Mục lục
I. Giới thiệu
II. Tìm hiểu về Layer 2 Address
2.1. Định nghĩa
2.2. Cấu trúc của MAC Address
2.3. Vai trò của MAC Address
II. Hoạt động của Switch tại layer 2
2.1. Chức năng cơ bản của Switch
2.2. Cách Switch học và xây dựng bảng MAC
III. Thực hành
IV. Kết luận
Topic: Tìm hiểu về Layer2 Address và hoạt động của Switch
I. Giới thiệu
Layer 2 trong mô hình OSI (Open Systems Interconnection) là tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer). Tại tầng này, các thiết bị mạng như Switch hoạt động chủ yếu dựa trên địa chỉ MAC (Media Access Control).
Hình minh họa Datalink layer
II. Tìm hiểu về layer 2 Address
2.1. Định nghĩa
Địa chỉ MAC là một mã định danh duy nhất gán cho mỗi giao diện mạng của thiết bị. Địa chỉ này có độ dài 48-bit và được thể hiện dưới dạng 12 ký tự thập lục phân.
Ví dụ: 00:1A:2B:3C:4D:5E. Mỗi thiết bị mạng như máy tính, điện thoại, hoặc các thiết bị IoT đều có ít nhất một địa chỉ MAC.
2.2. Cấu trúc của MAC Address
Địa chỉ MAC được chia thành hai phần:
+ OUI (Organizationally Unique Identifier): Phần này gồm 24-bit đầu tiên, xác định nhà sản xuất của thiết bị.
+ NIC (Network Interface Controller): 24-bit còn lại là số sê-ri riêng biệt của thiết bị do nhà sản xuất chỉ định.
2.3. Vai trò của MAC Address
Địa chỉ MAC đóng vai trò quan trọng trong việc định danh thiết bị trong mạng LAN (Local Area Network). Khi một thiết bị muốn gửi dữ liệu đến thiết bị khác trong cùng mạng, nó sử dụng địa chỉ MAC để xác định đích đến.
II. Hoạt động của Switch tại layer 2
2.1. Chức năng cơ bản của Switch
Switch là một thiết bị mạng hoạt động tại Layer 2, có nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin (frames) giữa các thiết bị trong cùng một mạng. Switch sử dụng địa chỉ MAC để quyết định chuyển tiếp gói tin đến cổng nào. Khi một gói tin đến một cổng của Switch, nó sẽ:
Minh họa đặc điểm chức năng của Switch Layer 3
+ Đọc địa chỉ MAC nguồn: Switch ghi nhận địa chỉ MAC nguồn và cổng mà gói tin đến, lưu thông tin này vào bảng MAC (MAC Address Table).
+ Kiểm tra địa chỉ MAC đích: Switch so sánh địa chỉ MAC đích với bảng MAC để xác định cổng tương ứng.
+ Chuyển tiếp gói tin: Nếu địa chỉ MAC đích có trong bảng, Switch chuyển gói tin đến cổng tương ứng. Nếu không, Switch phát tán gói tin ra tất cả các cổng ngoại trừ cổng nhận.
2.2. Cách Switch học và xây dựng bảng MAC
+ Lúc đầu bảng CAM của Switch sẽ trống và không ghi thông tin gì cả
+ Khi PC-A gửi Frame tới PC-B, Switch nhận được khung trên cổng F0. Lúc này Switch sẽ thực hiện như sau:
Tìm địa chỉ MAC nguồn và đích của Frame, rồi đối chiếu trong bảng CAM.
Nếu tìm thấy mục trùng địa chỉ MAC đích, switch sẽ chuyển tiếp frame từ cổng có địa chỉ đích. Nếu không thấy, nó sẽ gửi tất frame từ tất cả các cổng trù cổng mà frame đến. Vì bảng CAM đang trống nên swithc sẽ gửi fram ra tất cả các cổng trừ cổng F0.
Nếu nó không tìm thấy mục nhập địa chỉ MAC nguồn, nó sẽ tạo một mục nhập mới cho địa chỉ MAC này. Do bảng CAM trống nên Switch sẽ thêm địa chỉ MAC vào bảng CAM và gửi frame từ tất cả các cổng trừ F0.
+ Khi PC-B trả lời PC-A, Switch sẽ lấy địa chỉ MAC nguồn từ Frame và thêm vào bảng CAM cùng thông tin của cổng đã nhận. Lúc này, Switch đã biết vị trí của PC-A nên sẽ không làm tràn Frame nữa mà gửi frame từ cổng F0 luôn. Đây cũng chính là cách Switch học và chuyển tiếp dữ liệu dựa vào địa chỉ MAC.
+ Khi mới khởi động, bảng MAC của Switch trống rỗng. Switch học địa chỉ MAC bằng cách quan sát địa chỉ MAC nguồn từ các gói tin nhận được và cập nhật vào bảng MAC tương ứng với cổng nhận. Bảng MAC giúp Switch chuyển tiếp gói tin một cách chính xác và giảm thiểu hiện tượng broadcast trong mạng.
+ Trường hợp chưa biết địa chỉ MAC đích
Nếu địa chỉ MAC đích chưa có trong bảng MAC, Switch sẽ thực hiện một quá trình gọi là flooding. Trong quá trình này, Switch phát tán gói tin đến tất cả các cổng ngoại trừ cổng nhận. Khi thiết bị đích nhận gói tin và gửi phản hồi, Switch sẽ học được địa chỉ MAC của thiết bị đích và cập nhật vào bảng MAC.
III. Thực hành
Mô hình lab:
+ Đặt IP cho PC1
+ Đặt IP cho PC2
+ Ping từ PC1 đến PC2
+ Kiểm tra bảng MAC của Switch sau khi ping
=> Đây là cơ chế xây dựng bảng MAC trên Switch layer 2
IV. Kết luận
Qua bài LAB này, chúng ta đã có cơ hội khám phá cách thức hoạt động của một switch Layer 2 và vai trò của địa chỉ MAC trong việc chuyển tiếp dữ liệu. Hiểu rõ hoạt động của switch không chỉ giúp bạn trong việc cấu hình và tối ưu hóa mạng mà còn là bước nền tảng để bạn tiếp cận với các công nghệ mạng tiên tiến hơn như VLAN.
