Giáo trình môn Thiết kế, xây dựng mạng
MỤC LỤC
Chương 1 ................................................................................................................3
Tổng quan về thiết kế và cài đặt mạng.....................................................................3
Mục đích.............................................................................................................3
1.1 Tiến trình xây dựng mạng..............................................................................4
1.2 Nội dung của giáo trình .................................................................................8
1.3 Mô hình OSI..................................................................................................8
Chương 2 .............................................................................................................. 11
Các chuẩn mạng cục bộ......................................................................................... 11
Mục đích........................................................................................................... 11
2.1 Phân loại mạng............................................................................................ 12
2.2 Mạng cục bộ và giao thức điều khiển truy cập đường truyền ....................... 12
2.3 Các sơ đồ nối kết mạng LAN (LAN Topologies)......................................... 13
2.4 Các loại thiết bị sử dụng trong mạng LAN................................................... 13
2.5 Các tổ chức chuẩn hóa về mạng................................................................... 14
2.6 Mạng Ethernet............................................................................................. 15
Chương 3 .............................................................................................................. 27
Cơ sở về cầu nối.................................................................................................... 27
Mục đích........................................................................................................... 27
3.1 Giới thiệu về liên mạng ............................................................................... 28
3.2 Giới thiệu về cầu nối ................................................................................... 29
Chương 4 .............................................................................................................. 36
Cơ sở về bộ chuyển mạch...................................................................................... 36
Mục đích........................................................................................................... 36
4.1 Chức năng và đặc tính mới của switch......................................................... 37
4.2 Kiến trúc của switch.................................................................................... 38
4.3 Các giải thuật hoán chuyển.......................................................................... 38
4.4 Thông lượng tổng (Aggregate throughput) .................................................. 39
4.5 Phân biệt các loại Switch............................................................................. 39
Chương 5 .............................................................................................................. 43
Cơ sở về bộ chọn đường........................................................................................ 43
Mục đích........................................................................................................... 43
5.1 Mô tả........................................................................................................... 44
5.2 Chức năng của bộ chọn đường..................................................................... 45
5.3 Nguyên tắc hoạt động của bộ chọn đường ................................................... 45
1
5.4 Giải thuật chọn đường ................................................................................. 48
5.5 Thiết kế liên mạng với giao thức IP............................................................. 52
Chương 6 .............................................................................................................. 72
Mạng cục bộ ảo (Virtual LAN) ............................................................................. 72
Mục đích........................................................................................................... 72
6.1 Giới thiệu .................................................................................................... 73
6.2 Vai trò của Switch trong VLAN .................................................................. 73
6.3 Thêm mới, xóa, thay đổi vị trí người sử dụng mạng..................................... 75
6.4 Hạn chế truyền quảng bá. ............................................................................ 75
6.5 Thắt chặt vấn đề an ninh mạng .................................................................... 76
6.6 Vượt qua các rào cản vật lý ......................................................................... 77
6.7 Các mô hình cài đặt VLAN ......................................................................... 78
6.8 Mô hình thiết kế VLAN với mạng đường trục ............................................. 80
Chương 7 .............................................................................................................. 81
Danh sách điều khiển truy cập............................................................................... 81
Mục đích........................................................................................................... 81
7.1 Giới thiệu .................................................................................................... 82
7.2 Định nghĩa danh sách truy cập..................................................................... 83
7.3 Nguyên tắc hoạt động của Danh sách truy cập............................................. 84
7.4 Danh sách truy cập trong chuẩn mạng TCP/IP............................................. 87
Chương 8 .............................................................................................................. 95
Vấn đề quản trị mạng ............................................................................................ 95
Mục đích........................................................................................................... 95
8.1 Giới thiệu .................................................................................................... 96
8.2 Hệ thống quản trị mạng ............................................................................... 98
8.3 Giao thức quản trị mạng đơn giản (SNMP – Simple Network Management
Protocol)...................................................................................................................... 99
Chương 9 ............................................................................................................ 103
Thiết kế mạng cục bộ LAN ................................................................................. 103
Mục đích......................................................................................................... 103
9.1 Giới thiệu tiến trình thiết kế mạng LAN .................................................... 104
9.2 Lập sơ đồ thiết kế mạng............................................................................. 104
2
Chương 1
Tổng quan về thiết kế và cài đặt mạng
Mục đích
Chương này nhằm giới thiệu cho người đọc những vấn đề sau :
• Các bước cần phải thực hiện để xây dựng một mạng máy tính và các
vấn đề liên quan
• Nhắc lại mô hình OSI
3
1.1 Tiến trình xây dựng mạng
Ngày nay, mạng máy tính đã trở thành một hạ tầng cơ sở quan trọng của tất cả
các cơ quan xí nghiệp. Nó đã trở thành một kênh trao đổi thông tin không thể thiếu
được trong thời đại công nghệ thông tin. Với xu thế giá thành ngày càng hạ của các
thiết bị điện tử, kinh phí đầu tư cho việc xây dựng một hệ thống mạng không vượt ra
ngoài khả năng của các công ty xí nghiệp. Tuy nhiên, việc khai thác một hệ thống
mạng một cách hiệu quả để hỗ trợ cho công tác nghiệp vụ của các cơ quan xí nghiệp
thì còn nhiều vấn đề cần bàn luận. Hầu hết người ta chỉ chú trọng đến việc mua
phần cứng mạng mà không quan tâm đến yêu cầu khai thác sử dụng mạng về sau.
Điều này có thể dẫn đến hai trường hợp: lãng phí trong đầu tư hoặc mạng không đáp
ứng đủ cho nhu cầu sử dụng.
Có thể tránh được điều này nếu ta có kế hoạch xây dựng và khai thác mạng
một cách rõ ràng. Thực tế, tiến trình xây dựng mạng cũng trải qua các giai đoạn như
việc xây dựng và phát triển một phần mềm. Nó cũng gồm các giai đoạn như: Thu
thập yêu cầu của khách hàng (công ty, xí nghiệp có yêu cầu xây dựng mạng), Phân
tích yêu cầu, Thiết kế giải pháp mạng, Cài đặt mạng, Kiểm thử và cuối cùng là Bảo
trì mạng.
