Tài liệu Tìm hiểu về vlan (vitrual local area network)

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 2 CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. 3 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI..................................................................... 4 1.1 Tổng quan đề tài(Overview) ..................................................................... 4 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .............................................. 4 1.3 Mục tiêu nghiên cứu (Research purpose) ................................................ 5 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH-SWITCH ............. 6 2.1 Định nghĩa chuyển mạch.............................................................................. 6 2.2 Tìm hiểu hoạt động chuyển mạch-switch................................................. 6 2.2.1 Thời gian trễ của Ethernet switch ...................................................... 6 2.2.2 Chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 ............................................................ 9 2.2.3 Chuyên mạch đối xứng và bất đối xứng ........................................... 10 2.2.4 Bộ đệm .............................................................................................. 11 2.2.5 Phương pháp chuyển mạch .............................................................. 12 2.2.6 Hoạt động của switch ....................................................................... 13 2.2.7 Các chế độ chuyển mạch frame ....................................................... 14 2.2.8 Switch và miền đụng độ.................................................................... 16 2.2.9 Switch và miền quảng bá .................................................................. 17 2.2.10 Thông tin liên lạc giua switch và máy trạm ..................................... 19 2.3 Các dòng sản phẩm chuyển mạch switch ............................................... 19 CHƯƠNG III: MẠNG LAN ẢO (VLAN-Vitrual local area network) ............. 21 3.1 Giới thiệu mạng VLAN .......................................................................... 21 3.2 Khái niệm VLAN ................................................................................... 23 3.2.1 Giới thiệu về VLAN .......................................................................... 23 3.2.2 Miền quang bá với VLAN và router ................................................. 24 3.2.3 Hoạt động của VLAN ....................................................................... 26 3.2.4 Ưu điểm của VLAN........................................................................... 28 3.2.6 Phân loại VLAN................................................................................ 29 3.2.7 Cấu hình VLAN ................................................................................ 31 3.3 VLAN Trunking Protocol (VTP) ........................................................... 34 3.3.1 Giới thiệu VLAN Trunking Protocol (VTP) ..................................... 34 3.3.2 Cấu hình một cổng là Trunk trên switch .......................................... 35 3.4 VLAN Trunking Protocol-Giao thức mạch nối VLAN-VTP ................ 35 3.4.1 Nguồn gốc của VTP.......................................................................... 35 3.4.2 Khái niệm VTP ................................................................................. 35 3.4.3 Lợi ích của VTP ................................................................................ 36 3.4.4 Miền VTP .......................................................................................... 36 3.5 Các chế độ VTP ...................................................................................... 37 CHƯƠNG IV: BÀI TẬP THỰC HÀNH THIẾT KẾ VLAN TRÊN PHẦN MỀM MÔ PHỎNG CISCO PACKET TRACER ............................................... 