CCNA [Network - 4] Tìm Hiểu Và Cấu Hình Giao Thức Dự Phòng Kết Nối (LACP)

Trong hệ thống mạng hiện đại, nhu cầu về băng thông cao, độ tin cậy và khả năng mở rộng ngày càng trở nên quan trọng. Các doanh nghiệp phải đối mặt với vấn đề tắc nghẽn mạng, mất kết nối do lỗi phần cứng hoặc đứt cáp, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và tính sẵn sàng của hệ thống. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất để khắc phục vấn đề này là Link Aggregation (Ghép nhóm liên kết) – giúp tăng băng thông và đảm bảo tính dự phòng bằng cách gộp nhiều đường truyền vật lý thành một liên kết logic duy nhất. Trong đó, LACP (Link Aggregation Control Protocol) đóng vai trò quan trọng, giúp tự động quản lý các nhóm liên kết, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và linh hoạt hơn. Vậy LACP là gì? Nó hoạt động như thế nào? Và lợi ích thực tế của nó là gì? Các thông tin sẽ được giải đáp trong bài viết này.

1. Sơ lược về Link Aggregation

Link Aggregation là một thành phần quan trọng trong thiết kế mạng nhằm tăng băng thông và tính dự phòng giữa các thiết bị mạng.

• Khi gộp hai hoặc nhiều liên kết vật lý lại với nhau, tổng băng thông khả dụng sẽ tăng theo cách cộng dồn, giúp cải thiện hiệu suất truyền tải giữa các thiết bị.
• Việc có nhiều hơn một liên kết đến cùng một thiết bị lân cận giúp đảm bảo kết nối liên tục, ngay cả khi một trong các liên kết gặp sự cố. Đặc biệt, Link Aggregation phản ứng với thay đổi trạng thái liên kết trong vòng vài mili giây, giúp giảm thiểu gián đoạn mạng.
• Một nhóm liên kết chỉ có thể tồn tại giữa hai thiết bị lân cận, trong đó các cổng mạng được gộp nhóm trên một thiết bị phải tương ứng với các cổng được gộp nhóm trên thiết bị còn lại.
• Một switch có thể thiết lập nhiều nhóm Link Aggregation với các thiết bị khác nhau hoặc thậm chí với cùng một thiết bị nếu hệ thống có cơ chế bảo vệ vòng lặp.

Có hai loại Link Aggregation chính: Static (cấu hình thủ công) và Dynamic (LACP - quản lý tự động).

2. Về Static và Dynamic Link Aggregation

Đầu tiên, để các liên kết riêng lẻ được tổng hợp thành một nhóm kênh cần phải đảm bảo những tiêu chí sau:

• Cần bắt nguồn/kết thúc từ cùng một thiết bị hoặc ngăn xếp.
• Cần là thành viên của cùng một VLAN.
• Có cùng tốc độ truyền dữ liệu.
• Phải chia sẻ cùng một Admin port key.
• Phải hoạt động ở chế độ song công (full-duplex).

Đồng thời phần cứng thiết bị cũng phải có khả năng xử lý được số lượng liên kết tổng hợp.
Static Link Aggregation phù hợp với hệ thống mạng nhỏ, nơi các thiết bị gần nhau và không cần thay đổi thường xuyên. Ngược lại, LACP là giải pháp tối ưu cho mạng doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu, giúp tăng hiệu suất và giảm nguy cơ gián đoạn. Dưới đây là một bảng so sánh một số thông tin cơ bản của hai giải pháp Static và Dynamic (LACP) Link Aggregation.

Hình 1: So sáng một số thông tin của hai giải pháp Static và Dynamic (LACP) Link Aggreation

3. Chi tiết về LACP (Link Aggregation Control Protocol)

LACP là một giao thức quản lý Dynamic Link Aggregation, tự động nhận diện và kết hợp nhiều liên kết giữa hai thiết bị để tạo thành một nhóm liên kết duy nhất. LACP hoạt động theo quy trình như sau:

1. Khi hai thiết bị được kết nối qua nhiều cổng và bật chế độ LACP, chúng sẽ bắt đầu trao đổi LACP Data Units (LACPDUs).
2. Một thiết bị sẽ gửi LACPDU đến các cổng được kích hoạt LACP để tìm kiếm đối tác phù hợp.
3. Nếu hai thiết bị nhận diện được nhau và xác nhận kết nối, chúng sẽ tự động thiết lập nhóm liên kết dựa trên các tiêu chí như đã nêu ở trên.
4. Khi có sự thay đổi trong trạng thái liên kết (một cổng bị lỗi hoặc bị ngắt), LACP sẽ tự động điều chỉnh, giúp duy trì hoạt động ổn định.