Phần này sẽ giới thiệu sơ lược về nhiệm vụ của từng giai đoạn để ta có thể
hình dung được tất cả các vấn đề có liên quan trong tiến trình xây dựng mạng.
1.1.1 Thu thập yêu cầu của khách hàng
Mục đích của giai đoạn này là nhằm xác định mong muốn của khách hàng
trên mạng mà chúng ta sắp xây dựng. Những câu hỏi cần được trả lời trong giai
đoạn này là:
Bạn thiết lập mạng để làm gì? sử dụng nó cho mục đích gì?
Các máy tính nào sẽ được nối mạng?
Những người nào sẽ được sử dụng mạng, mức độ khai thác sử dụng
mạng của từng người / nhóm người ra sao?
Trong vòng 3-5 năm tới bạn có nối thêm máy tính vào mạng không,
nếu có ở đâu, số lượng bao nhiêu ?
Phương pháp thực hiện của giai đoạn này là bạn phải phỏng vấn khách hàng,
nhân viên các phòng mạng có máy tính sẽ nối mạng. Thông thường các đối tượng
mà bạn phỏng vấn không có chuyên môn sâu hoặc không có chuyên môn về mạng.
Cho nên bạn nên tránh sử dụng những thuật ngữ chuyên môn để trao đổi với họ.
Chẳng hạn nên hỏi khách hàng “ Bạn có muốn người trong cơ quan bạn gởi mail
được cho nhau không?”, hơn là hỏi “ Bạn có muốn cài đặt Mail server cho mạng
không? ”. Những câu trả lời của khách hàng thường không có cấu trúc, rất lộn xộn,
nó xuất phát từ góc nhìn của người sử dụng, không phải là góc nhìn của kỹ sư mạng.
Người thực hiện phỏng vấn phải có kỹ năng và kinh nghiệm trong lĩnh vực này.
Phải biết cách đặt câu hỏi và tổng hợp thông tin.
4
Một công việc cũng hết sức quan trọng trong giai đoạn này là “Quan sát thực
địa” để xác định những nơi mạng sẽ đi qua, khoảng cách xa nhất giữa hai máy tính
trong mạng, dự kiến đường đi của dây mạng, quan sát hiện trạng công trình kiến trúc
nơi mạng sẽ đi qua. Thực địa đóng vai trò quan trọng trong việc chọn công nghệ và
ảnh hưởng lớn đến chi phí mạng. Chú ý đến ràng buộc về mặt thẩm mỹ cho các
công trình kiến trúc khi chúng ta triển khai đường dây mạng bên trong nó. Giải pháp
để nối kết mạng cho 2 tòa nhà tách rời nhau bằng một khoảng không phải đặc biệt
lưu ý. Sau khi khảo sát thực địa, cần vẽ lại thực địa hoặc yêu cầu khách hàng cung
cấp cho chúng ta sơ đồ thiết kế của công trình kiến trúc mà mạng đi qua.
Trong quá trình phỏng vấn và khảo sát thực địa, đồng thời ta cũng cần tìm
hiểu yêu cầu trao đổi thông tin giữa các phòng ban, bộ phận trong cơ quan khách
hàng, mức độ thường xuyên và lượng thông tin trao đổi. Điều này giúp ích ta trong
việc chọn băng thông cần thiết cho các nhánh mạng sau này.
1.1.2 Phân tích yêu cầu
Khi đã có được yêu cầu của khách hàng, bước kế tiếp là ta đi phân tích yêu
cầu để xây dựng bảng “Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng”, trong đó xác định rõ những
vấn đề sau:
Những dịch vụ mạng nào cần phải có trên mạng ? (Dịch vụ chia sẻ tập
tin, chia sẻ máy in, Dịch vụ web, Dịch vụ thư điện tử, Truy cập Internet hay
không?, ...) Mô hình mạng là gì? (Workgoup hay Client / Server? ...)
Mức độ yêu cầu an toàn mạng.
Ràng buộc về băng thông tối thiểu trên mạng.
1.1.3 Thiết kế giải pháp
Bước kế tiếp trong tiến trình xây dựng mạng là thiết kế giải pháp để thỏa mãn
những yêu cầu đặt ra trong bảng Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng. Việc chọn lựa giải
pháp cho một hệ thống mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể liệt kê như sau:
Kinh phí dành cho hệ thống mạng.
Công nghệ phổ biến trên thị trường.
Thói quen về công nghệ của khách hàng.
Yêu cầu về tính ổn định và băng thông của hệ thống mạng.
Ràng buộc về pháp lý.
Tùy thuộc vào mỗi khách hàng cụ thể mà thứ tự ưu tiên, sự chi phối của các
yếu tố sẽ khác nhau dẫn đến giải pháp thiết kế sẽ khác nhau. Tuy nhiên các công
việc mà giai đoạn thiết kế phải làm thì giống nhau. Chúng được mô tả như sau:
5
1.1.3.1 Thiết kế sơ đồ mạng ở mức luận lý
Thiết kế sơ đồ mạng ở mức luận lý liên quan đến việc chọn lựa mô hình
mạng, giao thức mạng và thiết đặt các cấu hình cho các thành phần nhận dạng mạng.
Mô hình mạng được chọn phải hỗ trợ được tất cả các dịch vụ đã được mô tả
trong bảng Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng. Mô hình mạng có thể chọn là Workgroup
hay Domain (Client / Server) đi kèm với giao thức TCP/IP, NETBEUI hay
IPX/SPX.
Ví dụ:
Một hệ thống mạng chỉ cần có dịch vụ chia sẻ máy in và thư mục giữa
những người dùng trong mạng cục bộ và không đặt nặng vấn đề an
toàn mạng thì ta có thể chọn Mô hình Workgroup.
