Giao thức LACP (Link Aggregation Control Protocol) là gì? Và hoạt động như thế nào?

Giao thức LACP, hay Link Aggregation Control Protocol, là một tiêu chuẩn giao thức được sử dụng trong mạng máy tính để tạo ra và quản lý nhóm liên kết (link aggregation group) giữa các thiết bị mạng như switch và network interface cards (NICs). Mục tiêu chính của LACP là kết hợp nhiều liên kết vật lý thành một liên kết logic duy nhất để cung cấp băng thông tăng và sự dự phòng.

Đặc điểm của giao thức LACP gồm:

• LACP cho phép nhiều liên kết vật lý hoạt động như một liên kết duy nhất, tăng băng thông sử dụng và cải thiện hiệu suất mạng.
• Khi một trong các liên kết gặp sự cố, các liên kết khác trong nhóm có thể đảm nhiệm công việc, giảm thiểu tác động của sự cố và duy trì tính sẵn sàng cao của mạng.
• LACP sử dụng quy trình thương lượng giữa các thiết bị để xác định xem liệu chúng có thể kết hợp thành một nhóm liên kết hay không. Quá trình này đảm bảo sự tương thích giữa các thiết bị tham gia.
• LACP hỗ trợ sự linh hoạt trong việc thêm mới hoặc loại bỏ các liên kết mà không làm ảnh hưởng đến hoạt động của nhóm liên kết.

Giao thức LACP hoạt động thế nào?

Nguyên tắc hoạt động của LACP dựa trên quá trình thương lượng giữa các thiết bị mạng để tạo ra một nhóm liên kết, còn được gọi là liên kết đồng bộ (aggregate link) hoặc nhóm liên kết (link aggregation group). Dưới đây là mô tả chi tiết về cách LACP hoạt động:

Để tăng tính dự phòng, giữa 2 Switch ta sẽ lắp nhiều kết nối song song. Khi kích hoạt LACP trên 2 Switch, chúng sẽ gửi gói tin LACPDU để bắt đầu quá trình thương lượng bằng cách xác định mức độ ưu tiên của Switch nào cao hơn?

Switch với mức độ ưu tiên cao hơn sẽ làm Actor trong khi đó Switch thấp hơn sẽ làm Partner. Nếu 2 Switch có cùng mức độ ưu tiên thì Switch nào có địa chỉ MAC nhỏ hơn sẽ làm Actor.

Sau khi đã chọn Actor, các Switch sẽ chọn cổng hoạt động dựa trên mức độ ưu tiên cổng của Actor. Nếu các cổng có cùng mức độ ưu tiên thì số cổng nhỏ hơn sẽ được chọn làm cổng hoạt động.

Lúc này, kênh nhóm liên kết sẽ được thiết lập và các hoạt động truyền dữ liệu cân bằng có thể thực hiện.

Cách LACP tăng băng thông và tính dự phòng

LACP cho phép nhiều liên kết vật lý hoạt động như một liên kết logic duy nhất. Các khối dữ liệu được phân chia và truyền song song qua các liên kết trong nhóm, từ đó tăng tổng băng thông sử dụng. Ví dụ: nếu ta có 2 kết nối 1 Gbps giữa 2 Switch và sử dụng LACP thì ta sẽ có 1 liên kết là 2 Gbps. Tăng băng thông đồng nghĩa với việc truyền dữ liệu tăng nhanh.

Một điều nữa là các gói tin khi truyền qua nhóm liên kết sẽ được chia đều các gói tin cho các liên kết trong nhóm. Điều này tránh việc quá tải trên một liên kết cụ thể.

Khi có liên kết mới được thêm vào hoặc loải bỏ khỏi nhóm liên kết thì hoạt động của nhóm vẫn được duy trì mà không bị gián đoạn. Khi một liên kết trong nhóm gặp sự cố, LACP có khả năng chuyển giao công việc sang các liên kết khác trong nhóm.

LACP liên tục giám sát trạng thái của các liên kết trong nhóm. Nó cung cấp khả năng phục hồi nhanh chóng khi một liên kết trở lại trạng thái hoạt động bình thường.

