Bài viết Multi Layers Switching Tác giả: Đng Quang Minh GIỚI THIỆU CHUNG: Trong một hệ thống mạng máy tính, switch đóng vai trò thiết bị kết nối trung tâm và thường hoạt động ở layer 2 của mô hình OSI. Đối với một số dòng switch cao cấp như Catalyst 4000 trở về trước của Cisco hay Switch Procurve 8000 trở về trước của HP, một vài chức năng của layer 3 như là Broadcast control, IP Multicast,.QoS (IP Precedence, Protocol filter) được bổ sung để đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của hệ thống…Tuy nhiên các switch này không có được một số chức năng quan trọng của layer 3 như chức năng routing, IP dynamic VLAN… Do vậy các VLAN do các switch này tạo ra thường là static VLAN hay MAC dynamic VLAN. Mặc khác các VLAN không thể liên lạc được với nhau nếu không có router trung gian. Hình sau cho thấy các VLAN muốn giao tiếp với nhau phải thông qua 1 router trung gian. Như vậy để 2 VLAN giao tiếp được với nhau, hệ thống mạng sẽ trở nên rắc rối hơn, khó quản lý hơn. Khái niệm multilayer switch (MLS) nói chung là một switch có thể thực hiện được một số các chức năng của các tầng cao hơn. Ở đây, chúng tôi chỉ trình bày các chức năng hoạt động ở tầng thứ 3 của mô hình OSI mà các switch trước đây không thực hiện được. MLS cung cấp một cách hiệu quả khả năng hoạt động ở layer 3 cho phần cứng của switch thông qua vi mạch chuyên dụng application- specific (ASIC) được tích hợp với phần cứng trong switch và bộ xử lý của router. Các chức năng của layer 3 có được trong switch loại này là do tích hợp thêm một vài thiết bị phần cứng như là RSM (Routing Switch Module), NFFC (NetFlow Feature Card), NRFC (Network Routing Feature Card)…vào switch truyền thống. Các thiết bị phần cứng này sẽ được đề cập chi tiết trong phần sau. Ví dụ sau cho ta thấy một switch có chức năng MLS sẽ kết nối được các VLAN như thế nào:: Host A, B và C nằm trên các VLAN khác nhau : host A thuộc VLAN Sales, host B thuộc VLAN Maketing, host C thuộc VLAN Engineering. Thông qua một switch duy nhất (đã có thêm phần cứng là RSM) các host này đã giao tiếp được với nhau. Bảng tạo ra ở phần trên của hình chính là bảng routing do thiết bị phần cứng thêm vào switch đã tạo ra. Ta nhận thấy thiết bị phần cứng thêm vào switch đóng vai trò như một router. Nên việc tìm đường cũng dựa vào các routing protocol như Open Shortest Path First (OSPF), Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), Routing Information Protocol (RIP), và Intermediate System- to-Intermediate System (IS-IS). Khái niệm switch layer 3 sẽ góp phần làm cho hệ thống đỡ phức tạp do giảm bớt các thiết bị (thay vì để 2 VLAN liên lạc được với nhau hệ thống cũ trước đây phải có 2 switch và 1 router thì bây giờ hệ thống chỉ cần quản lý 1 switch duy nhất). MLS còn có khả năng thống kê lưu lượng lưu thông các gói tin để giúp cho việc quản trị mạng. Thêm vào đó, hệ thống mạng với các switch này sẽ được cải thiện về tốc độ và giá thành. Đối với các sản phẩm switch Catalyst của Cisco, tính năng Multilayer switching tạo nên sự khác biệt giữa dòng sản phẩm 4000 và các dòng sản phẩm 5000 và 6000. Các dòng sản phẩm 5000, 6000 còn có một số chức năng bổ sung như Server Load Balancing, Enhanced QoS, FlexWAN… nhưng tính năng MultiLayer Switching đóng vai trò quan trọng nhất. CẤU HÌNH PHẦN CỨNG CẦN THIẾT ĐỂ CÓ CHỨC NĂNG MULTILAYER SWITCH Tài liệu này phân tích riêng về các sản phẩm switch Catalyst của Cisco. Các switch của các hãng khác khi muốn có thêm chức năng multilayer switching cũng có thể thêm vào các phần cứng