Một hệ thống mạng chỉ cần có dịch vụ chia sẻ máy in và thư mục giữa
những người dùng trong mạng cục bộ nhưng có yêu cầu quản lý người
dùng trên mạng thì phải chọn Mô hình Domain.
Nếu hai mạng trên cần có dịch vụ mail hoặc kích thước mạng được mở
rộng, số lượng máy tính trong mạng lớn thì cần lưu ý thêm về giao thức
sử dụng cho mạng phải là TCP/IP.
Mỗi mô hình mạng có yêu cầu thiết đặt cấu hình riêng. Những vấn đề chung
nhất khi thiết đặt cấu hình cho mô hình mạng là:
Định vị các thành phần nhận dạng mạng, bao gồm việc đặt tên cho
Domain, Workgroup, máy tính, định địa chỉ IP cho các máy, định cổng
cho từng dịch vụ.
Phân chia mạng con, thực hiện vạch đường đi cho thông tin trên mạng.
1.1.3.2 Xây dựng chiến lược khai thác và quản lý tài nguyên mạng
Chiến lược này nhằm xác định ai được quyền làm gì trên hệ thống mạng.
Thông thường, người dùng trong mạng được nhóm lại thành từng nhóm và việc
phân quyền được thực hiện trên các nhóm người dùng.
1.1.3.3 Thiết kế sơ đồ mạng ở vật lý
Căn cứ vào sơ đồ thiết kế mạng ở mức luận lý, kết hợp với kết quả khảo sát
thực địa bước kế tiếp ta tiến hành thiết kế mạng ở mức vật lý. Sơ đồ mạng ở mức vật
lý mô tả chi tiết về vị trí đi dây mạng ở thực địa, vị trí của các thiết bị nối kết mạng
như Hub, Switch, Router, vị trí các máy chủ và các máy trạm. Từ đó đưa ra được
một bảng dự trù các thiết bị mạng cần mua. Trong đó mỗi thiết bị cần nêu rõ: Tên
thiết bị, thông số kỹ thuật, đơn vị tính, đơn giá,…
1.1.3.4 Chọn hệ điều hành mạng và các phần mềm ứng dụng
Một mô hình mạng có thể được cài đặt dưới nhiều hệ điều hành khác nhau.
Chẳng hạn với mô hình Domain, ta có nhiều lựa chọn như: Windows NT, Windows
6
2000, Netware, Unix, Linux,... Tương tự, các giao thức thông dụng như TCP/IP,
NETBEUI,
IPX/SPX cũng được hỗ trợ trong hầu hết các hệ điều hành. Chính vì thế ta có một
phạm vi chọn lựa rất lớn. Quyết định chọn lựa hệ điều hành mạng thông thường dựa
vào các yếu tố như:
Giá thành phần mềm của giải pháp.
Sự quen thuộc của khách hàng đối với phần mềm.
Sự quen thuộc của người xây dựng mạng đối với phần mềm.
Hệ điều hành là nền tảng để cho các phần mềm sau đó vận hành trên nó. Giá
thành phần mềm của giải pháp không phải chỉ có giá thành của hệ điều hành được
chọn mà nó còn bao gồm cả giá thành của các phầm mềm ứng dụng chạy trên nó.
Hiện nay có 2 xu hướng chọn lựa hệ điều hành mạng: các hệ điều hành mạng của
Microsoft Windows hoặc các phiên bản của Linux.
Sau khi đã chọn hệ điều hành mạng, bước kế tiếp là tiến hành chọn các phần
mềm ứng dụng cho từng dịch vụ. Các phần mềm này phải tương thích với hệ điều
hành đã chọn.
1.1.4 Cài đặt mạng
Khi bản thiết kế đã được thẩm định, bước kế tiếp là tiến hành lắp đặt phần
cứng và cài đặt phần mềm mạng theo thiết kế.
1.1.4.1 Lắp đặt phần cứng
Cài đặt phần cứng liên quan đến việc đi dây mạng và lắp đặt các thiết bị nối
kết mạng (Hub, Switch, Router) vào đúng vị trí như trong thiết kế mạng ở mức vật
lý đã mô tả.
1.1.4.2 Cài đặt và cấu hình phần mềm
Tiến trình cài đặt phần mềm bao gồm:
Cài đặt hệ điều hành mạng cho các server, các máy
trạm Cài đặt và cấu hình các dịch vụ mạng.
Tạo người dùng, phân quyền sử dụng mạng cho
người dùng.
Tiến trình cài đặt và cấu hình phần mềm phải tuân thủ theo sơ đồ thiết kế
mạng mức luận lý đã mô tả. Việc phân quyền cho người dùng pheo theo đúng chiến
lược khai thác và quản lý tài nguyên mạng.
Nếu trong mạng có sử dụng router hay phân nhánh mạng con thì cần thiết
phải thực hiện bước xây dựng bảng chọn đường trên các router và trên các máy tính.
7
1.1.5 Kiểm thử mạng
Sau khi đã cài đặt xong phần cứng và các máy tính đã được nối vào mạng.
Bước kế tiếp là kiểm tra sự vận hành của mạng.
Trước tiên, kiểm tra sự nối kết giữa các máy tính với nhau. Sau đó, kiểm tra
hoạt động của các dịch vụ, khả năng truy cập của người dùng vào các dịch vụ và
mức độ an toàn của hệ thống.
Nội dung kiểm thử dựa vào bảng đặc tả yêu cầu mạng đã được xác định lúc
đầu.
1.1.6 Bảo trì hệ thống
Mạng sau khi đã cài đặt xong cần được bảo trì một khoảng thời gian nhất định
để khắc phục những vấn đề phát sinh xảy trong tiến trình thiết kế và cài đặt mạng.