40 4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng mạng Cisco Packet Tracer ..................... 40 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 ................................................................................................................. 7 Hình 2.2. ................................................................................................................ 7 Hình 2.3. ................................................................................................................ 8 Hình 2.4. ................................................................................................................ 8 Hình 2.5: Chuyển mạch Lớp 2 ............................................................................ 10 Hình 2.6: Chuyển mạch Lớp 3 ............................................................................ 10 Hình 2.7: Chuyển mạch đối xứng ....................................................................... 11 Hình 2.8: Chuyển mạch bất đối xứng ................................................................. 11 Hình 2.9: Chế độ chuyển mạch frame ................................................................. 15 Hình 2.10: Switch va miền đụng độ .................................................................... 16 Hình 2.11: Thiết lập kết nối ảo............................................................................ 17 Hình 2.12: Switch và miền quảng bá .................................................................. 18 Hình 2.13: Kết nối 2 Switch ................................................................................ 18 Hình 3.1: Thiết lập VLAN .................................................................................. 22 Hình 3.2: Phân nhóm VLAN .............................................................................. 22 Hình 3.3: Phân đoạn mạng theo kiểu truyền thống ............................................. 24 Hình 3.4: Phân đoạn mạng theo kiểu VLAN ...................................................... 24 Hình 3.5: 3 miền quảng bá trên 3 switch khác nhau ........................................... 25 Hình 3.6: 3 VLAN và 3 miền quảng bá trên một switch .................................... 25 Hình 3.7: VLAN cố định ..................................................................................... 26 Hình 3.8: VLAN động......................................................................................... 27 Hình 3.9: Chia VLAN theo cổng ........................................................................ 28 Hình 3.10: 3 loại thành viên VLAN .................................................................... 30 Hình 3.11: Xác định thành viên VLAN theo địa chỉ MAC ................................ 30 Hình 3.12: Cấu hình VLAN cơ bản .................................................................... 31 Hình 3.13: VLAN từ đầu cuối - đến - đầu cuối .................................................. 32 Hình 3.14: VLAN theo địa lý .............................................................................. 33 Hình 3.15: Đóng gói VTP ................................................................................... 37 Hình 3.16: Các chế độ VTP ................................................................................ 38 Hình 4.1: Giao diện phần mềm Cisco Packet Tracer 7.0 .................................... 