có chức năng tương tự nhưng có thể có những tên gọi khác. Trong tài liệu này đề cập đến 2 dòng switch mới mà có thêm vào chức năng multilayer switch đó là Catalyst 5000 và Catalyst 6000. Đối với Switch Catalyst 5000 : Các thành phần cung cấp tính năng MLS gồm có : MLS-SE (Multilayer Switching – Switch Engine) : cụ thể là NetFlow Feature Card (NFFC) hoặc là NFFC II trong Supervisor Engine III or III F hoặc là Supervisor Engine II G / III G, và Catalyst đời 2926G. MLS-SE cung cấp dịch vụ Layer 3 LAN-switching. MLS-RP (Multilayer Switching – Router Processor) : là RSM hoặc RSFC hoặc là những router nối ngoài như Cisco 7500, 7200, 4700, 4500, or 3600 với phần mềm hỗ trợ IP MLS MLS-RP. MLS-RP cung cấp các dịch vụ về Cisco IOS-based multiprotocol routing và network. MLS-RP hoạt động như một router. Nó bao gồm một trong những thiết bị phần cứng sau: Route Swittch Module (RSM ): Catalyst 5500, 5505, 5509 có thêm một module vật lý RSM. Module này có khả năng hoạt động tương tự như một router. Có thể lắp module này vào bất kì slot nào trên switch ngoại trừ slot 1 và 2 (dành cho Supervisor và redundant supervisor engine). Hình Route Switch Module Bảng những đặc điểm kĩ thuật của RSM Mô tả Đc điểm Bộ xử lý 2 bộ xử lý Mips R4700 RISC 1 có tốc độ external là 50 MHz và tốc độ internal là 100 MHz. Bộ nhớ: DRAM 2 NVRAM Flash SIMM 32-MB (minimum), 64-MB, or 128-MB main and shared memory. Chấp nhận 8-MB (8 x 4), 16-MB (16 x 2 or 16 x 4), or 32-MB (32 x 4) SIMMs. 128-KB nonvolatile EPROM cho file cấu hình hệ thống. 8-MB or 16-MB onboard Flash SIMMs cho Cisco IOS images. 16-MB or 20-MB PCMCIA card cho Cisco Flash Card Boot ROM IOS images. RSM có 2 slot PCMCIA cung cấp kích thước lớn nhất cho bộ nhớ 40-MB Flash card. 256-KB EPROM cho chương trình quản lý ROM. Những cổng giao tiếp 1 port serial console 1 port serial auxiliary Backplane interface: 2 SAGE ASICs Regulatory compliance: Safety EMC Network xác nhận UL1950, CSA22.2-950, EN60950 FCC-Part15-Class A, EN55022-Class B, CISPR22-Class B, VCCI-Class 2, CE Marking Net 1, Net 2, Net 3 1 RISC = Reduced Instruction Set Computing 2 DRAM = dynamic random-access memory Route Switch Feature Card (RSFC) Đối với họ switch Catalyst 5000, supervisor module là module tùy chọn. Có nhiều loại supervisor như Supervisor II, Supervisor II G, Supervisor III F, Supervisor III G… Trong đó Supervisor II G và Supervisor III G hỗ trợ cho RFSC. RFSC có thể gắn thêm vào các module này để phục vụ cho các chức năng ở layer 3 của switches. RSFC được xem như 1 module logic.Nếu Supervisor engine được gắn vào slot 1 thì RSFC được xem là module thứ 15. Nếu Supervisor engine được gắn vào slot 2 thì RSFC được xem là module thứ 16. Bảng những đặc điểm kĩ thuật cũa RSFC Mô tả Đc điểm Bộ xử lý (Processor) 1 bộ sử lý Mips R4700 RISC với tốc độ 200 MHz. Cổng giao tiếp 1 cổng serial console (trên mặt trước của supervisor engine). Bộ nhớ DRAM 1 64-MB or 128-MB main and shared memory. NVRAM 128-KB nonvolatile EPROM cho file cấu hình hệ thống Flash SIMM 16-MB onboard Flash SIMMs cho Cisco IOS images. Boot ROM 256-KB EPROM cho chương trình quản lý ROM. Regulatory Compliance Safety UL1950, CSA22.2-950, EN60950 EMC FCC-Part15-Class A, EN55022-Class B, CISPR22-Class B, VCCI-Class 2, CE Marking Network xác nhận Net 1, Net 2, Net 3 1 DRAM = dynamic random-access memory Đối với Switch Catalyst 6000 : Để switch có chức năng của layer 3, hai phần cứng quan trọng được thêm vào là: Policy Feature Card (PFC) và Multilayer Switch Feature Card (MSFC) PFC : PFC chứa bảng Layer 3 switching (the Layer 3 MLS cache). MSL cache chưa thông tin luồng dữ liệu cho tất cả mọi hoạt động. PFC của switch 6000 có chức năng tương tự như MLS-SE của switch 5000. MSFC: MSFC được gắn bên trong supervisor engine, chạy phần mèn Cisco IOS router để liên lạc với những phần logic còn lại trên supervisor engine thông qua Interprocessor Communication (IPC) bus. Như thế, switch có MSFC có khả năng MLS (Layer 3 switching). MSFC của switch 6000 có chức năng tương tự nhu MLS-RP của switch 5000. MSFC được xem như là module logic thứ 15 nếu supervisor engine được gắn vào trong slot 1 và được xem như là module logic thứ 16 nếu supervisor engine được gắn vào trong slot 2. Hình mô tả chức năng của Multilayer Switch Feature Card Hoạt động của MSFC : Packet đầu tiên đi từ nguồn đến đích theo cách routing thông thường. Ngay khi nó đến đích, supervisor engine học được tất cả thông tin mà nó cần để gởi đi những packet tiếp theo bằng con đường khác thông qua phần cứng của chính nó và bô xử lý router. Supervisor trình bày lại theo cách trình bày của layer 3 và thiết bị nơi nhận nghĩ rằng nó nhận được packet từ 1 router. Hoạt động này sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau. NHỮNG CHỨC NĂNG CỦA LAYER 3 : Tất cả những phần cứng mà vừa trình bày ở trên đều cho switch có thêm các chức năng ở layer 3. Ở phần này ta sẽ khảo sát kĩ hơn để xem các phần cứng đó hoạt động ra sao để có các chức năng layer 3 đó. Đồng thời nghiên cưu các cách cấu hình cho các chức năng layer 3. INTERVLAN Routing Giới thiệu : Hệ thống mạng với các switch layer 2 thì các thiết bị trên những VLAN khác nhau không thể liên lạc trực tiếp với nhau. Chức năng layer 3 trên switch giúp các VLAN có thê liên lạc được với nhau mà không cần phải gián tiếp qua router. Các khái niệm : Trước khi đi qua phần khảo sát kĩ hoạt động của các phần cứng để có chức năng inter VLAN thì ta xem qua các khái niệm sau đây : Khái niệm luồng dữ liệu (flow): Khái niệm luồng dữ liệu tức là một hướng truyền và nhận dữ liệu duy nhất và các packet trên hướng đó phải cùng 1 giao thức. Nói cách khác, những luồng này là khác nhau nếu giao thức hoặc địa chỉ đầu gửi và nhận khác nhau. Tức là hướng packet đi từ A đến B khác packet đi từ B đến A. Packet đi từ A đến B với giao thức FTP khác packet từ A đến B với giao thức HTTP. Khái niệm luồng thông tin chỉ ở trên layer 3. Đặc điểm này cho phép các lưu thông IP từ những người dùng hoặc ứng dụng đến 1 đích xác định chỉ cần đi theo1 luồng dữ liệu duy nhất. Khái niệm Layer 3 MLS Cache: NFFC (hoặc NFFC II) chứa bảng Layer 3 switching (còn gọi là Layer 3 MLS cache) để chứa những thông tin về luồng dữ liệu. Cache này cũng bao gồm các thông tin về lưu lượng trên. Sau khi MLS cache được tạo, packet được nhận ra dựa vào thông tin luồng lưu trong bảng cache. Một mục trong cache sẽ được tạo mới ngay khi switch nhận được packet có luồng dữ liệu không giống tất cả các mục đã hiện diện trong cache. Mỗi một mục lưu thông tin về luồng dữ liệu có quy định thời gian tồn tại. Ta cũng có thể thay đổi thời gian đó. Kích thước lớn nhất của cache là 128K. Hoạt động của các phần cứng để có chức năng interVLAN: Khi 1 packet được chuyển đi ở layer 3 thì Switch (Switch ở đây đối với họ switch 5000 là MLS-SE, đối với họ 6000 là NFC) trình bày thông tin trong packet lại dưới dạng học được từ Router (Router ở đây đối với họ switch 5000 là MLS-RP, đối với họ 6000 là NSFC) và lưu giữ packet đó ở trong MLS cache. Nếu Host A và Host B khác VLAN. Host A gửi packet đến router để định được con đường đến Host B, switch nhận ra packet được gửi đến router nnờ vào địa chỉ MAC của router ở trên packet. Switch kiểm tra lại MLS cache thấy con đường chưa được xác định. Packet switch nhận có dạng như sau: Frame Header IP Header Payload Destination Source Destination Source TTL Checksum Data Checksum SWITCH MAC Host A MAC Host B IP Host A IP n calculation1 Switch viết lại header của frame thuộc layer 2, thay đổi địc chỉ MAC của nơi đến thành địa chỉ MAC của Host B và địc chỉ MAC của nơi đi thành địa chỉ MAC của Router (những địc chỉ MAC này được lưu giữ trong MLS cache). Địa chỉ IP của Layer 3 vẫn tương tự như vậy, nhưng Time to Live (TTL) tăng 1 và checksum được tính toán lại. Switch chuyển tiếp packet vừa được viết lại đến VLAN của Host B và Host B nhận packet. Packet sau khi được switch viết lại có dạng như sau: Frame Header IP Header Payload Destination Source Destination Source TTL Checksum Data Checksum Host B MAC MLS-RP MAC Host B IP Host A IP n+1 calculation2 Sau khi packet đầu tiên đã được chuyển đến Host B. Thông tin về dòng dữ liệu đã được lưu trong MLS cache. Những packet sau đó sử dụng lại những thông tin này để chuyển tiếp đến đích. Cụ thể hơn, ta mô tả lại quá trình hoạt động của Router và Switch đối với gói tin đầu tiên mà switch layer 3 nhận được để tạo ra một mục trong MLS cache qua 4 bước sau đây: Bước 1: Bước 2 : Bước 3 : Bước 4: Những phần mềm và phần cứng cần thiết : IP MLS đòi hỏi những phần mềm sau: Supervisor engine software release 4.1(1) hoặc những đời sau. Phần mềm IOS cho router Cisco: IOS release 12.0(3c)W5(8a) or later on the Route Switch Feature Card (RSFC) IOS release 12.0(3c)W5(8) or later on the MLS-RP if running MLS over ATM media IOS release 12.0(2) or later on Cisco 3600 series routers IOS release 11.3(2)WA4(4) or later on the Route Switch Module (RSM), or Cisco 7500, 7200, 4700, and 4500 series routers Nếu chạy MLS trên ATM media, Catalyst 5000 family ATM module software release 11.3(8)WA4(11) or later, or release 12.0(3c)W5(10) or later IP MLS đòi hỏi những phần cứng sau: Catalyst đời 2926G switch, hoặc Catalyst 5000 switch với Supervisor Engine II G or III G, or Supervisor Engine III or III F với NetFlow Feature Card (NFFC) or NFFC II RSM, RSFC, hay là những router ngoài như Cisco 7500, 7200, 4700, 4500, or 3600. Họ Catalyst 5000 với ATM module và router với cổng ATM nếu hoạt động MLS trên ATM media. (Tùy chọn) Những module có khả năng inline-rewrite Những module này có phần cứng onboard có khả năng cưc đại hoá khả năng IP MLS. Lệnh show port capabilities sẽ xác định được phần cứng hỗ trợ inline rewrite. Configuration [...]... lại MMLS Command set mls multicast enable show mls multicast Ví dụ: Console> (enable) set mls multicast enable Multilayer Switching for Multicast is enabled for this device Console> (enable) Tắt IP MMLS trên Switch Khi tắt IP MMLS trên switch, switch dừng quá trình multilayer switching IP multicast, bỏ tất cả những thông tin IP MMLS trong Layer 3 cache, và dừng tiến trình gửi multicast messages từ Router... thức multicast Multilayer Switching (multicast MLSP) Khi router nhận được 1 luồng thông tin mới, nó cập nhật bảng multicast routing và chuyển tiếp thông tin mới đó đến Switch bằng multicast MLSP Ngoài ra, nếu 1 phần tử trong bảng multicast routing bị quá hạn, router sẽ xóa phần tử đó và chuyển tiếp thông tin vừa cập nhật cho Switch Lệnh clear ip mrouter để xóa bảng multicast routing Lệnh no ip multicast-routing... MMLS