VLAN là gì? Mạng LAN ảo có tác dụng gì? Ứng dụng khi nào?

VLAN (Virtual Local Area Network) là kỹ thuật quan trọng để quản lý và tối ưu hóa mạng. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ về khái niệm VLAN, tác dụng quan trọng của mạng LAN ảo, cũng như những ứng dụng thực tế khi nào bạn nên sử dụng VLAN để nâng cao hiệu suất và bảo mật hệ thống mạng của mình.

Trong bài có những nội dung chính sau:

• Giải thích về VLAN
• Mục đích của việc tạo VLAN
• VLAN hoạt động như thế nào?
• Các loại VLAN
• VLAN được sử dụng khi nào?
• Nhược điểm của VLAN

Giải thích về VLAN

VLAN hay được gọi là mạng LAN ảo. Đây là kỹ thuật dùng để chia mạng vật lý thành nhiều mạng logic độc lập. Mục đích của việc tạo VLAN là để tăng cường việc quản lý, bảo mật và linh hoạt hóa trong quá trình truyền thông trong mạng.

Để dễ hiểu hơn, ta sẽ đi vào phân tích chi tiết sau:

Hiểu về mạng LAN:

Mạng LAN là một nhóm máy tính và thiết bị liên kết với nhau trong cùng một địa điểm và dùng chung một mạng vật lý. Mạng LAN thường được liên kết với miền quảng bá (hoạt động trong lớp 2 mô hình OSI). Các máy tính trong cùng mạng LAN sẽ kết nối cùng một bộ chuyển mạch mạng. Kết nối này có thể là trực tiếp hoặc thông qua các điểm truy cập không dây (AP). Máy tính cũng có thể kết nối với một trong nhiều nhiều Switch kết nối với nhau. Ví dụ như máy tính kết nối với một Access Switch và tất cả đều kết nối với một Core Switch.

Nếu lưu lượng truy cập đi qua bộ định tuyến và liên quan đến chức năng ở lớp 3. Lúc này nó không được coi là cùng một mạng LAN. Ngay cả khi các thiết bị vẫn cùng một tòa nhà. Do đó, một địa điểm có thể có nhiều mạng LAN kết nối với nhau.

Hiểu về VLAN:

VLAN giống như mạng LAN và cũng hoạt động ở lớp 2 của mạng. Với VLAN, các nhà quản trị mạng có thể chia một bộ chuyển mạch thành nhiều mạng ảo để đáp ứng các nhu cầu bảo mật. Điều này giúp loại bỏ việc phải xây dựng nhiều mạng LAN riêng biệt cho từng nhu cầu sử dụng.

Ta có thể hiểu VLAN là một miền quang bá (broadcast) do Switch tạo ra. Thông thường chức năng này do Router, nhưng với VLAN thì Switch sẽ đảm nhiệm. Khi một gói tin với thẻ VLAN cụ thể, Switch sẽ chuyển tiếp nó tới các thiết bị trong cùng một VLAN và không chuyển tiếp tới các thiết bị khác. Ta có thể nhóm nhiều thiết bị khác nhau vào VLAN mặc dù cho chúng không cùng kết nối với một bộ chuyển mạch.

Ví dụ dưới đây cho thấy mạng có các máy chủ đều nằm trên cùng một VLAN:

Khi không có VLAN, Broadcast từ máy chủ A sẽ gửi đến tất cả thiết bị trên mạng LAN. Mỗi thiết sẽ nhận và xử lý các Frame từ broadcast khiến CPU phải hoạt động nhiều hơn và giảm tính bảo mật chung của mạng.

Nếu không có Vlan, một chương trình phát sóng được gửi từ máy chủ A sẽ đến được tất cả các thiết bị trên mạng. Mỗi thiết bị sẽ nhận và xử lý các khung phát sóng, làm tăng chi phí CPU trên mỗi thiết bị và giảm tính bảo mật chung của mạng.

Nếu ta đặt 2 giao diện trên hai thiết bị chuyển mạch vào cùng một VLAN, Broadcast từ máy chủ A sẽ đến các thiết bị trong cùng VLAN. Các máy chủ trong các VLAN khác sẽ không nhận được Broadcast và thậm chí không biết rằng có việc này xảy ra. Hãy xem hình ảnh minh họa dưới dây:

Mục đích của việc tạo VLAN

Các nhà quản trị mạng sử dụng VLAN vì nhiều lý do, bao gồm:

• Cải thiện hiệu suất mạng
• Quản lý mạng nâng cao
• Tăng cường bảo mật mạng

1. VLAN tăng hiệu suất mạng

Bằng cách phân chia mạng thành các phần độc lập, VLAN giúp giảm lưu lượng mạng và tối ưu hóa hiệu suất truyền thông. VLAN cho phép ưu tiên dịch vụ (QoS) và phân loại gói tin, giúp cải thiện chất lượng truyền thông và đáp ứng nhanh chóng với các yêu cầu đặc biệt.

