Tìm hiểu công nghệ layer 3 switching và áp dụng cho bài toán thiết kế mạng thực tế

Title: Tìm hiểu công nghệ layer 3 switching và áp dụng cho bài toán thiết kế mạng thực tế Authors: Nguyễn Trọng Trường Advisor: Phạm Huy Hoàng Keywords: Mạng máy tính; Công nghệ layer 3 switching Issue Date: 2019 Publisher: Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Abstract: Tổng quan công nghệ layer 3 switching; sử dụng công nghệ switching layer 3 trong thiết kế hệ thống mạng công ty; đánh giá.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRỌNG TRƯỜNG TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ LAYER SWITCHING VÀ ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG THỰC TẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Mã đề tài: 2016ACNTT-KT18 Người hướng dẫn: TS Phạm Huy Hoàng Hà Nội – 2019 LỜI CÁM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu để hoàn thành đề tài tốt nghiệp, bên cạnh nỗ lực thân cịn có hướng dẫn nhiệt tình q Thầy, Cơ, động viên, hỗ trợ gia đình đồng nghiệp suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trang bị kiến thức, tạo môi trường điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực luận văn Với lịng kính trọng biết ơn, xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến TS Phạm Huy Hoàng, giảng viên Viện Công nghệ thông tin Truyền thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn tận tình cho tơi suốt q trình thực nghiên cứu Cuối xin chân thành cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp, bạn bè tập thể lớp Công nghệ thông tin 2016A hỗ trợ cho tơi nhiều q trình học tập, nghiên cứu thực đề tài luận văn thạc sĩ Xin trân trọng cám ơn! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu thử nghiệm luận án tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực khách quan, phù hợp với công việc làm Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Tác giả luận văn Nguyễn Trọng Trường MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii BẢNG TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ vii PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG CÔNG NGHỆ LAYER SWITCHING 1.1 Mơ hình mạng OSI 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Đặc điểm mô hình OSI 1.2 Công nghệ Layer Switching 1.2.1 Đặc điểm 1.2.2 Ứng dụng 1.3 Công nghệ Layer Switching 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 Đặc điểm 1.3.3 So sánh Layer layer Switching 1.3.4 So sánh Switch layer router 1.3.5 Chuyển mạch đa giao thức MPLS 11 1.3.6 Quản Lý chất lượng mạng MPLS 12 1.3.6.1 Tổng quan QoS 12 1.3.6.2 Mơ hình mạng tích hợp (IntServ) .14 1.3.6.3 Mơ hình mạng phân biệt (DiffServ) 18 1.3.6.4 Sự khác DiffServ IntServ 20 1.3.6.5 Cơ chế hoạt động QoS 21 1.3.7 Ý nghĩa ứng dụng thực tế 23 CHƯƠNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SWITCHING LAYER TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CÔNG TY 25 2.1 Hiện trạng hệ thống mạng công ty 25 2.1.1 Hiện trạng 25 2.1.2 Đánh giá 25 2.2 Yêu cầu toán thiết kế 26 2.3 Thiết kế hệ thống 26 2.3.1 Sơ đồ vị trí phịng máy 26 2.3.2 Yêu cầu thiết kế .26 2.3.1 Cài đặt cấu hình 28 2.4 Quản lý băng thông với QoS .36 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ 39 3.1 Nhận xét 39 3.1.1 Ưu điểm 39 3.1.2 Hạn chế 40 3.2 Hướng phát triển 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 BẢNG TỪ VIẾT TẮT STT Từ Viết Tắt ACLs AF CAM CoS DiffServ DSCP EF FIB IntServ 10 MPLS 11 OSI 12 PHB 13 QoS 14 RSVP Tên đầy đủ Access control lists (Bảng điều khiển truy nhập) Assured Forwading (Chuyển tiếp bảo đảm) Content-Addressable Memory (Bộ nhớ khả lập địa nội dung) Class of Service (Lớp dịch vụ) Differentiated Services (Dịch vụ khác biệt) Differentiated Services Code Point (Điểm mã dịch vụ phân biệt) Expedited Forwarding (Chuyển tiếp nhanh) Forwarding Information Base (Bảng thông tin chuyển tiếp) Intergrated Services (Dịch vụ tích hợp) Multiprotocol Label Switching (Chuyển mạch nhãn đa giao thức) Open Systems Interconnection Reference Model (Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở) Per-Hop Behavior (Xử lý Hop) Quality of Services (Chất lượng dịch vụ) Resource Reservation Protocol (Giao thức dành trước tài nguyên) 15 ToS 16 VLAN Type of Sevices (Trường dịch vụ) Virtual local area network (mạng LAN ảo) DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Bảng 2.1 Thơng tin số lượng máy sử dụng công ty 25 Hình 1.1 Mơ hình OSI Hình 1.2 Mạng sử dụng Layer Switch 10 Hình 1.3 Mơ hình mạng IntServ 15 Hình 1.4 Mơ hình hoạt động RSVP 18 Hình 1.5 Giá trị EF PHB 19 Hình 1.6 Giá trị AF PHB 20 Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống mạng có lắp Switch layer .23 Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế mạng 27 Hình 2.2 Thơng tin cấu hình VTP .29 Hình 2.3 Thơng tin cấu hình VLAN 29 Hình 2.4 Thơng tin cấu hình VTP Switch tầng .30 Hình 2.5 Thơng tin cấu hình VLAN Switch tầng 30 Hình 2.6 Thơng tin cấu hình VTP switch tầng 31 Hình 2.7 Thơng tin cấu hình VLAN swtich tầng .32 Hình 2.8 Thơng tin cấu hình VTP switch tầng 32 Hình 2.9 Thơng tin cấu hình VLAN switch tầng .33 Hình 2.10 Test kết nối lệnh ping 33 Hình 2.11 Ping từ Vlan 40 sang Vlan khác .34 Hình 2.12 Ping từ Vlan 40 sang Vlan khác .35 Hình 2.13 Mơ hình kết nối MCU Endpoint 36 Hình 2.14 Phân loại 37 Hình 2.15 Policing 37 Hình 2.16 Gán Policing vào Interface .37 Hình 2.17 Thơng số policy sau cấu hình 38 Hình 2.18 Ping từ máy 192.168.20.100 38 Hình 2.19 Ping từ máy 192.168.20.200 38 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, Internet phát triển thành hệ thống mạng lưới rộng lớn với nhiều ứng dụng mang nhiều ý nghĩa hoạt động xã hội Những ứng dụng mang đến đòi hỏi cần nâng cao bảo đảm yêu cầu lớn băng thơng Thêm vào đó, ngồi dịch vụ liệu truyền thống cung cấp qua Internet, dịch vụ thoại (voice) dịch vụ đa phương tiện phát triển triển khai Internet làm nảy sinh vấn đề hình thành mạng hội tụ cung cấp đầy đủ dịch vụ Tuy nhiên vấn đề đặt đối hệ thống dịch vụ ứng dụng yêu cầu băng thông tốc độ lại đặt gánh nặng cho nguồn tài nguyên sở hạ tầng Internet có sẵn Bên cạnh vấn đề tải nguồn tài nguyên mạng Một thách thức khác liên quan tới việc truyền byte bit qua mạng đường trục để cung cấp cấp độ dịch vụ khác người dùng Sự phát triển nhanh chóng số người dùng lưu lượng làm tăng thêm phức tạp vấn đề Vấn đề cấp độ dịch vụ (CoS) chất lượng dịch vụ (QoS) phải quan tâm để đáp ứng yêu cầu khác lượng lớn người dùng mạng Nhu cầu phương thức chuyển tiếp đơn giản mà đặc tính quản lý lưu lượng chất lượng với phương thức định tuyến, chuyển tiếp thông minh yêu cầu cấp thiết Tất yêu cầu đáp ứng chuyển mạch nhãn đa giao thức, phương thức không bị hạn chế giao thức lớp lớp Với đặc tính MPLS đóng vai trị quan trọng việc định tuyến, chuyển mạch chuyển tiếp gói thơng qua mạng hệ sau để đáp ứng yêu cầu người dùng mạng Với yêu cầu địi hỏi tốc độ cao băng thơng lớn, thiết bị có khả chuyển mạch lớp (Lớp liên kết liệu) lớp (Lớp mạng) mức phần cứng phải phát triển Thiết bị chuyển mạch lớp quan tâm đến vấn đề nghẽn mạng môi trường mạng cục Để tăng cường chức lớp 2, cần định tuyến dẫn đến hiệu định tuyến thường chậm thiết bị chuyển mạch Như vậy, không thực