Tìm hiểu về VLAN (Virtual Local Area Network) trên thiết bị chuyển mạch Switch

Định nghĩa chuyển mạch

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Nói cách khác, chuyển mạch trong trong viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin. Như vậy, theo khía cạnh thông tin thường khái miện chuyển mạch gắn liền với mạng và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO.

Hoạt động chuyển mạch cơ bản của switch

• Hoạt vị trí kết nối của từng máy trạm bằng cách ghi nhận địa chỉ nguồn trên frame nhận vào.

Chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3

Thiết bị swtich layer 3

Cấu hình giao thức định tuyến giống với router; tuy nhiên cấu hình interface trên những MLS switch có khác đôi chút so với router. Thông thường, các máy trong một vlan sẽ dùng địa chỉ IP của interface vlan làm gateway để đi ra các vlan khác hoặc đi ra Internet. Khi hai máy thực hiện liên lạc với nhau, switch chỉ thiết lập một mạch ảo giữa hai cổng tương ứng mà không làm ảnh hưởng đến lưu thông trên các cổng khác.

Các segment như vậy cho phép các người dùng trên nhiều segment khác nhau có thể giử dữ liệu cùng một lúc mà không làm chậm các hoạt động của mạng. Trong các hệ thống mạng hiện nay Fast Ethernet switch được sử dụng làm đường trục chính cho mạng LAN, còn Ethernet switch hoặc Fast Ethernet hub được sử dụng kết nối xuống máy tính.

Chuyển mạch đối xứng và bất đối xứng

Khi switch nhận vào một frame, nó sẽ ghi địa chỉ MAC của máy gửi tương ứng với cổng mà nó nhận frame đó vào. • Tăng nhiều hơn lượng băng thông dành cho mỗi người dùng bằng cách tạo ra miền đụng độ nhỏ hơn. Bằng cách chia nhỏ hệ thống mạng, sẽ làm giảm lượng người dùng và thiết bị cùng chia sẻ một băng thông.

Đặc điểm thứ hai: Switch là bảo đảm cung cấp băng thông nhiều hơn cho người dùng bằng cách tạo ra các miền đụng độ nhỏ hơn. Chuyển mạch bất đối xứng cần có bộ đệm để giữ frame được liên tục giữa hai tốc độ khác nhau của hai cổng.

Bộ đệm

Phương pháp chuyển mạch Có hai phương chuyển mạch

Trong mạng hoạt động bình thường, một mảnh frame gãy do đụng độ gây ra phải nhỏ hơn 64 byte. Do cơ chế chuyển mạch không mảnh gãy sẽ chờ nhận đủ 64byte đầu tiên của frame để bảo đảm frame nhận được không phải là một mảnh gãy do bị đụng độ rồi mới bắt đầu chuyển frame đi. Trong chế độ chuyển mạch này, thời gian trễ cũng được tính từ switch nhận được bit đầu tiên cho đến khi switch phát switch phát đi bit đầu tiên đó.

Thời gian trễ của mỗi chế độ chuyển mạch phụ thuộc vào cách mà switch chuyển frame như thế nào. Để chuyển frame được nhanh hơn, switch đã bớt thời gian kiểm tra lỗi frame đi nhưng làm như vậy lại làm tăng dữ liệu cần truyền lại.

Các chế độ chuyển mạch frame

• Fragment – free: nhận vào hết 64 byte đầu tiên của frame rồi mới bắt đầu chuyển frame đi. Fragment – free là một thuật ngữ được sử dụng để chỉ switch đang sử dụng một dạng cải biên của chuyển mạch cut -through. Một chế độ chuyển mạch khác được kết hợp giữa cut – through và Store – and – forwad.

Trong chế độ này, switch sẽ sử dụng chuyển mạch cut –through cho đến khi nào nó phát hiện ra một lượng frame bị lỗi nhất định. Khi số lượng frame bị lỗi vượt quá mức ngưỡng thì khi đó switch sẽ chuyển sang dùng chuyển mạch store – and – forward.

Switch và miền đụng độ

Switch xây dựng bảng chuyển mạch bằng cách lấy địa chỉ MAC của các host kết nối trên mỗi port của switch. Khi hai host kết nối vào switch muốn liên lạc với nhau, switch sẽ tìm trong bảng chuyển mạch của nó và thiết lập kết nối ảo giữa hai cổng của hai host đó. Ví dụ trong hình 11 máy B và máy C muốn liên lạc với nhau, switch sẽ thiết lập một kết nối ảo giữa hai cổng của máy B và máy C tạo thành microsegment (một đoạn mạng siêu nhỏ).

Microsegment hoạt động như một mạng chỉ có hai máy duy nhất, một máy gửi và một máy nhận, do đó hai nó sử dụng được toàn bộ băng thông khả dụng trong mạng. Switch giảm đụng độ và tăng băng thông mạng vì nó cung cấp băng thông dành riêng cho mỗi đoạn mạng (segment).

