Giáo trình Thiết kế mạng
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, trong lĩnh vực Công nghệ thông tin không thể không nhắc đến hệ
thống mạng vì nó là nền tảng để người sử dụng có thể trao đổi dữ liệu. Chính vì tầm
quan trọng của hệ thống mạng nên thiết kế mạng là một mảng kiến thức cần thiết với
sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin.
Tập bài giảng Thiết kế mạng được biên soạn cho đối tượng sinh viên Cao đẳng
và Đại học khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định.
Tập bài giảng được chia làm 6 chương:
Chương 1: Mạng cục bộ
Chương 2: Cơ sở về cầu nối
Chương 3: Cơ sở về bộ chuyển mạch
Chương 4: Cơ sở về bộ chọn đường
Chương 5: Công nghệ Wireless
Chương 6: Thiết kế mạng
Nhóm biên soạn xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp khoa Công nghệ thông
tin, cùng các đồng nghiệp trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã giúp
chúng tôi hoàn thành tập bài giảng này.
Trong lần biên soạn đầu tiên, tập bài giảng không tránh khỏi những sai sót, rất
mong người đọc đóng góp ý kiến để tập bài giảng được hoàn thiện hơn. Mọi sự đóng
góp ý kiến xin gửi về Văn phòng Khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm
kỹ thuật Nam Định.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Nam Định, tháng 12 năm 2014
Nhóm biên soạn
Th.s Trần Văn Long
Th.s Trần Đình Tùng
i
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................x
CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................................xi
Chƣơng 1 ........................................................................................................................1
MẠNG CỤC BỘ ............................................................................................................1
1.1. Các khái niệm cơ bản.........................................................................................1
1.1.1. Cấu trúc topo của mạng .............................................................................1
1.2. Công nghệ Ethernet..........................................................................................17
1.2.1. Giới thiệu....................................................................................................17
1.2.2. Các đặc tính chung của Ethernet ............................................................18
1.2.3. Các loại mạng Ethernet ............................................................................22
1.3. Các kỹ thuật chuyển mạch trong LAN...........................................................22
1.3.1. Phân đoạn mạng trong LAN....................................................................23
Chƣơng 2 ......................................................................................................................28
CƠ SỞ VỀ CẦU NỐI..................................................................................................28
2.1. Giới thiệu về liên mạng ....................................................................................28
2.2. Cầu nối...............................................................................................................29
2.2.1. Cầu nối trong suốt .....................................................................................29
2.2.3. Cầu nối trộn lẫn.........................................................................................34
Chƣơng 3 ......................................................................................................................35
CƠ SỞ VỀ BỘ CHUYỂN MẠCH .............................................................................35
3.2. Các thành phần của bộ chuyển mạch.............................................................36
3.3. Nguyên lý hoạt động.........................................................................................38
3.3.1. Học địa chỉ MAC .......................................................................................38
3.3.2. Chuyển tiếp khung tin...............................................................................38
3.4. Phân loại bộ chuyển mạch ...............................................................................40
3.4.1. Dựa vào cấu hình phần cứng....................................................................40
3.4.2. Dựa vào hoạt động.....................................................................................40
ii
3.4.3. Dựa vào mục đích sử dụng .......................................................................40
3.5. Một số loại bộ chuyển mạch của Cisco...........................................................43
3.6.1. Thiết lập kết nối Console ..........................................................................43
3.6.2. Cấu hình cơ bản.........................................................................................45
3.7. Mạng LAN ảo....................................................................................................49
3.7.1. Giới thiệu....................................................................................................49
3.7.2. Phân loại VLAN.........................................................................................50
Chƣơng 4 ......................................................................................................................70
CƠ SỞ VỀ BỘ CHỌN ĐƢỜNG ................................................................................70
4.1. Giới thiệu...........................................................................................................70
4.2. Chức năng của bộ chọn đƣờng........................................................................70
4.3. Các thành phần của bộ chọn đƣờng ...............................................................71
4.4. Nguyên tắc hoạt động.......................................................................................73
4.4.1. Giới thiệu bảng chọn đƣờng.....................................................................73
4.4.2. Nguyên tắc hoạt động................................................................................74
4.4.3. Cập nhật bảng chọn đƣờng.......................................................................75
4.5. Phân loại bộ chọn đƣờng .................................................................................75
4.6.1. Thiết lập kết nối Console ..........................................................................76
4.6.2. Cấu hình cơ bản.........................................................................................78
4.7. Giải thuật chọn đƣờng .....................................................................................84