40 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo LỜI MỞ ĐẦU Có thể nói ngày nay trong khoa học máy tính không lĩnh vực nào có thể quan trọng hơn lĩnh vực nối mạng. Mạng máy tính là hai hay nhiều máy tính được kết nối với nhau theo một cách nào đó sao cho chúng có thể trao đổi thông tin qua lại với nhau, dung chung hoặc chia sẽ dữ liệu thông qua việc in ấn hay sao chép qua đĩa mềm, CDroom…. Vì vậy hạ tầng mạng máy tính là phần không thể thiếu trong các tổ chức hay các công ty. Trong điều kiện kinh tế hiện nay hầu hết đa số các tổ chức hay công ty có phạm vi sử dụng bị giới hạn bởi diện tích và mặt bằng đều triển khai xây dựng mạng LAN để phục vụ 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 mặt khác mạng VLan còn giúp các nhân viên trong tổ chức hay công ty truy nhập dữ liệu một cách thuận tiện với tốc độ cao. Một điểm thuận lợi nữa là mạng VLAN còn giúp cho người quản trị mạng phân quyền sử dụng tài nguyên cho từng đối tượng là người dùng một cách rõ ràng và thuận tiện giúp cho những người có trách nhiệm lãnh đạo dễ dàng quản lý nhân viên và điều hành công ty. Đồ án tìm hiểu về mạng VLAN và cách cầu hình cho mạng VLAN, bảo mật cho mạng LAN ảo Nội dung đồ án có cấu trúc như sau: Chương I: Giới thiệu đề tài Chương II: Tìm hiểu thiết bị chuyển mạch SWITCH Chương III: Mạng Lan ảo(Vlan – Virtual local area network) Chương IV: Bài tập thực hành thiết kế VLAN trên phần mềm Cisco Packet Tracer NHÓM THỰC HIỆN NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [1] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án chuyên ngành kỹ thuật máy tính với đề tài :” Tìm hiểu về mạng VlAN” chúng em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên Ts.Bồ Quốc Bảo đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình để chúng em có thể hoàn thành tốt Đồ án này. Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy đã giảng dạy và cung cấp kiến thức về mạng máy tính trong năm học vừa qua tại trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội. Do thời gian tìm hiểu còn ngắn, kiến thức của em còn hạn hẹp nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Chúng em mong các thầy, cô chỉ bảo thêm để em có thể hoàn thiện tốt hơn đề tài này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 01 tháng 05 năm 2019 NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [2] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo CÁC TỪ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT 1 VLAN Virtual local area network: mạng lan ảo 2 CNTT Công nghệ thông tin 3 IP 4 OSI 5 MAC NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 DIỄN GIẢI Internet Protocol Open System Interconnection Media Access Control [3] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan đề tài(Overview) Trong công cuộc đổi mới không ngừng của khoa học kỹ thuật công nghệ, nhiều lĩnh vực đã và đang phát triển vượt bậc đặc biệt là lĩnh vực Công nghệ thông tin. Thành công lớn nhất có thể kể đến là sự ra đời của chiếc máy tính. Máy tính được coi là một phương tiện trợ giúp đăc lực cho con người trong nhiều công việc đặc biệt là công việc quản lý. Mạng máy tính được hình thành từ nhu cầu muốn chia sẻ nguồn tài nguyên và dùng chung nguồn dữ liệu. Máy tính cá nhân lả một công cụ tuyệt vời để tạo dữ liệu, bảng tính, ...Nếu không có hệ thống mạng, dữ liệu phải in ra giấy rùi mới chỉnh sửa được rất tốn thời gian, công sức. Vì vậy hạ tầng máy tính là phần không thể thiếu trong các tổ chức hay các công ty. Trong điều kiện kinh tế hiện nay hầu hết đa số các công ty, tổ chức bị giới hạn bởi diện tích, hay mặt bằng đều triển khai xây dựng mạng LAN để quản lý dữ liệu nội bộ cơ quan mình được thuận lợi,đảm bảo tính an toàn dữ liệu, cũng như tính bảo mật. Mặt khác mạng LAN còn cho phép các cá nhân trong tổ chức hay công ty truy câp dữ liệu một cách thuận tiện với tốc độ cao. Để đáp ứng các nhu cầu của công ty, tổ chức CISCO đã cho ra đời một công nghệ cho phép thiết lập một hệ thống mạng lan ảo VIRTUAL – LAN. Vì vậy từ kiến thức có về mạng này, nhóm chúng em đã đăng kí chọn đề tài Tìm hiểu và mô phỏng mạng VLAN để thuận tiện cho người quản trị trong quá trình giám sát, vận hành hệ thống. Tối ưu hóa các thiết bị mạng thông qua các thiết bị như router, hub.. 