Chế độ hoạt động của LACP

Giao thức LACP hoạt động trong hai chế độ cơ bản là “Active” và “Passive. Dưới đây là mô tả chi tiết về cả hai chế độ này:

1. Chế độ Active

Trong chế độ này, thiết bị mạng gửi các tin nhắn LACP có chứa thông tin về khả năng của mình và mong muốn tạo thành một nhóm liên kết. Thiết bị ở chế độ Active chủ động kích thích quá trình thương lượng và quyết định xem liệu nó có thể hình thành một nhóm liên kết với thiết bị kia hay không. Nếu cả hai thiết bị đều ở chế độ Active và đều đồng ý, quá trình kết hợp liên kết sẽ được khởi tạo.

2. Chế độ Passive

Thiết bị ở chế độ Passive chỉ đơn giản chấp nhận thông điệp thương lượng từ thiết bị Active mà không gửi thông điệp thương lượng chủ động. Nó chờ đợi thông điệp từ thiết bị Active và phản hồi nếu nó đồng ý với các điều kiện thương lượng được đề xuất.

Cấu hình LACP

Để định cấu hình LACP, ít nhất phải có một thiết bị ở chế độ Active. Ta sẽ đi vào ví dụ trực tiếp cấu hình LACP giữa 2 Switch với các thông tin như sau:

• Switch 1 cấu hình ở chế độ Active với 2 giao diện kết nối là Fa0/1 va Fa0/2.
• Switch 2 cấu hình ở chế độ Passive với 2 giao diện kết nối là Fa0/1 và Fa0/2.

Bạn có thể xem hình ảnh mô tả minh họa cấu trúc vật lý giữa 2 Switch như sau:

Dưới đây là cấu hình chi tiết:

Switch 1:

Switch1# configure terminal
Switch1(config)# interface range FastEthernet0/1 - 2
Switch1(config-if-range)# channel-group 1 mode active
Switch1(config-if-range)# exit
Switch1(config)# interface Port-channel 1
Switch1(config-if)# switchport mode trunk
Switch1(config-if)# exit
Switch1(config)# end
Switch1# write memory

Switch 2:

Switch2# configure terminal
Switch2(config)# interface range FastEthernet0/1 - 2
Switch2(config-if-range)# channel-group 1 mode passive
Switch2(config-if-range)# exit
Switch2(config)# interface Port-channel 1
Switch2(config-if)# switchport mode trunk
Switch2(config-if)# exit
Switch2(config)# end
Switch2# write memory

Giải thích cấu hình:

• interface range FastEthernet0/1 – 2: Chọn các cổng FastEthernet 0/1 và 0/2 để cấu hình.
• channel-group 1 mode active: Đặt cổng vào một nhóm liên kết (Port-channel 1) ở chế độ Active.
• interface Port-channel 1: Chuyển sang cấu hình trên Port-channel 1.
• switchport mode trunk: Thiết lập chế độ trunk trên Port-channel để có thể chuyển đủ các VLAN.

Ứng dụng LACP

1. Data Centers và Server Farms: Sử dụng LACP để kết hợp nhiều liên kết giữa server và switch, tối ưu hóa băng thông cho việc truyền tải dữ liệu giữa server và mạng.
2. Mạng doanh nghiệp : Trong môi trường doanh nghiệp, LACP giúp tăng băng thông và cung cấp sự dự phòng, đảm bảo tính ổn định của mạng.
3. Kết nối giữa các trung tâm dữ liệu: Sử dụng LACP để kết hợp liên kết giữa các trung tâm dữ liệu, tạo ra kết nối mạng mạnh mẽ và đáng tin cậy.
4. VoIP và Video Conferencing: Tối ưu hóa băng thông giữa các thiết bị trong môi trường VoIP và video conferencing, giảm độ trễ và đảm bảo trải nghiệm người dùng tốt nhất.

So sánh LACP và LAG

LACP và LAG (Link Aggregation Group) đều liên quan đến việc kết hợp nhiều liên kết vật lý thành một liên kết logic để tăng băng thông và cung cấp tính sẵn sàng cao trong mạng. Tuy nhiên, chúng khác nhau về mục đích và triển khai.

