Phân loại thiết bị chuyển mạch lớp 2 Switch không có tính năng quản lý: Đây là loại Switch không hỗ trợ bất kỳ giao diện quản lý nào. Switch chỉ hoạt động chỉ bằng việc cắm và chạy, người dùng dễ dàng sử dụng. Switch thông minh đơn giản: Loại Switch này hỗ trợ một ứng dụng thứ ba hoặc có giao diện web để có thể dễ dàng quản lý và cấu hình một số tính năng cơ bản như VLAN, QoS, IGMP. Switch thông minh: có thể quản lý bằng giao diện web, giao thức dòng lệnh từ xa có mã hoá, giao thức quản lý mạng đơn giản. Switch quản lý cao cấp: Đây là loại Switch có một cổng kết nối hỗ trợ giao diện dòng lệnh. Loại Switch này hỗ trợ rất nhiều tính năng như các tính năng quản lý liên quan VLAN, phát quảng bá nhóm, quản lý từ xa, điều khiển luôn.
THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH BĂNG THÔNG LỚN LỚP II (SWITCH LAYER II) TRÊN FPGA Sinh viên thực : Giáo viên hướng dẫn : Ngô Văn Minh, ĐTCT14A Đào Xuân Lộc, ĐTVT14C Vương Duy Phú, ĐTVT14C TS Trịnh Quang Kiên TS Đào Đình Hà 1/70 MỞ ĐẦU Hệ thống máy chủ Google Thiết bị chuyển mạch kết nối máy chủ Thiết bị chuyển mạch Cisco 2/70 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Nghiên cứu tổng quan Switch Layer Làm chủ công nghệ, làm bước đệm, tảng phát triển Thiết kế kiến trúc lõi Switch tốc độ cao cho các thiết bị khác router, siterouter Mô thiết kế thực hoá FPGA 3/70 GIỚI THIỆU Phân loại thiết bị chuyển mạch lớp - Switch khơng có tính quản lý: Đây loại Switch không hỗ trợ giao diện quản lý Switch hoạt động việc cắm chạy, người dùng dễ dàng sử dụng - Switch thông minh đơn giản: Loại Switch hỗ trợ ứng dụng thứ ba có giao diện web để dễ dàng quản lý cấu hình số tính bản VLAN, QoS, IGMP - Switch thơng minh: quản lý giao diện web, giao thức dịng lệnh từ xa có mã hố, giao thức quản lý mạng đơn giản - Switch quản lý cao cấp: Đây loại Switch có cổng kết nối hỗ trợ giao diện dòng lệnh Loại Switch hỗ trợ nhiều tính tính quản lý liên quan VLAN, phát quảng bá nhóm, quản lý từ xa, điều khiển 4/70 GIỚI THIỆU Giao diện cấu hình Phần điều khiển Ethernet, PCIe, UART Khối xử lí cấu hình Phần chuyển mạch Phân kênh Gom kênh Lớp liên kết liệu Bộ nhớ đệm Lõi tìm kiếm (Vương Duy Phú) Khối xử lí chuyển mạch GMII/RGMII Bảng MAC Giao Giao diện diện Ethernet Ethernet Lọc gói Hàng đợi Giao diện Ethernet Lớp vật lý Lớp vật lý (Ngô Văn Minh) Phân tích gói Lõi chuyển mạch (Đào Xuân Lộc) GMII/RGMII Đường truyền S1 S2 Sn Hình a Sơ đồ khối Switch nhiều cổng 5/70 NỘI DUNG CHÍNH Tổng quan mạng thơng tin thiết bị chuyển mạch lớp 2 Thiết kế tổng quan thiết bị chuyển mạch lớp Thiết kế giao tiếp ngoại vi Thiết kế nhớ CAM TCAM Thiết kế nhớ đệm hệ thống Thiết kế khối xử lí chuyển mạch Thiết kế khối điều khiển thực hoá Switch FPGA 6/70 NỘI DUNG CHÍNH Tổng quan mạng thông tin thiết bị chuyển mạch lớp 2 Thiết kế tổng quan thiết bị chuyển mạch lớp Thiết kế giao tiếp ngoại vi Thiết kế nhớ CAM TCAM Thiết kế nhớ đệm hệ thống Thiết kế khối xử lí chuyển mạch Thiết kế khối điều khiển thực hoá Switch FPGA 7/70 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH LỚP Mơ hình OSI Trạm A Host A Trạm B Host B Lớp ứng dụng Application layer Lớp ứng dụng Application layer Lớp trình bày Presentation layer Giao thức lớp trình bày