Link Aggregation là gì? Giải pháp tối ưu hóa băng thông và dự phòng mạng

Tính ổn định và khả năng dự phòng là yếu tố rất quan trọng đối với bất kỳ hệ thống mạng nào của doanh nghiệp. Một sự cố gián đoạn kết nối có thể gây ra những thiệt hại không nhỏ về thời gian và tài chính. Link Aggregation (LAG) với khả năng kết hợp nhiều kết nối vật lý thành một liên kết logic, không chỉ giúp tăng băng thông mà còn cung cấp khả năng dự phòng mạnh mẽ. Trong trường hợp một đường truyền vật lý gặp sự cố, lưu lượng sẽ tự động được chuyển sang các đường truyền khác trong nhóm, đảm bảo kết nối liên tục. Hãy cùng Việt Tuấn tìm hiểu chi tiết hơn về Link Aggregation nhé!

Link Aggregation là gì?

Link Aggregation (LAG), còn được biết đến với các tên gọi như EtherChannel, Port Channel, Link Bundling, hoặc NIC Teaming, là một kỹ thuật mạng cho phép kết hợp nhiều kết nối vật lý giữa hai thiết bị mạng (ví dụ: switch và switch, server và switch) thành một kết nối logic duy nhất, mang lại hai lợi ích chính: tăng băng thông và khả năng dự phòng. 

Thay vì sử dụng một đường truyền duy nhất giữa hai thiết bị, Link Aggregation cho phép nhóm nhiều cổng vật lý trên cả hai thiết bị thành một "kênh" logic. Dữ liệu sau đó được phân phối trên các đường truyền vật lý này, giúp tăng tổng băng thông khả dụng. Ví dụ, nếu bạn có bốn kết nối Gigabit Ethernet và sử dụng Link Aggregation, bạn có thể tạo ra một kết nối logic với băng thông 4 Gigabit Ethernet.

Nguyên lý hoạt động của Link Aggregation

Nguyên lý hoạt động cơ bản của Link Aggregation bao gồm:

Nhóm cổng (Port Grouping)

Thay vì mỗi cổng vật lý hoạt động độc lập, Link Aggregation cho phép cấu hình một nhóm các cổng khác nhau để chúng hoạt động như một cổng duy nhất. Các cổng này được gọi là "cổng thành viên" (member ports) của nhóm LAG. Việc nhóm các cổng này được thực hiện thông qua phần mềm cấu hình trên thiết bị mạng. Các cổng thành viên thường phải có cùng tốc độ và chế độ duplex (ví dụ: tất cả đều là 1Gbps full-duplex).

Phân phối lưu lượng (Traffic Distribution)

Lưu lượng mạng đi qua liên kết LAG sẽ được phân phối trên tất cả các cổng thành viên trong nhóm. Cơ chế phân phối này thường dựa trên một thuật toán băm (hashing algorithm). Thuật toán này sẽ xem xét các thông tin trong gói tin (ví dụ: địa chỉ MAC nguồn và đích, địa chỉ IP nguồn và đích, cổng TCP/UDP) để quyết định cổng nào sẽ được sử dụng để truyền tải gói tin đó. Mục tiêu là phân phối lưu lượng một cách đồng đều trên các cổng thành viên để tránh tình trạng quá tải trên một cổng cụ thể. Có nhiều thuật toán băm khác nhau được sử dụng, và việc lựa chọn thuật toán nào phụ thuộc vào thiết bị mạng và cấu hình cụ thể.

Cân bằng tải (Load Balancing)

Mục tiêu chính của việc phân phối lưu lượng là đạt được cân bằng tải một cách đồng đều trên các cổng thành viên, LAG giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông khả dụng. Ví dụ, nếu một nhóm LAG bao gồm 4 cổng 1Gbps, thì tổng băng thông khả dụng sẽ là 4Gbps. Tuy nhiên, cần lưu ý cân bằng tải thường được thực hiện theo luồng (flow-based), nghĩa là các gói tin thuộc cùng một luồng (ví dụ: kết nối TCP giữa hai máy tính) sẽ luôn được truyền qua cùng một cổng để đảm bảo thứ tự của các gói tin trong luồng.

Dự phòng (Redundancy/Failover)

Một trong những lợi ích quan trọng nhất của LAG là khả năng dự phòng. Nếu một trong các cổng vật lý trong nhóm bị lỗi như cáp bị đứt, cổng bị hỏng, lưu lượng sẽ tự động được chuyển sang các cổng hoạt động khác trong nhóm mà không làm gián đoạn kết nối. Quá trình chuyển đổi này thường diễn ra rất nhanh chóng, giúp đảm bảo tính liên tục của dịch vụ mạng. 

