MỤC LỤC
I. Giới thiệu về Layer 2 và Hoạt động của Switch
II. Khái niệm cơ bản về Layer 2 Address
III. Hoạt động của Switch tại Layer 2
IV. Mô hình Lab và cấu hình
1. Mô hình Lab
2. Cấu hình Lab
3. Kiểm tra
V. Kết luận
I. Giới thiệu về Layer 2 và Hoạt động của Switch
Layer 2, hay còn gọi là tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, là tầng chịu trách nhiệm cho việc chuyển đổi dữ liệu giữa các thiết bị trên cùng một mạng. Tại Layer 2, thông tin được đóng gói dưới dạng các khung dữ liệu (frame), và địa chỉ MAC được sử dụng để định danh các thiết bị trong mạng. Mỗi thiết bị mạng, từ máy tính đến các thiết bị đầu cuối như printer, đều có một địa chỉ MAC duy nhất được gán bởi nhà sản xuất.
Switch là thiết bị mạng hoạt động chủ yếu ở Layer 2, thực hiện việc chuyển tiếp các frame dựa trên địa chỉ MAC. Switch học địa chỉ MAC từ các frame mà nó nhận được và sử dụng bảng MAC để quyết định cổng nào sẽ được sử dụng để gửi frame đi. Điều này giúp tối ưu hóa lưu lượng mạng, giảm thiểu xung đột và cải thiện hiệu suất tổng thể của mạng.
Vai trò của Switch Layer 2:
Địa chỉ MAC (Media Access Control) là địa chỉ vật lý duy nhất được gán cho mỗi thiết bị mạng. Địa chỉ này gồm 48 bit (6 byte), được biểu diễn dưới dạng 12 ký tự hexadecimals (ví dụ: 00:1A:2B:3C:4D:5E). Địa chỉ MAC là thành phần quan trọng tại Layer 2, cho phép các thiết bị giao tiếp trực tiếp với nhau mà không cần sự can thiệp của các tầng cao hơn như Layer 3 (IP).
Các thành phần trong một frame tại Layer 2 bao gồm:
1. Mô hình Lab
2. Cấu hình Lab
Cấu hình port access cho các cổng
3. Kiểm tra
Kiểm tra bảng MAC của IOU1
ping từ PC1 sang PC2 và ngược lại
V. Kết luận
I. Giới thiệu về Layer 2 và Hoạt động của Switch
II. Khái niệm cơ bản về Layer 2 Address
III. Hoạt động của Switch tại Layer 2
IV. Mô hình Lab và cấu hình
1. Mô hình Lab
2. Cấu hình Lab
3. Kiểm tra
V. Kết luận
Cấu Hình Layer2 Address và Switch
Layer 2, hay còn gọi là tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, là tầng chịu trách nhiệm cho việc chuyển đổi dữ liệu giữa các thiết bị trên cùng một mạng. Tại Layer 2, thông tin được đóng gói dưới dạng các khung dữ liệu (frame), và địa chỉ MAC được sử dụng để định danh các thiết bị trong mạng. Mỗi thiết bị mạng, từ máy tính đến các thiết bị đầu cuối như printer, đều có một địa chỉ MAC duy nhất được gán bởi nhà sản xuất.
Switch là thiết bị mạng hoạt động chủ yếu ở Layer 2, thực hiện việc chuyển tiếp các frame dựa trên địa chỉ MAC. Switch học địa chỉ MAC từ các frame mà nó nhận được và sử dụng bảng MAC để quyết định cổng nào sẽ được sử dụng để gửi frame đi. Điều này giúp tối ưu hóa lưu lượng mạng, giảm thiểu xung đột và cải thiện hiệu suất tổng thể của mạng.
Vai trò của Switch Layer 2:
- Chuyển tiếp dữ liệu hiệu quả: Switch Layer 2 có khả năng chuyển tiếp frame dữ liệu giữa các thiết bị trên cùng một VLAN một cách nhanh chóng và chính xác.
- Học địa chỉ MAC động: Switch tự động học các địa chỉ MAC từ các frame nhận được và lưu trữ chúng trong bảng MAC.