2. VLAN giúp nhà quản trị quản lý mạng hiệu quả

VLAN cho phép tạo ra các phân đoạn mạng ảo, không phụ thuộc vào cấu trúc vật lý. Điều này giúp quản lý mạng dễ dàng hơn, đặc biệt là trong môi trường có nhiều đơn vị hoặc phòng ban như doanh nghiệp hoặc tổ chức. VLAN cũng giúp linh hoạt thay đổi topology mạng mà không yêu cầu sự can thiệp vào cấu trúc dây cáp vật lý.

Ngoài ra, VLAN giúp quản lý địa chỉ IP một cách hiệu quả bằng cách phân chia chúng theo các đơn vị tự quản lý. Nó cho phép tích hợp các mạng IP khác nhau trên cùng một hạ tầng vật lý.

Các nhà quản trị có thể sử dụng VLAN để tạo ra các môi trường đặc biệt cho các ứng dụng cụ thể như thoại, video, hoặc dịch vụ đám mây và tùy chỉnh theo nhu cầu của từng doanh nghiệp.

3. VLAN tăng cường bảo mật

VLAN tạo ra môi trường độc lập cho từng nhóm người dùng hoặc thiết bị, ngăn chặn sự truy cập trái phép và giảm thiểu rủi ro bảo mật. Nó cũng chia mạng thành các phân đoạn giúp kiểm soát truy cập và ngăn chặn sự lan truyền của các vấn đề bảo mật trong mạng.

VLAN hoạt động như thế nào?

Quy trình hoạt động của VLAN bao gồm các bước chính, bắt đầu từ việc xác định và gán thiết bị vào các VLAN cụ thể.

Xác định VLAN:

Mỗi thiết bị trên mạng (như máy tính, điện thoại IP, máy chủ) được gán vào một VLAN cụ thể dựa trên các tiêu chí như cổng của switch, địa chỉ MAC, hoặc thông tin khác.

Phân biệt VLAN:

Trong hệ thống VLAN, có hai cách phổ biến để phân biệt giữa các VLAN: 802.1Q (tag-based) và ISL (Inter-Switch Link). Trong trường hợp 802.1Q, gói tin được đánh dấu bằng thẻ VLAN để xác định VLAN của nó. Các thiết bị mạng, đặc biệt là switch, sử dụng thông tin từ thẻ để định tuyến gói tin đến VLAN đích.

Chuyển tiếp gói tin theo VLAN:

Switch là thành phần chính trong hệ thống VLAN và có khả năng chuyển tiếp gói tin dựa trên thông tin VLAN. Khi một switch nhận được một gói tin từ một thiết bị, nó kiểm tra thẻ VLAN (nếu có) để xác định VLAN của gói tin. Sau đó, switch chuyển tiếp gói tin đến các cổng thuộc VLAN tương ứng.

Mỗi VLAN là một môi trường độc lập:

Mỗi VLAN được coi như một mạng độc lập, với các thiết bị trong cùng một VLAN có khả năng giao tiếp trực tiếp với nhau. Sự tách biệt này giúp ngăn chặn lưu lượng không mong muốn giữa các phần khác nhau của mạng.

Quản lý tài nguyên:

VLAN cho phép quản lý tài nguyên mạng dễ dàng bằng cách phân loại và phân chia chúng theo các đơn vị tự quản lý. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và đơn giản hóa quản lý.

Quản lý truy cập:

Quy tắc và chính sách quản lý truy cập có thể được áp dụng trên mỗi VLAN, kiểm soát cách lưu lượng được chia sẻ và giúp đảm bảo tuân thủ chính sách an ninh.

Quản lý địa chỉ IP:

VLAN cho phép phân chia địa chỉ IP thành các đơn vị nhỏ, giúp quản lý địa chỉ IP một cách hiệu quả và tối ưu hóa việc sử dụng chúng.

Quy tắc QoS:

các quy tắc QoS có thể được áp dụng để ưu tiên lưu lượng trên từng VLAN. Điều này làm cho mạng có khả năng ưu tiên gói tin quan trọng, như lưu lượng thoại hoặc video.

Các loại VLAN cần biết

1. Port-Based VLAN

Loại VLAN này dựa trên cổng của switch để xác định thành viên của VLAN. Mỗi cổng được gán vào một VLAN cụ thể, và tất cả các thiết bị kết nối vào cổng đó thuộc vào VLAN đó. Loại này dễ triển khai và quản lý, phù hợp cho môi trường mạng nhỏ hoặc đơn giản.

2. Tag-Based VLAN (802.1Q VLAN)

Loại giúp xác định VLAN bằng thẻ VLAN trong header của gói tin. Thẻ này chứa thông tin về VLAN của gói tin và được sử dụng để định tuyến gói tin đến VLAN đích tương ứng. Ưu điểm của nó là linh hoạt hơn so với Port-Based VLAN, cho phép chia sẻ một cổng của switch giữa nhiều VLAN.

3. Management VLAN

Là một VLAN được sử dụng để quản lý và cấu hình các thiết bị mạng như switch, router. Thông thường, các thiết bị quản lý được đặt trong VLAN này để tạo sự cô lập và bảo mật. Loại này giúp tăng bảo mật vì lưu lượng quản lý được tách biệt khỏi các dịch vụ và dữ liệu khác.