Các giao thức Link Aggregation

Static Link Aggregation 

Static Link Aggregation hay còn gọi là LAG tĩnh hoạt động dựa trên cấu hình thủ công hoàn toàn trên cả hai thiết bị đầu cuối (ví dụ: switch, router, máy chủ). Khi quản lý mạng phải xác định một cách rõ ràng và chính xác các cổng vật lý nào sẽ được gộp vào nhóm LAG. Các thông số như tốc độ, chế độ duplex (bán song công hoặc song công) và VLAN (nếu có) cũng cần được cấu hình đồng nhất trên tất cả các cổng thành viên của LAG.

Phương pháp này tương đối đơn giản trong việc cấu hình ban đầu, đặc biệt phù hợp với các môi trường mạng nhỏ hoặc khi yêu cầu cấu hình cố định tuy nhiên tính linh hoạt của LAG tĩnh rất hạn chế. Nếu một liên kết trong nhóm bị lỗi, hệ thống sẽ không tự động phát hiện và chuyển lưu lượng sang các liên kết còn lại một cách tự động. Quản trị viên phải can thiệp thủ công để khắc phục sự cố. Ngoài ra, việc thêm hoặc xóa các liên kết khỏi nhóm cũng đòi hỏi cấu hình thủ công, gây khó khăn trong việc quản lý và mở rộng mạng. Do không có cơ chế thương lượng tự động, việc cấu hình sai lệch giữa hai đầu kết nối có thể dẫn đến sự cố kết nối.

Link Aggregation Control Protocol (LACP - IEEE 802.3ad/802.1ax)

LACP là một giao thức động được chuẩn hóa bởi IEEE (802.3ad và được cải tiến trong 802.1ax) cho phép các thiết bị mạng tự động thương lượng, xác thực và thiết lập kết nối LAG. Các thiết bị sử dụng LACP sẽ trao đổi các gói tin LACP PDU (Protocol Data Unit) để xác định khả năng tương thích và thống nhất các tham số kết nối. LACP cung cấp các chế độ hoạt động khác nhau như Active (chủ động gửi gói tin LACP) và Passive (chỉ phản hồi khi nhận được gói tin LACP).

LACP mang lại tính linh hoạt và khả năng tự động cao. Giao thức này cho phép tự động phát hiện các liên kết khả dụng giữa hai thiết bị và gộp chúng vào nhóm LAG. Nếu một liên kết bị lỗi, LACP sẽ tự động phát hiện và chuyển lưu lượng sang các liên kết còn lại mà không cần sự can thiệp quản lý mạng, đảm bảo tính liên tục của dịch vụ. LACP cũng hỗ trợ việc thêm hoặc xóa các liên kết khỏi nhóm một cách linh hoạt mà không cần phải cấu hình lại toàn bộ nhóm. Ngoài ra, LACP còn cung cấp khả năng phát hiện lỗi cấu hình giữa hai đầu kết nối và được chuẩn hóa bởi IEEE (802.3ad/802.1ax) đảm bảo khả năng tương thích giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau.

Bảng so sánh Static LAG và LACP

Các Thuật toán cân bằng tải

Khi lưu lượng được gửi qua một nhóm LAG, cần có một thuật toán để quyết định cổng nào sẽ được sử dụng cho mỗi gói tin. Các thuật toán cân bằng tải phổ biến bao gồm:

Địa chỉ MAC nguồn (Source MAC Address)

Thuật toán này sử dụng địa chỉ MAC nguồn của gói tin để xác định liên kết nào trong nhóm LAG sẽ được sử dụng. Bằng cách áp dụng một hàm băm (hash function) lên địa chỉ MAC nguồn, thuật toán sẽ tạo ra một giá trị số, giá trị này sẽ được sử dụng để chọn một liên kết cụ thể. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và dễ triển khai. Tuy nhiên, nếu một thiết bị chỉ gửi lưu lượng từ một địa chỉ MAC duy nhất, tất cả lưu lượng đó sẽ được gửi qua cùng một liên kết, làm mất đi hiệu quả cân bằng tải.

Địa chỉ MAC đích (Destination MAC Address)

Tương tự như thuật toán trên, thuật toán này sử dụng địa chỉ MAC đích của gói tin để phân phối lưu lượng. Một hàm băm được áp dụng lên địa chỉ MAC đích để chọn liên kết. Phương pháp này cũng đơn giản, nhưng lại gặp vấn đề tương tự như thuật toán dựa trên địa chỉ MAC nguồn nếu nhiều thiết bị gửi lưu lượng đến cùng một địa chỉ MAC đích.

Địa chỉ MAC nguồn và đích (Source and Destination MAC Address)

Đây là một phương pháp kết hợp, sử dụng cả địa chỉ MAC nguồn và đích của gói tin để tính toán giá trị băm. Bằng cách kết hợp cả hai địa chỉ, thuật toán này cung cấp sự phân phối lưu lượng tốt hơn so với việc chỉ sử dụng một trong hai địa chỉ. Điều này giúp giảm thiểu khả năng một liên kết bị quá tải trong khi các liên kết khác lại nhàn rỗi.

