TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Bài giảng môn học: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG
Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Thành Email : nvanthanh@ntt.edu.vn Phone : 09 1819 3131
Số tín chỉ: 3 Tổng số tiết: 60 tiết (30 LT + 30 TH)
MH – Thiết kế hệ thống mạng
Bài 1: Tổng quan về thiết kế mạng
Bài 2: Tiêu chuẩn thiết kế mạng cục bộ
Bài 3: Cấu hình thiết bị mạng
Bài 4: Các kỹ thuật Layer-2 trong TKM
Bài 5: Các kỹ thuật Layer-3 trong TKM
Trung tâm đào tạo SmartPro
Bài 6: Các kỹ thuật Layer-4 trong TKM
Bài 7: Ứng dụng Access-List trong TKM
2
Bài 4b: Các kỹ thuật Layer-2 trong TKM
• Vấn đề Switching loop
1.
• Spanning-tree Protocol (STP)
2.
• Per-VLAN Spanning Tree (PVST)
3.
• Ứng dụng STP trong Thiết kế mạng
4.
• Kỹ thuật Ether-channel
5.
• Ứng dụng Ether-channel trong TKM
6.
3
Vấn đề Switching loop
• Vấn đề mở rộng băng thông (Bandwidth scaling):
• Ý tưởng: tăng băng thông giữa 2 Switch bằng cách nối nhiều cáp.
Mỗi đường kết nối giữa 2 switch (link) có băng thông 100Mbps
Hy vọng: Tổng băng thông = 4 x 100 = 400Mbps
Vấn đề Switching loop
• Dự phòng bằng mô hình dư thừa (Redundant Topology):
• Ý tưởng: thêm Switch thứ 3 dự phòng cho sự cố kết nối giữa 2 SW
Vấn đề Switching loop
• Switching loop:
• Switching loop: là hiện tượng các frame chạy lặp vòng giữa các
Switch gây tình trạng “treo” switch.
• Một Frame được S1 nhận. Nếu Destination MAC address không có trong bảng MAC Table của S1 => nó sẽ chuyển sang S2 qua F0/1
• S2 cũng không tìm thấy Destination MAC address trong MAC Table của
nó => chuyển sang S3 qua F0/2
• S2 cũng không tìm thấy
Destination MAC address trong MAC Table của nó => chuyển sang S1 qua F0/1
• Cứ thế, frame sẽ chạy vòng
giữa 3 Switch.
Spanning Tree Protocol (STP)
• Khái niệm Spanning Tree Protocol (STP):
• Spanning Tree Protocol (STP): là giải pháp tránh Switching loop (Loop Avoidance) bằng cách tạm thời khóa (blocked một hay nhiều port nào đó trên Switch để ngăn hiện tượng các frame chạy lặp vòng giữa các Switch.
Spanning Tree Protocol (STP)
• Giải thuật Spanning Tree Protocol (STP):
• Là giải thuật tự trị (autonomous) giữa các Switch nhằm lựa chọn
blocked port sao cho tối ưu nhất.
• Các switch tham gia SPT trao đổi các gói BPDU (Bridge Protocol
Data Units) chứa thông tin cho việc chọn ra Blocked port.
• Các thuật ngữ dùng trong giải thuật STP:
• Root Bridge (hay Root Switch): mỗi nhóm STP có 1 Root bridge
duy nhất. Switch này không có blocked port.
• Non-root Bridge : là các switch không phải là Root bridge. • Root port: mỗi None-root bridge có một Root port, ưu tiên dùng
chuyển tiếp (forward) các traffic sang switch khác
• Designated Port: là forward port còn lại. Designated port có thể
trở thành blocked port.
• Blocked port: là Designated port bị khóa (blocked).
Spanning Tree Protocol (STP)
• Giải thuật Spanning Tree Protocol (STP):
• Bước 1: Bình chọn Root Bridge:
(cid:0) Bridge Priority: mặc định là: 32.768. Có thể thay đổi (bội số của 4096) (cid:0) MAC address: địa chỉ vật lý của switch – cố định.
• Switch có Bridge ID nhỏ nhất được bầu chọn là Root bridge. • Bridge ID được xác định bằng cách kết hợp 2 chỉ số:
Spanning Tree Protocol (STP)
• Giải thuật Spanning Tree Protocol (STP):
• Minh họa: bình chọn Root Bridge:
Spanning Tree Protocol (STP)
• Giải thuật Spanning Tree Protocol (STP):
• Bước 2: Bình chọn Root Port trên các Non-root bridge:
• Mỗi Non-root bridge sẽ bầu chọn một Root port. • Ưu tiên 1: Root port là port kết nối trực tiếp đến Root bridge (nếu có
nhiều thì chọn port có ID nhỏ nhất).
• Bảng chi phí phân đoạn:
Link Speed
10 Gb/s
Cost (Revised IEEE Specification) 2
Cost (Previous IEEE Specification) 1
1 Gb/s
4
1
100 Mb/s
19
10
10 Mb/s
100
100
• Ưu tiên 2: Root port là port có tổng chi phí phân đoạn (segment cost) về Root bridge thấp nhất. (nếu bằng nhau thì chọn port có ID nhỏ nhất)
Spanning Tree Protocol (STP)
• Giải thuật Spanning Tree Protocol (STP):
• Minh họa: bình chọn Root Port:
Spanning Tree Protocol (STP)
• Giải thuật Spanning Tree Protocol (STP):
• Bước 3: Bình chọn Designated port trên Switch.
• Designated Port : là các port không phải là Root port. • Switch-port kết nối với Root port của Switch khác luôn là Designated
• Bước 4: Bình chọn Blocked port trên Switch.
Port.
• Khi một phân đoạn mạng nối giữa 2 Switch có 2 đầu là Designated Port
thì sẽ có 1 port trở thành Blocked port.
• Port có chi phí phân đoạn (segment cost) về Root bridge là cao hơn sẽ
chọn làm Blocked Port.
• Nếu cost bằng nhau => Bridge ID lớn hơn sẽ sẽ chọn làm Blocked Port
Spanning Tree Protocol (STP)
• Giải thuật Spanning Tree Protocol (STP):
• Minh họa: bình chọn Blocked port:
Per VLAN Spanning Tree (PVST)
• Spanning tree modes:
• Per VLAN Spanning Tree (PVST):
• Xây dựng STP dựa trên các kết nối giữa các VLAN. • Mặc định PVST chạy trên VLAN1 (default VLAN)
• Rapid-STP (RSTP):
• Cải tiến từ PVST • Rapid-STP có thời gian hội tụ nhanh.
Per VLAN Spanning Tree (PVST)
• Cấu hình STP:
• Cấu hình Spanning tree mode PVST.
Switch(config)#spanning-tree mode [pvst | rapid-pvst]
• Cấu hình một Switch trở thành Root Bridge chính trên VLAN 1.
Switch(config)#spanning-tree vlan 1 root primary
• Cấu hình một Switch trở thành Root Bridge phụ trên VLAN 1.
Switch(config)#spanning-tree vlan 1 root secondary
• Cấu hình chỉ số Priority ID cho 1 Switch (Bội số của 4096).
Switch(config)#spanning-tree vlan 1 priority priority
Ứng dụng STP trong Thiết kế mạng
• Dự phòng sự cố cáp mạng:
• Khi cáp nối khối nhà A về trung tâm bị sự cố, các traffic từ Nhà A
sẽ về Trung tâm qua SW-B
17
Ứng dụng STP trong Thiết kế mạng
• Cân bằng tải mạng theo VLAN:
• Theo mô hình dưới:
• Các traffic của Công ty A và B đi về Phòng IT bằng Core Switch A. • Các traffic của Công ty C và D đi về Phòng IT bằng Core Switch B.
18
Kỹ thuật Ether-channel
• Khái niệm Ether-channel:
• Ether-channel là phương pháp mở rộng bandwidth bằng cách kết hợp (aggregating), hay bó (bundling) nhiều port trên switch thành 1 port luận lý (gọi là Port-channel).
• Switch ứng xử Port-channel như một Switch-port đơn thuần.
• Có thể bó từ 2 🡪 8 port FE, GE, 10GE thành 1 logical link.
Kỹ thuật Ether-channel
• Etherchannel tạo cân bằng tải (load balance):
• Các traffic sẽ được chia tải trên những physical link riêng biệt của
một EtherChannel
• Etherchannel tạo tính sẵn sàng:
• Một port thành phần của Etherchannel bị fail 🡪 các port còn lại sẽ
hội ý để tạo giải thuật chia tải mới.
• Điều kiện vật lý để tạo Etherchannel:
• EtherChannel có thể kết hợp các physical ports chỉ khi:
• Cùng môi trường truyền (Media type)
• Cùng tốc độ (Speed)
• Cùng loại (full-duplex, half-duplex)
• Cùng là access port của một VLAN hoặc cùng là trunk port có
chung native VLAN và allowed VLAN.
Kỹ thuật Ether-channel
• Giao thức tạo Ether-Channel:
• 02 Switch kết nối nhau bằng nhiều đường link sẽ tiến hành thương
lượng để thống nhất các port nhóm Ether-channel.
• Có 2 giao thức thương lượng: PAgP và LACP • Ether-channel chỉ có thể thành lập khi cả 2 switch đối tác dùng chung
• Giao thức thương lượng PAgP:
giao thức.
• Giao thức thương lượng LACP:
• PAgP (Ports Aggregation Protocol) giao thức độc quyền của Cisco. • PAgP có các mode: On / Auto / Desirable
• LACP (Link Aggregation Control Protocol) là giao thức chuẩn quốc tế
IEEE 802.3ad.
• LACP có các mode: On / Passive / Active
Kỹ thuật Ether-channel
• Giao thức tạo Ether-Channel:
• Ý nghĩa các mode của PAgP và LACP trên Switch:
PAgP
LACP
Ý nghĩa
Gán ports vào Channel mà không cần thương lượng
On
On
Chủ động thương lượng switch bên kia
Desirable
Active
Chờ thương lượng để lên EtherChannel – bị động.
Auto
Passive
• Các tình huống không thể / có thể tạo Ether-channel:
Kỹ thuật Ether-channel
• Cấu hình Etherchannel:
(cid:0) Chọn dãy các port (interface) muốn cấu hình EtherChannel:
🡪Ví dụ : interface range f0/20-21
(cid:0) Chọn giao thức cho Etherchannel: (ví dụ chọn giao thức PAgP) 🡪(config-if)# channel-protocol pagp
(cid:0) Chọn channel ID và chọn mode cho Channel-group:
🡪(config-if)# channel-group
✔
Channel ID giống nhau.
(cid:0) Cấu hình tương tự trên switch đối tác, nhưng phải đảm bảo đáp
ứng các khả năng hình thành Etherchannel.
Ứng dụng Ether-channel trong TKM
• Tăng băng thông kết nối giữa 2 Building Switch
• Đảm bảo gia tăng băng thông của lưu lượng mạng giữa 2 toà nhà.
• Đảm bảo tính dự phòng của cáp nối giữa 2 toà nhà.
24