LACP là một giao thức được sử dụng để thương lượng và quản lý quá trình kết hợp liên kết, chủ yếu tập trung vào việc xác định khả năng hình thành một nhóm liên kết giữa các thiết bị trong mạng. Nó hoạt động trong hai chế độ là Active và Passive, quản lý quá trình thương lượng giữa chúng.

Ngược lại, LAG là một khái niệm mô tả việc tạo ra một liên kết logic từ nhiều liên kết vật lý, không phải là một giao thức. LAG có thể được triển khai với nhiều giao thức khác nhau như LACP, PAgP, hoặc cấu hình tĩnh.

Giao thức VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) – Cách cấu hình chi tiết

Giao thức VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) là một giao thức mạng tương tự như giao thức HSRP (Hot Standby Router Protocol). VRRP tạo ra một router ảo, được gọi là Virtual Router (VR), tồn tại trên nhiều router thật. Trong hệ thống này, một router được chọn làm master, chịu trách nhiệm chuyển tiếp các gói tin đến và từ mạng. Các router khác đóng vai trò dự phòng và sẵn sàng tiếp quản nếu router master gặp sự cố.

VRRP rất giống HSRP về chức năng lẫn cấu hình, nên nếu bạn hiểu HSRP thì sẽ rất dễ để tiếp cận với VRRP. Dưới đây là bảng so sánh tổng quan giữa 2 giao thức này:

Tiêu Chí	VRRP	HSRP
Khái Niệm Cơ Bản	– Tạo ra một Virtual Router (VR) và nhiều router thật.	– Thiết lập một Active Router và một hoặc nhiều Standby Router.
Giao Tiếp	– Dựa trên giao thức IP và UDP (User Datagram Protocol).	– Dựa trên giao thức IP và UDP.
Chuẩn	– Chuẩn quốc tế được đặc tả trong RFC 3768.	– Độc quyền bởi Cisco.
Priority và Preemption	– Sử dụng giá trị Priority để xác định router master.	– Sử dụng giá trị Priority và có tính năng preemption.
Authentication	– Có hỗ trợ authentication để bảo vệ giao tiếp giữa các router.	– Hỗ trợ authentication với mô hình key chain.
VRID/Group Number	– Sử dụng VRID (Virtual Router Identifier) để định danh VR.	– Sử dụng Group Number để xác định HSRP group.
IP Address Ownership	– Router master sở hữu IP address của VR.	– Router active sở hữu IP address của HSRP group.
Số Lượng Router	– Hỗ trợ nhiều hơn hai router trong một VR.	– Thường chỉ hỗ trợ hai router: active và standby.
Load Balancing	– Có khả năng load balancing giữa các router trong VR.	– Không có chức năng load balancing mặc định.
Vendor Compatibility	– Chuẩn và được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp thiết bị mạng.	– Cisco proprietary, có thể tương thích giữa các thiết bị Cisco.

Hiểu Virtual Router

Virtual Router (VR) là một thực thể ảo, không phải là một router thật sự, nhưng tồn tại trên nhiều router thật trong mạng. Các router thật là những thiết bị thực tế trong mạng, có khả năng thực hiện các chức năng mạng như chuyển tiếp gói tin, định tuyến, và giao tiếp với các thiết bị khác trong mạng.

Tất cả các router tham gia vào một VR sẽ chia sẻ cùng một IP address và MAC address ảo, giúp tạo ra một điểm đầu vào chung cho các thiết bị khác trong mạng. VRRP chọn một router làm master để xử lý chuyển tiếp dữ liệu. Khi router master gặp sự cố, quy trình chuyển giao được thực hiện một cách linh hoạt và mà không làm gián đoạn quá trình hoạt động của mạng.

Cách VRRP hoạt động

Khi một VR được tạo ra, các router tham gia sẽ thực hiện quá trình bầu chọn để xác định router master. Mỗi router có một giá trị Priority, là một số nguyên từ 1 đến 254. Router với giá trị Priority cao hơn sẽ được chọn làm router master. Nếu có nhiều router có cùng giá trị Priority, quyết định cuối cùng sẽ dựa trên địa chỉ IP của router (địa chỉ IP lớn hơn có ưu tiên cao hơn).