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Với sự phát triển của CNTT trong nước và ngoài nước, việc áp dụng vào đời sống là tất yếu. Việc áp dụng CNTT làm đơn giản hóa quản lý, giúp cho người dùng có nhiều công cụ thuận tiện trong quản lý và sử dụng. Với sự phát triển trong cũng như ngoài nước công nghệ mạng Lan ảo là sự lựa chọn hàng đầu. Nó phục vụ cho người dùng đơn giản hóa công việc nhưng vẫn tiết kiệm được chi phí xây NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [4] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo dựng và quản lý. Mô hình mạng Lan ảo giúp cho các đơn vị phát triển chi nhánh một cách thuận tiện, nó giảm tối đa chi phí đầu tư mà vẫn mang lại thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra công nghệ mạng Lan ảo còn giúp tiết kiệm băng thông. Do đó, với sự phát triển CNTT thì việc áp dụng mô hình mạng Lan ảo là rất cấp thiết. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu (Research purpose) Mục tiêu cần đạt được(sản phẩm đầu ra): nắm bắt được công nghệ Vlan, nghiên cứu các đặc tính nổi bật của Vlan từ đó áp dụng vào mô phỏng hệ thống mạng qua phần mềm Cisco Packet Tracer. Những công việc đã thực hiện: - Báo cáo tìm hiểu về mạng VLAN - Mô phỏng và cấu hình cho VLAN NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [5] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH-SWITCH 2.1 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 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 niệm chuyển mạch gắn liền với mạng và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO. 2.2Tìm hiểu hoạt động chuyển mạch-switch 2.2.1 Thời gian trễ của Ethernet switch Chuyển mạch là một kỹ thuật giúp giảm tắc nghẽn trong mạng Ethenet, Token Ring và FDDI (Fiber Distributed Data Interface). Chuyển mạch thực hiện được việc này bằng cách giả m giao thông và tăng băng thông. LAN switch thường được sử dụng để thay thế cho Hub và vẫn hoạt động tốt với các cấu trúc cáp có sẵn. Switch thực hiện hoạt động chính như sau: - Chuyển mạch frame. - Bảo trì hoạt động chuyển mạch. - Khả năng truy cập riêng biệt trên từng port. Loại trừ được đụng độ và tăng thông lượng đường truyền. Hỗ trợ được nhiều phiên giao dịch cùng một lúc. Chuyển frame dựa trên bảng chuyển mạch. Chuyển frame dựa theo địa chỉ MAC (lớp 2). Hoạt động ở lớp 2 của mô hình OSI. Hoạt động ở vị trí kết nối của từng máy trạm bằng cách ghi nhận địa chỉ nguồn trên frame nhận vào. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [6] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo Hình 2.1: Hoạt động cơ bản của switch. Máy A thực hiện gửi gói dữ liệu cho máy B Hình 2.2: Switch nhận được frame từ máy A vào cổng 3. Switch kiểm tra địa chỉ nguồn trong frame nhận được và ghi vào bảng chuyển mạch: địa chỉ MAC của máy A tương ứng với cổng 3. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [7] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo Hình 2.3: Tại thời điểm này, bảng chuyển mạch của Switch chưa có thông tin gì về địa chỉ đích là đja chỉ MAC của máy B. Do đó, Switch chuyển frame ra tất cả các cổng số 3 là cổng nhận frame. Hình 2.4: Lúc này, Switch vào từ port số 4 gói dữ liệu của máy B gửi nó cho máy A. Cũng bằng cách học địa chỉ nguồn trong frame nhận vào, Switch sẽ ghi nhận vào bảng chuyển mạch: địa chỉ MAC của máy B tương ứng với cổng số 4. Địa chỉ đích của frame này là địa chỉ MAC của máy A mad Switch đã học trước đó. Do đó Switch chuyển frame đến cổng số 3. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [8] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo Thời gian trễ là thời gian từ lúc nhận frame vào cho đến khi switch đã chuyển hết frame ra cổng đích. Thời gian trễ này phụ thuộc vào cấu hình chuyển mạch và lượng giao thông qua switch. Thời gian trễ được đo bằng đơn vị nhỏ hơn giây. Đối với thiết bị mạng hoạt động với tốc độ cao thì mỗi nano giây(ns) trễ hơn là một ảnh hưởng lớn đến hoạt động của mạng. 2.2.2 Chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 Chuyển mạch là tiến trình nhận frame vào từ một cổng và chuyển frame ra một cổng khác. Router sử dụng chuyển mạch Lớp 3 để chuyển các gói đã được định tuyến xong. Switch sử dụng chuyển mạch Lớp 2 để chuyển frame. Sử dụng khác nhau giữa chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 là loại thông tin nằm trong frame được sử dụng để quyết định chọn chọn cổng ra là khác nhau. Chuyển mạch Lớp 2 dựa trên thông tin là địa chỉ MAC. Còn chuyển mạch Lớp 3 là dựa trên địa chỉ lớp mạng (ví dụ như: địa chỉ IP). Chuyển mạch Lớp 2 nhìn vào địa chỉ MAC đích trong phần header của frame và chuyển frame ra đúng cổng dựa theo thông tin địa chỉ MAC trên bảng chuyền mạch. Bảng chuyển mạch được lưu trong bộ nhớ địa chỉ CAM (Content Addressable Memory – nhớ nội dung địa chỉ). Nếu switch Lớp 2 không biết gửi frame vào port nào, cụ thể thì đơn giản là nó quảng bá frame ra tất cả các port của nó. Khi nhận được gói trả lời trở về, switch sẽ nhận địa chỉ mới vào CAM. Chuyển mạch Lớp 3 là một chức năng của Lớp mạng. Chuyển mạch Lớp 3 kiểm tra thông tin nằm trong phần header của Lớp 3 và đựa vào địa chỉ IP đó để chuyển gói. Dòng giao thông trong mạng chuyển mạch ngang hàng hoàn toàn khác với dòng giao thông trong mạng định tuyến hay mạng phân cấp. Trong mạng phân cấp dòng giao thông trong mạng được uyển chuyển hơn trong mạng ngang hàng. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [9] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo Hình 2.5: Chuyển mạch Lớp 2 Hình 2.6: Chuyển mạch Lớp 3 2.2.3 Chuyên mạch đối xứng và bất đối xứng Chuyển mạch LAN được phân loại thành loại thành đối xứng và bất đối xứng dựa trên bảng thông báo của mỗi cổng trên switch. Chuyển mạch đối xứng là chuyển mạch giữa các cổng có cùng một băng thông. Chuyển mạch bất đối xứng là chuyển mạch giữa các cổng có băng thông khác nhau (ví dụ: giữa các cổng 10/100Mb/s và cổng 100Mb/s). Chuyển mạch bất đối xứng cho phép cho phép dành nhiều băng thông hơn cho cổng nối vào server để tránh nghẽn mạch trên đường này khi có nhiều client truy cập server cùng một lúc. Chuyển mạch bất đối xứng cần có bộ đệm để giữ frame được liên tục giữa hai tốc độ khác nhau của hai cổng. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 10 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo - Chuyển mạch giữa hai cổng có cùng băng thông (10/10Mbs hay 100/100 Mb/s). - Thông lượng càng tăng khi số lượng thông ti liên lạc đồng thời tại một thời điểm càng tăng. Hình 2.7: Chuyển mạch đối xứng - Chuyển mạch giữa hai cổng không cùng băng thông (10/100 Mb/s). - Đòi hỏi phải có bộ đệm. 100 Mbps. Hình 2.8: Chuyển mạch bất đối xứng 2.2.4 Bộ đệm Ethernet switch sử dụng bộ đệm để giữ và chuyển frame. Bộ đệm còn được sử dụng khi cổng đích đang bận. Có hai loại bộ đệm có thể sử dụng để chuyển frame là bộ đệm theo cổng và bộ đệm chia sẻ. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 11 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo Trong bộ đệm theo cổng, frame được lưu thành từng đợt tương ứng với từng cổng nhận vào. Sau đó frame sẽ được chuyển sang hàng đợi của cổng đích khi tất cả các frame trước nó trong hàng đợi đã được chuyển hết. Như vậy một frame có thể làm cho tất cả các frame còn lại trong trong hàng đợi phải hoãn lại vì cổng đích của frame này đang bận. Ngay khi cổng đích còn đang trống thì cũng phải chờ một khoảng thời gian để chuyển hết frame đó. Bộ được chia sẻ để tất cả các frame vào chung một bộ nhớ. Tất cả các cổng của switch chia sẻ cùng một bộ đệm dung lượng bộ đệm phân bổ theo nhu cầu của mỗi cổng tại mỗi thời điểm. Frame được tự động đưa ra cổng phát. Nhờ cơ chế chia sẻ này, một frame nhận được từ cổng này không cần phải chuyển hàng đợi