4.7.1. Chức năng và mục tiêu..............................................................................84
4.7.2. Phân loại.....................................................................................................84
4.8. Thiết kế liên mạng ............................................................................................86
4.8.1. Xây dựng bảng chọn đƣờng......................................................................86
4.8.2. Chọn đƣờng tĩnh .......................................................................................88
4.8.3. Giao thức chọn đƣờng RIP.......................................................................93
4.8.4. Giao thức chọn đƣờng OSPF..................................................................105
4.8.5. Giao thức chọn đƣờng EIGRP ...............................................................113
4.8.6. Giải thuật chọn đƣờng BGP ...................................................................125
Chƣơng 5 ....................................................................................................................133
CÔNG NGHỆ WIRELESS ......................................................................................133
5.1. Tổng quan........................................................................................................133
5.2. Các chuẩn Wireless ........................................................................................133
iii
5.3. Thiết lập mạng Wireless LAN.......................................................................134
5.3.2. Thiết lập mạng Wireless LAN................................................................137
Chƣơng 6 ....................................................................................................................142
THIẾT KẾ MẠNG....................................................................................................142
6.1. Các mô hình thiết kế mạng............................................................................142
6.2. Các bƣớc thiết kế mạng .................................................................................143
6.2.2. Phân tích yêu cầu.....................................................................................144
6.2.3. Thiết kế giải pháp ....................................................................................144
6.2.4. Cài đặt mạng............................................................................................146
6.2.5. Kiểm thử mạng ........................................................................................146
6.2.6. Bảo trì hệ thống .......................................................................................146
PHẦN BÀI TẬP ........................................................................................................150
1. Bài tập chƣơng 1 & 2........................................................................................150
2. Bài tập chƣơng 3 ...............................................................................................167
3. Bài tập chƣơng 4 ...............................................................................................176
4. Bài tập chƣơng 5................................................................................................181
5. Bài tập chƣơng 6 ...............................................................................................190
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................210
iv
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc mạng hình sao ........................................................................... 1
Hình 1.2. Cấu trúc mạng hình tuyến ....................................................................... 2
Hình 1.3. Cấu trúc mạng hình vòng ........................................................................ 2
Hình 1.4. Cấu trúc mạng hình vòng của FDDI ....................................................... 4
Hình 1.5. Mối quan hệ giữa các chuẩn IEEE và mô hình OSI ............................... 5
Hình 1.6. Cáp xoắn.................................................................................................... 6
Hình 1.7. Cáp xoắn loại STP .................................................................................... 6
Hình 1.8. Cáp xoắn loại UTP ................................................................................... 6
Hình 1.9. Cáp đồng trục ........................................................................................... 7
Hình 1.10. Cáp sợi quang ........................................................................................ 8
Hình 1.11. Sơ đồ các thành phần hệ thống cáp trong toà nhà ................................. 10
Hình 1.12. Kết nối từ máy tính tới Hub/Switch........................................................ 11
Hình 1.13. Mô hình liên kết mạng sử dụng Repeater.............................................. 12
Hình 1.14. Hoạt động của cầu nối............................................................................ 13
Hình 1.15. Hoạt động của Bridge trong mô hình OSI............................................. 14
Hình 1.16. Bridge biên dịch...................................................................................... 15
Hình 1.17. Liên kết mạng sử dụng 2 Bridge............................................................ 15
Hình 1.18. Hoạt động của Router trong mô hình OSI............................................. 16
Hình 1.19. Cấu trúc khung tin Ethernet ................................................................... 18
Hình 1.20. Khung Unicast ........................................................................................ 19
Hình 1.21. Hai trạm ở hai phía xa nhất trong mạng Ethernet 10Mb/s ................... 21
Hình 1.22. Kết nối mạng Ethernet 10BaseT sử dụng Hub ...................................... 23
Hình 1.23. Miền xung đột và miền quảng bá............................................................ 24
Hình 1.24. Luật 5-4-3 ............................................................................................... 24
Hình 1.25. Truyền khung trong cầu nối.................................................................... 24
Hình 1.26. Miền xung đột và miền quảng bá........................................................... 25
Hình 1.27. Quy tắc 80/20.......................................................................................... 25
Hình 1.28. Phân đoạn mạng bằng Router ................................................................ 26
Hình 1.29.