Trong một nhóm LACP, mỗi cổng có thể hoạt động ở một trong hai chế độ:

• LACP Active Mode: Trong chế độ này cổng thiết bị sẽ chủ động gửi LACPDUs để tìm kiếm đối tác liên kết. Nếu phát hiện thiết bị tương thích thì cổng thiết bị sẽ chủ động thiết lập nhóm liên kết . Chế độ này thích hợp cho các hệ thống mạng có yêu cầu tự động hóa cao.
• LACP Passive Mode: Ngược lại với chế độ Active, trong chế độ này cổng không chủ động gửi LACPDUs, chỉ phản hồi nếu nhận được yêu cầu từ đối tác. Và cũng không tự động thiết lập nhóm liên kết nếu cả hai thiết bị đều ở chế độ Passive. Chế độ này phù hợp với thiết bị cần kiểm soát thủ công hoặc có cấu hình phức tạp.

Có một lưu ý: Trong kết nối LACP, một cổng Active có thể kết nối với một cổng Passive hoặc Active nhưng nếu cả hai cổng đều ở chế độ Passive thì không thể thiết lập được liên kết.

Về quá trình trao đổi giao thức trong LACP, đây là cách các thiết bị ở hai đầu liên kết LACP giao tiếp với nhau bằng Link Aggregation Control Protocol Data Units (LACPDUs). Mỗi một LACPDU chứa hai phần là phần Actor - gửi thông tin của chính switch đó (thông tin về port number, systemID, port key, trạng thái.... ) và phần Partner - gửi những thông tin của phía switch đang liên kết với nó mà nó có thể nhận diện được. Mỗi switch tham gia vào LACP đều tự nhận mình là actor và gọi thiết bị đối diện là partner. Hai switch sẽ trao đổi thông tin để xác định các cổng có thể gộp nhóm và thiết lập liên kết. Điều này giúp cả hai thiết bị đồng bộ thông tin, xác định cách các cổng được nhóm lại và đảm bảo tính nhất quán của liên kết.

Hình 2: Các thông tin được trao đổi trong LACP

4. Ưu và nhược điểm của LACP cũng như cách thức cân bằng tải

- Về ưu điểm của LACP:

• Tự động thiết lập và quản lý nhóm liên kết: LACP tự động nhận diện và thiết lập nhóm liên kết giữa các thiết bị hỗ trợ LACP, giảm công sức cấu hình thủ công so với các nhóm liên kết tĩnh (Static Link Aggregation). Khi một liên kết bị lỗi, LACP tự động loại bỏ nó khỏi nhóm mà không gây gián đoạn dịch vụ.
• Tăng băng thông khả dụng: LACP kết hợp nhiều liên kết vật lý thành một đường truyền logic, giúp tăng tổng băng thông giữa các thiết bị.Ví dụ: Nếu gộp 4 cổng 1Gbps, tổng băng thông khả dụng có thể đạt 4Gbps (dù không phải tất cả luồng dữ liệu đều chia tải đồng đều).
• Cung cấp tính dự phòng (High Availability): Khi một cổng trong nhóm bị lỗi, dữ liệu sẽ được chuyển hướng qua các cổng còn lại, đảm bảo kết nối không bị gián đoạn. Điều này giúp hệ thống mạng hoạt động ổn định hơn, đặc biệt trong các môi trường yêu cầu tính liên tục cao như trung tâm dữ liệu hoặc mạng doanh nghiệp.
• Linh hoạt trong việc thêm/bớt cổng: Có thể thêm hoặc loại bỏ cổng trong nhóm liên kết mà không làm gián đoạn kết nối. Điều này giúp dễ dàng mở rộng hoặc bảo trì hệ thống mà không ảnh hưởng đến hoạt động của mạng.
• Tương thích với nhiều giao thức mạng: LACP có thể hoạt động cùng với các giao thức như Spanning Tree Protocol (STP) để tránh các vòng lặp mạng. Hỗ trợ cả IPv4 và IPv6, giúp linh hoạt hơn trong việc triển khai.

- Về nhược điểm của LACP:

• Không đảm bảo cân bằng tải hoàn hảo: LACP sử dụng thuật toán hashing dựa trên các thông tin như địa chỉ MAC, địa chỉ IP, hoặc cổng TCP/UDP để xác định luồng dữ liệu sẽ đi qua cổng nào. Điều này dẫn đến tình trạng một số cổng có thể bị tải cao hơn cổng khác, đặc biệt khi có ít kết nối đồng thời.
• Yêu cầu thiết bị hỗ trợ LACP: Không phải tất cả switch đều hỗ trợ LACP. Chỉ các thiết bị có tính năng IEEE 802.3ad (hoặc IEEE 802.1AX) mới có thể sử dụng LACP. Nếu một trong hai thiết bị không hỗ trợ, sẽ không thể thiết lập nhóm liên kết động.
• Giới hạn số lượng cổng trong nhóm liên kết: Số lượng cổng có thể gộp nhóm bị giới hạn bởi phần cứng của switch. Ví dụ: Một số switch chỉ hỗ trợ tối đa 8 hoặc 16 cổng trong một nhóm LACP.
• Chỉ tăng băng thông tổng, không tăng tốc độ của một luồng kết nối đơn lẻ: Dữ liệu giữa hai máy tính thường chỉ đi qua một liên kết duy nhất trong nhóm, do thuật toán hashing quyết định. Vì vậy, tốc độ của một kết nối đơn lẻ vẫn bị giới hạn bởi băng thông của một cổng vật lý (ví dụ: nếu mỗi cổng là 1Gbps, một luồng dữ liệu đơn lẻ sẽ không vượt quá 1Gbps).