để phát ra cổng khác. Swicth giữ một sơ đồ cho biết frame nào tương ứng với cổng nào và sơ đồ này sẽ xóa đi sau khi đã truyền frame thành công. Bộ đệm được sử dụng theo dạng chia sẻ. Do đó lượng frame trong bộ đệm bị giới hạn bởi tổng dung lượng của bộ đệm chứ không phụ thuộc vào vùng đệm của từng cổng như dạng bộ đệm theo cổng. Do đó frame lớn có thể chuyển đi được và ít bị rớt gói hơn. Điều này rất quan trọng đố với chuyển mạch bất đồng bộ vì frame được chuyển giữa hai cổng có hai tốc độ khác nhau. - Bộ đệm theo cổng lưu các frame theo hàng đợi tương ứng với từng cổng nhận vào. - Bộ đệm chia sẻ lưu tất cả các frame vào chung một bộ nhớ. Tất cả các cổng trên switch chia sẻ cùng một vùng nhớ này. 2.2.5 Phương pháp chuyển mạch Có hai phương chuyển mạch: - Store – and – forward: nhận vào toàn bộ frame xong rồi mới bắt đầu chuyển đi. Switch đọc địa chỉ nguồn, đích và lọc frame nếu cần trước khi quyết định chuyển frame ra. Vì switch phải nhận xong toàn bộ frame rồi mới bắt đầu tiến trình chuyển mạch frame nên thời gian trễ càng lớn đối với frame càng lớn. Tuy nhiên nhờ vậy switch mới kiểm tra lỗi cho toàn bộ frame giúp khả năng phát hiện lỗi cao hơn. - Cut – through: frame được chuyển đi trước khi nhận xong toàn bộ frame. Chỉ cần địa chỉ đích có thể đọc được rồi là có thể chuyển frame ra. Phương pháp này làm giảm thời gian trễ nhưng đồng thời làm giảm khả năng phát hiện lỗi frame. Sau đây là hai chế độ chuyển mạch cụ thể theo phương pháp cut – through: NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 12 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo - Fast – forward: Chuyển mạch nhanh có thời gian gian trễ thấp nhất. Chuyển mạch nhanh sẽ chuyển frame ra ngay sau khi đọc được địa chỉ đích của frame mà không cần phải chờ nhận hết frame. Do đó cơ chế này không kiểm tra được frame nhận vào có bị lỗi hay không dù điều này không xảy ra thường xuyên và máy đích sẽ hủy gói tin nếu gói tin đó bị lỗi. Trong cơ chế chuyển mạch nhanh, thời gian trễ được tính từ lúc switch nhận vào bit đầu tiên cho đến khi switch phát ra bit đầu tiên. - Fragment – free: cơ chế chuyển mạch này sẽ lọc bỏ các mảnh gãy do dụng độ gây ra trước khi bắc đầu chuyển gói. Hầu hết các frame bị lỗi trong mạng là những gãy của frame do bị đụng độ. Trong mạng hoạt động bình thường, một mảnh frame gãy do đụng độ gây ra phải nhỏ hơn 64 byte. Bất kỳ trong frame nào lớn hơn 64 byte đều xem là hợp lệ và thường không có lỗi. 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. 2.2.6 Hoạt động của switch Chức năng của switch Switch là một thiết bị chọn lựa đường dẫn để gửi frame đến đích, switch hoạt động ở Lớp 2 của mô hình ISO. Switch quyết định chuyển frame dựa trên địa chỉ MAC, do đó switch được xếp vào thiết bị hoạt động ở Lớp 2. Chính nhờ switch lựa chọn đường dẫn để quyết định chuyển frame lên mạng LAN có thể hoạt động hiệu quả hơn. Switch nhận biết máy nào kết nối vào cổng của nó bằng cách đọc địa chỉ MAC nguồn trong frame mà nó nhận được. 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. Do đó, mạng LAN có hiệu suất hoạt động cao thường sử dụng chuyển mạch toàn bộ. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 13 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo Switch tập trung các kết nối và quyết định chọn đường dẫn để truyền dữ liệu hiệu quả. Frame được chuyển mạch từ cổng nhận vào đến cổng phát ra. Mỗi cổng là một kết nối cung cấp chọn băng thông cho máy. Để chuyển frame hiệu quả giữa các cổng, switch lưu giữ một bảng địa chỉ. 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. Các đặc điểm chính của switch: - Tách biệt giao thông trên từng đoạn mạng. - Tăng nhiều hơn lượng băng thông dành cho mỗi người dùng bằng cách tạo ra miền đụng độ nhỏ hơn. Đặc điểm đầu tiên: Tách biệt giao thông trên từng đoạn mạng. switch chia hệ thống mạng ra thành các đơn vị cực nhỏ gọi là microsegment. 