định tuyến chuyển đổi nó, thảo luận phần trước, làm • Cấu hình cho phép máy phòng Điều hành cho thể kết nối trao đổi thông tin với máy phịng ban khác • Cấu hình Đảm bảo băng thông từ VLAN Điều hành đến máy server DMZ – sử dụng QoS Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế mạng 27 2.3.1 Cài đặt cấu hình a) Cấu hình VLAN cho phịng ban – Cấu hình VLAN sử dụng giao thức VTP (VLAN Trunking Protocol) • Cấu hình CoreSwitch (Cisco Multilayer 3560) + Cấu hình VTP CoreSwitch(config)# vtp domain company CoreSwitch(config)# vtp mode server CoreSwitch(config)# vlan 10 CoreSwitch(config-vlan)# name DMZ CoreSwitch(config-vlan)# vlan 20 CoreSwitch(config-vlan)# name IT CoreSwitch(config-vlan)# vlan 30 CoreSwitch(config-vlan)# name Marketing CoreSwitch(config-vlan)# vlan 40 CoreSwitch(config-vlan)# name Dieuhanh CoreSwitch(config-vlan)# vlan 50 CoreSwitch(config-vlan)# name Ketoan CoreSwitch(config-vlan)# exit + Cấu hình trunking port mà kết nối đến switch tầng CoreSwitch(config)# int range f0/1-3 CoreSwitch(config-if-range)# switchport mode trunk CoreSwitch(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q CoreSwitch(config-if-range)# exit + Kết sau cấu hình VTP: show vtp status 28 Hình 2.2 Thơng tin cấu hình VTP + Các VLAN tạo CoreSwitch: show vlan Hình 2.3 Thơng tin cấu hình VLAN + Cấu hình Switch tầng (Cisco 2960) – Cấu hình VTP SW_T1(config)# vtp domain company SW_T1(config)# vtp mode client – Cấu hình port trunking switch nhận thơng tin cấu hình VLAN từ CoreSwitch SW_T1(config)# int f0/1 SW_T1(config-if)# switchport trunk encapsulation dot1q SW_T1(config-if)# switchport mode trunk – Gán port cho VLAN 10 SW_T1(config)# int range f0/6-8 SW_T1(config-if-range)# switchport mode access SW_T1(config-if-range)# switchport access vlan 10 29 – Gán port cho VLAN 20 SW_T1(config)# int range f0/3-5 SW_T1(config-if-range)# switchport mode access SW_T1(config-if-range)# switchport access vlan 20 – Gán port cho VLAN 30 SW_T1(config)# int range f0/2 SW_T1(config-if-range)# switchport mode access SW_T1(config-if-range)# switchport access vlan 30 – Kết sau cấu hình VTP Hình 2.4 Thơng tin cấu hình VTP Switch tầng – Kết sau cấu hình VLAN Hình 2.5 Thơng tin cấu hình VLAN Switch tầng 30 • Cấu hình Switch tầng (Cisco 2960) – Cầu hình VTP SW_T2(config)# vtp domain company SW_T2(config)# vtp mode client – Cấu hình port trunking switch nhận thơng tin cấu hình VLAN từ CoreSwitch SW_T2(config)# int f0/1 SW_T1(config-if)# switchport trunk encapsulation dot1q SW_T2(config-if)# switchport mode trunk – Gán port cho VLAN 20 SW_T2(config)# int range f0/3-6 SW_T2(config-if-range)# switchport mode access SW_T2(config-if-range)# switchport access vlan 20 – Gán port cho VLAN 40 SW_T2(config)# int range f0/7-16 SW_T2(config-if-range)# switchport mode access SW_T2(config-if-range)# switchport access vlan 30 – Gán port cho VLAN 50 SW_T2(config)# int range f0/2 SW_T2(config-if-range)# switchport mode access SW_T2(config-if-range)# switchport access vlan 50 – Kết cấu hình VTP Hình 2.6 Thơng tin cấu hình VTP switch tầng 31 – Kết sau gán port cho VLAN Hình 2.7 Thơng tin cấu hình VLAN swtich tầng • Cấu hình Switch tầng (Cisco 2960) – Cầu hình VTP SW_T3(config)# vtp domain company SW_T3(config)# vtp mode client – Cấu hình port trunking switch nhận thơng tin cấu hình VLAN từ CoreSwitch SW_T3(config)# int f0/1 SW_T3(config-if)# switchport mode trunk – Gán port cho VLAN 20 SW_T3(config)# int range f0/2-4 SW_T3(config-if-range)# switchport mode access SW_T3(config-if-range)# switchport access vlan 20 – Kết cấu hình