Presentation protocol Lớp trình bày Presentation layer Lớp phiên Session layer Lớp phiên Session layer Lớp vận chuyển Transport layer Lớp vận chuyển Transport layer Lớp mạng Network layer Lớp mạng Network layer Lớp mạng Network layer Lớp mạng Network layer Lớp liên kết liệu Datalink layer Lớp liên kết liệu Datalink layer Lớp liên kết liệu Datalink layer Lớp liên kết liệu Datalink layer Lớp vật lý Physical layer Lớp vật lý Physical layer Lớp vật lý Physical layer Lớp vật lý Physical layer Đường truyền vật lý Hình 1.2 Mơ hình OSI 8/20 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH LỚP Thiết bị chuyển mạch lớp Internet Gateway Router Switch Switch LAN1 Switch LAN2 Hình 1.3 Vị trí Switch mạng 9/70 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH LỚP Thiết bị chuyển mạch lớp Router TRUNK VLAN Switch Router Switch Switch Switch TRUNK Switch Switch LAN LAN VLAN Hình 1.4 Mạng cục ảo VLAN VLAN 10/70 THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÍ CHUYỂN MẠCH Bảng địa MAC Bộ đếm thời gian Địa làm Địa MAC nguồn WEA ADDRA Quản lí đọc ghi CAM - Học địa - Tìm kiếm địa có - Quên địa cũ DIA DOA Thời gian lại DOB Cổng VLAN ID RAM RDB Địa MAC đích Địa tìm kiếm • Học địa mới: ADDRB • Tìm kiếm địa chỉ: Địa MAC đích PC Switch Tự động Bảng địa MAC • Qn địa cũ: Đích đến PC Switch 56/70 THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÍ CHUYỂN MẠCH Bảng địa MAC Bộ đếm thời gian Reset Địa làm Địa MAC nguồn WEA S ADDRA Quản lí đọc ghi CAM DOA DIA RAM Thời gian cịn lại Có lệnh học ? Đ RDB Địa MAC đích ADDRB Địa tìm kiếm DOB Cổng VLAN ID Bộ đếm thời gian Tìm kiếm địa MAC nguồn Tìm kiếm thành cơng ? S Ghi địa Đ Yêu cầu học Quản lí cập nhật WEA ADDRA DOA DIA Nhãn thời gian Địa MAC Ghi đè tham số địa làm thời gian RAM u cầu tìm kiếm Quản lí tìm kiếm RDB ADDRB DOB Cổng VLAN ID Hình 6.4 Thuật tốn cập nhật bảng địa MAC Địa MAC 57/70 THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÍ CHUYỂN MẠCH Các khối thành phần Trùng khớp Địa MAC Phân VLAN ID tích nguồn gói Con trỏ Cổng nguồn Cổng đích VLAN ID đích Bộ lọc Chặn VLAN gói ACL Chặn gói So sánh VLAN ID đích Hàng đợi Hàng Chặn gói Hình 6.5 Sơ đồ khối lọc VLAN Hàng Hàng Đầu IP đầu TCP/UDP Bảng MAC VLAN ID nguồn Hàng n-1 Trùng khớp Địa IP So sánh Cổng TCP/UDP Chặn/Cho phép TCAM Chế độ làm việc: Chặn/Cho phép Hình 6.6 Sơ đồ khối lọc gói ACL 58/70 THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÍ CHUYỂN MẠCH Các khối thành phần Địa MAC Phân VLAN ID tích nguồn gói Con trỏ Cổng nguồn Cổng đích VLAN ID đích Bộ lọc Chặn VLAN gói ACL Chặn gói Hàng đợi Hàng Hàng Hàng Đầu IP đầu TCP/UDP Bảng MAC Hàng đợi Hàng n-1 FIFO FIFO DEMUX Trùng khớp Con trỏ Trùng khớp bảng MAC FIFO FIFO n-1 Cổng nguồn Cổng đích Bảng tra Lựa chọn đầu Con trỏ Khối điều phối luồng Cổng đích Tín hiệu sẵn sàng đầu Hình 6.7 Sơ đồ khối hàng đợi gói tin 59/60 THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÍ CHUYỂN MẠCH Hàng đợi gói tin Hàng đợi FIFO Reset DEMUX FIFO Con trỏ Trùng khớp bảng MAC FIFO FIFO n-1 Cổng nguồn Cổng đích Bảng tra Lựa chọn đầu Khối điều phối luồng Con trỏ Cổng đích Tín hiệu sẵn sàng đầu Cổng 0i = FIFO_0_0 S FIFO(i) có liệu? FIFO_0_1 Đ Cổng i sẵn sàng? FIFO_0_2 i=i+1 Điều phối Đ luồng i