Cấu hình bộ chuyển mạch thành nhiều cầu ảo ...................................... 26
Hình 1.30. Miền xung đột, miền quảng bá................................................................ 27
Hình 1.31. Miền xung đột, miền quảng bá................................................................ 27
Hình 2.1. Liên mạng sử dụng Repeater..................................................................... 28
Hình 2.2. Vòng quẩn trong mạng.............................................................................. 30
Hình 2.3. Liên mạng bằng nhiều cầu nối .................................................................. 31
Hình 2.4. Liên mạng được xây dựng lại bằng Spanning tree.................................... 32
v
Hình 2.5. Cầu nối trong mạng Token Ring............................................................... 32
Hình 2.6. Cấu trúc của trường thông tin về đường đi ............................................... 33
Hình 3.1. Kết nối mạng bằng Switch ........................................................................ 35
Hình 3.2. Switch với giao tiếp song công ................................................................. 35
Hình 3.3. Mặt trước Switch....................................................................................... 36
Hình 3.4. Mặt sau Switch .......................................................................................... 37
Hình 3.5. Bên trong Switch....................................................................................... 37
Hình 3.6. Bảng địa chỉ MAC..................................................................................... 38
Hình 3.7. Lưu và chuyển tiếp.................................................................................... 39
Hình 3.8. Xuyên cắt................................................................................................... 39
Hình 3.9. Hoạt động của Switch trong mô hình OSI ................................................ 40
Hình 3.10. Workgroup Switch .................................................................................. 41
Hình 3.11. Segment Switch....................................................................................... 41
Hình 3.12. Backbone Switch..................................................................................... 42
Hình 3.13. Symetric Switch ...................................................................................... 42
Hình 3.14. Asymetric Switch .................................................................................... 43
Hình 3.15. Switch của Cisco ..................................................................................... 43
Hình 3.16. Kết nối Switch vào PC ............................................................................ 44
Hình 3.17. Tạo kết nối............................................................................................... 44
Hình 3.18. Khai báo cổng kết nối.............................................................................. 44
Hình 3.19. Khai báo thông số kết nối........................................................................ 45
Hình 3.20. Mạng VLAN chia theo phòng ban .......................................................... 49
Hình 3.21. Miền quảng bá trước khi có VLAN ........................................................ 50
Hình 3.22. Miền quảng bá khi có VLAN.................................................................. 50
Hình 3.23. Tạo VLAN với một bộ chuyển mạch...................................................... 51
Hình 3.24. Mô hình tạo VLAN với một bộ chuyển mạch......................................... 52
Hình 3.25. Tạo VLAN với nhiều bộ chuyển mạch_1 ............................................... 57
Hình 3.26. Tạo VLAN với nhiều bộ chuyển mạch_2 ............................................... 57
Hình 3.27. Cấu trúc khung tin ISL............................................................................ 58
Hình 3.28. Sử dụng giao thức 802.1Q tạo VLAN..................................................... 59
Hình 3.29. Cấu trúc 802.1Q ...................................................................................... 60
Hình 3.30. Mô hình tạo VLAN với nhiều bộ chuyển mạch...................................... 61
Hình 3.31. Kết quả lệnh Ping .................................................................................... 64
Hình 3.32. Kết quả cấu hình Trunk........................................................................... 64
Hình 3.33. Kết quả cấu hình Trunk........................................................................... 65
Hình 3.34. Kết quả lệnh Ping .................................................................................... 65
Hình 3.35. Định tuyến sử dụng nhiều cổng vật lý..................................................... 65
vi
Hình 3.36. Định tuyến sử dụng một cổng vật lý ....................................................... 66
Hình 3.37. Mô hình định tuyến giữa các VLAN....................................................... 67
Hình 3.38. Kết quả lệnh Ping .................................................................................... 69
Hình 4.1. Xây dựng mạng diện rộng bằng Router .................................................... 70
Hình 4.2. Sơ đồ các đường đi trong một mạng ......................................................... 70
Hình 4.3. Mặt trước Router ....................................................................................... 72
Hình 4.4. Mặt sau Router .......................................................................................... 72
Hình 4.5. Bên trong Router ....................................................................................... 73
Hình 4.6. Sơ đồ các đường đi trong một mạng ......................................................... 73
Hình 4.7. Hoạt động của Router................................................................................ 74
Hình 4.8. Một số loại Router của Cisco .................................................................... 76
Hình 4.9. Kết nối Router vào PC............................................................................... 76
Hình 4.10.Tạo kết nối................................................................................................ 77
Hình 4.11. Khai báo cổng kết nối.............................................................................. 77
Hình 4.12. Khai báo thông số kết nối........................................................................ 78
Hình 4.13. Mạng cấu trúc phẳng và mạng phân cấp................................................. 85
Hình 4.14. Mô hình một liên mạng ........................................................................... 86
Hình 4.15. Sơ đồ mạng cấu hình giao thức chọn đường tĩnh .................................. 89
Hình 4.16. Sử dụng tên cổng Interface..................................................................... 89
Hình 4.17. Sử dụng địa chỉ IP................................................................................... 90
Hình 4.18. Sơ đồ mạng cấu hình giao thức chọn đường tĩnh .................................. 90
Hình 4.19. Cấu hình địa chỉ IP Router 1 .................................................................. 91
Hình 4.20. Cấu hình địa chỉ IP Router 2 .................................................................. 91
Hình 4.21. Cấu hình địa chỉ IP Router 4 .................................................................. 91
Hình 4.22. Bảng chọn đường.................................................................................... 92
Hình 4.23. Bảng chọn đường.................................................................................... 92
Hình 4.24. Kết quả lệnh Ping.................................................................................... 93
Hình 4.25. Cấu trúc gói tin RIPv1 ............................................................................ 94
Hình 4.26. Các đích đến trong một gói tin RIPv1..................................................... 95
Hình 4.27. Sơ đồ mạng cấu hình giao thức chọn đường RIPv1 ............................... 95