1.2 Nội dung của giáo trình
Trong sáu giai đoạn cần thực hiện trong tiến trình xây dựng mạng ở trên, giáo
trình này chủ yếu giới thiệu những vấn đề liên quan đến giai đoạn thiết kế mạng ở
mức luận lý và vật lý. Đây chính là hai nội dung quan trọng trong tiến trình xây
dựng mạng. Các vấn đề khác có thể tìm hiểu trong các môn học Mạng máy tính,
Thực tập mạng máy tính.
1.3 Mô hình OSI.
Để dễ dàng cho việc nối kết và trao đổi thông tin giữa các máy tính với nhau,
vào năm 1983, Tổ chức tiêu chuẩn thế giới ISO đã phát triển một mô hình cho phép
hai máy tính có thể gởi và nhận dữ liệu cho nhau. Mô hình này dựa trên tiếp cận
phân tầng (lớp), với mỗi tầng đảm nhiệm một số các chức năng cơ bản nào đó.
Để hai máy tính có thể trao đổi thông tin được với nhau cần có rất nhiều vấn
đề liên quan. Ví dụ như cần có Card mạng, dây cáp mạng, điện thế tín hiệu trên cáp
mạng, cách thức đóng gói dữ liệu, điều khiển lỗi đường truyền vv... Bằng cách phân
chia các chức năng này vào những tầng riêng biệt nhau, việc viết các phần mềm để
thực hiện chúng trở nên dễ dàng hơn. Mô hình OSI giúp đồng nhất các hệ thống
máy tính khác biệt nhau khi chúng trao đổi thông tin. Mô hình này gồm có 7 tầng:
Tầng 1: Tầng vật ký (Physical Layer)
Điều khiển việc truyền tải thật sự các bit trên đường truyền vật lý. Nó
định nghĩa các thuộc tính về cơ, điện, qui định các loại đầu nối, ý nghĩa các
pin trong đầu nối, qui định các mức điện thế cho các bit 0,1,….
Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data-Link Layer)
Tầng này đảm bảo truyền tải các khung dữ liệu (Frame) giữa hai máy
tính có đường truyền vật lý nối trực tiếp với nhau. Nó cài đặt cơ chế phát hiện
và xử lý lỗi dữ liệu nhận.
8
Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer)
Tầng này đảm bảo các gói tin dữ liệu (Packet) có thể truyền từ máy tính
này đến máy tính kia cho dù không có đường truyền vật lý trực tiếp giữa
chúng. Nó nhận nhiệm vụ tìm đường đi cho dữ liệu đến các đích khác nhau
trong mạng.
Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer)
Tầng này đảm bảo truyền tải dữ liệu giữa các quá trình. Dữ liệu gởi đi
được đảm bảo không có lỗi, theo đúng trình tự, không bị mất mát, trùng lắp.
Đối với các gói tin có kích thước lớn, tầng này sẽ phân chia chúng thành các
phần nhỏ trước khi gởi đi, cũng như tập hợp lại chúng khi nhận được.
Tầng 5: Tầng giao dịch (Session Layer)
Tầng này cho phép các ứng dụng thiết lập, sử dụng và xóa các kênh
giao tiếp giữa chúng (được gọi là giao dịch). Nó cung cấp cơ chế cho việc
nhận biết tên và các chức năng về bảo mật thông tin khi truyền qua mạng.
Tầng 6: Tầng trình bày (Presentation Layer)
Tầng này đảm bảo các máy tính có kiểu định dạng dữ liệu khác nhau
vẫn có thể trao đổi thông tin cho nhau. Thông thường các máy tính sẽ thống
nhất với nhau về một kiểu định dạng dữ liệu trung gian để trao đổi thông tin
giữa các máy tính. Một dữ liệu cần gởi đi sẽ được tầng trình bày chuyển sang
định dạng trung gian trước khi nó được truyền lên mạng. Ngược lại, khi nhận
dữ liệu từ mạng, tầng trình bày sẽ chuyển dữ liệu sang định dạng riêng của
nó.
Tầng 7: Tầng ứng dụng (Application Layer)
Đây là tầng trên cùng, cung cấp các ứng dụng truy xuất đến các dịch vụ
mạng. Nó bao gồm các ứng dụng của người dùng, ví dụ như các Web
Browser (Netscape Navigator, Internet Explorer), các Mail User Agent
(Outlook Express, Netscape Messenger, ...) hay các chương trình làm server
cung cấp các dịch vụ mạng như các Web Server (Netscape Enterprise,
Internet Information Service, Apache, ...), Các FTP Server, các Mail server
(Send mail, MDeamon). Người dùng mạng giao tiếp trực tiếp với tầng này.
Về nguyên tắc, tầng n của một hệ thống chỉ giao tiếp, trao đổi thông tin với
tầng n của hệ thống khác. Mỗi tầng sẽ có các đơn vị truyền dữ liệu riêng:
• Tầng vật lý: bit
• Tầng liên kết dữ liệu: Khung (Frame)
• Tầng Mạng: Gói tin (Packet)
• Tầng vận chuyển: Đoạn (Segment)
Trong thực tế, dữ liệu được gởi đi từ tầng trên xuống tầng dưới cho đến tầng
thấp nhất của máy tính gởi. Ở đó, dữ liệu sẽ được truyền đi trên đường truyền vật
9
lý. Mỗi khi dữ liệu được truyền xuống tầng phía dưới thì nó bị "gói" lại trong đơn vị
dữ liệu của tầng dưới. Tại bên nhận, dữ liệu sẽ được truyền ngược lên các tầng cao
dần. Mỗi lần qua một tầng, đơn vị dữ liệu tương ứng sẽ được tháo ra.
Đơn vị dữ liệu của mỗi tầng sẽ có
một tiêu đề (header) riêng.
Hình 1.1 - Xử lý dữ liệu qua các tầng
OSI chỉ là mô hình tham khảo,
mỗi nhà sản xuất khi phát minh ra hệ
thống mạng của mình sẽ thực hiện các
chức năng ở từng tầng theo những cách
thức riêng. Các cách thức này thường
được mô tả dưới dạng các chuẩn mạng
hay các giao thức mạng. Như vậy dẫn
đến trường hợp cùng một chức năng
nhưng hai hệ thống mạng khác nhau sẽ
không tương tác được với nhau. Hình
dưới sẽ so sánh kiến trúc của các hệ điều hành mạng thông dụng với mô hình OSI.