trên switch Kiểm tra lại MMLS Command set mls multicast disable show mls multicast Ví dụ: Console> (enable) set mls multicast disable Multilayer Switching for Multicast is disabled for this device Console> (enable) Trình bày thông tin IP cấu hình MMLS : Task Trình bày 1 cách tổng thể thông tin cấu hình IP MMLS Ví dụ: Console> (enable) show mls multicast Admin Status: Enabled Operational Status:... Tắt IP MMLS trên các cổng của router Command Router(config-if)# no mls ip multicast Ví dụ: Router(config-if)# no mls ip multicast Router(config-if)# Trình bày bảng IP multicast Task Trình bày bảng IP multicast routing Command show ip mroute [group[source]] | [summary] | [count] | [active kbps] Ví dụ: Router# show ip mroute IP Multicast Routing Table Flags:D - Dense, S - Sparse, C - Connected, L - Local,... cổng Trình bày tổng thể thông tin IP MMLS Trình bày bảng thống kê IP MMLS Command show mls ip multicast [[group[source][vlan-id]] | [*]] show mls ip multicast summary show mls ip multicast statistics Ví dụ cho thấy cách trình bày thông tin một mục IP MMLS trên router: Router# show mls ip multicast 224.1.1.1 Multicast hardware switched flows: (1.1.13.1, 224.1.1.1) Incoming interface: Vlan13, Packets... Router(config-if)# ^Z Router# IP MULTICAST MUTILAYER SWITCHING (IP MMLS) Giới thiệu: IP MMLS cũng tương tự như IP MLS, cung cấp 1 cách hiệu quả khả năng layer 3 cho phần cứng của switch thông qua vi mạch application-specific (ASIC) được tích hợp với phần cứng trong switch và bộ xử lý của router Chúc năng multicast được hỗ trợ khi địa chỉ của phần nơi gưi thuộc về nhóm những địa chỉ multicast Những packet không... switch Catalyst 5000 hoặc là MSFC đối với họ Catalyst 6000) Bật chế độ IP multicast routing : Task Bật chế độ IP multicast routing trên router Command Router(config)# ip multicast-routing Ví dụ : Router(config)# ip multicast-routing Router(config)# Ø Lưu ý : IP PIM (Protocol Independent Multicast) phải được bật trên các cổng cũa router kết nối đến switch trước khi có chức năng IP MMLS trên những cổng... đích thì vẫn được chuyển tiếp bằng phần mềm trên router Giao thức Independent Multicast (PIM) được dùng để tìm đường (route) Hình sau cho thấy một mô hình IP multicast cơ bản gồm có switch layer 3 và một router nối ngoài: Hình sau cho thấy một mô hình IP multicast cơ bản gồm có 1 switch layer 3 với RMS Khái niệm về Layer 3 Multicast MLS Cache Switch (tức là PFC trong họ catalyst 6000 và MMLS-SE trong... Status: Active Configured flow mask is {Destination-source-vlan flow} Command show mls multicast Active Entries = 10 Router include list : 1.1.9.254 (Active) 1.1.5.252 (Active) Console> (enable) Trình bày bảng thống kê thông tin IP MMLS: Task Trình bày bảng thống kê IP multicast trên Router Ví dụ: Console (enable) show mls multicast statistics Router IP Router Name Router MAC 1.1.9.254... Xóa bảng thống kê IP MMLS trên switch Command clear mls multicast statistics Ví dụ: Console> (enable) clear mls multicast statistics All statistics for the MLS routers in include list are cleared Console> (enable) · Trình bày những mục IP MMLS: Trình bày những mục IP MMLS của switch : Task Trình bày những mục IP MMLS của switch Command Show mls multicast entry [[[mod] [vlan vlan_id] [group ip_addr] . Bài viết Multi Layers Switching Tác giả: Đng Quang Minh GIỚI THIỆU CHUNG: Trong. nhưng tính năng MultiLayer Switching đóng vai trò quan trọng nhất. CẤU HÌNH PHẦN CỨNG CẦN THIẾT ĐỂ CÓ CHỨC NĂNG MULTILAYER SWITCH Tài liệu này phân tích