Hình 4.28. Cấu hình chọn đường RIPv1 cho Router 1 ............................................. 97
Hình 4.29. Cấu hình chọn đường RIPv1 cho Router 2 ............................................. 97
Hình 4.30. Cấu hình chọn đường RIPv1 cho Router 4 ............................................. 98
Hình 4.31. Bảng chọn đường Router 4 ..................................................................... 98
Hình 4.32. Giao thức định tuyến đang sử dụng ........................................................ 99
Hình 4.33. Kết quả lệnh Ping.................................................................................... 99
Hình 4.34. Kết quả lệnh Ping.................................................................................... 99
vii
Hình 4.35. Cấu trúc gói tin RIPv2 ............................................................................ 100
Hình 4.36. Thông tin chứng thực.............................................................................. 100
Hình 4.37. Các đích đến trong một gói tin RIPv2..................................................... 101
Hình 4.38. Sơ đồ mạng cấu hình giao thức chọn đường RIPv2 ............................... 102
Hình 4.39. Kiến trúc mạng phân cấp trong OSPF .................................................... 107
Hình 4.40. Cấu trúc gói tin OSPF ............................................................................. 108
Hình 4.41. Sơ đồ mạng cấu hình giao thức chọn đường OSPF ................................ 109
Hình 4.42. Khai báo Process ID................................................................................ 110
Hình 4.43. Thêm địa chỉ IP các mạng....................................................................... 111
Hình 4.44. Thêm địa chỉ IP các mạng....................................................................... 111
Hình 4.45. Thêm địa chỉ IP các mạng....................................................................... 111
Hình 4.46. Kết quả lệnh Ping.................................................................................... 111
Hình 4.47. Kết quả lệnh Ping.................................................................................... 111
Hình 4.48. Bảng chọn đường của Router 2............................................................... 112
Hình 4.49. Thông tin giao thức định tuyến............................................................... 112
Hình 4.50. Nội dung cơ sở dữ liệu OSPF ................................................................. 112
Hình 4.51. Bảng cấu trúc mạng................................................................................. 114
Hình 4.52. Nhãn giá trị Administrator tag ............................................................... 115
Hình 4.53. Đường Successor..................................................................................... 115
Hình 4.54. Bảng láng giềng và bảng cấu trúc mạng ................................................. 116
Hình 4.55. Sử dụng thuật toán DUAL ...................................................................... 116
Hình 4.56. Đường Successor đặt trong bảng cấu trúc mạng..................................... 117
Hình 4.57. Bảng láng giềng, bảng cấu trúc mạng, bảng chọn đường ....................... 117
Hình 4.58. Đường Feasible successor....................................................................... 118
Hình 4.59. Cấu trúc gói tin EIGRP ........................................................................... 119
Hình 4.60. Sơ đồ mạng cấu hình giao thức chọn đường EIGRP .............................. 120
Hình 4.61. Cấu hình Interface Router 1.................................................................... 121
Hình 4.62. Cấu hình Interface Router 2.................................................................... 121
Hình 4.63. Cấu hình Interface Router 4.................................................................... 122
Hình 4.64. Cấu hình giao thức chọn đường EIGRP cho Router 1............................ 122
Hình 4.65. Cấu hình giao thức chọn đường EIGRP cho Router 2............................ 123
Hình 4.66. Cấu hình giao thức chọn đường EIGRP cho Router 4............................ 123
Hình 4.67. Bảng chọn đường của Router 1............................................................... 124
Hình 4.68. Giao thức chọn đường Router 1 đang sử dụng ....................................... 124
Hình 4.69. Kết quả lệnh Ping của Router 2 .............................................................. 125
Hình 4.70. Kết quả lệnh Ping của Router 4 .............................................................. 125
Hình 4.71. IBGP và EBGP........................................................................................ 126
viii
Hình 4.72. Thuộc tính weight trong BGP ................................................................. 127
Hình 4.73. Thuộc tính Local Preference................................................................... 127
Hình 4.74. Thuộc tính Multi-Exit Discriminator ...................................................... 128
Hình 4.75. Thuộc tính AS_path ................................................................................ 129
Hình 4.76. Thuộc tính Next-Hop .............................................................................. 130
Hình 4.77. Thuộc tính No-export.............................................................................. 131
Hình 4.78. Thuộc tính No-advertise.......................................................................... 131
Hình 4.79. Thuộc tính Internet.................................................................................. 132
Hình 5.1. NIC Wireless............................................................................................. 135
Hình 5.2. USB Wireless............................................................................................ 135
Hình 5.3. Access Point.............................................................................................. 135
Hình 5.4. Root mode ................................................................................................. 136
Hình 5.5. Bridge mode .............................................................................................. 136
Hình 5.6. Repeater mode........................................................................................... 137
Hình 5.7. Mô hình mạng độc lập............................................................................... 137
Hình 5.8. Mô hình mạng cơ sở.................................................................................. 138
Hình 5.9. Mô hình mạng mở rộng............................................................................. 138
Hình 5.10. Mô hình mạng không dây ....................................................................... 139
Hình 5.11. Mục Basic Setup ..................................................................................... 139
Hình 5.12. Mục Wireless Security............................................................................ 140
Hình 5.13. Lắp NIC Wireless cho PC....................................................................... 141
Hình 5.14. Kết nối vào mạng.................................................................................... 141
Hình 6.1. Mô hình phân cấp ...................................................................................... 142
Hình 6.2. Mô hình an ninh-an toàn............................................................................ 143
Hình 6.3. Sơ đồ cơ sở Hà Nội.................................................................................... 147
Hình 6.4. Sơ đồ cơ sở TP. Hồ Chí Minh .................................................................. 147
Hình 6.5. Sơ đồ vật lý công ty A ............................................................................. 148
Hình 6.6. Mô phỏng sơ đồ mạng công ty A ........................................................... 148
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng thống kê các loại cáp ....................................................................... 9
Bảng 1.2. Bảng chọn đường của Router .................................................................. 16
Bảng 1.3.