VTP Hình 2.8 Thơng tin cấu hình VTP switch tầng – Kết VLAN 32 Hình 2.9 Thơng tin cấu hình VLAN switch tầng • Kết quả: Các máy VLAN trao đổi thơng tin với Kiểm tra lệnh ping VD: ping từ máy phòng kỹ thuật tầng có địa IP: 192.168.2.3 đến máy kỹ thuật tầng có địa IP: 192.168.2.10 Hình 2.10 Test kết nối lệnh ping b) Cấu hình cho phép máy phịng Điều hành kết nối trao đổi thơng tin với máy phịng ban khác • Trên CoreSwitch cấu hình gateway cho mạng VLAN – Kích hoạt tính định tuyến CoreSwitch(config)# ip routing 33 – Cấu hình địa IP gateway cho VLAN CoreSwitch(config)#int vlan10 CoreSwitch(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 CoreSwitch(config-if)#int vlan20 CoreSwitch(config-if)# ip address 192.168.2.1 255.255.255.0 CoreSwitch(config-if)#int vlan30 CoreSwitch(config-if)# ip address 192.168.3.1 255.255.255.0 CoreSwitch(config-if)#int vlan40 CoreSwitch(config-if)# ip address 192.168.4.1 255.255.255.0 CoreSwitch(config-if)#int vlan50 CoreSwitch(config-if)# ip address 192.168.5.1 255.255.255.0 • Trên máy PC VLAN 40 - Điều hành, cấu hình gateway trỏ địa 192.168.4.1 – Kiểm tra ping từ máy VLAN 40 đến VLAN khác Hình 2.11 Ping từ Vlan 40 sang Vlan khác 34 Hình 2.12 Ping từ Vlan 40 sang Vlan khác 35 2.4 Quản lý băng thơng với QoS Ví dụ: Cơng ty có chi nhánh nằm tỉnh khác, mạng nội kết nối với qua đường truyền serial 1.5Mbps Do băng thơng có hạn nên cần ưu tiên băng thơng cho số dịch vụ số máy tính cụ thể Ở ta ưu tiên cho máy Endpoint có địa IP: 192.168.20.100 đảm bảo băng thông 1000kbps đến máy MCU có địa IP: 192.168.10.100 Mơ hình chi tiết sau Hệ thống sử dụng switch layer – 3560 trở lên có khả cấu hình QoS u cầu tốn Hình 2.13 Mơ hình kết nối MCU Endpoint Ví dụ sử dụng phần mềm VMware để mô host, tương tự máy tính thật Ta có host hình Đầu tiên ta đặt gateway cho interface router đặt ip tĩnh cho host hình Tiếp theo ta cấu hình phân loại, đánh dấu policing: 36 Hình 2.14 Phân loại Ở ta dùng ACL phép máy có ip 192.168.10.100 truy cập mạng Sau chia lớp phân loại class Hình 2.15 Policing Với ip thuộc ACL 10 ta set dscp 41 lại 42 Ở policy set cho gói tin có gắn dscp 41 có băng thơng 1000kbps Hình 2.16 Gán Policing vào Interface Ta gán policy vừa thiết lập vào interface Policy MCU nhằm mục đích phân loại máy có ip 192.168.10.100 đặt vào interface f0/0 theo chiều in Policy QOSE1 đặt interface s1/0 theo chiều out để quản lý băng thông từ Tương tự ta thực với router đặt chi nhánh, cụ thể sau cấu sau: 37 Hình 2.17 Thơng số policy sau cấu hình Tiếp theo ta kiểm tra xem hệ thống có hoạt động giống cấu hình khơng Kiểm tra cách sử dụng gói tin ICMP đồng thời gửi từ máy có địa ip: 192.168.20.200 (máy khơng ưu tiên) tới máy MCU ip 192.168.10.100; máy Endpoint có địa 192.168.20.100 tới máy MCU Ta set tham số truyền tin ICMP 50000kbps Ta kết sau: Hình 2.18 Ping từ máy 192.168.20.100 Hình 2.19 Ping từ máy 192.168.20.200 Máy có địa IP 192.168.20.200 có độ ưu tiên thấp nên bị giới hạn băng thông, phải gần gấp đơi thời gian để truyền tới đích so với máy cịn lại Qua test thấy QoS làm việc mong đợi 38 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ 3.1 Nhận xét 3.1.1 Ưu điểm Nhìn chung, với thiết bị Switch hỗ trợ chuyển mạch hệ thống mạng ngày trọng nhiều thành phần cốt lõi giúp hệ thống mạng hoạt động hiệu Switch layer thiết kế đảm bảo gói tin đưa đến máy theo địa IP cài đặt, mạng tính bảo mật có khả quản lý Switch layer Việc đưa kỹ thuật chuyển mạch tầng layer mơn hình OSI bước đột phá, xem dạng đơn giản Router, không cổng kết nối Internet nhằm mạng lại hiệu suất cao việc truyền tín hiệu