Giáo trình Thiết kế, xây dựng mạng Lan (Phần 1)
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
GIÁO TRÌNH
Thiết kế, xây dựng mạng Lan
(Lưu hành nội bộ)
Năm 2018
MỤC LỤC
1.1. Tiến trình xây dựng mạng........................................................................ 5
1.1.2. Phân tích yêu cầu.............................................................................. 5
1.1.3. Thiết kế giải pháp ............................................................................. 6
1.1.4. Cài đặt mạng..................................................................................... 7
1.1.5. Kiểm thử mạng................................................................................. 7
1.1.6. Bảo trì hệ thống ................................................................................ 7
1.2. Mô hình OSI............................................................................................ 7
Câu hỏi ôn tập: ...............................................Error! Bookmark not defined.
Bài tập thực hành:......................................................................................... 10
2.1. Phân loại mạng ...................................................................................... 11
2.6. Mạng Ethernet ....................................................................................... 13
2.6.1. Lịch sử hình thành .......................................................................... 13
Câu hỏi ôn tập: ...............................................Error! Bookmark not defined.
Bài tập thực hành:......................................................................................... 22
BÀI 3 : CƠ SỞ VỀ CẦU NỐI ...................................................................................23
3.1. Giới thiệu về liên mạng ......................................................................... 23
3.2. Giới thiệu về cầu nối ............................................................................. 24
3.2.1. Cầu nối trong suốt........................................................................... 24
Câu hỏi ôn tập: ...............................................Error! Bookmark not defined.
Bài tập thực hành.......................................................................................... 29
4.2. Kiến trúc của switch............................................................................... 37
4.3. Các giải thuật hoán chuyển .................................................................... 37
Câu hỏi ôn tập: ...............................................Error! Bookmark not defined.
Bài tập thực hành.......................................................................................... 40
5.1. Mô tả ..................................................................................................... 41
5.4. Giải thuật chọn đường............................................................................ 45
5.4.3. Mục đích thiết kế ........................................................................... 45
5.5.2. Đường đi của gói tin ...................................................................... 49
Câu hỏi ôn tập: ...............................................Error! Bookmark not defined.
Bài tập thực hành.......................................................................................... 63
6.1. Giới thiệu .............................................................................................. 64
6.4. Hạn chế truyền quảng bá....................................................................... 66
Câu hỏi ôn tập: ...............................................Error! Bookmark not defined.
Bài tập thực hành.......................................................................................... 70
7.2. Lập sơ đồ thiết kế mạng ........................................................................ 74
7.2.3. Thiết kế mạng ở tầng 3 ................................................................... 80
7.2.4. Xác định vị trí đặt Server................................................................ 82
7.2.5. Lập tài liệu cho tầng 3..................................................................... 82
Câu hỏi ôn tập: ...............................................Error! Bookmark not defined.
Bài tập thực hành.......................................................................................... 83
MẠNG ......................................................................................................................85
8.1. Giới thiệu chung.................................................................................... 85
8.2. Làm việc với Ms. Visio......................................................................... 85
8.2.4. Các thao tác cơ bản ...................................................................... 87
8. 3. Sơ đồ thực tế ........................................................................................ 88
8.3. 2. Sơ đồ mạng máy tính. .................................................................... 97
BÀI 9 : XÂY DỰNG MẠNG LAN .........................................................................108
9.1. Yêu cầu kỹ thuật.................................................................................. 108
9.1.1.Khả năng mở rộng ......................................................................... 108
9.1.2. Hiệu năng ..................................................................................... 108
9.1.3. Khả năng quản trị ......................................................................... 108
9.1.4. Tính bảo mật................................................................................. 108
9.1.5. An toàn dữ liệu ............................................................................. 108
9.1.7. Bảo vệ đầu tư................................................................................ 108
9.1.8. Tính tương thích ........................................................................... 108
9.1.9. Tính mềm dẻo............................................................................... 108
9.2. Mô hình mạng LAN ............................................................................ 108
9.3. 2. Cơ sở thiết kế mạng ..................................................................... 109
9.3.4. Phương án triển khai..................................................................... 109
9.4. Tổ chức người sử dụng........................................................................ 109
9.7. Thiết bị điện ........................................................................................ 111
9.7.2. Các thiết bị khác:.......................................................................... 111
9.9.1. Đào tạo sử dụng............................................................................ 112
Câu hỏi ôn tập : ..............................................Error! Bookmark not defined.
BÀI 1 : TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ CÀI ĐẶT MẠNG
1.1. Tiến trình xây dựng mạng
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:
Chúng ta 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 chúng ta 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 chúng ta phải phỏng vấn khách
hàng, nhân viên các phòng mạng có máy tính sẽ nối mạng. Thông thường các đối tượng
mà chúng ta phỏng vấn không có chuyên môn sâu hoặc không có chuyên môn về
mạng. Cho nên chúng ta nên tránh sử dụng những thuật ngữ chuyên môn để trao đổi
với họ. Chẳng hạn nên hỏi khách hàng “ chúng ta có muốn người trong cơ quan chúng
ta gởi mail được cho nhau không?”, hơn là hỏi “ chúng ta 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.
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? (Workgroup 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:
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:
o 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.
o 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
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.
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. 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.
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 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.
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 1.1 - Xử lý dữ liệu qua các tầng
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.
Bài tập thực hành của học viên
Câu1: Nêu các bước cần phải thực hiện để xây dựng 1 mạng máy tính. Trong các bước
trên bước nào quan trọng nhất? vì sao?
Câu 2: Thiết kế giải pháp trong việc xây dựng mạng là gì
Bài tập
Thiết kế hệ thống mạng cho một công ty hay trường học
Các bước thực hiện
Bước 1: Thu thập yêu cầu của khách hàng
Bước 2: Phân tích yêu cầu
Bước 3: Thiết kế giải pháp
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:
- Khảo sát được nơi cần thiết kế hệ thống mạng
- Thu thập tất cả thông tin từ khách hàng
- Thiết kế được sơ đồ ở mức luân lý
- Thiết kế được sơ đồ ở mức vật lý
BÀI 2: CÁC CHUẨN MẠNG CỤC BỘ
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.
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).
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.
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.
Ring topology
Bus topology
Star 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)
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.
Network
Network layer
layer
LLC
Logical Link control
Data link
Layer
802.3
CSMA-
CD
802.5
Token
Ring
Other
Lans
MAC
Physical
Layer
OSI
Physical Layer
IEEE 802
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:
o Có tên là mạng Ethernet
o Tốc độ truyền tải dữ liệu là 10 Mbps
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.
NIC theo chuẩn PCI
NIC theo chuẩn ISA
Hình 2.3 – Một số loại giao diện card 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 chúng ta 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.
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 50 Ώ 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
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
CAT 6:1000Mbps
Hình 2.6 - Cáp xoắn đôi
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.
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
BASE- T 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:
Pin 1: White Orange / Tx +
Pin 2: Orange / Tx-
Pin 3: White Green / Rx+
Pin4: Blue
Pin5: White Blue
Pin 6: Green / