệnh sử dụng - Tạo VLAN Switch : Trên Switch SW1>en SW1#configure terminal SW1(config)#vlan 10 SW1(config-vlan)#name Ky thuat SW1(config-vlan)#exit SW1(config)#vlan 20 38 SW1(config-vlan)#name Nhan su SW1(config-vlan)#exit SW1(config)#vlan 30 SW1(config-vlan)#name Ke toan SW1(config-vlan)#exit Trên Switch SW2>en SW2#configure terminal SW2(config)#vlan 10 SW2(config-vlan)#name Ky thuat SW2(config-vlan)#exit SW2(config)#vlan 20 SW2(config-vlan)#name Nhan su SW2(config-vlan)#exit SW2(config)#vlan 30 SW2(config-vlan)#name Ke toan SW2(config-vlan)#exit Trên Switch SW3>en SW3#configure terminal SW3(config)#vlan 10 SW3(config-vlan)#name Ky thuat SW3(config-vlan)#exit SW3(config)#vlan 20 SW3(config-vlan)#name Nhan su SW3(config-vlan)#exit SW3(config)#vlan 30 39 SW3(config-vlan)#name Ke toan SW3(config-vlan)#exit - Gán VLAN cho PC : Trên Switch 1: SW1(config)#interface ethernet 1/0 SW1(config-if)#switchport mode access SW1(config-if)#switchport access vlan 20 SW1(config-if)#exit SW1(config)#interface ethernet 0/0 SW1(config-if)#switchport mode access SW1(config-if)#switchport access vlan 10 SW1(config-if)#exit SW1(config)#interface ethernet 0/2 SW1(config-if)#switchport mode access SW1(config-if)#switchport access vlan 30 SW1(config-if)#exit Trên Switch SW2(config)#interface ethernet 1/0 SW2(config-if)#switchport mode access SW2(config-if)#switchport access vlan 30 SW2(config-if)#exit SW2(config)#interface ethernet 0/0 SW2(config-if)#switchport mode access SW2(config-if)#switchport access vlan 10 SW2(config-if)#exit SW2(config)#interface ethernet 0/1 SW2(config-if)#switchport mode access 40 SW2(config-if)#switchport access vlan 20 SW2(config-if)#exit - Cài đặt VTP Switch: Trên Switch 1: SW1(config)#vtp domain ptit SW1(config)#vtp password 123 SW1(config)#vtp mode client Trên Switch 2: SW1(config)#vtp domain ptit SW1(config)#vtp password 123 SW1(config)#vtp mode client Trên Switch 3: SW1(config)#vtp domain ptit SW1(config)#vtp password 123 SW1(config)#vtp mode server - Thiết lập đường trung kế Trên Switch 1: SW1(config)#interface ethernet 0/1 SW1(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW1(config-if)#switchport mode trunk SW1(config-if)#exit SW1(config)#interface ethernet 2/1 SW1(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW1(config-if)#switchport mode trunk SW1(config-if)#exit Trên Switch 2: SW2(config)#interface ethernet 2/0 41 SW2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW2(config-if)#switchport mode trunk SW2(config-if)#exit SW2(config)#interface ethernet 2/1 SW2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW2(config-if)#switchport mode trunk SW2(config-if)#exit Trên Switch 3: SW3(config)#interface ethernet 0/0 SW3(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW3(config-if)#switchport mode trunk SW3(config-if)#exit SW3(config)#interface ethernet 0/1 SW3(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW3(config-if)#switchport mode trunk SW3(config-if)#exit SW3(config)#interface ethernet 0/2 SW3(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW3(config-if)#switchport mode trunk SW3(config-if)#exit - Thiết lập cổng ảo Router R1(config)#interface ethernet 0/1 R1(config-if)#no shut R1(config)#interface e0/1.10 R1(config-subif)#encapsulation dot1Q 10 R1(config-subif)#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0 R1(config-subif)#ex 42 R1(config)#interface e0/1.20 R1(config-subif)#encapsulation dot1Q 20 R1(config-subif)#ip add 192.168.20.1 255.255.255.0 R1(config-subif)#ex R1(config)#interface e0/1.30 R1(config-subif)#encapsulation dot1Q 30 R1(config-subif)#ip add 192.168.30.1 255.255.255.0 - Cài đặt giao thức mở rộng Switch: Switch làm Root-Switch cho VLAN 10, Switch làm dự phòng cho VLAN 10 SW1(config)#spanning-tree vlan 10 root primary SW1(config)#spanning-tree vlan 20 root secondary • Switch làm Root-Switch cho VLAN 20, Switch làm dự phòng cho VLAN 20 SW2(config)#spanning-tree vlan 20 root primary SW2(config)#spanning-tree vlan 10 root secondary • Switch làm Root-Switch cho VLAN 30 SW3(config)#spanning-tree vlan 30 root primary • 4.5 Kết đạt - Kiểm tra VLAN tạo Switch : Trên Switch Switch tương tự - Kiểm tra VTP Switch : 43 Ta chọn Switch chế độ Server, Switch Switch chế độ Client - Kiểm tra đường trung kế tạo Switch Trên Switch 1: 44 Trên Switch 2: Trên Switch 3: - Kiểm tra hoạt động STP Switch : Trên Switch 1: Switch Root-Switch VLAN 10 45 Switch dự phòng cho VLAN 20 Trên Switch 2: Switch dự phòng cho VLAN 10 46 Switch Root-Switch VLAN 20 Trên Switch Switch Root-Switch VLAN 30 47 Cổng e0/0 Switch bị khóa Switch Root-Switch VLAN 10 nên PC gán với VLAN 10 trao đổi liệu ưu tiên tuyến đường qua Switch Tương tự VLAN 20, cổng e0/2 Switch bị khóa Switch Root-Switch VLAN 20 nên PC gán với VLAN 20 trao đổi liệu ưu tiên tuyến đường qua Switch - Kiểm tra kết nối PC : Ta xét trường hợp không sử dụng Router để định tuyến VLAN : 48 Ping từ PC2 đến PC6 ngược lại : Ping từ PC2 đến PC1: Từ kết ping ta thấy PC2 PC6 thuộc VLAN 20 nên chúng kết nối trao đổi liệu với Từ PC2 đến PC1 49 kết nối với chúng thuộc VLAN khác (PC2 thuộc VLAN 20 PC1 thuộc VLAN 10) Ta xét trường hợp sử dụng Router để định tuyến VLAN: Ping từ PC2 đến PC1 ngược lại: Từ kết ping ta thấy nhờ có Router PC với VLAN ứng với phòng ban khác kết nối trao đổi liệu với 50 ... VLAN Chương 3: Giao thức mở rộng STP (Spanning Tree Protocol) Chương 4: Sử dụng giao thức mở rộng VLAN giả lập Lời cảm ơn Trong trình thực đồ án với đề tài :? ?Giao thức mở rộng VlAN? ?? em xin gửi... SW2(config) #vlan 10 SW2(config -vlan) #vlan 20 SW3(config) #vlan 10 SW3(config -vlan) #vlan 20 - Cài đặt giao thức mở rộng cho VLAN: SW1(config)#spanning-tree vlan 10 root primary SW1(config)#spanning-tree vlan. .. tiếp liệu 3.5 Giao thức mở rộng cho VLAN (Per -VLAN Spanning Tree Plus) Giao thức mở rộng không xem xét đến việc ngăn lặp vòng mạng cho VLAN Nếu tiến hành chạy tiến trình STP cho tất VLAN hệ thống