CHƢƠNG 1: Tổng Quan về Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability)Chƣơng 2: Giao Thức HSRP hỗ trợ trong mạng Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS (Multiprotocol Label Switching)Chƣơng 3: MÔ PHỎNG VỀ ĐỘ KHẢ DỤNG CAO TRONG MẠNG MPLS/VPN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG Đề tài: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG MẠNG VỚI ĐỘ KHẢ DỤNG CAO GVHD: TS. LÊ QUANG TUẤN SVTH: LÊ DANH LỪNG TP. HCM, Tháng 01 năm 2013 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 2 MỤC LỤC CHƢƠNG 1: Tổng Quan về Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) 9 1.1. Giới thiệu về High Availability 9 1.1.1. Độ Khả Dụng A (Availability) 9 1.1.2. Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) 9 1.2. Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) dùng ở các thiết bị lớp 2 10 1.2.1. Giao Thức STP (Spanning Tree protocol) 10 1.2.1.1. Định nghĩa: 10 1.2.1.2. Mục đích sử dụng giao thức STP. 10 1.2.2. Kỹ thuật Kênh Ethernet (EtherChannel) 11 1.2.3.1. Định nghĩa: 11 1.2.3.2. Chức năng của EtherChannel 11 1.3. Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) dùng ở các thiết bị lớp 3 12 1.3.1. Giới thiệu giao thức HSRP 13 1.3.2. Giới thiệu giao thức VRRP 14 1.3.3. Giới thiệu giao thức GLBP 14 Chƣơng 2: Giao Thức HSRP hỗ trợ trong mạng Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) 16 2.1. Giới thiệu các phƣơng pháp hỗ trợ Độ Khả Dụng Cao trong hệ thống mạng 16 2.2 .Giao thức HSRP hỗ trợ trong mạng MPLS 17 2.2.1. Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) 17 2.2.1.1. Giới thiệu về MPLS 17 2.2.1.2. Các thành phần trong MPLS 17 2.2.1.3. Hoạt động và ứng dụng của MPLS 18 2.2.1.4. Công nghệ Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao thức sử dụng Mạng Riêng Ảo MPLS/VPN (MultiProtocol Label Switching /Virtual Private Network) 20 2.2.1.5. Định tuyến trong MPLS/VPN 21 2.2.1.5.1. Giao Thức Định Tuyến Cổng Nội Cao Cấp EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) . 21 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 3 2.2.1.5.2. Giao Thức Đƣờng Đi Ngắn Nhất Đầu Tiên Mở OSPF (Open Shortest Path First) 22 2.2.1.5.3 Giao Thức Cổng Biên BGP (Border Gateway Protocol) 23 2.2.2. Giao thức HSRP hỗ trợ trong mạng MPLS/VPN lớp 2 và MPLS/VPN lớp 3 . 25 2.2.2.1. Các thuật ngữ trong HSRP 25 2.2.2.2. Định dạng gói tin HSRP 26 2.2.2.2.1. Miêu tả 26 2.2.2.3.2. Định dạng 26 2.2.2.3. Hoạt động của HSRP 30 2.2.2.4. Trạng thái của HSRP 31 2.2.2.5. Định Thời Gian trong HSRP (HSRP Timer) 32 2.2.2.6. Các Sự Kiện xảy ra trong HSRP (HSRP Events) 32 2.2.2.7. Các Hành Động trong HSRP (HSRP Actions) 33 2.2.2.8. Bảng Trạng Thái HSRP 35 2.2.2.9. Truyền và nhận gói tin trong HSRP 36 2.2.2.10. Đặc điểm của HSRP 37 2.2.2.10.1. Các phiên bản của HSRP 37 2.2.2.10.2. Nhiều nhóm HSRP 38 2.2.2.10.3. Quyền ƣu tiên trong HSRP 39 2.2.2.10.4. Địa chỉ hoá HSRP 40 2.2.2.10.5. HSRP và ARP 40 2.2.2.10.6. Sử dụng địa chỉ Burned-in MAC (BIA) . 40 2.2.2.10.7. HSRP hỗ trợ chuyển hƣớng ICMP 41 2.2.2.10.8. Chức năng Theo Dõi Giao Tiếp trong HSRP 43 2.2.2.10.9.Thuật toán chứng thực MD5 trong HSRP [13.] 44 2.2.2.10.10. HSRP hỗ trợ trong MPLS [13]. 44 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 4 2.2.2.10.11 Có thể cấu hình MAC. 45 2.2.2.10.12. Hỗ trợ Nhật Ký Hệ Thống (Syslog). 45 2.2.2.9 Ƣu và nhƣợc điểm của HSRP 45 2.2.3 Giao thức HSRP hỗ trợ trong các dịch vụ của MPLS. 46 2.3 Giao thức HSRP trong các trƣờng hợp cụ thể hỗ trợ tăng độ khả dụng của hệ thống mạng 47 2.3.1 Hỏng Card và Port quan trọng của thiết bị 47 2.3.2 Đƣờng truyền bị hỏng 48 Chƣơng 3: MÔ PHỎNG VỀ ĐỘ KHẢ DỤNG CAO TRONG MẠNG MPLS/VPN 49 3.1 Ý tƣởng bài mô phỏng 49 3.1.1Cấu hình mạng doanh nghiệp đi qua mạng VNPT 49 3.2 Các thành phần trong bài mô phỏng. 50 3.3 Cài đặt thông số trong bài mô phỏng 52 3.3.1 Cấu hình định tuyến giữa các Router 52 3.3.2 Cấu hình MPLS, VPN, HSRP. 53 3.3.3 Tạo các gói tin lƣu thông trên mạng. 53 3.4 Kết quả mô phỏng và nhận xét. 53 3.4.1 Kiểm tra băng thông của các dịch vụ. 53 3.4.2 Phân tích bằng Wiresark. 56 3.4.3 Các lệnh để kiểm tra. 59 3.4.4. Mô phỏng trên thiết bị thực tế. 71 3.4.4.1. Mô hình mạng thực hiện. 71 3.4.4.2. Mô hình mạng thực tế. 72 3.4.4.3 Kết quả từ mô hình thực tế 73 3.4.5. So sánh Giao thức HSRP và Giao thức GLBP. 82 PHẦN C 83 PHỤ LỤC 83 PHỤ LỤC A 84 A.1. Cấu hình cho các Router trong mô hình 84 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 5 A.2. Giới thiệu về phần mềm trong luận văn 126 Bảng Các Từ Viết Tắt 143 Tài Liệu Tham Khảo: 146 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 6 Liệt Kê Hình Hình 1.1 Mô hình EtherChannel 12 Hình1.2 Mô hình HSRP 13 Hình 2.1: Nhãn MPLS 18 Hình 2.2 Bảng trạng thái HSRP 35 Hình 2.3 Truyền và nhận gói tin HSRP 36 Hình 2.4 Cấu hình hai nhóm HSRP 39 Hình 2.5: Chuyển hƣớng ICMP 42 Hình 3.1 Mô hình mô phỏng 49 Hình 3.2 Giao diện phần mềm Jperf. 50 Hình 3.3 Giao diện phần mềm Wireshark 51 Hình 3.4 Giao diện chính khi bắt gói tin của Wireshark 52 Hình 3.5: Băng thông của gói FTP. 54 Hình 3.6: Băng thông của gói CUSSEMEE. 55 Hình 3.7: Băng thông của gói RTSP. 56 Hình 3.8: Phân tích giao thức CUSSEMEE. 57 Hình 3.9: Phân tích giao thức RTSP. 58 Hình 3.10: Phân tích giao thức FTP. 59 Hình 3.11: Lệnh kiểm tra láng giềng giữa các PE Router 60 Hình 3.12.a: Lệnh sh ip route của các CE 1_A và CE3_A Router 60 Hình 3.12.b: Lệnh sh ip route của các CE 7_A và CE8_A Router 61 Hình 3.12.c: Lệnh sh ip route của các CE 10_A và CE11_A Router 61 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 7 Hình 3.12.d: Lệnh sh ip route của các CE 12_A và CE13_A Router 62 Hình 3.13: Lệnh sh ip route của các PE Router 62 Hình 3.14 : Kết quả bằng lệnh sh class-map trên PE Router 63 Hình 3.15: Kết quả bằng lệnh sh policy-map trên PE Router. 64 Hình 3.16: Kết quả bằng lệnh sh mpls forwarding-table trên PE Router. 65 Hình 3.17: Kết quả bằng lệnh sh ip vrf trên PE Router. 66 Hình 3.18: Kết quả bằng lệnh sh mpls l2transport vc trên các PE Router. 