Bảng tổng kết thực hiện phân đoạn mạng ............................................... 26
Bảng 2.1. Bảng liên mạng ......................................................................................... 28
Bảng 2.2. Bảng địa chỉ của cầu nối ........................................................................... 30
Bảng 3.2. Bảng địa chỉ IP.......................................................................................... 52
Bảng 3.4. Bảng địa chỉ IP.......................................................................................... 61
Bảng 3.5. Bảng địa chỉ IP.......................................................................................... 67
Bảng 4.1. Bảng chọn đường của Router R1.............................................................. 74
Bảng 4.2. Bảng địa chỉ IP.......................................................................................... 87
Bảng 4.3. Bảng chọn đường của các Router ............................................................. 87
Bảng 4.4. Bảng chọn đường của máy tính ................................................................ 88
Bảng 6.1. Bảng hoạch định địa chỉ IP ....................................................................... 149
x
CÁC TỪ VIẾT TẮT
CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
LLC: Logical Link Control Sublayer
MAC: Media Access Control Sublayer
STP: Shield Twisted Pair
UTP: Unshield Twisted Pair
TIA: Telecommunications Industry Association
RIP: Routing Information Protocol
OSPF: Open Shortest Path First
EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol
SFD: Start Frame Delimiter
FCS: Frame Check Sequence
CRC: Cyclic Redundancy Checksum
MAC: Media Access Control Address
SRB: Source Route Bridge
RIF: Routing Information Field
RPS: Redundant Power System
ISL: Inter-Switch Link
DA: Destination Address
SA: Source Address
LEN: Length
SNAP/LLC: Standard Subnetwork Access Protocol - Logical Link Control
HAS: High Bits of Source address
BPDU: Bridge Protocol Data Unit
CDP: Cisco Discovery Protocol
INDX: Index
RES: Reserved
TPID: Tag Protocol Identifier
PRI: Priority
CFI: Canonical Format Indicator
xi
DTE: Data Terminal Equipment
OSPF: Open Shortest Path First
EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol
EGP: Exterior Gateway Protocol
BGP: Boder Gateway Protocol
IETF: Internet Engineering Task Force
IGP: Interior Gateway Protocol
SPF: Shortest Path First
AS: Autonomous System
IGRP: Interior Gateway Routing Protocol
CIDR: Classless Inter Domain Routing
VLSM: Variable Length Subnet Mask
Novell RIP: Novell Routing Information Protocol
RTMP: Apple Talk Routing Table Maintenance Protocol
P: Passive
A: Active
PDMs: Protocol-Dependent Modules
IBSS: Independent Basic Service Set
BSS: Basic Service Set
ESS: Extended Service Set
DMZ: Demilitarized Zone
xii
Chƣơng 1
MẠNG CỤC BỘ
1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.1. Cấu trúc topo của mạng
Cấu trúc topo (Network topology) của mạng LAN là cấu trúc hình học thể hiện
cách bố trí các đường cáp, sắp xếp các máy tính để kết nối thành mạng hoàn chỉnh.
Hầu hết các mạng LAN ngày nay đều được thiết kế để hoạt động dựa trên một cấu
trúc mạng định trước. Điển hình và sử dụng nhiều nhất là các cấu trúc: Dạng hình
sao, dạng hình tuyến, dạng vòng cùng với những cấu trúc kết hợp của chúng.
1) Mạng hình sao (Star topology)
Mạng dạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm và các node. Các node
này là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng. Bộ kết nối
trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng.
Mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (Hub)
hoặc bộ chuyển mạch (Switch) bằng cáp, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy
tính với Hub và Switch không cần thông qua trục Bus, tránh được các yếu tố gây
ngưng trệ mạng.
Hình 1.1. Cấu trúc mạng hình sao
Mô hình kết nối hình sao ngày nay đã trở nên phổ biến. Với việc sử dụng các bộ
tập trung hoặc chuyển mạch, cấu trúc hình sao có thể được mở rộng bằng cách tổ
chức nhiều mức phân cấp, do vậy dễ dàng trong việc quản lý và vận hành.
Ưu điểm:
- 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 thường.
- Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định.
- Mạng có thể dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp.
Nhược điểm:
- Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng 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.
1
- Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m).
2) Mạng hình tuyến (Bus topology)
Thực hiện theo cách bố trí hành lang, các máy tính và các thiết bị khác (các nút)
đều được nối về với nhau trên một trục đường dây cáp chính để chuyển tải tín hiệu.
Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này.
Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi một thiết bị gọi là Terminator. Các tín hiệu và
dữ
liệu khi truyền đi trên dây cáp đều mang theo địa chỉ của nơi đến.
Hình 1.2. Cấu trúc mạng hình tuyến
Ưu điểm: Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt, giá thành rẻ.
Nhược điểm:
- Ùn tắc mạng khi di chuyển dữ liệu với lưu lượng lớn.
