Tài liệu Thiết kế mạng

THIẾT KẾ MẠNG V ir T ll NgiiyỄii Nam 1li>i G IỚ I T IIIỆ♦ U T IIIẾ T KẾ M ẠNG • (LAN DliSKỈN INTRODUCTION) Mục đích của chuyên dề Iiày là giới Ihiỏii lìhũìig kiến thức cơ bản ban đầu về thiết k ế mạng nội bộ (LAN), mỏf rộng, phAn nhỏ vìi Hôn kết các LAN cho mục đích tối ưu hoá lìiệii siiấl hoạt dộng cùa mạng. Với những tiến bộ kliông ngừng vìl Iilianh chóng trôn các lĩnh vực công nghệ điện tử viễn thông hiện nay, bạn đọc cũng như chiiyôn clổ này cũng sẽ cíỉn Ihường xuyên phải bổ xung, cộp nhạt thông tin múi. Kiến thííc cần chuđii bị cho cluiyôii đổ này líl các kiến thức lý thuyết chung về iTỉỊng, trong đó hiểu biếl về mô hình chuẩn OSI là rất cán Uiiết để hiểu về ngiiyân lý làm việc của các Ihiết bị ghép nối mạng. Nội cung của chuyên để bao gồm các phíìn: giới thiệu chung, các môi trưòng triiyềi dẫn vật lý và C ik h sử dụng, các chuẩn LAN, các thiết bị ghép nối LAN và các bước cđn tiến hhnh trong công tdc thiết kế mạng. THIẾT KỂ MẠNG VlTTI N|ỉ>'yỉi> Nam 1 lãi 1. M ô lùiili chung, môi truòng truyền (lẫn và card m ạng. L M ô hìĩih chíuig Phần cứng Một LAN bao gổm các (liàiih phán; • Các thiếl bị c1Àii cuối (Tcmiinal hay'Stalion): PC, Server, Printer,... • Các bộ cliéu khiển và Ihu |)liál thông lin (Controller, Transceiver) xác clịnh một nút mọng (NocIc),4rong một bảng mạch gọi \ầ card mạng (Netwoik Inlci face Carcl - NIC). Controller thực hiện các chức năng tliồu khiển (riiyền lliông, clảm bảo ciữ liệu cUrợQ truyền thông chính xác girra các lerniinal. Trancciver làm nhiệm vụ chuyển clữ liệu gửi lới (ìr c;tc conlrollcr sang tín hiệu điện hay quang (lương ứng với cluờng Iruyền), ị-)hál di trôn đường truyền và ngirợc lại. . • Đ ư ờ n g truyền (T ransm ission line) liôii kốl các nút m ạng, triiyồii d.^n c ổ c lín hi ệ u d i ệ n liay (ÍII hiộii cỊiiang. Phần mềm Mõi thiết bị đáu cuối trong LAN hoạt dộng nhờ một hệ ctiồLi hành mạng (Network operating vSystem - NOS). Các NOS phổ biến líi; WiiuIo\v.s 95/98, Wintlovvs NT, Novell Netv/are, UNIX. Chương Irình (iiiyồn lliổiig giữa NOS và NIC clược gọi là liình cliổu khiển corcl mạng (NIC clrivcr hay LAN cỉrivcr). Các NIC tlrivcr cho cùng một NIC là khác nhau đối với niỏi NOS vì vẠy chíing thường được viếl bởi nhò sản xuất NIC và bán kèm với NIC. Hình thức liên kết (Nelvvork Topology) LAN dược liôn kếl Ihco cách phối hợp của bii dạng (Topo) cơ bản là: • Dạng Tuyến lính (Biis). Dùng một dường Iruyền clỉín chung như là xương sống cìia mạng, tất cả ciỉc tiạm Ihm việc đều được liên kết vào đường truyén chung nòy. Đíly Ih t0 Ị)0 được dùng phổ biến nhất nhưng có nhược diểm là nếu xảy ra sự cố trôn đường xương sống tohn bộ các máy trong mạng không thể giao tiếp với Iiliau được nữa. THIỂT KỂ MẠNG N guyén N am Hái VTT ▲ -m- •2> -m- -m- T opo d ạ n g BUS D ạns sao (Star). Dùnơ một thiết bị đấu nối tmng tâm, mỗi trạm làm việc được liên kết với thiết bị trung tâm này bởi một đường truyền riênơ- Topo