66 Hình 3.19a: Kết quả bằng lệnh ping giữa Router CE1_A tới CE7_A. 67 Hình 3.19b: Kết quả bằng lệnh ping giữa Router CE1_A tới CE10_A. 68 Hình 3.19c: Kết quả bằng lệnh ping giữa Router CE12_A tới CE13_A. 68 Hình 3.20a Kết quả kiểm tra HSRP trên CE1_A và CE3_A 69 Hình 3.20b Kết quả kiểm tra HSRP trên CE7_A và CE8_A 69 Hình 3.20c Kết quả kiểm tra HSRP trên CE10_A và CE11_A 70 Hình 3.21 Kết quả kiểm tra HSRP trên CE1_A khi CE3_A không hoạt động 70 Hình 3.22: Mô hình mô phỏng thực tế 71 Hình 3.23: Kết nối các thiết bị thực tế 72 Hình 3.24: Kết quả lệnh Show Vlan trên Switch AC1. 73 Hình 3.25 Kết quả lệnh show ip route trên Router DS2 74 Hình 3.26 Kết quả lệnh show ip route trên Router Core2 75 Hình 3.27 Kết quả lệnh Show interface fastethernet 0/22 trên Core2 76 Hình 3.28a Kết quả lệnh show int port-channel 4 trên Core2 77 Hình 3.28b Kết quả lệnh show int port-channel 1 trên DS1 78 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 8 Hình 3.29 Kết quả lệnh show ip interface brief trên DS2 79 Hình 3.30a Kết quả lệnh show run int vlan trên DS2 80 Hình 3.30b Kết quả lệnh show run int vlan trên DS2 81 Hình 3.31 Kết quả lệnh show standby trên DS2 82 Liệt Kê Bảng Bảng 2.1 Miêu tả gói tin HSRP 26 Bảng 2.2 Định dạng gói tin HSRP 26 Bảng 2.3 Bảng mã Opcode 27 Bảng 2.4 Bảng các trạng thái của HSRP 28 Bảng 2.5 định thời gian trong HSRP 32 Bảng 2.6 cung cấp Các Sự Kiện trong giao thức HSRP 32 Bảng 2.7 cung cấp Các Hành Động trong giao thức HSRP 33 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 9 CHƢƠNG 1: Tổng Quan về Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) 1.1. Giới thiệu về High Availability 1.1.1. Độ Khả Dụng A (Availability) Độ khả dụng A (Availability) là của mạng là khả năng thực hiện các chức năng yêu cầu tại thời điểm quy định hoặc tại thời điểm bất kỳ trong khoảng thời gian quy định với giả thiết là các điều kiện hoạt động đƣợc đáp ứng theo yêu cầu [7]. Availability đƣợc tính theo công thức [7]: Availability= Với : Thời Gian Trung Bình Giữa Các Sự Cố MTBF (Mean Time Between Failures): thời gian hoạt động mà hệ thống không có sự cố xảy ra. Thời Gian Trung Bình Để Sửa Chữa MTTR (Mean Time To Restore): thời gian cần để khắc phục lỗi một khi có sự cố xảy ra. MTBF càng lớn và MTTR càng nhỏ thì hệ thống hoạt động càng tốt. 1.1.2. Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) là một mô hình hệ thống đƣợc triển khai để cho một hệ thống có thể hoạt động một cách liên tục, là khả năng phục vụ các dịch vụ, ứng dụng của hệ thống [6], [7]. Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) cung cấp chế độ dự phòng với khả năng giúp cho hệ thống mạng không bao giờ bị gián đoạn tín hiệu truyền tải dữ liệu, tin tức…, luôn trong trạng thái sẵn sàng hoạt động nhằm tránh sự mất mát hoặc ngƣng trệ của hệ thống bằng cách giảm thiểu hoặc quản lí các lỗi của hệ thống [6]. Khi sử dụng HA hệ thống có thêm đƣờng truyền giúp chúng ta có thể thực hiện thêm vấn đề giảm tải và phân bố tải hợp lý trong hệ thống bằng các kỹ thuật Load Balancing (Cân Bằng Tải), Load Sharing (Chia Tải) trên các đƣờng truyền. Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao. Trang 10 1.2. Độ Khả Dụng Cao HA (High Availability) dùng ở các thiết bị lớp 2 1.2.1. Giao Thức STP (Spanning Tree protocol) 1.2.1.1. Định nghĩa: Giao Thức Mở Rộng Cây STP (Spanning Tree Protocol) là một giao thức lớp 2 sử dụng một giải thuật để phát hiện ra vấn đề lặp trong mạng. STP sẽ tạo một sơ đồ cấu trúc dạng cây gồm có lá và nhánh bao phủ toàn mạng [3]. 