Khi router master gặp sự cố hoặc mất kết nối, router dự phòng với giá trị Priority cao nhất sẽ chuyển tiếp dữ liệu. Quá trình chuyển giao diễn ra mà không làm gián đoạn dịch vụ. Các thiết bị trong mạng không cảm nhận được sự thay đổi vì IP address và MAC address ảo của VR không đổi.

Mỗi router trong VR duy trì một timer để kiểm tra tính sẵn sàng của các router khác. Router master gửi các gói tin Advertisement định kỳ để thông báo trạng thái của nó và duy trì tính đồng đều giữa các router trong VR.

Cấu trúc gói tin VRRP

Một gói tin VRRP có nhiều trường như hình ảnh trên nhưng quan trọng nhất gồm có 3 trường mà ta sẽ cần phải biết:

1. VRID (Virtual Router Identifier): Định danh duy nhất cho Virtual Router trong mạng và có độ dài 1 byte (giá trị từ 1 đến 255). Mỗi router trong VR cần cài đặt giá trị VRID. VRID giúp xác định VR nào đang hoạt động trên mạng.
2. IP Address: Địa chỉ IP ảo được chia sẻ bởi tất cả các router trong VR với kích thước 4 byte (32-bit IPv4 address). Địa chỉ IP này được sử dụng như một điểm đầu vào chung cho các thiết bị khác trong mạng khi gửi và nhận dữ liệu.
3. Priority: Xác định ưu tiên của router trong quá trình bầu chọn master. Trường này có kích thước 1 byte (giá trị từ 0 đến 255, với 0 là ưu tiên thấp nhất). Router với ưu tiên cao hơn sẽ được chọn làm router master. Quy tắc ưu tiên này giúp đảm bảo chọn router có khả năng cao nhất.

Các đặc điểm của VRRP

1. Địa chỉ MAC ảo được tạo tự động và lấy 8 Byte cuối cùng là số nhóm. Cấu trúc địa chỉ MAC là 0000.5e00.01xx trong đó “xx” là số nhóm dưới dạng thập phân.
2. Tin nhắn Multicast được phát ở 224.0.0.18 trong mỗi giây.
3. Thời gian bộ định tuyến dự phòng sẽ đảm nhiệm chức năng của bộ định tuyến chính nếu không nhận được tin nhắn quảng cáo chính là 3,69 giây.
4. VRRP hỗ trợ 3 loại xác thực: No Authentication, Simple Text Authentication và MD5 Authentication.

Cấu hình VRRP

Giả sử ta cấu hình VRRP cho 2 Router 1 và 2. Trong đó Router 1 làm Master và Router 2 sẽ làm Backup. Ta có các thông tin chi tiết sau:

• Địa chỉ IP ảo: 192.168.4.1
• Địa chỉ MAC ảo: 00-00-5E-00-01-01
• Tên nhóm là VRRP_TEST
• Router 1 tại giao diện te/101/2/4 có địa chỉ 192.168.4.1 và mức độ ưu tiên 255.
• Router 2 tại giao diện te/101/3/2 có địa chỉ 192.168.4.3 và mức độ ưu tiên 100.

Để hình dung rõ nhất hãy xem sơ đồ dưới đây:

Dưới đây là cách cấu hình chi tiết 2 Router:

Router 1:

interface TenGigabitEthernet1/2/4
vrrp VRRP_TEST ip 192.168.4.1
vrrp VRRP_TEST priority 255
vrrp VRRP_TEST preempt
vrrp VRRP_TEST timers advertise 1 3
vrrp VRRP_TEST authentication text VRRP_AUTH_KEY

Router 2:

interface TenGigabitEthernet1/3/2
vrrp VRRP_TEST ip 192.168.4.1
vrrp VRRP_TEST priority 100
vrrp VRRP_TEST preempt
vrrp VRRP_TEST timers advertise 1 3
vrrp VRRP_TEST authentication text VRRP_AUTH_KEY

Giải thích cấu hình:

• interface TenGigabitEthernet1/2/4: Xác định giao diện mạng cần cấu hình VRRP, trong trường hợp này, là giao diện TenGigabitEthernet1/2/4.
• vrrp VRRP_TEST ip 192.168.4.1: Thiết lập địa chỉ IP ảo là 192.168.4.1 cho nhóm VRRP có tên VRRP_TEST.
• vrrp VRRP_TEST priority 255: Đặt mức độ ưu tiên cho router 1 là 255. Điều này có nghĩa là router 1 sẽ được chọn làm master (vì có mức ưu tiên cao nhất).
• vrrp VRRP_TEST preempt: Kích hoạt chế độ preempt, cho phép router 1 tái chiếm vai trò master khi nó khôi phục từ sự cố.
• vrrp VRRP_TEST timers advertise 1 3: Thiết lập khoảng thời gian giữa các gói tin Advertisement là 1 giây và thời gian giữ (hold time) là 3 giây.
• vrrp VRRP_TEST authentication text VRRP_AUTH_KEY: Sử dụng mật khẩu văn bản (plaintext) VRRP_AUTH_KEY để xác thực giữa các router.

Lưu ý: Router 2 được cấu hình cài đặt giống như Router 1 nhưng mức độ ưu tiên chỉ là 100 để đảm bảo Router 1 sẽ làm Master Router.

Giao thức HSRP (Hot Standby Router Protocol) và cách cấu hình

Giao thức HSRP, hay Hot Standby Router Protocol, là một giao thức độc quyền của Cisco được sử dụng để tạo ra một định tuyến mặc định ảo giữa các router để đảm bảo tính sẵn sàng và chịu lỗi. Trong môi trường mạng, HSRP đặt một định tuyến mặc định ảo có địa chỉ IP và địa chỉ MAC trên một nhóm các router, nhưng chỉ có một router trong nhóm làm việc để chuyển tiếp dữ liệu. Các router khác đứng dự phòng và sẵn sàng tiếp quản nếu router chính gặp sự cố.

Khi một router chính bị lỗi, router dự phòng trong nhóm sẽ nhanh chóng tiếp quản các chức năng định tuyến mặc định, đảm bảo rằng mạng vẫn hoạt động mà không có gián đoạn lớn. Điều này làm tăng tính sẵn sàng và tin cậy của mạng.

Giao thức HSRP hoạt động thế nào?

Giao thức HSRP hoạt động bằng cách tạo ra một định tuyến mặc định ảo giữa một nhóm các router, nhằm đảm bảo tính sẵn sàng và chịu lỗi trong mạng. Các router cùng tham gia vào một nhóm HSRP, được xác định bởi một số nhóm duy nhất. Các router trong cùng một nhóm HSRP sẽ tạo ra một định tuyến mặc định ảo.

Trong mỗi nhóm, một router được chọn làm router chính (active). Router chính sẽ là người chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu trong mạng. Các router còn lại trong nhóm đóng vai trò là router dự phòng (standby). Chúng sẵn sàng tiếp quản nếu router chính gặp sự cố.

Router chính và router dự phòng sử dụng một địa chỉ IP và một địa chỉ MAC ảo để đại diện cho gateway mặc định trong mạng. Điều này giúp duy trì liên lạc liền mạch khi có sự chuyển đổi giữa các router.

Khi router chính gặp sự cố, quá trình chuyển giao đến router dự phòng diễn ra nhanh chóng. Các router trong nhóm liên tục gửi các thông điệp HSRP để theo dõi tình trạng của nhau. Những thông điệp này giúp xác định router chính và router dự phòng.

Nếu có nhiều router chính trong cùng một nhóm, HSRP có khả năng quản lý tải bằng cách phân phối công việc đều giữa chúng.