Hình 1.2 - Kiến trúc của một số hệ điều hành mạng thông dụng
Để thực hiện các chức năng ở tầng 3 và tầng 4 trong mô hình OSI, mỗi hệ
thống mạng sẽ có các protocol riêng:
UNIX: Tầng 3 dùng giao thức IP, tầng 4 giao thức TCP/UDP
Netware: Tầng 3 dùng giao thức IPX, tầng 4 giao thức SPX
Giao thức NETBEUI của Microsoft cài đặt chức năng của cả hai tầng 3
và 4
Nếu chỉ dừng lại ở đây thì các máy tính UNIX, Netware, NT sẽ không trao
đổi thông tin được với nhau. Với sự lớn mạnh của mạng Internet, các máy tính cài
đặt các hệ điều hành khác nhau đòi hỏi phải giao tiếp được với nhau, tức phải sử
dụng chung một giao thức. Đó chính là bộ giao thức TCP/IP, giao thức của mạng
Internet.
10
Chương 2
Các chuẩn mạng cục bộ
Mục đích
Chương này nhằm giới thiệu cho người đọc những vấn đề sau :
• Cách phân loại mạng chuyển mạch và mạng quảng bá
• Đặc điểm của mạng cục bộ
• Định nghĩa giao thức điều khiển truy cập đường truyền
• Các sơ đồ nối kết mạng LAN
• Các loại thiết bị sử dụng trong mạng LAN
• Các tổ chức chuẩn hóa về mạng
• Một số chuẩn mạng cục bộ phổ biến hiện nay như:
• Ethernet: 10 BASE-5, 10BASE-2, 10 BASE-T
• FAST Ethernet:100 BASE-TX, 100 BASE-T4,100BASE-FX
• Token Ring
11
2.1 Phân loại mạng
Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) thường được biết đến như một
mạng truyền dữ liệu tốc độ cao triển khai trong một phạm vi nhỏ như một phòng,
một tòa nhà hay một khu vực. Trong khi mạng diện rộng (WAN – Wide Area
Network) có phạm vi lớn hơn, có thể trải dài trên một quốc gia, một châu lục hay
thậm chí cả hành tinh. Đây là cách phân loại mạng dựa trên tiêu chuẩn phân loại là
phạm vi địa lý. Ngoài ra, ta có thể phân loại mạng dựa vào kỹ thuật truyền tải thông
tin sử dụng trong mạng.
Mạng LAN sử dụng kỹ thuật mạng quảng bá (Broadcast network), trong đó
các thiết bị cùng chia sẽ một kênh truyền chung. Khi một máy tính truyền tin, các
máy tính khác đều nhận được thông tin. Ngược lại, mạng WAN sử dụng kỹ thuật
Mạng chuyển mạch (Switching Network), có nhiều đường nối kết các thiết bị mạng
lại với nhau. Thông tin trao đổi giữa hai điểm trên mạng có thể đi theo nhiều đường
khác nhau. Chính vì thế cần phải có các thiết bị đặc biệt để định đường đi cho các
gói tin, các thiết bị này được gọi là bộ chuyển mạch hay bộ chọn đường (router).
Ngoài ra để giảm bớt số lượng đường nối kết vật lý, trong mạng WAN còn sử dụng
các kỹ thuật đa hợp và phân hợp.
Chương này tập trung giới thiệu những vấn đề liên quan đến mạng cục bộ.
2.2 Mạng cục bộ và giao thức điều khiển truy cập đường truyền
Vì chỉ có một đường truyền vật lý trong mạng LAN, tại một thời điểm nào đó
LAN chỉ cho phép một thiết bị được sử dụng đường truyền để truyền tin. Nếu có hai
máy tính cùng gởi dữ liệu ở tại một thời điểm sẽ dẫn đến tình trạng đua tranh. Dữ
liệu của hai thiết bị này sẽ bị phủ lấp lẫn nhau, không sử dụng được. Vì thế cần có
một cơ chế để giải quyết sự cạnh tranh đường truyền giữa các thiết bị. Người ta gọi
phương pháp giải quyết cạnh tranh đường truyền giữa các thiết bị trong một mạng
cục bộ là Giao thức điều khiển truy cập đường truyền (Media Access Control
Protocol hay MAC Protocol). Có hai giao thức chính thường được dùng trong các
mạng cục bộ là: Giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection) và Token Passing.
Trong các mạng sử dụng giao thức CSMA/CD như Ethernet chẳng hạn, các
thiết bị mạng tranh nhau sử dụng đường truyền. Khi một thiết bị muốn truyền tin, nó
phải lắng nghe xem có thiết bị nào đang sử dụng đường truyền hay không. Nếu
đường truyền đang rãnh, nó sẽ truyền dữ liệu lên đường truyền. Trong quá trình
truyền tải, nó đồng thời lắng nghe, nhận lại các dữ liệu mà nó đã gởi đi để xem có sự
đụng độ với dữ liệu của các thiết bị khác hay không. Một cuộc đụng độ xảy ra nếu
cả hai thiết bị cùng truyền dữ liệu một cách đồng thời. Khi đụng độ xảy ra, mỗi thiết
bị sẽ tạm dừng một khoản thời gian ngẫu nhiên nào đó trước khi thực hiện truyền lại
dữ liệu bị đụng độ. Khi mạng càng bận rộn thì tần suất đụng độ càng cao. Hiệu suất
của mạng giảm đi một cách nhanh chóng khi số lượng các thiết bị nối kết vào mạng
tăng lên.