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. Bằng cách chia nhỏ hệ thống mạng, sẽ làm giảm lượng người dùng và thiết bị cùng chia sẻ một băng thông. Mỗi segment là một miền đụng độ riêng biệt. switch giới hạn lưu lượng băng thông chỉ chuyển gói tin đến đúng cổng cần thiết dựa trên địa chỉ MAC Lớp 2. 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. Switch chia nhỏ mạng LAN thành nhiều đoạn mạng (segment) nhỏ. Mỗi segment này là một kết nối riêng giống như một làn đường riêng 100 Mb/s. Mỗi server có thể đặt trên một kết nối 100 Mb/s riêng. 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. 2.2.7 Các chế độ chuyển mạch frame Có ba chế độ chuyển mạch frame: - Fast – forwad: switch đọc được địa chỉ của frame là bắt đầu chuyển frame đi luôn mà không cần nhận được hết frame. Như vậy, frame được chuyển đi trước nhận hết toàn bộ frame. Do đó thời gian trễ giảm xuống nhưng khả năng phát hiện lỗi kém. Fast - Forwad là một thuật ngữ được sử dụng để chỉ switch đang ở chế độ chuyển mạch cut -through. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 14 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo - Store – and – forwad: nhận vào toàn bộ frame rồi mới bắt đầu chuyển frame đi. Switch đọc địa chỉ nguồn và thực hiện lọc bỏ frame nếu cần rồi mới quyết định chuyển frame định. Thời gian switch nhận frame vào sẽ gây ra thời gian trễ. Frame càng lớn thì thời gian trễ càng lớn, vì switch phải nhận xong hết toàn bộ frame rồi mới tiến hành chuyển mạch cho frame. Nhưng vậy thì switch có đủ thời gian và dữ liệu để kiểm tra lỗi frame, nên khả năng phát hiện lỗi cao hơn. - 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. Kiểu kết hợp này gọi là cut – through thích nghi (adaptive cut –through). 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. Hình 2.9: Chế độ chuyển mạch frame NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 15 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo 2.2.8 Switch và miền đụng độ Nhược điểm lớn nhất của mạng Ethernet 802.3 là đụng độ. Đụng độ xảy ra khi hai máy tính truyền dữ liệu đồng thời. Khi đụng độ xảy ra, mọi frame đang được truyền bị phát hủy. Các máy đang truyền sẽ ngưng việc truyền dữ liệu lại và chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên theo quy luật CMSA/CD. Nếu đụng độ nhiều quá mức sẽ làm không hoạt động được. Miền đụng độ là khu vực mà frame được phát hiện ra có thể bị đụng độ. Khi kết nối một máy vào một cổng của Switch, Switch sẽ tạo một kết nối riêng biệt băng thông 10Mb/s cho máy đó. Kết nối này và một miền đụng độ riêng (ví dụ: nếu ta nối máy vào một cổng của một switch 12 cổng thì ta sẽ tạo ra 12 miền đụng độ riêng biệt. Hình 2.10: Switch va 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. Kết nối ảo này được duy trì cho đến khi phiên giao dịch kết thúc. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 16 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTMT GVHD: TS.Bồ Quôc Bảo 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). Hình 2.11: Thiết lập kết nối ảo 2.2.9 Switch và miền quảng bá Thông tin liên lạc trong mạng được thực hiện theo 3 cách. Cách thông dụng nhất gửi trực tiếp từ một máy phát đến một máy thu. Cách hai truyền Multicast. Truyền multicast được thực hiện khi một máy muốn gửi gói tin đến cho một mạng con, hay một nhóm nằm trong segment. Khi một thiết bị gửi một gói tin quảng bá đến Lớp 2 thì địa chỉ MAC đích của frame đó sẽ là FF:FF:FF:FF:FF:FF theo số thập lục phân. Với địa chỉ đích như vậy mọi thiết bị đều phải nhận và xử lý gói quảng bá. Miền quảng bá Lớp 2 còn được xem là miền quảng bá MAC. Miền quảng bá MAC bao gồm tất cả các thiết bị trong LAN có thể nhận được frame quảng quảng bá từ một máy trong trong LAN đó. NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 [ 17 ] LỚP: ĐH_KTMT1_K11