- Về cách thức cân bằng tải của LACP:
LACP không thể đảm bảo cân bằng tải hoàn hảo trên tất cả các cổng, do dữ liệu được phân phối dựa trên thuật toán hashing thay vì chia đều theo tỉ lệ.
Cơ chế hoạt động: Khi một gói tin đi qua nhóm LACP, thuật toán hashing sẽ tính toán dựa trên một hoặc nhiều tiêu chí sau.
Sau khi hashing, kết quả sẽ quyết định gói tin sẽ đi qua cổng nào trong nhóm LACP.
Ảnh hưởng đến cân bằng tải:

• Nếu toàn bộ lưu lượng giữa hai thiết bị sử dụng cùng một địa chỉ MAC/IP, tất cả các gói tin có thể đi qua một cổng duy nhất thay vì phân bổ đều.
• Tuy nhiên, khi có nhiều kết nối từ nhiều thiết bị khác nhau, thuật toán hashing có thể phân phối tải tốt hơn, giúp tận dụng tối đa băng thông.

Các phương pháp tối ưu hóa cân bằng tải:

• Chọn tiêu chí hashing phù hợp: Một số thiết bị cho phép tùy chỉnh phương thức hashing (MAC-based, IP-based, TCP/UDP port-based). Sử dụng cả địa chỉ IP và TCP/UDP port giúp cân bằng tải tốt hơn so với chỉ dùng địa chỉ MAC.
• Sử dụng nhiều kết nối đồng thời: Khi có nhiều thiết bị hoặc nhiều phiên kết nối chạy song song, tải sẽ được phân bổ tốt hơn giữa các cổng.
• Tăng số lượng cổng trong nhóm LACP: Càng nhiều cổng trong nhóm, khả năng cân bằng tải càng cao.

Kết luận

LACP là một giao thức quan trọng giúp tự động hóa quá trình gộp nhiều liên kết vật lý thành một kênh logic, tăng cường băng thông và đảm bảo tính dự phòng trong mạng. Với khả năng tự động phát hiện và thiết lập liên kết, LACP giúp giảm công sức cấu hình thủ công và cải thiện độ tin cậy của hệ thống mạng.
Tuy nhiên, LACP cũng có một số hạn chế, như không thể phân tải hoàn hảo giữa các cổng và yêu cầu thiết bị hỗ trợ giao thức này. Việc hiểu rõ nguyên tắc hoạt động, các chế độ LACP (Active/Passive) và phương thức load balancing sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng khi triển khai Link Aggregation.
Tóm lại, sử dụng LACP đúng cách sẽ giúp doanh nghiệp và hệ thống mạng đạt được sự cân bằng giữa hiệu suất, tính dự phòng và khả năng mở rộng trong môi trường mạng hiện đại.

Theo bạn thì nên cấu hình LACP trước rồi mới cắm dây kết nối hay cắm dây kết nối trước rồi mới cấu hình LACP? Và trong trường hợp nếu 1 cụm LACP 2 port nhưng có 1 port down thì port còn lại có còn chạy LACP bình thường không?

HanaLink nói:

Theo bạn thì nên cấu hình LACP trước rồi mới cắm dây kết nối hay cắm dây kết nối trước rồi mới cấu hình LACP? Và trong trường hợp nếu 1 cụm LACP 2 port nhưng có 1 port down thì port còn lại có còn chạy LACP bình thường không?

Nhấn để mở rộng...

Em nghĩ là nên cấu hình LACP trước rồi cắm dây kết nối. Thực tế thì việc cắm dây trước đôi khi dẫn đến tình trạng Loop, đặc biệt nếu đang làm việc với một hệ thống mạng lớn có nhiều thiết bị thì vấn đề này rất nghiêm trọng. Việc cấu hình trước thì các cổng sẽ tự động vào chế độ LACP, từ đó hạn chế được các vấn đề trong quản lý cũng như các sai sót không đáng có.
Nếu 1 port down thì port còn lại vẫn chạy LACP như bình thường bởi LACP cung cấp tính dự phòng, cho phép chuyển lưu lượng sang các port đang hoạt động nếu có port mất kết nối, đương nhiên băng thông sẽ giảm xuống so với khi chạy với cả hai port.