12
Trong các mạng sử dụng giao thức Token-passing như Token Ring hay FDDI,
một gói tin đặc biệt có tên là thẻ bài (Token) được chuyển vòng quanh mạng từ thiết
bị này đến thiết bị kia. Khi một thiết bị muốn truyền tải thông tin, nó phải đợi cho
đến khi có được token. Khi việc truyền tải dữ liệu hoàn thành, token được chuyển
sang cho thiết bị kế tiếp. Nhờ đó đường truyền có thể được sử dụng bởi các thiết bị
khác. Tiện lợi lớn nhất của mạng Token-passing là ta có thể xác định được khoản
thời gian tối đa một thiết bị phải chờ để có được đường truyền và gởi dữ liệu. Chính
vì thế mạng Token-passing thường được sử dụng trong các môi trường thời gian
thực, như điều khiển thiết bị công nghiệp, nơi mà thời gian từ lúc phát ra một tín
hiệu điều khiển cho đến khi thiết bị nhận được tín hiệu luôn đảm bảo phải nhỏ hơn
một hằng số cho trước.
2.3 Các sơ đồ nối kết mạng LAN (LAN Topologies)
LAN topology định nghĩa cách thức mà ở đó các thiết bị mạng được tổ chức
sắp xếp. Có ba sơ đồ nối kết mạng LAN phổ biến là: dạng thẳng (Bus), dạng hình
sao (Star) và dạng hìng vòng (ring).
o
Bus topology là một mạng với kiến trúc tuyến tính trong đó dữ liệu truyền
tải của một trạm sẽ được lan truyền trên suốt chiều dài của đường truyền
và được nhận bởi tất cả các thiết bị khác.
o
o
Star topology là một kiến trúc mạng trong đó các máy trạm được nối kết
vào một bộ tập trung nối kết, gọi là HUB
Ring topology là một kiến trúc mạng mà nó bao gồm một loạt các thiết bị
được nối lại với nhau trên một kênh truyền có hướng theo dạng vòng.
Bus topology
Star topology
Ring topology
Hình 2.1 – Topology thường sử dụng cho mạng LAN
2.4 Các loại thiết bị sử dụng trong mạng LAN
Để xây dựng mạng LAN, người ta thường dùng các thiết bị sau:
Card giao tiếp mạng (NIC- Network Interface Card)
Dây cáp mạng (Cable)
Bộ khuyếch đại (Repeater)
13
Bộ tập trung nối kết (HUB)
Cầu nối (Brigde)
Bộ chuyển mạch (Switch)
Bộ chọn đường (Router)
2.5 Các tổ chức chuẩn hóa về mạng
Để các thiết bị phần cứng mạng của nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể đấu
nối, trao đổi thông tin được với nhau trong một mạng cục bộ thì chúng phải được
sản xuất theo cùng một chuẩn. Dưới đây là một số tổ chức chuẩn hóa quan trọng liên
quan đến các thiết bị mạng:
EIA (Electronic Industry Association)
TIA (Telecom Industry Association)
ISO (International Standard Organization)
ANSI (American National Standard Institute)
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Trong đó hai tổ chức TIA và EIA kết hợp với nhau để đưa ra nhiều đặc tả cho
các thiết bị truyền dẫn cũng như đưa ra nhiều sơ đồ nối dây.
IEEE có nhiều tiểu ban (Committee). Trong đó Tiểu ban 802 phụ trách về các
chuẩn cho mạng cục bộ. Một số chuẩn mạng cục bộ quan trọng do tiểu ban này đưa
ra như:
802.3: Chuẩn cho mạng Ethernet
802.4: Chuẩn cho mạng Token-Bus
802.5: Chuẩn mạng Token-Ring 802.11: Chuẩn mạng không dây.
....
Các chuẩn do IEEE 802 định nghĩa thực hiện chức năng của tầng 2 trong mô
hình tham khảo OSI. Tuy nhiên, chúng chia tầng 2 thành hai tầng con (sublayer) là
Tầng con điều khiển nối kết luận lý (LLC - Logical Link Control) và Tầng con điều
khiển truy cập đường truyền (MAC – Medium Access Control).
Tầng con điều khiển truy cập đường truyền đảm bảo cung cấp dịch truyền
nhận thông tin theo kiểu không nối kết. Trong khi tầng con điều khiển nối kết luận
lý cung cấp dịch vụ truyền tải thông tin theo kiểu định hướng nối kết.
14
Hình 2.2 – Kiến trúc mạng cục bộ theo IEEE 802
2.6 Mạng Ethernet
Thuật ngữ Ethernet dùng để chỉ đến họ mạng cục bộ được xây dựng theo
chuẩn IEEE 802.3 sử dụng giao thức CSMA/CD để chia sẻ đường truyền chung.
Ethernet được xem như là kỹ thuật mạng cục bộ chủ đạo trên thị trường nối kết các
máy tính cá nhân lại với nhau (chiếm khoảng 85% thị trường) bởi vì giao thức của
nó có các đặc tính sau:
Dễ hiểu, dễ cài đặt, quản trị và bảo trì
Cho phép chi phí xây dựng mạng thấp
Cung cấp nhiều sơ đồ nối kết mềm dẽo trong cài đặt
Đảm bảo thành công việc liên nối kết mạng và vận hành của mạng cho dù
các thiết bị được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau.
2.6.1 Lịch sử hình thành
Mạng Ethernet đầu tiên được phát triển vào năm 1970 bởi công ty Xerox là
một mạng thử nghiệm, sử dụng dây cáp đồng trục với tốc độ truyền tải dữ liệu 3
Mbps. Mạng sử dụng giao thức CSMA/CD.
Sự thành công của dự án này đã gây chú ý cho các nhà sản xuất thiết bị điện
tử thời đó. Chính vì thế mà năm 1980, ba nhà sản xuất thiết bị điện tử hàng đầu là
Digital Equipment Coperation, Intel Corporation và Xerox Corporation đã cùng
nhau phát triển phiên bản Ethernet 1.0 với tốc độ truyền tải dữ liệu là 10 Mbps.