này có ưu điểm là nếu xảy ra sự cố trên một đưÒTig đườns truyền nào đó thì chỉ một máy tương ứng bị loại ra khỏi m ạns. toàn bộ các máy còn lại trona m ạns vẫn s;iao tiếp đưọc với nliau. Nhưọ'c điểm của topo này là bán kíiứi hoạt động của mạng bị han chế. T opo d ạ n g Sao THIỂT KỂ MẠNG n Nguyỏn Nam I lài Dạns; vòn? i;Rin2 ). Dùng một đường tmyền dẫn chung dạng vòng [ròn khép kín. Các trạm làm việc của mạng được liên kết vào các điểm khác nhau trên vòng tròn này. TODO này cũng có nhược điểm như là topo dạng BUS, nghTa là nếu xảy ra sự cố trên đưò‘ng vòng tròn toàn bộ các mấy trong mạng ỉdiông thể giao tiếp với nhau đưọ’c nữa. 2 tìường truyêìi dẩn Môi trưòng truyền dẫn (transmission media) sử dụng trong LAN được hiểu theo ngliĩa rộng là rất đa dạng, gồm các đường tmyền dùng cáp kừn loại, cáp sợi quaniĩ và cà mòi tiirờng sóng vô tuyến (wireless media). a. Cáp dồng trục (C oaxial cable) Là cáp được thiết kế có một sợi kim loại ở trung tâm được bọc bởi một lóp cách điện và một lưới kim loại chống nhiễu, ở ngoài cùng là vỏ bọc cách điện. Sợi kim loại tmng tâm và lưới kim loại làm thành hai sọi dãn điện đồng tiạic. THIẾT KỂ MẠNG í ViTTl N guyín Nam Hái CÓ hai loại cáp đồng trục kliác nhau được dùng trong liên kết L .\N với các chỉ định khác nhau về kỹ thuật và thiết bị nối ghép đi kèm (connector), gọi là cáp đổng trục mỏng (thin cable) và cáp đồng trục béo (thick cable). Cáp béo còn được gọi là cáp vàng vì vỏ bọc chất dẻo bên ngoài có màu vàng theo tiêu chuẩn. Thm cable (RG-5S): • Giá thàiili rẻ, được dùng phổ biến. • Điện trở kliáng 50 Q. • Dùng với các comiectors: BNC-connector, . T-connector, BNC-Terminator 50 Q. Thick cable (RG-SU): ® Có kliả nãng chống nhiễu tốt hoii Thin cable, đắt hơn, thường đưọ'c dùng liên kết mạng trong môi tmờng công nghiệp. a Đ iện trở kháns 50 Q. • Dùng với các coiìnectors: . Transceiver, AƯI connector, . Terminator 50 Q. lì Dây dẫn trung tâm K-r / Vỏ bọc ngoài / \ Lóp cách điện Đường dẫn dạng lưối kũn loại Cáp đổng trục 1^1 v iT THIỂT KỂ MẠNG Tì Nguv-ĩn N jiu Hái 3. N IC Như trên đã trình bày card mạng là thiết bị thực hiện hai nhiệm vụ: điều kliiển tmyền thông, chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu điện hav auans (tương ứng với đường ti'uyền), phát đi trên đưèms tmvền và nsược lại. Chươns trình điều khiển card rricạng (NIC driver) làm nhiệm vụ tnivền thông 2 Ìữa hệ điều hàiih mạng và NIC là phụ thuộc hệ điều hành m ạns vì vậy thường được viết bởi Iihà sản xuất NIC và bán kèm với NIC trên một đĩa mềm. Đĩa mềm này thường chứa nhiều driver tưcfng ứns cho các hệ điều hành khác nliau. Khi mua NIC cần chú ý kiểm tra các driver đi kèm xem có driver thích hợp với các hệ điều hành mạng đang sử dụns hav không. Trên thị trường Việt nam hiện có rất nhiều sản phẩm NIC theo chuẩn Ethernet của các hãng sán xuất kliác Iiliau, có những jản phẩm có ba hoặc hai trong số các loại cổng giao tiếp BNC, RJ45, AUI, M AU, s c ; dùns Slot giao tiếp trên mainboard kiểu ISA, EISA hay PCI; tốc độ thu phát lOMbps, lOOMbps hay 10/100 Mbps - Autosense. Khi mua, nsười dùns cán phải chú ý lựa chọn lấy loại thích hợp cho các máy tứih, đườns truyền dán, Iiliu cầu phát triển trong tương lai của đcm vị mình. • Loại tươns thích N E2000 của các Iiiià sán xuất nliỏ tại Đài loan, Sinsapo, M alaysia, Philipin, Thailan, Tm ns quốc, ... Giá rất rẻ, dùns được tuy ch ít lượng kliông; thạt đảm bảo. • Genius, 2 Ìá rẻ, chất lưọnơ kliá đảm bdo. • 3C 0M , Intel, Compex, ... giá vừa phải, chất lưọ’ng đảm bảo. ỹp j THIỂT Kế MẠNG VI TTI , N guvên Nam HÔI 11. C ác chuẩn LAN Các chuẩn LAN là các tiêu chuẩn công nghệ cho LAN được phê chuẩn bới các tổ chức chuẩn hoá quốc tế, nhằm hưÓTig dẫn các nhà sản xuất thiết bị mạng, đi đến sự thốns; nhất ỉdiả năng sử dụng chung các sản phẩm của họ, VI lợi ích của người sử dụng và tạo điều kiên thuận lợi cho các nghiên cứu phát triển. Các chuẩn này quv định môi tmờng tmyền dẫn thông tin cũng như cách thức sử dụng chúng tronơ kết nối LAN; Các giao thức tmyền thông ở các tầng vật Iv (phvsical) và liết kết dữ liệu (datalink) của mạng (theo mô hìnhO SI). Các "iao thức truyền thônu; ở các tầng trên của mô hình OSI hiện tại được xác định qua một số giao ihức phổ biến Iiliư TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS, i . Ethernet CliLiẩn Ethernet LAN hiện đang đưọT, sử dụng phổ biến nhất, đến mức đồi kJii đirọ’c hiểu đổng nghĩa với LAN. Tuy nhiên nó đã được xây dimg và phát triển qua các giai đoạn với các tên gọi DIX Standard Ethernet và IEEE802.3 Standard. a. D IX và IEE E802.3 DIX Năm 1972, phòng thí nghiệm Palo Alto của Xerox triển khai nghiên cứu một cluiẩn về LAN. Năm 1980 chuẩn này được ba công ty DEC (Digital), Intel, Xerox chấp Iiiiận phát triển và gọi là chuẩn DIX Ethernet (Kliông trung mạng DEC-INTEL-XEROX). D t x đảm bảo tốc độ truyền thông 10 Mbps, dùng môi tmòìig tiuyền dẫn là cáp đồng tạic béo và cơ chế truyền tin CSMA/CD (CaiTÌer Sense Multiple A ccess With Coỉlision Detection - Cảm Iihận sóng mang - Đa thâm nhập — Có dò xung đ ộ t) . IEEE802.3 IEEE (Institute o f Electrical and Electronics Engineers) - một tổ chức chuẩn hoá của Mỹ đưa ra chuẩn IEEE802.3 về giao thức LAN dựa trên DIX Ethernet với các môi tmờng truyền dẫn khác nhau, gọi là IEEE802.3 lOBASE-5, IEEE802.3 lOBASE-2 và IEEE802.3 ĨOBASE-T. Đảm bảo tốc độ tmyền thông lOMbps. 10 1^1 THIẾT KỂ MẠNG VITT/ N gtiyỉn N am Mãi H iện nay danh từ Ethernet được hiểu với nghĩa rộng là chuẩn IEEE802.3. Còn danli từ DEX được dùng chỉ DIX Ethernet hay lOBASE-5. b. lO BA SE-5 • ỉvíô hình phần cứng của mạng Bưs. . Topo dạng . Dùng cáp đồng trục béo 3 0 n (thick cable), còn gọi là cáp vàng, đường kính xấp xỉ lOmm, AUI connector. AƯI là viết tắt cùa Attachement Unit Interface. Hai đáu cáp có hai TeiTninator 50 Q, chống phản hồi sóng mang tín hiệu. Dữ liệu truyền thông sẽ không được đảm bảo đúng đắn nếu một