1.2.1.2. Mục đích sử dụng giao thức STP. Khi sử dụng mô hình dự phòng sẽ gây ra khó khăn cho đƣờng truyền do xuất hiện vòng lặp (Loop): Broadcast Storm (Bão Gói Tin Quảng Bá), bảng địa chỉ MAC không ổn định. Vòng lặp xảy ra trong mạng với nhiều nguyên nhân. Hầu hết các nguyên nhân thông thƣờng là kết quả của việc cố gắng tính toán để cung cấp khả năng dự phòng, trong trƣờng hợp này, một liên kết hoặc thiết bị chuyển mạch bị hỏng, các liên kết hoặc thiết bị chuyển mạch khác vẫn tiếp tục hoạt động, tuy nhiên các vòng lặp cũng có thể xảy ra do lỗi [3]. Chức năng chính của Giao Thức Cây Mở Rộng Spanning Tree là ngăn chặn sự xuất hiện vòng lặp gói tin của các thiết bị lớp 2 (Switch, Bridge). Nó giám sát toàn bộ các liên kết trên mạng nhằm đảm bảo không có sự lặp bằng cách ngắt tất cả các kết nối dƣ thừa. Giao thức sử dụng trong Spanning Tree là giao thức STP (Spanning Tree Protocol), sử dụng thuật toán STA (Spanning Tree Algorithm) để tạo một cơ sở dữ liệu đổ hình. Sau đó tìm kiếm và loại bỏ các kết nối dƣ thừa. Khi STP hoạt động, dữ liệu chỉ đƣợc chuyển đến các kết nối có chi phí thấp [3], [4]. Các ƣu điểm của giao thức STP: Giao thức STP loại bỏ các kết nối dƣ thừa. Giao thức STP giúp hệ thống trong mô hình dự phòng có Tính Sẵn Sàng Cao (High Availability). Ngoài các ƣu điểm thì giao thức STP có nhƣợc điểm trong đó cụ thể là: Thời gian phục hồi chậm, với STP, thời gian phục hồi thƣờng kéo dài 15 giây sau khi mở STP đƣợc thiết lập [2]. Nhằm cải thiện các hạn chế, STP sau này đƣợc phát triển thành Giao Thức Mở Rộng Cây Nhanh RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) và Giao Thức Mở Rộng Nhiều Cây MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) [...]... thế cân bằng tải trong cùng một nhóm 2.2 Giao thức HSRP hỗ trợ trong mạng MPLS 2.2.1 Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) 2.2.1.1 Giới thiệu về MPLS MPLS là sự kết hợp của kỹ thuật chuyển mạch lớp 2 và kỹ thuật định tuyến lớp 3 Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một cấu trúc mạng mềm dẻo để cung cấp cho đặc tính mở rộng và ổn định của mạng [11] Trong mạng MPLS, các gói tin... TTL trong IP header sẽ giảm đi một và copy qua trƣờng TTL trong nhãn MPLS, giá trị này sẽ giảm dần khi đi qua mạng MPLS, khi ra khỏi mang MPLS thì trƣờng nay lại đƣợc copy qua trƣờng TTL trong IP header, nếu giá trị là 0 thì gói sẽ bị rớt (drop) 2.2.1.3 Hoạt động và ứng dụng của MPLS [11] Hoạt động của MPLS Trang 18 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao Nguyên lý hoạt động chủ yếu của trong. .. đƣợc gửi đi khi có sự cố trong mạng chứ không truyền toàn bộ bảng định tuyến Nếu nhƣ không có thông tin định tuyến nào đƣợc trao đổi thì sau thời gian keepalive (mặc định là 60s) các router chạy BGP sẽ tự động ngắt kết nối [11] 2.2.2 Giao thức HSRP hỗ trợ trong mạng MPLS/ VPN lớp 2 và MPLS/ VPN lớp 3 2.2.2.1 Các thuật ngữ trong HSRP [13] Active Router: Router chính trong nhóm HSRP có chức năng đang chuyển... timer