Giải thích các thuật ngữ liên quan HSRP

1. Địa chỉ IP ảo: là địa chỉ IP trong mạng con cục bộ được chỉ định làm cổng mặc định cho tất cả các máy chủ trong mạng.
2. Địa chỉ MAC ảo: là địa chỉ MAC được giao thức HSRP tạo tự đông. 24 Bit đầu tiên của địa chỉ MAC là địa chỉ CIsco (0000.0c) và 16 Bit tiếp theo sẽ là HSRP ID (07.ac) và 8 Bit tiếp theo là số nhóm ở dạng thập phân.
3. Tin nhắn Hello Messages: là các thông điệp mà các router trong nhóm HSRP gửi đến nhau để duy trì thông tin liên lạc và xác định trạng thái của mỗi router. Chu kỳ tin nhắn này là 3 giây.
4. Giữ bộ đếm thời gian: là một thời gian xác định giữa các tin nhắn Hello mà router trong nhóm HSRP sẽ gửi đến nhau. Nếu một router không nhận được tin nhắn Hello trong khoảng thời gian này từ router khác, nó có thể giả sử rằng router kia đã gặp sự cố và bắt đầu thực hiện quá trình chuyển giao nhanh chóng.
5. Mức độ ưu tiên: là một giá trị được xác định để xác định router nào sẽ trở thành router chính khi cả hai đều hoạt động. Router có mức độ ưu tiên cao hơn sẽ được ưu tiên làm router chính. Nếu mức độ ưu tiên bằng nhau, router với địa chỉ IP cao hơn sẽ được chọn.

Các phiên bản HSRP

1. HSRPv1: Là phiên bản ban đầu của HSRP, được mô tả trong RFC 2281. Hỗ trợ cơ bản cho tính năng chuyển giao giữa router chính và router dự phòng khi có sự cố. Trong đó các tin nhắn Multicast được phát tại 224.0.0.2 và sử dụng cổng UDP 1985. Phiên bản này cho phép phạm vi số nhóm từ 0 đến 255.
2. HSRPv2: Là phiên bản đầu cải tiến được mô tả trong RFC 3768. Cung cấp nhiều tính năng mở rộng và cải tiến so với HSRPv1, bao gồm hỗ trợ cho IPv6 và các tính năng bảo mật mạnh mẽ hơn. Nó hỗ trợ số nhóm từ o đến 4095 và các tin nhắn Multicast phát tại 224.0.0.102.

Cấu hình HSRP

Giả sử ta có 2 bộ định tuyến có tên R1 và R2. Bây giờ ta muốn cấu hình HSRP để R1 làm Router chính và R2 làm Router dự phòng. Bên cạnh đó ta có các thông tin sau:

• Địa chỉ IP của R1 (f 0/0) là 10.1.1.1/24 và R2 (f 0/0) là 10.1.1.2/24
• Địa chỉ IP ảo (10.1.1.100), tên nhóm HSRP_TEST , số nhóm 1 và mức độ ưu tiên cho R1 110.

Hãy quan sát hình ảnh sơ đồ sau để dễ dàng quan sát:

Dưới đây là cách cấu hình:

Cấu hình trên Router 1:

R1(config)# interface FastEthernet0/0
R1(config-if)# standby 1 ip 10.1.1.100
R1(config-if)# standby 1 priority 110
R1(config-if)# standby 1 name HSRP_TEST
R1(config-if)# standby 1 preempt

Cấu hình trên Router 2:

R2(config)# interface FastEthernet0/0
R2(config-if)# standby 1 ip 10.1.1.100
R2(config-if)# standby 1 priority 100
R2(config-if)# standby 1 name HSRP_TEST
R2(config-if)# standby 1 preempt

Giải thích cấu hình:

• interface FastEthernet0/0: Chọn giao diện mạng cần cấu hình HSRP (trong trường hợp này là FastEthernet0/0).
• standby 1 ip 10.1.1.100: Gán địa chỉ IP ảo 10.1.1.100 cho nhóm HSRP có số nhóm là 1.
• standby 1 priority 110: Đặt mức độ ưu tiên của router R1 là 110, để nó trở thành router chính khi cả hai đều hoạt động.
• standby 1 name HSRP_TEST: Đặt tên nhóm HSRP là “HSRP_TEST”.
• standby 1 preempt: Cho phép router R1 tự động giành lại vai trò router chính nếu nó được khôi phục sau một sự cố.

Lưu ý: Khi cấu hình Router R2, ta sẽ để mức độ ưu tiên thấp hơn (ở đây là 100) để đảm bảo rằng R1 sẽ trở thành router chính khi cả hai đều hoạt động. Điều này là do router với mức độ ưu tiên cao hơn sẽ trở thành router chính trong trường hợp cả hai đều khả dụng.