trong hai TeiTninator này bị thiếu hoặc bị lỗi. . Trên mỗi đoạn cáp (segment) có thể liên kết tối đa 100 AUI Transceiver Connector “cái” (íemale). Khoảng cách tối chiểu 2;iữa hai AUI là 2.5 m. Khoảng cách tối đa giữa hai AUI là 500m. Vì vậy trên cáp có đánh các dấu hiệu theo từng đoạn bội số cíia 2.5 m và để đảm bảo chất lưọiìg truyền thông người ta thường chọn klioảng cách tối thiểu giữa hai AƯI là 5 m. Việc liên kết các máy tính vào mạns được thực hiện bởi các đocạn cáp nối từ các AUI coiưiector đến NIC trons máy túih, gọi là cáp AUI. Hai đầu cáp AƯI liên kết với hai AUI connector “đực” (male). Chiều dài tối đa cùa mộ't cáp AƯI là 50 m. Số 5 trong tên gọi 1OBASE-5 là bắt nguồn từ điéu kiện khoảng cách lối đa giữa hai AUI trên cáp là 500 m. • Quy tắc 5-4-3 Repcaỉer. như đã trình bày ở trên, trong mỗi đoạn mạng dùng cáp đổng trục béo không đuợc có CỊuá 100 AƯI Tranceiver, khoảng cách tối đa giữa hai AƯI Tranceiver kliông đưọc virọt quá 500m. Tirong trirờng họp muốn mở rộng mạng phải dùng nhiều đoạn mạng vò liên kết hai đoạn mạng với lứiau bằng một thiết bị chuyển tiếp lín hiệu gọi là Repeater. Repeater có hai cổng, tm hiệu được nliộn vào ỏ cổng này thì sẽ được phất tiếp ra cổng kia sau khi đã được khuyếchđại (ampliíication). Tuy nhiên có những hạn chế bắt buộc về số lượng các đoạn mạng và nút mạng (Node) có thể có trên một Ethernet LAN. 11 THIỂ7 KÊ' MẠNG i N guyỉii Nam I lủi VITTI Qtiv tắc 5-4-3 lá quy tắc tiêu chuẩn của Ethernet được áp dụng trong tiirờng hợp muốn mờ rộng mạng (Ethernet LAN Ẽxpantion) nshĩa là muốn xây dựng một LAN có bán kmh hoạt động rộng hoặc có nhiều trạm làm việc vượt quá rứiững hạn chế trên một đoạn cáp mạng (segment). Quy tắc 5-4-3 được áp dụng cho chuẩn lOBASE-5 dùng repeater như sau: Không được có quá 5 đoạn mạng. Không được có quá 4 repeater giữa hai trạm làm việc bất kỳ. Không được có quá 3 đoạn mạng có trạm làm viộc (populated segment). Các đoạn mạng không có trạm làm việc gọi là các đoạn liên kết (liiik segment). c. lOBASE-2 • M ô hìiili phần cứng của mạng Topo dạng B ư s. Dùng cáp đồn 2; trục m òns 50Í2 (thin cable), đưcms kính xấp xỉ 5mm, T-coiinector và BNC connector. BNC là viết tất của Beyonet Neli Coiinector. . Hai đầu cáp có hai Teixninator 50 n , chống phản hổi sóng mang tín hiệu. Dữ iiệu tmyền thông sẽ không được đảm bảo đúng đắn nếu một trong hai Terminator này bị thiếu hoặc bị lỗi. . Trên mỗi đoạn cáp có thể liên kết tối đa 30 trạm làm việc. Khoảng cách tối thiểu giữa hai trạm là 0.5 m. Khoảng cách tối đa giữa hai trạm là 185m. Đ ể đảm bảo chất lượng tmyền thông người ta thường chọn khoảng cách tối thiểu giữa hai trạm là 5m. V iệc liên kết các máy tínli vào mạng được thực hiện bởi các Tcomiector và BNC coimector. . • Số 2 trong tên gọi lOBASE-2 là bắt nguồn từ điều kiện khoảng cách tối đa giữa hai trạm trên đoạn cáp là 185m ~ 200m. Quy tắc 5-4-3 Quy tắc 5-4-3 được áp dụng cho chuẩn lOBASE-2 dùng repeater