Switch và miền quảng bá

Khi switch nhận được goi quảng bá thi nó sẽ gửi ra tất cả tất cả các cổng trừ cổng nhận gói vào. Mỗi thiết bị nhận được gói quảng bá đều phải xử lý thông tin nẳm trong đó. Điều này làm giảm hiệu quả hoạt động của mạng vì tốn băng thông cho mục đích quảng bá.

Khi hai switch kết nối với nhau, kích thước miền quảng bá tăng lên (ví dụ như hình 13 gói quảng bá được ra tất cả các cổng của switch 1 mà switch 1 kết nối với switch 2. Hậu quả là lượng băng thông khả dụng giảm xuống vì các thiết bị trong cùng một miền quảng bá đều phải nhận và xử lý gói quảng bá.

Thông tin liên lạc giữa swith và máy trạm

Mạng lan ảo (VLAN - Virtual local area network ) .1 Giới thiệu về VLAN

Nếu máy trạm 1 trong VLAN Kỹ thuật muốn gửi dữ liệu cho máy trạm 2 trong VLAN Bán hàng, hai máy này nằm trong 2 miền quảng bá khác nhau, thuộc hai mạng khác nhau, do đó địa chỉ MAC đích trong gói dữ liệu sẽ địa chỉ MAC của default gateway của máy trạm 1. • Xác định thành viên VLAN theo cổng tức là cổng đã được gán vào VLAN nào thì thiết bị kết nối vào cổng đó thuộc VLAN đó, không phục thuộc không phục vào thiết bị kết nối là thiết bị gì, địa chỉ bao nhiêu. Nếu gói dữ liệu cần chuyển qua bridge và switch không biết địa chỉ đích hoặc gói nhận được là gói quảng bá thì mới chuyển ra tất cả các cổng nằm trong cùng miền quảng bá với cổng nhận gói dữ liệu vào.

Không giống như hệ thống hub chia sẽ chỉ có một máy trạm được phép truyền tại một thời điểm, mạng chuyển mạch có thể cho phép nhiều phiên giao dịch cùng một lúc trong một miền quảng bá mà không ảnh hưởng đến máy trạm khác bên trong cũng như bên ngoài miền quảng bá.Ví dụ như trên hình 11 cặp A/B, C/D, E/F có thể đồng thời liên lạc với nhau mà không ảnh hưởng đến cặp máy khác. Toàn bộ hệ thống này có tỷ lệ lưu lượng là 80% trong nội bộ lưu lượng trong nội bộ VLAN, 20% giao thông đi qua router đến các server toàn bộ hệ thống và đi ra internet, WAN.

VLAN Trunking Protocol (VTP)

• Thông điệp VTP được đóng gói trong một chuẩn CISCO là giao thức ISL hoặc IEEE 802.1q và sau đó đi qua các liên kết Trunk tới các thiết bị khác. • Trước khi thiết lập các VLAN, ta phải thiết lập một miền quản lý (management domain) trong phạm vi những thứ mà ta kiểm tra các VLAN trong mạng. Các switch trong cùng một miền quản lý chia sẽ thông tin VLAN với các VLAN khác và một số switch có thể tham gia vào chỉ một miền quản lý VTP.

Switch ở chế độ transparent sẽ nhận và chuyển tiếp (forward) các VTP update do các switch do các switch khác gửi đến mà không quan tâm đến nội dung của các thông điệp này. Nếu transparent switch nhận thông tin cập nhật VTP nó cũng không cập nhật vào cơ sở của nó, đồng thời nếu cấu hình VLAN của nó có gì thay đổi, nó cũng không gửi thông tin cập nhật cho các switch khác.

Bài tập thực hành thiết kế vlan trên phần mềm mô phỏng packet tracer

Đề bài : Thiết kế một mạng lan ảo (VLAN) của một công ty chuyên bán hộp đồng hồ ,với các phòng ban trên phần mềm packet tracer. Sau dùng lệnh show vlan brief để kiểm tra , nếu đúng thì chương trình sẽ hiện ra bảng như trên với tên các VLAN đã được active và tương ứng với các cổng giao tiếp. B5 : Sau khi cấu hình tên các VLAN tương ứng với các cổng giao tiếp ta cấu hình địa chỉ IP và subnet mask cho các VLAN theo yêu cầu.

Dùng lệnh show running-config kiểm tra ta thấy các VLAN được kích hoạt và tương ứng với các địa chỉ IP , subnet mask đã cấu hình. B6 : Cấu hình DHCP ( IP động) cho các VLAN , để các thiết bị kết nối trong VLAN đó có thể tự động nhận địa chỉ IP và subnet mask. Khi ta cấu hình đúng giao thức DHCP thì PC sẽ nhận được địa chỉ IP và subnet mask tương ứng với các VLAN đã cấu hình và hiện dòng “DHCP request successful”.

Tuy đã cấu hình DNS cho các VLAN nhưng các thiết bị trong VLAN đó và DNS server chưa thể nhận biết được nhau , nên ta phải cấu hình định tuyến RIP để cho các thiết bị và server có thể nhận biết được nhau.