- Giảm xung đột mạng: Bằng cách chỉ chuyển tiếp dữ liệu đến cổng đích cần thiết, switch giúp giảm thiểu xung đột mạng và cải thiện hiệu suất.
Địa chỉ MAC (Media Access Control) là địa chỉ vật lý duy nhất được gán cho mỗi thiết bị mạng. Địa chỉ này gồm 48 bit (6 byte), được biểu diễn dưới dạng 12 ký tự hexadecimals (ví dụ: 00:1A:2B:3C:4D:5E). Địa chỉ MAC là thành phần quan trọng tại Layer 2, cho phép các thiết bị giao tiếp trực tiếp với nhau mà không cần sự can thiệp của các tầng cao hơn như Layer 3 (IP).
Các thành phần trong một frame tại Layer 2 bao gồm:
- Preamble: Dùng để đồng bộ hóa các thiết bị nhận dữ liệu.
- Destination MAC Address: Địa chỉ MAC của thiết bị đích mà frame muốn gửi đến.
- Source MAC Address: Địa chỉ MAC của thiết bị nguồn gửi frame.
- EtherType: Xác định giao thức của Layer 3 đang được sử dụng (ví dụ: IPv4 hoặc IPv6).
- Payload: Dữ liệu chính cần truyền.
- Frame Check Sequence (FCS): Dùng để kiểm tra lỗi trong quá trình truyền tải.
Bảng MAC (MAC Address Table):
Switch Layer 2 sử dụng bảng MAC để lưu trữ thông tin về địa chỉ MAC và cổng kết nối tương ứng. Mỗi khi switch nhận được một frame, nó sẽ kiểm tra bảng MAC để xác định cổng nào sẽ được dùng để gửi frame đến đích. Nếu địa chỉ MAC đích không có trong bảng, switch sẽ thực hiện "flooding" để gửi frame đến tất cả các cổng trừ cổng nhận vào, nhằm tìm địa chỉ MAC đích.
III. Hoạt động của Switch tại Layer 2Switch Layer 2 sử dụng bảng MAC để lưu trữ thông tin về địa chỉ MAC và cổng kết nối tương ứng. Mỗi khi switch nhận được một frame, nó sẽ kiểm tra bảng MAC để xác định cổng nào sẽ được dùng để gửi frame đến đích. Nếu địa chỉ MAC đích không có trong bảng, switch sẽ thực hiện "flooding" để gửi frame đến tất cả các cổng trừ cổng nhận vào, nhằm tìm địa chỉ MAC đích.
Switch Layer 2 hoạt động dựa trên một số nguyên lý chính để đảm bảo dữ liệu được chuyển tiếp đúng cách:
- Học địa chỉ MAC: Khi switch nhận được một frame từ một cổng nhất định, nó sẽ kiểm tra địa chỉ MAC nguồn trong frame và ghi nhận địa chỉ đó vào bảng MAC với cổng tương ứng. Điều này giúp switch biết được thiết bị với địa chỉ MAC nguồn đang được kết nối với cổng nào của nó.
- Chuyển tiếp frame: Sau khi nhận được frame, switch kiểm tra địa chỉ MAC đích. Nếu địa chỉ MAC đích có trong bảng MAC, switch sẽ chỉ gửi frame qua cổng tương ứng. Nếu không, switch sẽ gửi frame đến tất cả các cổng ngoại trừ cổng đã nhận frame ban đầu (quá trình này gọi là flooding).
- Flooding và Filtering: Flooding được thực hiện khi switch không có địa chỉ MAC đích trong bảng của nó. Filtering (lọc) là khi switch biết địa chỉ MAC đích và chỉ gửi frame đến cổng cụ thể thay vì gửi đến tất cả các cổng.
- Aging Timer: Mỗi mục nhập trong bảng MAC có một bộ đếm thời gian (aging timer). Nếu switch không nhận được bất kỳ frame nào từ một địa chỉ MAC cụ thể trong một khoảng thời gian nhất định, nó sẽ xóa mục nhập đó khỏi bảng MAC để tiết kiệm bộ nhớ và tránh lưu trữ thông tin lỗi thời.