cũng tương tự như đối với tiTiờng hợp cho chuẩn lOBASE-5: . Không được có quá 5 đoạn mạng. 14 THIỂT KỂ MẠNG VIT"" Nguy&i Naiii llài Mô hình phần cứng lOBASE-5 Seơment, max. 30 node BNC và T- cormector T connector BNC corư;ector Cáp đổng tiTỊc raỏng NIC 15 THIỂT KỂ iVlẠNG VITr\ 1 Nguy&i N am llá i Mở rộng mạng lOBASE-2 bằng Repeater Segment, max. 185 m, max. 30 node ■*--------------------------------------------------------- ► (JỊ p ÌT Repeater ir -w Segment, max. 185 m, max. 30 node Quy tắc 5-4-3 Seơiment 1 ^ ^ ^ Segment 2 Se.2;ment 3 -------------- ► A— ^ ^ Repeater 1 P'opuilaíion Siegn.ient 1 Repeater 2 Segment 4 Segment 5 ------ -------► <-------------- >► Repeater 3 Population segm ent 2 Repeater 4 Population se^ en t 3 16 )ị^ ệ VITTI THIỂT KỂ MẠNG Nuuyỉn Naiii Hii . Không được có quá 4 .-epeacer giữa hai trạm iàm việc bất kỳ. '^IhôníỊ dược có ọuá 3 đoạn mạnơ có trạm làm việc (popuỉated sesmenc). Các đoạn mạiìií vl\-ng có trạm làm việc gọi là các đ o a n .ii' : k.ết Uink ■egmenCỳ. cl. lO B A S t-T • Mô hình phần cứng CLÌa mạng . Dùng cáp ƯTP, tâm gọi là HƯB. 45 comiector và một thiết bị ghép nối trung Mỗi HUB có thể có từ 4 tới 24 cổng RJ45 (Female RJ45 coimector), các trạm làm việc được kết nối từ NIC tới cổng HUB bầns cáp UTP với hai đầu nòi RJ45 (Mrile RJ45 coiinector). Khoảng cách tối đa từ HUB đến NIC là 100 m. Vì vậy về mặt vật lý/ hình thức topo của mạng có dạng hình sao (Star topology physicaily). . Tuv nhiên về bàn chất HUB là một loại Repeater nliiều cổn? (multiport repeater) vì vậy về mặt losic^mạng theo chuẩn iOBASE-T cũng vẫn là mạng dạng BL'k Chữ T trong tên gọi lOBASE-T là bất nguồn từ chữ Twisted pair cable (Cáp đôi dây xoắn). • Quv tắc mở rộníĩ . VI MUB là một loại Repeater nliiều cổng nên đ ể mở rộng mạng có thể liên kết nối tiếp các HUB với nhau và cũng không được có quá 4 HUB giữa hai trạm làm việc bất kỳ của mạng. HUB có ỉdiả năng xếp chổng (Stacktable HƯB): bà loại HUB có cốna riêng để liên kết các chúng lại vói nhau bằng cáp riêns thành như là một HUB. Nlnr vậy dùng loại HUB này người dùns có tliể dẻ dàng mở rộng số cổng của HƯB trong tươns lai khi cán thiết. Tuy nhiên số lưọ'ng Stacktable HƯB có thể xếp chồns cũng có ơiới hạn và phụ thuộc vào từng Iihà sản xuất, thông thườns không vượt quá 5 HUB. íOBASE-5 với HUB: Dù dùng HƯB có khả năng xếp chồng, người sừ dụng có thể tăng số lượng máy kết nối trong mạng, -xiÌTimp; h.-H] 'súih hoat động của man? vẫn khônơ thav đổi, vì 17 THIỂT Kế MẠNG Nguy&iNwi uãi VIT lL ỉứioánơ cách từ cốns HUB đến NIC kliông thể vưọt quá ICX) tnér. Một giái pháp đè có thể mờ rộng được bán kúih hoạt động của mạn 2 là dùng HUB có hỗ trợ một cổng AUI để liên kết các HUB bầng cáp đồns trục ^éo theo chuẩn lOBASE-5. Như đã trinh bàv ờ trên mọt đoạn cáp đồng trục béo theo chuẩn lOBASÉ-5 có thè' có chiều dài tối đa íà 500 mét. Cấu hình phán cứng lOBASE-T HƯB ^— ' Cáp ƯTP RJ RJ connector connector — Cáp UTP 18