Tài liệu Thiết kế mạng lan quy mô lớn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: SVTH MSSV LỚP GVHD : LƯƠNG KHÔI NGUYÊN : 45DT101 : 45TH – 1 : Th.s PHẠM VĂN NAM Nha trang, tháng 6 năm 2008 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn LỜI NÓI ĐẦU Vào những năm 1980, máy tính để bàn đã nổi lên như một phương án thay thế rẻ tiền cho các máy tính lớn đắt giá. Mỗi máy tính để bàn đều có khả năng tích hợp mọi thiết bị ngoại vi để hoàn thành một số công việc cụ thể, xong việc chuyển giao dữ liệu giữa các hệ thống đòi hỏi cần có sự can thiệp của con người thông qua các đĩa mềm. Ngày nay khái niệm máy tính trung tâm đã lỗi thời. Mô hình công tác tập trung cổ xưa đã thay thế bởi các hệ thống nhiều máy tính nối kết với nhau. Các hệ thống như vậy gọi là mạng máy tính. Việc tích hợp các dịch vụ mạng vào trong các hệ điều hành máy tính và sự bùng nổ của mạng toàn cầu Internet đã tạo ra một động lực mạnh mẽ thúc đẩy mọi người giao kết. Các mạng đã trở thành một phương tiện để truyền bá thông tin. Các tổ chức, các doanh nghiệp và các trường Đại học đều đã và đang sử dụng hệ thống mạng để khai thác và chia sẻ tài nguyên. Trường Đại học Nha Trang là trường đào tạo đa ngành với thế mạnh là các chuyên ngành thủy sản, đã sử dụng mạng máy tính để phục vụ cho việc quản lý và giảng dạy từ nhiều năm nay. Trường có nhiệm vụ đào tạo và bồi dưỡng nguồn nhân lực có trình độ đại học và sau đại học thuộc đa lĩnh vực; tổ chức nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và cung cấp các dịch vụ chuyên môn cho nền kinh tế quốc dân, đặc biệt trong lĩnh vực thủy sản. Hiện nay, quy mô của trường ngày càng phát triển để phục vụ cho việc nghiên cứu, giảng dạy và học tập đạt chất lượng cao. Để đáp ứng được việc phát triển này, mạng máy tính hiện có của trường cần được mở rộng hơn nữa. Từ những điều kiện đó, qua tìm hiểu và khảo sát mạng máy tính trường Đại học Nha Trang, em quyết định chọn đề tài “Thiết kế mạng LAN quy mô lớn” với bài toán cụ thể là khảo sát và thiết kế mở rộng mạng máy tính của trường Đại học Nha Trang. Tuy đã rất cố gắng học hỏi dựa trên kiến thức đã học và thực tế nhưng do khả năng chuyên môn có hạn nên luận văn của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè. Em xin trân trọng cảm ơn thầy PHẠM VĂN NAM cùng các thầy trong Tổ Quản trị mạng của Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công Nghệ Phần Mềm đã hết lòng chỉ bảo để em hoàn thành luận văn này. Nha Trang, tháng 6 năm 2008 Sinh viên thực hiện LƯƠNG KHÔI NGUYÊN Lương Khôi Nguyên – 45DT101 1 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT A. LÝ THUYẾT MẠNG MÁY TÍNH: I. Tổng quan về mạng máy tính I.1. Mạng máy tính là gì? Về cơ bản, một mạng máy tính là một số các máy tính được nối kết với nhau theo một cách nào đó. Khác với các trạm truyền hình chỉ gửi thông tin đi, các mạng máy tính luôn hai chiều, sao cho khi máy tính A gửi thông tin tới máy tính B thì B có thể trả lời lại cho A. Nói một cách khác, một số máy tính được kết nối với nhau và có thể trao đổi thông tin cho nhau gọi là mạng máy tính. Từ nhiều máy tính riêng rẽ, độc lập với nhau, nếu ta kết nối chúng lại thành mạng máy tính thì chúng có thêm những ưu điểm sau: • Nhiều người có thể dùng chung một phần mềm tiện ích. • Một nhóm người cùng thực hiện một đề án nếu nối mạng họ sẽ dùng chung dữ liệu của đề án, dùng chung tệp tin chính (master file) của đề án, họ trao đổi thông tin với nhau dễ dàng. • Dữ liệu được quản lý tập trung nên an toàn hơn, trao đổi giữa những người sử dụng thuận lợi hơn, nhanh chóng hơn. • Có thể dùng chung thiết bị ngoại vi hiếm, đắt tiền (máy in, máy vẽ,...). • Người sử dụng trao đổi với nhau thư tín dễ dàng (E-Mail) và có thể sử dụng hệ mạng như là một công cụ để phổ biến tin tức, thông báo về một chính sách mới, về nội dung buổi họp, về các thông tin kinh tế khác như giá cả thị trường, tin rao vặt (muốn bán hoặc muốn mua một cái gì đó), hoặc sắp xếp thời khoá biểu của mình chen lẫn với thời khoá biểu của những người khác,... • Một số người sử dụng không cần phải trang bị máy tính đắt tiền (chi phí thấp mà chức nǎng lại mạnh). • Mạng máy tính cho phép người lập trình ở một trung tâm máy tính này có thể sử dụng các chương trình tiện ích của một trung tâm máy tính khác đang rỗi, sẽ làm tǎng hiệu quả kinh tế của hệ thống. • Rất an toàn cho dữ liệu và phần mềm vì phần mềm mạng sẽ khoá các tệp tin (files) khi có những người không đủ quyền hạn truy xuất các tệp tin và thư mục đó. I.2. Phân loại mạng máy tính. Mạng máy tính có thể phân bổ trên một vùng lãnh thổ nhất định và có thể phân bổ trong phạm vi một quốc gia hay quốc tế. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 2 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn Dựa vào phạm vi phân bổ của mạng người ta có thể phân ra các loại mạng như sau: • GAN (Global Area Network) kết nối máy tính từ các châu lục khác nhau. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông và vệ tinh. • WAN (Wide Area Network) - Mạng diện rộng, kết nối máy tính trong nội bộ các quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng một châu lục. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông. Các WAN có thể được kết nối với nhau thành GAN hay tự nó đã là GAN. • MAN (Metropolitan Area Network) kết nối các máy tính trong phạm vi một thành phố. Kết nối này được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao (50-100 Mbit/s). • LAN (Local Area Network) - Mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp thông thường khoảng vài trǎm mét. Kết nối được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao ví dụ cáp đồng trục thay cáp quang. LAN thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan/tổ chức...Các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN. Trong các khái niệm nói trên, WAN và LAN là hai khái niệm hay được sử dụng nhất. Mạng cục bộ (LAN) là hệ truyền thông tốc độ cao được thiết kế để kết nối các máy tính và các thiết bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như ở một tầng của toà nhà, hoặc trong một toà nhà.... Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc. Các mạng LAN trở nên thông dụng vì nó cho phép những người sử dụng (users) dùng chung những tài nguyên quan trọng như máy in mầu, ổ đĩa CD-ROM, các phần mềm ứng dụng và những thông tin cần thiết khác. Trước khi phát triển công nghệ LAN các máy tính là độc lập với nhau, bị hạn chế bởi số lượng các chương trình tiện ích, sau khi kết nối mạng rõ ràng hiệu quả của chúng tǎng lên gấp bội. Để tận dụng hết những ưu điểm của mạng LAN người ta đã kết nối các LAN riêng biệt vào mạng chính yếu diện rộng (WAN). Các thiết bị gắn với mạng LAN đều dùng chung một phương tiện truyền tin đó là dây cáp, cáp thường dùng hiện nay là: Cáp đồng trục (Coaxial cable), Cáp dây xoắn (shielded twisted pair), cáp quang (Fiber optic),.... II. Các mô hình thông tin II.1. Mô hình thông tin tổng quát II.1.1. Nguồn đích và các gói dữ liệu Mức thông tin cơ bản nhất của máy tính là các ký số nhị phân, hay các bit (0 hay 1). Tuy nhiên, các máy tính gửi một hay hai bit thông tin, sẽ không hữu hiệu, vì vậy các nhóm byte, kilobyte, megabyte và gigabyte là cần thiết. Để cho các máy tính gửi thông tin xuyên qua một mạng, tất cả các hoạt động truyền tin trên một mạng đều xuất phát từ một nguồn, sau đó di chuyển đến một đích. Thông tin di chuyển trong một mạng, được tham chiếu đến như là dữ liệu, gói hay gói dữ liệu. Một gói dữ liệu là một đơn vị thông tin được nhóm lại theo luận lý, và di chuyển giữa các hệ thống máy tính. Bao gồm đó là thông tin về nguồn tin cùng với các phần tử khác cần thiết để thực hiện một hoạt động truyền tin cậy với thiết bị đích. Địa Lương Khôi Nguyên – 45DT101 3 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn chỉ nguồn trong một gói tin chỉ ra danh định của máy tính gửi gói tin này. Địa chỉ đích chỉ ra danh định của máy tính sau cùng tiếp nhận gói tin. II.1.2. Môi trường truyền dẫn Trong lập mạng, môi trường (Medium) là một miền vật chất mà qua đó các gói dữ liệu di chuyển. Nó có thể là: · Các dây điện thoại · Cáp UTP loại 5 · Cáp đồng trục · Sợi quang II.1.3. Giao thức Để các gói dữ liệu có thể di chuyển từ nguồn đến đích trên một mạng, điều quan trọng nhất là tất cả các thiết bị trên mạng phải nói chung một ngôn ngữ hay giao thức. Một giao thức là một tập hợp các quy định giúp thực hiện hoạt động thông tin trên mạng hiệu quả hơn. Một định nghĩa mang tính kỹ thuật cho giao thức truyền số liệu là: Một tập quy định, hay một sự thống nhất, xác định khuôn dạng và sự truyền dữ liệu. Lớp n trên một máy tính thông tin với lớp n trên một máy tính khác. Các quy định và tiêu chuẩn được dùng trong hoạt động thông tin này được tập hợp lại và được gọi là giao thức lớp n. II.2. Mô hình OSI Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model, viết ngắn là OSI Model hoặc OSI Reference Model) - tạm dịch là Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở - là một thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải một cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế giao thức mạng giữa chúng. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 4 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn Mô hình này được phát triển thành một phần trong kế hoạch Kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconnection) do ISO và IUT-T khởi xướng. Nó còn được gọi là Mô hình bảy tầng của OSI. Mục đích Mô hình OSI phân chia chức năng của một giao thức ra thành một chuỗi các tầng cấp. Mỗi một tầng cấp có một đặc tính là nó chỉ sử dụng chức năng của tầng dưới nó, đồng thời chỉ cho phép tầng trên sử dụng các chức năng của mình. Một hệ thống cài đặt các giao thức bao gồm một chuỗi các tầng nói trên được gọi là "chồng giao thức" (protocol stack). Chồng giao thức có thể được cài đặt trên phần cứng, hoặc phần mềm, hoặc là tổ hợp của cả hai. Thông thường thì chỉ có những tầng thấp hơn là được cài đặt trong phần cứng, còn những tầng khác được cài đặt trong phần mềm. Mô hình OSI này chỉ được ngành công nghiệp mạng và công nghệ thông tin tôn trọng một cách tương đối. Tính năng chính của nó là quy định về giao diện giữa các tầng cấp, tức qui định đặc tả về phương pháp các tầng liên lạc với nhau. Điều này có nghĩa là cho dù các tầng cấp được soạn thảo và thiết kế bởi các nhà sản xuất, hoặc công ty, khác nhau nhưng khi được lắp ráp lại, chúng sẽ làm việc một cách dung hòa (với giả thiết là các đặc tả được thấu đáo một cách đúng đắn). Trong cộng đồng TCP/IP, các đặc tả này thường được biết đến với cái tên RFC (Requests for Comments, dịch sát là "Đề nghị duyệt thảo và bình luận"). Trong cộng đồng OSI, chúng là các tiêu chuẩn ISO (ISO standards). Thường thì những phần thực thi của giao thức sẽ được sắp xếp theo tầng cấp, tương tự như đặc tả của giao thức đề ra, song bên cạnh đó, có những trường hợp ngoại lệ, còn được gọi là "đường cắt ngắn" (fast path). Trong kiến tạo "đường cắt ngắn", các giao dịch thông dụng nhất, mà hệ thống cho phép, được cài đặt như một thành phần đơn, trong đó tính năng của nhiều tầng được gộp lại làm một. Việc phân chia hợp lý các chức năng của giao thức khiến việc suy xét về chức năng và hoạt động của các chồng giao thức dễ dàng hơn, từ đó tạo điều kiện cho việc thiết kế các chồng giao thức tỉ mỉ, chi tiết, song có độ tin cậy cao. Mỗi tầng cấp thi hành và cung cấp các dịch vụ cho tầng ngay trên nó, đồng thời đòi hỏi dịch vụ của tầng ngay dưới nó. Như đã nói ở trên, một thực thi bao gồm nhiều tầng cấp trong mô hình OSI, thường được gọi là một "chồng giao thức" (ví dụ như chồng giao thức TCP/IP). Mô hình tham chiếu OSI là một cấu trúc phả hệ có 7 tầng, nó xác định các yêu cầu cho sự giao tiếp giữa hai máy tính. Mô hình này đã được định nghĩa bởi Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International Organization for Standardization) trong tiêu chuẩn số 7498-1 (ISO standard 7498-1). Mục đích của mô hình là cho phép sự tương giao (interoperability) giữa các hệ máy (platform) đa dạng được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau. Mô hình cho phép tất cả các thành phần của mạng hoạt động hòa đồng, bất kể thành phần ấy do ai tạo dựng. Vào những năm cuối thập niên 1980, ISO đã tiến cử việc thực thi mô hình OSI như một tiêu chuẩn mạng. Tại thời điểm đó, TCP/IP đã được sử dụng phổ biến trong nhiều năm. TCP/IP là nền tảng của ARPANET, và các mạng khác - là những cái được tiến hóa và trở thành Lương Khôi Nguyên – 45DT101 5 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn Internet. (Xin xem thêm RFC 871 để biết được sự khác biệt chủ yếu giữa TCP/IP và ARPANET.) Hiện nay chỉ có một phần của mô hình OSI được sử dụng. Nhiều người tin rằng đại bộ phận các đặc tả của OSI quá phức tạp và việc cài đặt đầy đủ các chức năng của nó sẽ đòi hỏi một lượng thời gian quá dài, cho dù có nhiều người nhiệt tình ủng hộ mô hình OSI đi chăng nữa. Mặt khác, có nhiều người lại cho rằng, ưu điểm đáng kể nhất trong toàn bộ cố gắng của công trình mạng truyền thông của ISO là nó đã thất bại trước khi gây ra quá nhiều tổn thất. Tường trình các tầng cấp của mẫu hình OSI Tầng 7: Tầng ứng dụng (Application layer) Tầng ứng dụng là tầng gần với người sử dụng nhất. Nó cung cấp phương tiện cho người dùng truy nhập các thông tin và dữ liệu trên mạng thông qua chương trình ứng dụng. Tầng này là giao diện chính để người dùng tương tác với chương trình ứng dụng, và qua đó với mạng. Một số ví dụ về các ứng dụng trong tầng này bao gồm Telnet, Giao thức truyền tập tin FTP và Giao thức truyền thư điện tử SMTP. Tầng 6: Tầng trình diễn (Presentation layer) Tầng trình diễn biến đổi dữ liệu để cung cấp một giao diện tiêu chuẩn cho tầng ứng dụng. Nó thực hiện các tác vụ như mã hóa dữ liệu sang dạng MIME, nén dữ liệu, và Lương Khôi Nguyên – 45DT101 6 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn các thao tác tương tự đối với biểu diễn dữ liệu để trình diễn dữ liệu theo như cách mà chuyên viên phát triển giao thức hoặc dịch vụ cho là thích hợp. Chẳng hạn: chuyển đổi tệp văn bản từ mã EBCDIC sang mã ASCII, hoặc tuần tự