cho mạng nội Với hệ thống sử dụng Switch layer 3, giúp cân liệu hệ thống mạng con, đồng thời cung cấp khả phụ hồi sửa lỗi thơng qua cài đặt cấu hình thiết bị Như họa thiết kế sử dụng dạng Switch hỗ trợ hệ thống mạng nội công ty, thấy tiện ích sẵn có Switch layer Tóm lại, Switch layer mạng lại lợi ích hệ thống mạng nội bộ, gồm yếu tố sau: − Chuyển tiếp gói tin tốc độ cao thông qua việc cải tiến Switch thông thường với định tuyến làm cho việc gửi gói tin nhanh chóng − Kỹ thuật thiết kế theo chuẩn chung giúp hạn chế việc khơng tương thích thiết bị với − Khi với nhu cầu kết nối nhiều khả mở rộng hệ thống mạng tương lai điều cần thiết mà Swtich layer hỗ trợ thơng qua tạo VLAN − Với khả điều khiển quản lý hệ thống mạng, Switch layer giúp bảo vệ trì hệ thống mạng hoạt động tốt thông qua điều chỉnh lưu lượng 39 − Một yếu tố thiếu việc xây dựng hệ thống mạng chi phí, thiết kế chương 3, việc đầu tư Switch layer giúp cho tiết kiệm chi phí cho tồn hệ thống thay phải mua nhiều Router để làm thiết bị định tuyến quản lý hệ thống mạng 3.1.2 Hạn chế Tuy nhiên, hầu hết ưu điểm Switch layer kỹ thuật Nếu so sánh Switch thơng thường Switch định tuyến giá vấn đề Sự chênh lệch giá gấp 2, lần so với Switch thơng thường địi hỏi thiết kế xây dưng hệ thông mạng nội bộ, người quản trị phải tính tốn chi phí cho phù hợp Trong báo cáo này, tác giả sử dụng mô giả lập GNS3 Packet Tracer để chạy Switch layer 3, điều hạn chế chi phí sử dụng thiết bị chuyển mạch đắt thực tế Do phần mềm giả lập nên nhiều tính Switch Layer bị hạn chế khơng thể mơ phỏng, đơi cịn xảy số lỗi 3.2 Hướng phát triển Từ ưu điểm Switch layer nêu trên, bỏ qua vấn đề giả thiết bị Chúng ta thay hệ thống Switch thơng thường Switch layer để tăng khả mở rộng quản lý Đồng thời điều giúp cho hệ thống hoạt động nhanh đạt hiệu Hiện thị trường xuất dịng Switch mới, tối ưu cơng việc truyền liệu tích hợp nhiều tính cho nhu cầu quản trị hệ thống mạng Việc chọn lựa thiết bị phụ thuộc vào tính tốn chi phí khả mở rộng hệ thống tương lai 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Phiên, 2012, đề tài Nghiên cứu, áp dụng chuyễn mạch nhãn đa giao thức (MPLS) mạng viễn thông Việt Nam, ĐH Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội Đỗ Thị Thanh Huyền, 2009, đề tài Nghiên cứu chất lượng dịch vụ mạng MPLS/VPN, ĐH Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội Trần Văn Khải, 2013, đề tài Kỹ thuật lưu lượng MPLS ứng dụng mạng VNPT, Học viện cơng nghệ bưu viễn thông Nguyễn Thị Huỳnh Trang, 2008, đề tài Công nghệ MPLS ứng dụng mạng VPN, ĐH Bách Khoa Hà Nội Configure InterVLAN Routing on Layer Switches, 2016, Cisco Configuring InterVLAN Routing with Catalyst 3750/3560/3550 Series Switches, 2014, Cisco Creating Ethernet VLANs on Catalyst Switches, 2014, Cisco Multiprotocol Label Switching (MPLS) on Cisco Routers, 2002, Cisco MPLS Basic MPLS Configuration Guide, 2013, Cisco 10 Todd Lammle, Kevin Hales, 2001, CCNP Switching Study Guide, SYBEX 41 ... chức mạng Đồ án ? ?Tìm hiểu cơng nghệ Layer Switching áp dụng cho toán thiết kế mạng thực tế? ?? nghiên cứu kiến thức công nghệ Switch layer 3, công nghệ MPLS Ứng dụng toán điều khiển liên kết nhiều mạng. .. 1 .3. 6.4 Sự khác DiffServ IntServ 20 1 .3. 6.5 Cơ chế hoạt động QoS 21 1 .3. 7 Ý nghĩa ứng dụng thực tế 23 CHƯƠNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SWITCHING LAYER TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG... 1.2.2 Ứng dụng 1 .3 Công nghệ Layer Switching 1 .3. 1 Định nghĩa 1 .3. 2 Đặc điểm 1 .3. 3 So sánh Layer layer Switching 1 .3. 4 So sánh Switch layer router