- Khi có sự hỏng hóc ở đoạn nào đó rất khó phát hiện, khi sửa chữa sẽ ngừng
toàn bộ hệ thống. Cấu trúc này ngày nay ít được sử dụng.
3) Mạng hình vòng (Ring topology)
Với dạng này, mạng được sắp xếp theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được
thiết kế làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó. Tại
mỗi thời điểm chỉ một nút được truyền tín hiệu. Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo
địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận.
Hình 1.3. Cấu trúc mạng hình vòng
Ưu điểm:
- Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần
thiết ít hơn so với hai kiểu trên.
- Mỗi trạm có thể đạt được tốc độ tối đa khi truy nhập.
Nhược điểm: Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn
bộ hệ thống cũng bị ngừng.
4) Mạng dạng kết hợp
Kết hợp hình sao và tuyến (Star/Bus topology): Cấu hình mạng dạng này có bộ
2
phận tách tín hiệu (Spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm. Lợi điểm của cấu hình này
là mạng có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau. ARCNET là mạng dạng
kết hợp Star/Bus topology. Cấu hình dạng này đưa lại sự uyển chuyển trong việc bố
trí đường dây tương thích dễ dàng đối với bất cứ toà nhà nào.
Kết hợp hình sao và vòng (Star/Ring topology). Cấu hình mạng dạng kết hợp
Star/Ring topology có một "thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một
HUB trung tâm. Mỗi trạm làm việc (Workstation) được nối với HUB (là cầu nối giữa
các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách).
1.1.2. Các phƣơng thức truy nhập đƣờng truyền
Khi được cài đặt vào trong mạng, các máy trạm phải tuân theo những quy tắc
định trước để có thể sử dụng đường truyền, đó là phương thức truy nhập. Phương
thức truy nhập được định nghĩa là các thủ tục điều hướng trạm làm việc làm thế nào
và lúc nào có thể thâm nhập vào đường dây cáp để gửi hay nhận các gói thông tin.
Có 3 phương thức cơ bản:
1) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Giao thức này thường dùng cho mạng có cấu trúc hình tuyến, các máy trạm
cùng chia sẻ một kênh truyền chung, các trạm đều có cơ hội thâm nhập đường truyền
như nhau (Multiple access).
Tuy nhiên, tại một thời điểm chỉ có một trạm được truyền dữ liệu. Trước khi
truyền dữ liệu, mỗi trạm phải lắng nghe đường truyền để chắc chắn rằng đường
truyền rỗi (Carrier sense).
Trong trường hợp hai trạm thực hiện việc truyền dữ liệu đồng thời, xung đột dữ
liệu sẽ xảy ra, các trạm tham gia phải phát hiện được sự xung đột và thông báo tới
các trạm khác gây ra xung đột (Collision detection), đồng thời các trạm phải ngừng
thâm nhập, chờ đợi lần sau trong khoảng thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi mới tiếp tục
truyền.
Khi lưu lượng các gói dữ liệu cần di chuyển trên mạng quá cao, thì việc xung
đột có thể xảy ra với số lượng lớn dẫn đến làm chậm tốc độ truyền tin của hệ thống.
Giao thức này được trình bày chi tiết thêm trong phần công nghệ Ethernet.
2) Giao thức truyền thẻ bài (Token passing)
Giao thức này được dùng trong các LAN có cấu trúc vòng sử dụng kỹ thuật
chuyển thẻ bài (Token) để cấp phát quyền truy nhập đường truyền, tức là quyền được
truyền dữ liệu.
Thẻ bài ở đây là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và nội dung (gồm
các thông tin điều khiển) được quy định riêng cho mỗi giao thức. Trong đường cáp
liên tục có một thẻ bài chạy quanh trong mạng.
Phần dữ liệu của thẻ bài có một Bit biểu diễn trạng thái sử dụng của nó (bận
3
hoặc rỗi). Trong thẻ bài có chứa một địa chỉ đích và được luân chuyển tới các trạm
theo một trật tự đã định trước. Đối với cấu hình mạng dạng xoay vòng thì trật tự
truyền thẻ bài tương đương với trật tự vật lý của các trạm xung quanh vòng.
Một trạm muốn truyền dữ liệu phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài rỗi. Khi
đó trạm sẽ đổi Bit trạng thái của thẻ bài thành bận, nén gói dữ liệu có kèm theo địa
chỉ nơi nhận vào thẻ bài và truyền đi theo chiều của vòng, thẻ bài lúc này trở thành
khung mang dữ liệu. Trạm đích sau khi nhận khung dữ liệu này, sẽ sao chép dữ liệu
vào bộ đệm rồi tiếp tục truyền khung theo vòng nhưng thêm một thông tin xác nhận.
Trạm nguồn nhận lại khung của mình (theo vòng), đổi Bit bận thành Bit rỗi và truyền
thẻ bài đi.
Vì thẻ bài chạy vòng quanh trong mạng kín và chỉ có một thẻ nên việc đụng độ
dữ liệu không thể xảy ra, do vậy hiệu suất truyền dữ liệu của mạng không thay đổi.