Địa chỉ IP (IP Address)

Thuật toán này dựa trên địa chỉ IP nguồn và/hoặc đích của gói tin. Tương tự như với địa chỉ MAC, một hàm băm được áp dụng lên địa chỉ IP (hoặc kết hợp cả địa chỉ IP nguồn và đích) để xác định liên kết. IP Address rất có lợi trong các mạng IP khi các thiết bị thường giao tiếp với nhiều địa chỉ IP khác nhau. Việc sử dụng cả địa chỉ IP nguồn và đích thường mang lại hiệu quả cân bằng tải tốt nhất.

Số cổng (Port Number)

Port Number sử dụng số cổng TCP/UDP nguồn và/hoặc đích của gói tin. Số cổng xác định ứng dụng hoặc dịch vụ đang được sử dụng. Bằng cách băm số cổng, thuật toán có thể phân phối lưu lượng dựa trên loại dịch vụ. Ví dụ lưu lượng HTTP (cổng 80) có thể được gửi qua một liên kết, trong khi lưu lượng HTTPS (cổng 443) được gửi qua một liên kết khác. Việc kết hợp số cổng với địa chỉ IP thường mang lại kết quả cân bằng tải tối ưu nhất, đặc biệt trong các môi trường có nhiều dịch vụ khác nhau.

Ưu nhược điểm của Link Aggregation

Lợi ích của Link Aggregation

• Tăng băng thông: Cung cấp băng thông cao hơn bằng cách kết hợp nhiều kết nối vật lý.
• Dự phòng: Mang lại kết nối liên tục trong trường hợp một liên kết vật lý bị lỗi.
• Cân bằng tải: Phân phối lưu lượng trên nhiều liên kết để tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và giảm tắc nghẽn.
• Đơn giản hóa quản lý: Quản lý nhiều kết nối vật lý như một kết nối logic duy nhất.
• Tiết kiệm chi phí: Thay vì nâng cấp lên một kết nối tốc độ cao hơn (ví dụ: từ Gigabit Ethernet lên 10 Gigabit Ethernet), có thể sử dụng Link Aggregation để kết hợp nhiều kết nối Gigabit Ethernet hiện có, giúp tiết kiệm chi phí.

Điểm hạn chế của Link Aggregation

• Yêu cầu thiết bị hỗ trợ: Cả hai thiết bị kết nối phải hỗ trợ Link Aggregation và giao thức được sử dụng (Static LAG hoặc LACP).
• Giới hạn về số lượng cổng: Số lượng cổng có thể được nhóm trong một LAG có giới hạn, tùy thuộc vào thiết bị.
• Cấu hình phức tạp: Cấu hình LAG có thể phức tạp hơn so với cấu hình kết nối đơn lẻ, đặc biệt là với LACP.
• Không tăng tốc độ của một kết nối đơn lẻ: Link Aggregation tăng tổng băng thông, nhưng không tăng tốc độ của một kết nối đơn lẻ. Nếu bạn tải một file duy nhất, tốc độ tải sẽ bị giới hạn bởi tốc độ của một liên kết vật lý, chứ không phải tổng băng thông của LAG.

Các trường hợp ứng dụng Link Aggregation

• Kết nối giữa các switch: Tăng băng thông và dự phòng cho kết nối backbone giữa các switch trong mạng.
• Kết nối server với switch: Cung cấp băng thông cao cho các server có lưu lượng mạng lớn, chẳng hạn như máy chủ cơ sở dữ liệu hoặc máy chủ ảo hóa.
• Kết nối thiết bị lưu trữ mạng (NAS/SAN): Đảm bảo hiệu suất cao và khả năng dự phòng cho các hệ thống lưu trữ.
• Trung tâm dữ liệu: Sử dụng rộng rãi trong các trung tâm dữ liệu để kết nối các máy chủ, switch và thiết bị lưu trữ.

Cách cấu hình Link Aggregation

Ví dụ cấu hình LACP trên hai switch Cisco:

Switch 1:

Switch 2:

Trong trường hợp bạn sử dụng thiết bị Cisco, hai cổng GigabitEthernet 1/1 và 1/2 trên mỗi switch được nhóm lại thành một Port-channel 1 bằng LACP (chế độ "active").

Tổng kết

Link Aggregation là một công nghệ mạnh mẽ giúp tối ưu hóa băng thông và cung cấp khả năng dự phòng cho mạng. Khi kết hợp nhiều kết nối vật lý thành một kết nối logic duy nhất, LAG giúp tăng hiệu suất, độ tin cậy và khả năng quản lý của mạng. Trong hầu hết các trường hợp, LACP được khuyến nghị sử dụng do tính linh hoạt và khả năng tự động điều chỉnh. Việt Tuấn hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn về giao thức Link Aggregation và tác dụng của nó. Cảm ơn bạn đã chú ý theo dõi và hẹn bạn trong các bài viết tiếp theo.