hóa các đối tượng (object serialization) hoặc các cấu trúc dữ liệu (data structure) khác sang dạng XML và ngược lại. Tầng 5: Tầng phiên (Session layer) Tầng phiên kiểm soát các (phiên) hội thoại giữa các máy tính. Tầng này thiết lập, quản lý và kết thúc các kết nối giữa trình ứng dụng địa phương và trình ứng dụng ở xa. Tầng này còn hỗ trợ hoạt động song công (duplex) hoặc bán song công (half-duplex) hoặc đơn công (Single) và thiết lập các qui trình đánh dấu điểm hoàn thành (checkpointing) - giúp việc phục hồi truyền thông nhanh hơn khi có lỗi xảy ra, vì điểm đã hoàn thành đã được đánh dấu - trì hoãn (adjournment), kết thúc (termination) và khởi động lại (restart). Mô hình OSI uỷ nhiệm cho tầng này trách nhiệm "ngắt mạch nhẹ nhàng" (graceful close) các phiên giao dịch (một tính chất của giao thức kiểm soát giao vận TCP) và trách nhiệm kiểm tra và phục hồi phiên, đây là phần thường không được dùng đến trong bộ giao thức TCP/IP. Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer) Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại đầu cuối, nhờ đó các tầng trên không phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả. Tầng giao vận kiểm soát độ tin cậy của một kết nối được cho trước. Một số giao thức có định hướng trạng thái và kết nối (state and connection orientated). Có nghĩa là tầng giao vận có thể theo dõi các gói tin và truyền lại các gói bị thất bại. Một ví dụ điển hình của giao thức tầng 4 là TCP. Tầng này là nơi các thông điệp được chuyển sang thành các gói tin TCP hoặc UDP.Ở tầng 4 địa chỉ được đánh là address ports, thông qua address ports để phân biệt được ứng dụng trao đổi. Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer) Tầng mạng cung cấp các chức năng và qui trình cho việc truyền các chuỗi dữ liệu có độ dài đa dạng, từ một nguồn tới một đích, thông qua một hoặc nhiều mạng, trong khi vẫn duy trì chất lượng dịch vụ (quality of service) mà tầng giao vận yêu cầu. Tầng mạng thực hiện chức năng định tuyến, .Các thiết bị định tuyến (router) hoạt động tại tầng này — gửi dữ liệu ra khắp mạng mở rộng, làm cho liên mạng trở nên khả thi (còn có thiết bị chuyển mạch (switch) tầng 3, còn gọi là chuyển mạch IP). Đây là một hệ thống định vị địa chỉ lôgic (logical addressing scheme) – các giá trị được chọn bởi kỹ sư mạng. Hệ thống này có cấu trúc phả hệ. Ví dụ điển hình của giao thức tầng 3 là giao thức IP. Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phương tiện có tính chức năng và quy trình để truyền dữ liệu giữa các thực thể mạng, phát hiện và có thể sửa chữa các lỗi trong tầng vật lý nếu có. Cách đánh địa chỉ mang tính vật lý, nghĩa là địa chỉ (địa chỉ MAC) được mã hóa cứng vào trong các thẻ mạng (network card) khi chúng được sản xuất. Hệ Lương Khôi Nguyên – 45DT101 7 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn thống xác định địa chỉ này không có đẳng cấp (flat scheme). Chú ý: Ví dụ điển hình nhất là Ethernet. Những ví dụ khác về các giao thức liên kết dữ liệu (data link protocol) là các giao thức HDLC; ADCCP dành cho các mạng điểm-tới-điểm hoặc mạng chuyển mạch gói (packet-switched networks) và giao thức Aloha cho các mạng cục bộ. Trong các mạng cục bộ theo tiêu chuẩn IEEE 802, và một số mạng theo tiêu chuẩn khác, chẳng hạn FDDI, tầng liên kết dữ liệu có thể được chia ra thành 2 tầng con: tầng MAC (Media Access Control - Điều khiển Truy nhập Đường truyền) và tầng LLC (Logical Link Control - Điều khiển Liên kết Lôgic) theo tiêu chuẩn IEEE 802.2. Tầng liên kết dữ liệu chính là nơi các cầu nối (bridge) và các thiết bị chuyển mạch (switches) hoạt động. Kết nối chỉ được cung cấp giữa các nút mạng được nối với nhau trong nội bộ mạng. Tuy nhiên, có lập luận khá hợp lý cho rằng thực ra các thiết bị này thuộc về tầng 2,5 chứ không hoàn toàn thuộc về tầng 2. Tầng 1: Tầng vật lý (Physical Layer) Tầng vật lý định nghĩa tất cả các đặc tả về điện và vật lý cho các thiết bị. Trong đó bao gồm bố trí của các chân cắm (pin), các hiệu điện thế, và các đặc tả về cáp nối (cable). Các thiết bị tầng vật lý bao gồm Hub, bộ lặp (repeater), thiết bị tiếp hợp mạng (network adapter) và thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ (Host Bus Adapter)- (HBA dùng trong mạng lưu trữ (Storage Area Network)). Chức năng và dịch vụ căn bản được thực hiện bởi tầng vật lý bao gồm: Thiết lập hoặc ngắt mạch kết nối điện (electrical connection) với một phương tiện truyền thông (transmission medium). Tham gia vào quy trình mà trong đó các tài nguyên truyền thông được chia sẻ hiệu quả giữa nhiều người dùng. Chẳng hạn giải quyết tranh chấp tài nguyên (contention) và điều khiển lưu lượng. Điều biến (modulation), hoặc biến đổi giữa biểu diễn dữ liệu số (digital data) của các thiết bị người dùng và các tín hiệu tương ứng được truyền qua kênh truyền thông (communication channel). Cáp (bus) SCSI song song hoạt động ở tầng cấp này. Nhiều tiêu chuẩn khác nhau của Ethernet dành cho tầng vật lý cũng nằm trong tầng này; Ethernet nhập tầng vật lý với tầng liên kết dữ liệu vào làm một. Điều tương tự cũng xảy ra đối với các mạng cục bộ như Token ring, FDDI và IEEE 802.11. Truyền thông ngang hàng Lương Khôi Nguyên – 45DT101 8 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn Lương Khôi Nguyên – 45DT101 9 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn II.3. Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) Mặc dù mô hình tham chiếu OSI được chấp nhận rộng rãi khắp nơi, nhưng chuẩn mở về kỹ thuật mang tính lịch sử của Internet lại là TCP/IP. Mô hình tham chiếu TCP/IP và chồng giao thức TCP/IP tạo khả năng truyền dữ liệu giữa hai máy tính bất kỳ từ bất cứ nơi nào trên TG, với vận tốc gần bằng tốc độ của ánh sáng. Mô hình TCP/IP có tầm quan trọng trong lịch sử, gần giống như các chuẩn đã cho phép điện thoại, năng lượng điện, đường sắt, truyền hình và công nghệ băng hình phát triển cực thịnh. 1- Gọi tên và mô tả các lớp của mô hình tham chiếu TCP/IP BQP Mỹ gọi tắt là DoD (Department of Defense) đã tạo ra mô hình tham chiếu TCP/IP vì muốn mạng có thể tồn tại trong bất cứ đ/k nào, ngay cả khi có chiến tranh hạt nhân. DoD muốn các gói dữ liệu xuyên suốt mạng vào mọi lúc, dưới bất cứ đ/k nào, từ bất kỳ một điểm tới một điểm khác. Đây là bài toán thiết kế cực kỳ khó khăn mà từ đó đã làm nảy sinh ra mô hình TCP/IP, vì vậy đã trở thành chuẩn để Internet phát triển. Khi bạn đã biết về mô hình phân lớp TCP/IP, luôn ghi nhớ rằng nó là nguồn gốc của Internet, nó sẽ giúp bạn giải thích tại sao những điều nào đó lại như vậy. Mô hình TCP/IP có bốn lớp: - Lớp ứng dụng. - Lớp vận chuyển - Lớp Internet (liên kết mạng) - Lớp truy xuất mạng. Lưu ý: Điều quan trọng cần ghi nhớ là có vài lớp trong mô hình TCP/IP có tên trùng với các lớp trong mô hình OSI nhưng không nên lẫn lộn các lớp giữa hai mô hình, vì lớp ứng dụng có các chức năng khác nhau với mỗi mô hình. 1.1-Lớp ứng dụng: Các nhà thiết kế TCP/IP cảm thấy rằng các giao thức mức cao nên bao gồm các chi tiết của lớp trình bày và lớp phiên. Để đơn giản, họ tạo ra một lớp ứng dụng kiểm soát các giao thức mức cao, các vấn đề của lớp trình bày, mã hóa và điều khiển hội thoại. TCP/IP tập hợp tất cả các vấn đề liên quan đến ứng dụng vào trong một lớp, và đảm bảo dữ liệu được đóng gói một cách thích hợp cho lớp kế tiếp. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 10 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn 1.2-Lớp vận chuyển: Lớp vận chuyển đề cập đến các vấn đề chât lượng dịch vụ như độ tin cậy, điều khiển luồng và sửa lỗi. Một trong các giao thức của nó là TCP, TCP cung cấp các phương thức linh hoạt và hiệu quả để thực hiện các hoạt động truyền dữ liệu tin cậy, hiệu suất cao và ít lỗi. TCP là giao thức có tạo cầu nối (ConnectionOriented). Nó tiến hành hội thoại giữa nguồn và đích trong khi bọc thông tin lớp ứng dụng thành các đơn vị gọi là Segment. Tạo cầu nối không có nghĩa là tồn tại một mạch thực sự giữa 2 máy tính (như vậy sẽ là chuyển mạch kênh – Circuit Switching), thay vì vậy nó có nghĩa là các Segment của lớp 4 di chuyển tới và lui giữa hai Host để công nhận kết nối tồn tại một cách luận lý trong một khoảng thời gian nào đó. Điều này được coi như là chuyển mạch gói (Packet Switching). 1.3-Lớp Internet: Mục tiêu của lớp Internet là truyền các gói bắt nguồn từ bất kỳ mạng nào trên liên mạng và đến được đích trong diều kiện độc lập với đường dẫn và các mạng mà chúng đã trải qua. Giao thức đặc trưng khống chế lớp này được gọi là IP. Công việc xác định đường dẫn tốt nhất và hoạt động chuyển mạch gói diễn ra tại lớp này. Cũng có thể tư duy chúng trong các thuật ngữ của hệ thống bưu chính. Khi chúng ta gửi thư, bạn sẽ không biết làm cách nào thư đến được nới cần gửi (có nhiều con đường có thể), nhưng bạn chỉ cần nó đến là được. 1.4-Lớp truy xuất mạng: Tên của lớp này có nghĩa khá rộng và có phần hơi rối rắm. Nó cũng được gọi là lớp Host-to-Network. Nó là lớp liên quan đến tất cả các vấn đề mà một gói IP yêu cầu để tạo một liên kết vật lý thực sự, và sau đó tạo một liên kết vật lý khác. Nó bao gồm các chi tiết kỹ thuật LAN và WAN, và tất cả các chi tiết trong lớp liên kết dữ liệu cũng như lớp vật lý của mô hình OSI. II.4. So sánh giữa mô hình OSI và mô hình TCP/IP Nếu so sánh mô hình OSI và TCP/IP, bạn sẽ thấy chúng có những điểm giống và cũng có những điểm khác nhau. * Các điểm giống nhau: - Cả hai đều là phân lớp. - Cả hai đều có lớp ứng dụng, qua đó chúng có nhiều dịch vụ khác nhau. - Cả hai có các lớp mạng và lớp vận chuyển có thể so sánh được. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 11 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn - Kỹ thuật chuyển mạch gói được chấp nhận - Chuyên viên lập mạng cần phải biết cả hai. *Các điểm khác nhau: - TCP/IP tập hợp các lớp trình bày và lớp phiên vào trong lớp ứng dụng của nó. - TCP/IP tập hợp lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong OSI thành một lớp. - Các giao thức TCP/IP là các chuẩn cơ sở cho Internet phát triển, như vậy mô hình TCP/IP chiếm được niềm tin chỉ vì các giao thức của nó. Ngược lại, các mạng thông thường không được xây dựng dựa trên nền OSI, ngay cả khi mô hình OSI được dùng như một hướng dẫn. Nói cách khác nó là một văn phạm nghèo và có thiếu sót. III. Các mô hình mạng Topology của mạng là cấu trúc hình học không gian mà thực chất là cách bố trí phần tử của mạng cũng nh cách nối giữa chúng với nhau. Thông thờng mạng có 3 dạng cấu trúc là: Mạng dạng hình sao (Star Topology), mạng dạng vòng (Ring Topology) và mạng dạng tuyến (Linear Bus Topology). Ngoài 3 dạng cấu hình kể trên còn có một số dạng khác biến tớng từ 3 dạng này nh mạng dạng cây, mạng dạng hình sao - vòng, mạng hỗn hợp,v.v.... III.1. Mạng hình sao Mạng dạng hình sao bao gồm một trung tâm và các nút thông tin. Các nút thông tin là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng. Trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng với các chức năng c bn là: • Xác định cặp địa chỉ gửi và nhận đợc phép chiếm tuyến thông tin và liên lạc với nhau. • Cho phép theo dõi và xử lý sai trong quá trình trao đổi thông tin. • Thông báo các trạng thái của mạng... Các ưu điểm của mạng hình sao: • Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thờng. • Cấu trúc mạng đn gin và các thuật toán điều khiển ổn định. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 12 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn • Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của ngời sử dụng. Nhược điểm của mạng hình sao: • Khả năng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào kh năng của trung tâm . Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động. • Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm. Khong cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m). Nhìn chung, mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (HUB) bằng cáp xoắn, gii pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với HUB không cần thông qua trục BUS, tránh đợc các yếu tố gây ngng trệ mạng. Gần đây, cùng với sự phát triển switching hub, mô hình này ngày càng trở nên phổ biến và chiếm đa số các mạng mới lắp. III.2. Mạng hình sao mở rộng: Cấu hình mạng dạng này kết hợp các mạng hình sao lại với nhau bằng cách kết nối các HUB hay Switch Lợi điểm của cấu hình mạng dạng này là có thể mở rộng đợc khong cách cũng nh độ lớn của mạng hình sao. III.3. Mạng hình tuyến: Theo cách bố trí hành lang các đờng nh hình vẽ thì máy chủ (host) cũng nh tất c các máy tính khác (workstation) hoặc các nút (node) đều đợc nối về với nhau trên một trục đờng dây cáp chính để chuyển ti tín hiệu. Tất c các nút đều sử dụng chung đờng dây cáp chính này. Phía hai đầu dây cáp đợc bịt bởi một thiết bị gọi là terminator. Các tín hiệu và gói dữ liệu (packet) khi di chuyển lên hoặc xuống trong dây cáp đều mang theo điạ chỉ của ni đến. Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt. Tuy vậy cũng có những bất lợi đó là sẽ có sự ùn tắc giao thông khi di chuyển dữ liệu với lu lợng lớn và khi có sự hỏng hóc ở đoạn nào đó thì rất khó phát hiện, một sự ngừng trên đờng dây để sửa chữa sẽ ngừng toàn bộ hệ thống. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 13 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn III.4. Mạng vòng: Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đờng dây cáp đợc thiết kế làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó. Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗi thời điểm chỉ đợc một nút mà thôi. Dữ liệu truyền đi phi có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận. Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đờng dây cần thiết ít hn so với hai kiểu trên. Nhợc điểm là đờng dây phi khép kín, nếu bị ngắt ở một ni nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng. III.5. Mạng lưới: Cấu trúc dạng lưới được sử dụng trong các mạng có độ quan trọng cao mà không thể ngừng hoạt động, chẳng hạn trong các nhà máy điện nguyên tử hoặc các mạng của an ninh, quốc phòng. Trong mạng dạng này, mỗi máy tính đợc nối với toàn bộ các máy còn lại. Đây cũng là cấu trúc của mạng Internet III.6. Mạng phân cấp: Mạng dạng này tng tự nh mạng hình sao mở rộng nhng thay vì liên kết các switch/hub lại với nhau thì hệ thống kết nối với một máy tính làm nhiệm vụ kiểm tra lu thông trên mạng. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 14 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn IV. Các thiết bị mạng: IV.1. Hub: Hub là một trong những yếu tố quan trọng nhất của LAN, đây là điểm kết nối dây trung tâm của mạng, tất cả các trạm trên mạng LAN được kết nối thông qua HUB. Một hub thông thường có nhiều cổng nối với người sử dụng để gắn máy tính và các thiết bị ngoại vi. Mỗi cổng hỗ trợ một bộ kết nối dùng cặp dây xoắn 10BASET từ mỗi trạm của mạng. Khi bó tín hiệu Ethernet được truyền từ một trạm tới hub, nó được lặp lại trên khắp các cổng khác của hub. Các hub thông minh có thể định dạng, kiểm tra, cho phép hoặc không cho phép bởi người điều hành mạng từ trung tâm quản lý hub. Có ba loại hub: • Hub đơn (stand alone hub) • Hub phân tầng (stackable hub, có tài liệu gọi là HUB sắp xếp) • Hub modun (modular hub) Modular hub rất phổ biến cho các hệ thống mạng vì nó có thể dễ dàng mở rộng và luôn có chức nǎng quản lý, modular có từ 4 đến 14 khe cắm, có thể lắp thêm các modun Ethernet 10BASET. Stackable hub là lý tưởng cho những cơ quan muốn đầu tư tối thiểu ban đầu nhưng lại có kế hoạch phát triển LAN sau này. IV.2. Bridge: Là cầu nối hai hoặc nhiều đoạn (segment) của một mạng. Theo mô hình OSI thì bridge thuộc mức 2. Bridge sẽ lọc những gói dữ liệu để gửi đi (hay không gửi) cho đoạn nối, hoặc gửi trả lại nơi xuất phát. Các bridge cũng thường được dùng để phân chia một mạng lớn thành hai mạng nhỏ nhằm làm tǎng tốc độ. Mặc dầu ít chức nǎng hơn router, nhưng bridge cũng được dùng phổ biến. IV.3. Router: Chức nǎng cơ bản của router là gửi đi các gói dữ liệu dựa trên địa chỉ phân lớp của mạng và cung cấp các dịch vụ như bảo mật, quản lý lưu thông... Giống như bridge, router là một thiết bị siêu thông minh đối với các mạng thực sự lớn, router biết địa chỉ của tất cả các máy tính ở từng phía và có thể chuyển các thông điệp cho phù hợp. Chúng còn phân đường - định tuyến để gửi từng thông điệp có hiệu quả. Theo mô hình OSI thì chức nǎng của router thuộc mức 3, cung cấp thiết bị với thông tin chứa trong các header của giao thức, giúp cho việc xử lý các gói dữ liệu thông minh. Dựa trên những giao thức, router cung cấp dịch vụ mà trong đó mỗi packet dữ liệu được đọc và chuyển đến đích một cách độc lập.Khi số kết nối tǎng thêm, mạng theo dạng router trở nên kém hiệu quả và cần suy nghĩ đến sự thay đổi. IV.4. Switch: Chức nǎng chính của switch là cùng một lúc duy trì nhiều cầu nối giữa các thiết bị mạng bằng cách dựa vào một loại đường truyền xương sống (backbone) nội tại tốc độ Lương Khôi Nguyên – 45DT101 15 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn cao. Switch có nhiều cổng, mỗi cổng có thể hỗ trợ toàn bộ Ethernet LAN hoặc Token Ring. Bộ chuyển mạch kết nối một số LAN riêng biệt và cung cấp khả nǎng lọc gói dữ liệu giữa chúng. Các switch là loại thiết bị mạng mới, nhiều người cho rằng, nó sẽ trở nên phổ biến nhất vì nó là bước đầu tiên trên con đường chuyển sang chế độ truyền không đồng bộ ATM. IV.5. Cáp: Uỷ ban kỹ thuật điện tử (IEEE) đề nghị dùng các tên sau đây để chỉ 3 loại dây cáp dùng với mạng Ethernet chuẩn 802.3. • Dây cáp đồng trục sợi to (thick coax) thì gọi là 10BASE5 (Tốc độ 10 Mbps, tần số cơ sở, khoảng cách tối đa 500m). • Dây cáp đồng trục sợi nhỏ (thin coax) gọi là 10BASE2 (Tốc độ 10 Mbps, tần số cơ sở, khoảng cách tối đa 200m). • Dây cáp đôi xoắn không vỏ bọc (twisted pair) gọi là 10BASET (Tốc độ 10 Mbps, tần số cơ sở, sử dụng cáp sợi xoắn). • Dây cáp quang (Fiber Optic Inter-Repeater Link) gọi là FOIRL Mỗi loại dây cáp đều có tính nǎng khác nhau. • Dây cáp đồng trục được chế tạo gồm một dây đồng ở giữa chất cách điện, chung quanh chất cách điện được quán bằng dây bện kim loại dùng làm dây đất. Giữa dây đồng dẫn điện và dây đất có một lớp cách ly, ngoài cùng là một vỏ bọc bảo vệ. Dây đồng trục có hai loại, loại nhỏ (Thin) và loại to (Thick). Dây cáp đồng trục được thiết kế để truyền tin cho bǎng tần cơ bản (Base Band) hoặc bǎng tần rộng (broadband). Dây cáp loại to dùng cho đường xa, dây cáp nhỏ dùng cho đường gần, tốc độ truyền tin qua cáp đồng trục có thể đạt tới 35 Mbit/s. • Dây cáp xoắn được chế tạo bằng hai sợi dây đồng (có vỏ bọc) xoắn vào nhau, ngoài cùng có hoặc không có lớp vỏ bọc bảo vệ chống nhiễu. • Dây cáp quang làm bằng các sợi quang học, truyền dữ liệu xa, an toàn và không bị nhiễu và chống được han rỉ. Tốc độ truyền tin qua cáp quang có thể đạt 100 Mbit/s. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 16 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn Nhìn chung, yếu tố quyết định sử dụng loại cáp nào là phụ thuộc vào yêu cầu tốc độ truyền tin, khoảng cách đặt các thiết bị, yêu cầu an toàn thông tin và cấu hình của mạng,....Ví dụ mạng Ethernet 10 Base-T là mạng dùng kênh truyền giải tần cơ bản với thông lượng 10 Mbit/s theo tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 8802.3 nối bằng đôi dây cáp xoắn không bọc kim (UTP) trong Topology hình sao. IV.6. NIC: Việc kết nối các máy tính với một dây cáp được dùng như một phương tiện truyền tin chung cho tất cả các máy tính. Công việc kết nối vật lý vào mạng được thực hiện bằng cách cắm một card giao tiếp mạng NIC (Network Interface Card) vào trong máy tính và nối nó với cáp mạng. Sau khi kết nối vật lý đã hoàn tất, quản lý việc truyền tin giữa các trạm trên mạng tuỳ thuộc vào phần mềm mạng. Đầu nối của NIC với dây cáp có nhiều loại (phụ thuộc vào cáp mạng), hiện nay có một số NIC có hai hoặc ba loại đầu nối. Chuẩn dùng cho NIC là NE2000 do hãng Novell và Eagle dùng để chế tạo các loại NIC của mình. Nếu một NIC tương thích với chuẩn NE2000 thì ta có thể dùng nó cho nhiều loại mạng. NIC cũng có các loại khác Lương Khôi Nguyên – 45DT101 17 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn nhau để đảm bảo sự tương thích với máy tính 8-bit và 16-bit. Mạng LAN thường bao gồm một hoặc một số máy chủ (file server, host), còn gọi là máy phục vụ) và một số máy tính khác gọi là trạm làm việc (Workstations) hoặc còn gọi là nút mạng (Network node) - một hoặc một số máy tính cùng nối vào một thiết bị nút. Máy chủ thường là máy có bộ xử lý (CPU) tốc độ cao, bộ nhớ (RAM) và đĩa cứng (HD) lớn. Trong một trạm mà các phương tiện đã được dùng chung, thì khi một trạm muốn gửi thông điệp cho trạm khác, nó dùng một phần mềm trong trạm làm việc đặt thông điệp vào "phong bì", phong bì này gọi là gói (packet), bao gồm dữ liệu thông điệp được bao bọc giữa tín hiệu đầu và tín hiệu cuối (đó là những thông tin đặc biệt) và sử dụng phần mềm mạng để chuyển gói đến trạm đích. NIC sẽ chuyển gói tín hiệu vào mạng LAN, gói tín hiệu được truyền đi như một dòng các bit dữ liệu thể hiện bằng các biến thiên tín hiệu điện. Khi nó chạy trong cáp dùng chung, mọi trạm gắn với cáp đều nhận được tín hiệu này, NIC ở mỗi trạm sẽ kiểm tra địa chỉ đích trong tín hiệu đầu của gói để xác định đúng địa chỉ đến, khi gói tín hiệu đi tới trạm có địa chỉ cần đến, đích ở trạm đó sẽ sao gói tín hiệu rồi lấy dữ liệu ra khỏi phong bì và đưa vào máy tính. B. LÝ THUYẾT THIẾT KẾ MẠNG MÁY TÍNH: I. Giới thiệu: Thiết kế mạng là một công việc đầy thách thức chứ không chỉ đơn giản là kết nối các máy tính lại với nhau. Một hệ thống mạng phải có nhiều đặc điểm như độ tin cậy cao, dễ dàng quản lý và có khả năng mở rộng. Để thiết kế một hệ thống mạng với đầy đủ những đặc điểm như vậy thì người thiết kế mạng cần phải biết được rằng mỗi thành phần chính trong mạng có một yêu cầu thiết kế riêng biệt. Sự cải tiến hoạt động của các thiết bị mạng và khả năng của môi trường mạng đã làm cho công việc thiết kế mạng ngày càng trở nên khó khăn hơn. Việc sử dụng nhiều loại môi trường truyền khác nhau và két nối LAN với nhiều mạng bên ngoài đã làm cho môi trường mạng. Một mạng được thiết kế tốt là mạng đó phải tăng hiệu quả hoạt động hơn và ít có trở ngại khi mạng phát triển lớn hơn. Một mạng LAN có thể trải rộng trong một phòng, trong một tòa nhà hay trên nhiều tòa nhà. Một nhóm các tòa nhà thuộc về một tổ chức, một đơn vị thì được xem như là một trường đại học vậy. Việc thiết kế mạng LAN quy mô lớn cần xác định các tầng như sau: · Tầng truy cập: Kết nối người dùng đầu cuối vào LAN. Thiết bị sử dụng ở tầng này có thể là Swith hoặc Hub. Nếu sử dụng Hub thì băng thông sẽ bị chia sẻ. Nếu sử dụng Swith thì băng thông sẽ được dành riêng cho mỗi port. Lương Khôi Nguyên – 45DT101 18 Thiết kế mạng LAN quy mô lớn Chức năng của tầng truy cập còn bao gồm cả lọc lớp MAC và thực hiện phân đoạn cực nhỏ. Lọc lớp MAC có nghĩa là Switch chỉ chuyển frame ra đúng port kết nối vào thiết bị đích mà thôi. Switch còn có thể tạo ra các segment lớp 2 rất nhỏ gọn là microsegment. Mỗi segment như vậy chỉ có 2 thiết bị. Đây là kích thước nhỏ nhất có thể được của một miền đụng độ. Các chức năng của tầng truy cập: § Chia sẻ băng thông. § Chuyển mạch băng thông. § Lọc lớp MAC. § Microsegment. · Tầng phân phối: nằm giữa tầng truy cập và tầng trục chính giúp xác định và phân biệt với hệ thông trục chính. Mục tiêu của tầng phân phối là cung cấp giới hạn cho phép các gói dữ liệu được di chuyển trong đó. Ở tầng này, hệ thống mạng được chia thành nhiều miền quảng bá, Lương Khôi Nguyên – 45DT101 19