Trong giao thức này có hai vấn đề có thể dẫn đến phá vỡ hệ thống. Một là việc
mất thẻ bài làm cho trên vòng không còn thẻ bài lưu chuyển nữa. Hai là một thẻ bài
bận lưu chuyển không dừng trên vòng.
Ưu điểm của giao thức là vẫn hoạt động tốt khi lưu lượng truyền thông lớn.
Giao thức truyền thẻ bài tuân thủ đúng sự phân chia của môi trường mạng, hoạt động
dựa vào sự xoay vòng của các trạm.
Việc truyền thẻ bài sẽ không thực hiện được nếu việc xoay vòng bị đứt đoạn.
Giao thức phải chứa các thủ tục kiểm tra thẻ bài để cho phép khôi phục lại thẻ bài bị
mất hoặc thay thế trạng thái của thẻ bài và cung cấp các phương tiện để sửa đổi
Logic (thêm vào, bớt đi hoặc định lại trật tự của các trạm).
3) Giao thức FDDI
trúc vòng, chuyển thẻ bài tốc độ cao bằng cáp sợi quang. FDDI sử dụng hệ thống
chuyển thẻ bài trong cơ chế vòng kép. Lưu thông trên mạng FDDI bao gồm 2 luồng
giống nhau theo hai hướng ngược nhau.
FDDI thường được sử dụng với mạng trục trên đó những mạng LAN công suất
thấp có thể nối vào. Các mạng LAN đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao và dải thông
lớn cũng có thể sử dụng FDDI.
Hình 1.4. Cấu trúc mạng hình vòng của FDDI
4
1.1.3. Các loại đƣờng truyền và các chuẩn của chúng
1) Chuẩn viện công nghệ điện và điện tử (IEEE)
dựa vào uỷ ban IEEE 802.
- Tiêu chuẩn IEEE 802.3 liên quan tới mạng CSMA/CD bao gồm cả 2 phiên
bản bǎng tần cơ bản và bǎng tần mở rộng.
- Tiêu chuẩn IEEE 802.4 liên quan tới phương thức truyền thẻ bài trên mạng
hình tuyến.
- Tiêu chuẩn IEEE 802.5 liên quan đến truyền thẻ bài trên mạng dạng vòng.
Theo chuẩn 802 thì tầng liên kết dữ liệu chia thành 2 mức con: Mức con điều
khiển logic LLC (Logical Link Control Sublayer) và mức con điều khiển xâm nhập
mạng MAC (Media Access Control Sublayer). Mức con LLC giữ vai trò tổ chức dữ
liệu, tổ chức thông tin để truyền và nhận. Mức con MAC chỉ làm nhiệm vụ điều khiển
việc xâm nhập mạng. Thủ tục mức con LLC không bị ảnh hưởng khi sử dụng các
đường truyền dẫn khác nhau, nhờ vậy mà linh hoạt hơn trong khai thác. Chuẩn 802.2 ở
mức con LLC tương đương với chuẩn HDLC của ISO hoặc X.25 của CCITT.
Chuẩn 802.3 xác định phương pháp thâm nhập mạng tức thời có khả nǎng phát
hiện lỗi chồng chéo thông tin CSMA/CD. Phương pháp CSMA/CD được đưa ra từ
nǎm 1993 nhằm mục đích nâng cao hiệu quả mạng. Theo chuẩn này các mức được
ghép nối với nhau thông qua các bộ ghép nối. Chuẩn 802.4 thực chất là phương pháp
thâm nhập mạng theo kiểu phát tín hiệu
truyền Bus.
thǎm dò Token qua các trạm và đường
Chuẩn 802.5 dùng cho mạng dạng xoay vòng và trên cơ sở dùng tín hiệu thǎm
dò Token. Mỗi trạm khi nhận được tín hiệu thǎm dò Token thì tiếp nhận Token và
bắt đầu quá trình truyền thông tin dưới dạng các khung tín hiệu. Các khung có cấu
trúc tương tự như của chuẩn 802.4. Phương pháp xâm nhập mạng này quy định nhiều
mức ưu tiên khác nhau cho toàn mạng và cho mỗi trạm, việc quy định này vừa do
người thiết kế vừa do người sử dụng tự quy định.
Hình 1.5. Mối quan hệ giữa các chuẩn IEEE và mô hình OSI
5
2) Chuẩn uỷ ban tƣ vấn quốc tế về điện báo và điện thoại (CCITT)
Đây là những khuyến nghị về tiêu chuẩn hóa hoạt động và mẫu mã Modem
(truyền qua mạng điện thoại). Một số chuẩn: V22, V28, V35...Các tiêu chuẩn EIA
dành cho giao diện nối tiếp giữa Modem và máy tính. Chuẩn RS-232,RS-449,
1.1.4. Các loại cáp mạng dùng trong mạng LAN
1) Cáp xoắn
RS-422
Đây là loại cáp gồm hai đường dây dẫn đồng được xoắn vào nhau nhằm làm
giảm nhiễu điện từ gây ra bởi môi trường xung quanh và giữa chúng với nhau.