4. Default VLAN (mặc định)

Một số switch được cấu hình với một VLAN mặc định, nơi mà tất cả các cổng thuộc VLAN này mặc định khi chúng không được gán vào bất kỳ VLAN nào khác. Mục đích của việc tạo VLAN này là để tạo một VLAN mặc định để tránh sự nhầm lẫn và làm cho quá trình cấu hình dễ dàng hơn.

5. Voice VLAN

Được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ việc triển khai giọng nói qua IP (VoIP). Thiết bị VoIP được gán vào một VLAN riêng để đảm bảo ưu tiên và chất lượng cao cho dịch vụ thoại.

6. Native VLAN

Được sử dụng trong trường hợp của trunks, đây là VLAN mà gói tin không được đánh dấu bằng thẻ VLAN khi đi qua. Thường được sử dụng để truyền gói tin giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau.

VLAN được sử dụng khi nào

Mục đích khi sử dụng VLAN có thể rất đơn giản như tách biệt quyền truy cập máy in hoặc những nhu cầu phức tạp hơn như thiết lập VLAN riêng cho từng phòng ban. Dưới đây là những trường hợp hay sử dụng VLAN nhất:

• Phân chia mạng theo phòng ban hoặc nhóm người dùng: Ngăn chặn lưu lượng giữa các bộ phận khác nhau, cung cấp sự linh hoạt trong quản lý và bảo mật. Ví dụ nh, phòng kinh doanh có thể thuộc VLAN1, trong khi phòng IT thuộc VLAN2.
• Voice VLAN: Điện thoại VoIP được gán vào một VLAN riêng biệt để đảm bảo chất lượng cuộc gọi và ưu tiên lưu lượng cho dịch vụ thoại.
• Guest VLAN: Dành riêng cho khách truy cập vào mạng, đảm bảo rằng họ chỉ có quyền truy cập vào các tài nguyên được phép và ngăn chặn lưu lượng giữa mạng nội bộ và mạng khách.
• Quản lý tài nguyên mạng: Mỗi VLAN có thể được quản lý độc lập, giúp phân chia tài nguyên mạng và cải thiện hiệu suất. Ví dụ, một VLAN có thể được sử dụng cho dữ liệu và một VLAN khác cho video.
• Quản lý cấu hình Switch, Router: Sử dụng để quản lý và cấu hình các thiết bị mạng như switch và router. Các thiết bị quản lý được đặt trong VLAN này để tạo sự cô lập và bảo mật.
• Quản lý địa chỉ IP: Sử dụng VLAN để phân chia địa chỉ IP thành các đơn vị tự quản lý, giúp quản lý địa chỉ IP một cách hiệu quả và tối ưu hóa việc sử dụng chúng.

Nhược điểm của VLAN

Mặc dù VLAN mang lại rất nhiều lợi ích cho việc tăng cường hiệu suất và quản lý mạng nhưng nó cũng có những nhược điểm:

• Cấu hình và quản lý phức tạp: Đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về hệ thống và thiết bị mạng. Mức độ phức tạp rất cao trong các mạng lớn.
• Nguy cơ Loop trong Spanning Tree Protocol: Nếu không được cấu hình đúng, sự xuất hiện của VLAN có thể tăng nguy cơ xảy ra loop trong hệ thống mạng, đặc biệt là khi sử dụng STP để ngăn chặn loop.
• Cần tăng băng thông cho các thiết bị nút: Việc áp dụng VLAN có thể đôi khi tạo áp lực thêm lên các thiết bị nút như máy tính và điện thoại IP, đặc biệt là khi nhiều VLAN chia sẻ cùng một dây cáp.
• Chi phí hạ tầng mạng: Sử dụng VLAN yêu cầu thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ, đặc biệt là switch có khả năng quản lý VLAN. Điều này có thể tăng chi phí so với việc sử dụng switch thông thường.
• Bị tấn công VLAN Hopping: VLAN hopping là một kỹ thuật tấn công có thể được thực hiện để vượt qua các giới hạn của VLAN và truy cập các dữ liệu trong các VLAN khác nhau.
• Quản lý địa chỉ IP hạn chế: VLAN không cung cấp giải pháp tự động cho quản lý địa chỉ IP, và việc phân chia địa chỉ IP có thể trở nên phức tạp và khó quản lý khi mạng mở rộng.
• Khả năng mở rộng hạn chế: việc mở rộng mạng VLAN có thể gặp khó khăn, đặc biệt là khi cần thêm VLAN mới và phải cấu hình lại hệ thống.

Mặc dù có nhược điểm, nhưng nếu được triển khai và quản lý đúng cách, VLAN vẫn là một công nghệ hữu ích trong việc quản lý và tối ưu hóa mạng. Mong rằng qua bài viết này, bạn đã hiểu rõ về kỹ thuật tạo mạng LAN ảo là gì? Nếu có bất kỳ điều gì thắc mắc, hãy để lại dưới phần bình luận để mình hỗ trợ giải đáp chi tiết!