Năm 1983, chuẩn mạng IEEE 802.3 đã được soạn thảo với nội dung tương tự
như chuẩn mạng Ethernet phiên bản 1.0. Đến năm 1985 thì IEEE 802.3 được chuẩn
hóa. Sau đó nhiều chuẩn mạng cục bộ khác đã được phát triển dựa theo nguyền tắc
chia sẻ đường truyền chung của giao thức CSMA/CD. Có thể liệt kê các chuẩn
mạng sử dụng giao thức CSMA/CD như sau:
Chuẩn mạng 802.3:
Có tên là mạng Ethernet o Tốc độ truyền tải dữ liệu là 10 Mbps
o
15
o Hỗ trợ 4 chuẩn vật lý là 10Base-5 (cáp đồng trục béo), 10Base-2
(Cáp đồng trục gầy), 10Base-T (Cáp xoắn đôi) và 10Base-F (Cáp
quang).
Chuẩn mạng 802.3u o Có tên là mạng Fast Ethernet o Tốc độ truyền tải dữ
liệu là 100 Mbps
o Hỗ trợ 3 chuẩn vật lý là 100Base-TX (Cáp xoắn đôi), 100Base-T4
(Cáp xoắn đôi) và 100Base-FX (Cáp quang).
Chuẩn mạng 802.3z:
o Có tên là mạng Giga Ethernet o Tốc độ truyền tải dữ liệu là 1 Gbps
o Hỗ trợ 3 chuẩn vật lý là 1000Base-LX, 1000Base-SX, 1000Base-
CX. 1000Base-LX, 1000Base-SX sử dụng cáp quang. 1000Base-
CX sử dụng dây cáp đồng bọc kim.
Chuẩn mạng 802.3ab:
o Có tên là mạng Giga Ethernet over UTP o Tốc độ truyền tải dữ liệu
là 1 Gbps
o Hỗ trợ chuẩn vật lý 1000Base-TX sử dụng dây cáp xoắn đôi không
bọc kim.
2.6.2 Card giao tiếp mạng (NIC-Network Interface Card)
Bởi vì các chức năng của mạng Ethernet chỉ liên quan đến tầng một và tầng
hai trong mô hình tham khảo OSI, cho nên chúng thông thường được cài đặt trong
Card giao tiếp mạng (NIC-Network Interface Card) được cắm vào bản mạch chính
(motherboard) của máy tính. Khi chọn lựa một card mạng cần chú ý các vấn đề sau:
Chuẩn khe cắm (slot) thiết bị ngoại vi được hỗ trợ bởi bản mạch chính:
Các máy tính cá nhân hiện đại thông thường hỗ trợ loại khe cắm thiết bị
ngoại vi theo chuẩn PCI. Các máy tính đời cũ có hỗ trợ chuẩn ISA. Khe
cắm chuẩn ISA dài hơn so với khe cắm chuẩn PCI. Card mạng vì thế cũng
có hai loại. Không thể sử dụng card mạng chuẩn PCI cắm vào khe cắm
ISA và ngược lại. Chính vì thế khi mua card mạng cần lưu ý đến loại khe
cắm.
16
NIC theo chuẩn PCI
NIC theo chuẩn ISA
Hình 2.3 – Một số loại giao diện mạng
Loại đầu nối vào dây cáp: Mỗi chuẩn mạng thường qui định loại dây dẫn
được sử dụng. Để nối card mạng vào dây dẫn cần có loại đầu nối riêng tùy
thuộc vào từng loại dây dẫn. Ví dụ, để nối vào dây cáp đồng trục gầy trên
card mạng cần có đầu nối BNC; để nối với dây cáp xoắn đôi card mạng
cần có đầu nối UTP, ... Cần chọn card mạng có đầu nối theo đúng loại dây
dẫn do chuẩn mạng qui định.
Card mạng là một thiết bị ngoại vi, vì thế bạn cần lưu ý đến các thông số xác
định địa chỉ của nó như số hiệu ngắt (Interrupt), số hiệu cổng (port) và địa chỉ nền
(Base address). Cần phải đặt chúng sao cho không trùng với các thiết bị khác đã có
trên máy tính. Thông thường có phần mềm cài đặt (install/setup) đi kèm với card
mạng khi mua, cho phép kiểm tra trạng thái của card mạng cũng như đặt lại các
thông số trên.
Mỗi card mạng có một địa chỉ vật lý là một dãy số 48 bits (thường được viết
dưới dạng 12 số thập lục phân), gọi là địa chỉ MAC. Một một card mạng có địa chỉ
MAC riêng, không trùng lắp lẫn nhau. Chúng được các nhà sản xuất cài vào khi sản
xuất.
2.6.3 Một số chuẩn mạng Ethernet phổ biến
2.6.3.1 Chuẩn mạng Ethernet 10BASE-5
Đây là chuẩn mạng Ethernet đầu tiên được phát triển. Nó bao gồm các thông
số kỹ thuật sau:
Sơ đồ mạng dạng BUS
Sử dụng dây cáp đồng trục béo (thich coaxial cable), chiều dài tối đa của
mỗi đoạn mạng (network segment) là 500 mét.
Tốc độ truyền dữ liệu là 10 Mbps
Khoảng cách gần nhất giữa hai nút / máy tính trên mạng là 2,5 mét Tối
đa cho phép 100 nút / máy tính trên một đoạn mạng.
Card mạng sử dụng đầu nối kiểu AUI.
17
Chiều dài dây dẫn nối máy tính vào dây cáp đồng trục dài tối đa 50 mét
Sử dụng hai thiết bị đầu cuối (Terminator) trở kháng 50 Ώ để gắn vào mỗi
đầu của dây cáp. Một trong hai đầu cuối này phải nối tiếp đất vào vỏ của
máy tính.
Thế mạnh lớn nhất của chuẩn mạng này là đường kính mạng (khoảng cách
giữa hai máy tính trong mạng) lớn. Tuy nhiên việc thi công mạng khá phức tạp, tốc
độ lại không cao, giá thành không phải là thấp so với các chuẩn mạng khác. Chính
vì thế mà hiện nay nó không phải là chuẩn mạng được chọn lựa khi xây dựng các
mạng LAN mới.