Timer này đƣợc dùng để định giờ các gói tin Hello Tất cả các Router HSRP trong các trạng thái tạo ra một gói tin Hello khi Timer Hello này hết hạn 2.2.2.6 Các Sự Kiện xảy ra trong HSRP (HSRP Events) Số (Key) Bảng 2.6 cung cấp Các Sự Kiện trong giao thức HSRP [13] Sự Kiện (Event) 1 HSRP đƣợc kết nối trên Interface (giao tiếp) 2 HSRP bị ngắt kết nối trên một Interface hay Interface bị ngắt kết nối... gói tin nếu mà Router Tích Cực bị lỗi Trang 31 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao 2.2.2.5 Định Thời Gian trong HSRP (HSRP Timer) [13] Mỗi Router chỉ đƣợc sử dụng 3 lần trong nhóm HSRP Nếu định giờ hết hạn thì Router chuyển sang trạng thái mới [13] Bảng 2.5 định thời gian trong HSRP [13] Timer Miêu tả Active timer Timer này đƣợc dùng để theo dõi Router Tích Cực Timer này bắt đầu khi một Router... Nhãn sẽ đƣợc gỡ bỏ tại LSR biên và gói tin sẽ tiếp tục đƣợc chuyển tiếp đến đích cần đến [11] 2.2.1.2 Các thành phần trong MPLS [11] Kiến trúc một nút MPLS: Một nút MPLS là một thiết bị có khả năng thực hiện các kỹ thuật trong MPLS Nó có thể là các router (router ở biên hoặc router trong mạng core của nhà cung cấp dịch vụ) hoặc các Switch ATM, Switch Frame Relay Mỗi nút đƣợc cấu thành từ hai thành... khác trong cùng nhóm HSRP đó Priority mặc định đƣợc gán là 100 Router mà có Priority Number cao hơn sẽ só khả năng làm Router Tích Cực nhƣng trong trƣờng hợp cả hai Router có cùng Priority Number thì Router nào có địa chỉ IP cao hơn sẽ trở thành Router Tích Cực Các Router HSRP giao tiếp với nhau thông qua việc trao đổi các gói tin Hello HSRP định kỳ, thƣờng là dựa vào trƣờng Hellotime của gói tin HSRP. .. GLBP với HSRP và VRRP [1] Trang 15 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao Chƣơng 2: Giao Thức HSRP hỗ trợ trong mạng Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) 2.1 Giới thiệu các phƣơng pháp hỗ trợ Độ Khả Dụng Cao trong hệ thống mạng [3] Giao Thức Mở Rộng Cây STP (Spanning Tree Protocol): là một giao thức lớp 2 sử dụng một giải thuật để phát hiện ra vấn đề lặp trong mạng... thiết bị MPLS cơ bản (một nút MPLS) , dùng cho hầu hết các ứng dụng của chuyển mạch nhãn đa giao thức Nhãn (label): Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạngnhƣ địa chỉ mạng Trang 17 Triển khai hệ thống mạng với độ khả dụng cao Hình 2.1: Nhãn MPLS [11] Hình 2.1 thể hiện các thành phần trong một nhãn MPLS Khi... Phòng có độ ƣu tiên thấp hơn 2.2.2.7 Các Hành Động trong HSRP (HSRP Actions) [13] Bảng 2.7 cung cấp Các Hành Động trong giao thức HSRP [13] Chữ viết tắt (Initial) Hành Động (Action) A Bắt đầu Active Timer Nếu hành động này xảy ra thì kết quả nhận một thông điệp Hello đã đƣợc chứng thực từ một Router Tích Cực, Active Timer đƣợc đặt tới trƣờng Hold Time trong thông điệp Hello Mặt khác Active Timer đƣợc . động của HSRP 30 2.2.2.4. Trạng thái của HSRP 31 2.2.2.5. Định Thời Gian trong HSRP (HSRP Timer) 32 2.2.2.6. Các Sự Kiện xảy ra trong HSRP (HSRP Events). Động trong HSRP (HSRP Actions) 33 2.2.2.8. Bảng Trạng Thái HSRP 35 2.2.2.9. Truyền và nhận gói tin trong HSRP 36 2.2.2.10. Đặc điểm của HSRP 37 2.2.2.10.1.