Quá trình xử lý của Switch:
- Nhận frame: Switch nhận frame từ một cổng.
- Kiểm tra bảng MAC: Switch kiểm tra bảng MAC để xem địa chỉ MAC đích của frame có trong bảng không.
- Chuyển tiếp hoặc flooding: Nếu có, switch chuyển tiếp frame đến cổng tương ứng; nếu không, switch sẽ thực hiện flooding.
- Cập nhật bảng MAC: Switch cập nhật bảng MAC với địa chỉ MAC nguồn và cổng nhận được.
1. Mô hình Lab
2. Cấu hình Lab
- Trên IOU1
Code:
IOU1(config)#vlan 10
IOU1(config-vlan)#ex
IOU1(config)#int vlan 10
IOU1(config-if)#ip add 192.168.50.1 255.255.255.0
IOU1(config-if)#no shutCấu hình port access cho các cổng
Code:
IOU1(config)#int range e0/0-1
IOU1(config-if-range)#switchport mode access
IOU1(config-if-range)#switchport access vlan 10- Trên PC1
Code:
PC1> ip 192.168.50.10/24 192.168.50.1- Trên PC2
Code:
PC2> ip 192.168.50.20/24 192.168.50.13. Kiểm tra
Kiểm tra bảng MAC của IOU1
Code:
IOU1#show mac address-tableping từ PC1 sang PC2 và ngược lại
V. Kết luận
Trong bài lab này, chúng ta đã tìm hiểu và thực hiện cấu hình cơ bản trên switch Layer 2 để kiểm tra hoạt động dựa trên địa chỉ MAC. Chúng ta đã học cách:
- Cấu hình switch Layer 2: Từ việc đặt tên, cấu hình cổng, đến việc cấu hình VLAN quản lý. Đây là những bước quan trọng để đảm bảo switch hoạt động đúng cách trong một mạng LAN.
- Hiểu và kiểm tra bảng MAC: Bảng MAC là thành phần cốt lõi giúp switch quyết định việc chuyển tiếp gói tin. Việc kiểm tra bảng MAC sau khi ping giữa các PC đã giúp chúng ta xác minh rằng switch hoạt động đúng như mong đợi.
- Cấu hình và thử nghiệm kết nối giữa các thiết bị: Bằng cách cấu hình địa chỉ IP trên các PC và thực hiện ping, chúng ta đã mô phỏng thành công việc giao tiếp trong một mạng Layer 2, đồng thời quan sát cách switch học và lưu trữ địa chỉ MAC của các thiết bị đầu cuối.
Qua đó, bài lab này không chỉ giúp chúng ta củng cố kiến thức lý thuyết về hoạt động của switch Layer 2, mà còn cung cấp trải nghiệm thực tế với các cấu hình thiết bị mạng. Hiểu rõ và thành thạo các kỹ năng này là nền tảng vững chắc cho việc quản lý và tối ưu hóa hệ thống mạng, đồng thời giúp xử lý nhanh chóng các sự cố liên quan đến mạng LAN.
Như vậy, việc nắm vững hoạt động của switch tại Layer 2 không chỉ giúp quản trị mạng tối ưu hóa hiệu suất mạng, mà còn giúp họ nhanh chóng phát hiện và giải quyết các vấn đề xảy ra trong quá trình vận hành. Chúng ta cũng thấy rằng hiểu rõ về địa chỉ MAC và cách switch xử lý các gói tin là rất quan trọng đối với việc quản lý mạng hiệu quả.
Như vậy, việc nắm vững hoạt động của switch tại Layer 2 không chỉ giúp quản trị mạng tối ưu hóa hiệu suất mạng, mà còn giúp họ nhanh chóng phát hiện và giải quyết các vấn đề xảy ra trong quá trình vận hành. Chúng ta cũng thấy rằng hiểu rõ về địa chỉ MAC và cách switch xử lý các gói tin là rất quan trọng đối với việc quản lý mạng hiệu quả.