Hình 1.6. Cáp xoắn
Hiện nay có hai loại cáp xoắn là cáp có bọc kim loại ( STP - Shield Twisted
Pair) và cáp không bọc kim loại (UTP - Unshield Twisted Pair).
Cáp có bọc kim loại (STP): Lớp bọc bên ngoài có tác dụng chống nhiễu điện từ,
có loại có một đôi giây xoắn vào nhau và có loại có nhiều đôi giây xoắn với nhau.
Hình 1.7. Cáp xoắn loại STP
Cáp không bọc kim loại (UTP): Tính tương tự như STP nhưng kém hơn về khả
năng chống nhiễu và suy hao vì không có vỏ bọc.
Hình 1.8. Cáp xoắn loại UTP
6
STP và UTP có các loại (Category - Cat) thường dùng:
- Loại 1 & 2 (Cat 1 & Cat 2): Thường dùng cho truyền thoại và những đường
truyền tốc độ thấp (nhỏ hơn 4Mb/s).
- Loại 3 (Cat 3): Tốc độ truyền dữ liệu khoảng 16 Mb/s, nó là chuẩn cho hầu hết
các mạng điện thoại.
- Loại 4 (Cat 4): Thích hợp cho đường truyền 20Mb/s.
- Loại 5 (Cat 5): Thích hợp cho đường truyền 100Mb/s.
- Loại 6 (Cat 6): Thích hợp cho đường truyền 300Mb/s.
Đây là loại cáp có giá thành thấp, dễ cài đặt tuy nhiên nó dễ bị ảnh hưởng của
môi trường.
2) Cáp đồng trục
Cáp đồng trục có hai đường dây dẫn và chúng có cùng một trục chung, một dây
dẫn trung tâm (thường là dây đồng cứng) đường dây còn lại tạo thành đường ống bao
xung quanh dây dẫn trung tâm (dây dẫn này có thể là dây bện kim loại và vì nó có
chức năng chống nhiễu nên còn gọi là lớp bọc kim loại). Giữa hai dây dẫn trên có
một lớp cách ly, và bên ngoài cùng là lớp vỏ Plastic để bảo vệ cáp.
Hình 1.9. Cáp đồng trục
Cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng khác (ví dụ như cáp
xoắn đôi) do ít bị ảnh hưởng của môi trường. Các mạng cục bộ sử dụng cáp đồng
trục có thể có kích thước trong phạm vi vài nghìn mét, cáp đồng trục được sử dụng
nhiều trong các mạng dạng đường thẳng. Hai loại cáp thường được sử dụng là cáp
đồng trục mỏng và cáp đồng trục dày, trong đó đường kính cáp đồng trục mỏng là
0,25 inch, cáp đồng trục dày là 0,5 inch. Cả hai loại cáp đều làm việc ở cùng tốc độ
nhưng cáp đồng trục mỏng có độ hao suy tín hiệu lớn hơn. Hiện nay có các loại cáp
đồng trục sau: Loại trở kháng
58,50 Ohm dùng cho mạng Thin Ethernet, loại trở
59,75 Ohm dùng cho truyền hình cáp.
kháng
7
Các mạng cục bộ thường sử dụng cáp đồng trục có dải thông từ 2,5 - 10 Mb/s,
cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng khác vì nó có lớp vỏ bọc
bên ngoài, độ dài thông thường của một đoạn cáp nối trong mạng là 200m, thường sử
dụng cho dạng Bus.
3) Cáp sợi quang (Fiber Optic)
Cáp sợi quang bao gồm một dây dẫn trung tâm (là một hoặc một bó sợi thủy
tinh có thể truyền dẫn tín hiệu quang) được bọc một lớp vỏ bọc có tác dụng phản xạ
các tín hiệu trở lại để giảm sự mất mát tín hiệu. Bên ngoài cùng là lớp vỏ Plastic để
bảo vệ cáp.
Hình 1.10. Cáp sợi quang
Cáp sợi quang không truyền dẫn các tín hiệu điện mà chỉ truyền các tín hiệu
quang (các tín hiệu dữ liệu phải được chuyển đổi thành các tín hiệu quang và khi
nhận chúng sẽ lại được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện).
Cáp quang có đường kính từ 8.3 - 100 Micron, do đường kính lõi sợi thuỷ tinh
có kích thước rất nhỏ nên rất khó khăn cho việc đấu nối, nó cần công nghệ đặc biệt
với kỹ thuật cao đòi hỏi chi phí cao.
Dải thông của cáp quang có thể lên tới hàng Gbps và cho phép khoảng cách đi
cáp khá xa do độ suy hao tín hiệu trên cáp rất thấp. Ngoài ra, vì cáp sợi quang không
dùng tín hiệu điện từ để truyền dữ liệu nên nó hoàn toàn không bị ảnh hưởng của
nhiễu điện từ và tín hiệu truyền không thể bị phát hiện và thu trộm bởi các thiết bị
điện tử của người khác.
Chỉ trừ nhược điểm khó lắp đặt và giá thành còn cao, nhìn chung cáp quang
thích
hợp cho mọi mạng hiện nay và sau này.
8
Tải về để xem bản đầy đủ
222 trang
17480
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thiết kế mạng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thiet_ke_mang.pdf