2.6.3.2 Chuẩn mạng Ethernet 10BASE-2
Chuẩn 10Base-2 có các thông số kỹ thuật sau:
Sơ đồ mạng dạng Bus
Sử dụng dây cáp đồng trục gầy (thin coaxial cable), chiều dài tối đa của
mỗi đoạn mạng (network segment) là 185 mét.
Tốc độ truyền dữ liệu là 10 Mbps
Tối đa cho phép 30 nút / máy tính trên một đoạn mạng.
Dây dẫn được cắt thành từng đoạn nhỏ để nối hai máy tính kế cận nhau
với chiều dài tối thiểu là 0,5 mét. Mỗi đầu dây có một đầu nối BNC bấm
vào.
Card mạng sử dụng cần có đầu nối BNC để gắn đầu nối hình chữ T vào (T
connector).
Sử dụng hai thiết bị đầu cuối (Terminator) trở kháng 50Ω để gắn vào đầu
nối hình chữ T của hai máy ở hai đầu dây mạng. Một trong hai đầu cuối
này phải nối tiếp đất vào vỏ của máy tính.
Mạng thiết kế theo chuẩn 10Base-2 có giá thành rẻ nhất khi so với các chuẩn
khác. Tuy nhiên tính ổn định của nó không cao, các điểm nối dây rất dễ bị hỏng tiếp
xúc. Chỉ cần một điểm nối dây trong mạng không tiếp xúc tốt sẽ làm cho các máy
khác không thể vào mạng được.
Hình 2.4 – Yếu điểm của mạng 10BASE-2
18
2.6.3.3 Chuẩn mạng Ethernet 10BASE-T
Vào những năm 1990, cấu hình mạng hình sao trở nên được ưu chuộng.
Trong mạng sử dụng một bộ khuếch đại nhiều cổng (port), được họi là HUB hay
còn gọi là Bộ tập trung nối kết, để nối các máy tính lại với nhau.
Hình 2.5 – HUB và chuẩn mạng 10 BASE-T
Với một HUB, người ta quan tâm đến số lượng cổng của nó. Bởi vì một cổng
cho phép nối một máy tính vào mạng. Một HUB 24 cổng sẽ cho nối tối đa 24 máy
tính lại với nhau. Trên thị trường thường tìm thấy các HUB 8,12,16, 24 cổng.
Chuẩn 10BASE-T sử dụng cáp xoắn đôi (Twisted Pair Cable) để nối máy tính
vào HUB. Cáp xoắn đôi thường có hay loại là có vỏ bọc (STP - Shielded Twisted
Pair) và loại không có vỏ bọc (UTP - Unshielded Twisted Pair).
Loại có vỏ bọc có tính năng chống nhiễu tốt hơn loại không có vỏ bọc. Nó
được sử dụng trong những môi trường mà ở đó có các sóng điện từ mạnh (đài phát
thanh, phát hình, ...). Tuy nhiên giá thành đắt hơn loại không có vỏ bọc. Đa số các
mạng cục bộ sử dụng cho văn phòng ngày nay sử dụng cáp xoắn đôi không bọc kim
(cáp UTP).
Cáp xoắn đôi được chia thành nhiều chủng loại (Caterogy), viết tắt là CAT.
Mỗi chủng loại có băng thông tối đa khác nhau.
•
•
•
•
•
•
CAT 1:2Mbps
CAT 2:4 Mbps
CAT 3:16Mbps
CAT 4:20Mbps
CAT 5:100Mbps
CAT 5E: 1000Mbps
Hình 2.6 - Cáp xoắn đôi
•
CAT 6:1000Mbps
Chuẩn 10 BASE-T có băng thông qui định là 10 Mbps, vì thế phải sử dụng
cáp từ CAT 3 trở lên. Chiều dài tối đa của một sợi dây là 100 mét.
19
Cáp xoắn đôi có 8 sợi, xoắn lại với nhau từng đôi một tạo thành 4 đôi với bốn
màu đặc trưng: Cam (Orange), xanh dương (Blue), xanh lá (Green) và nâu (Brown).
Một đôi gồm một sợi được phủ màu hoàn toàn và một sợi màu trắng được điểm vào
các đốm màu tương ứng.
Để có thể nối máy tính vào HUB, mỗi đầu của sợi cáp xoắn đôi đều phải được
bấm đầu nối UTP (UTP Connector). Card mạng trong trường hợp này cũng phải hỗ
trợ loại đầu nối UTP.
Hình 2.7 – Sử dụng đầu nối UTP với dây cáp xoắn đôi
Đâu nối UTP có 8 pin để tiếp xúc với 8 sợi của dây cáp xoắn đôi. Chuẩn 10
BASET chỉ sử dụng 4 trong 8 sợi của cáp xoắn đôi để truyền dữ liệu (Một cặp
truyền, một cặp nhận). Bốn sợi còn lại không sử dụng. Tương ứng trên đầu nối UTP,
chỉ có 4 pin 1,2,3,6 được sử dụng, các pin còn lại không dùng đến.
Câu hỏi kế tiếp là sợi dây màu nào của cáp xoắn đôi sẽ đi với pin số mấy của
đầu nối UTP. Để thống nhất, EIA và TIA đã phối hợp và đưa ra 2 chuẩn bấm đầu
dây là T568A và T568B
Chuẩn T568A qui định:
•
Pin 1: White Green / Tx+
Pin 2: Green / Tx- • Pin 3: White Orange / Rx+
Pin4: Blue
•
•
•
•
•
•
Pin5: White Blue
Pin 6: Orange / Rx-
Pin 7: White Brown
Pin 8: Brown
Chuẩn T568B qui định:
20
Tải về để xem bản đầy đủ
115 trang
12/05/2022
2120
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình môn Thiết kế, xây dựng mạng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mon_thiet_ke_xay_dung_mang.pdf
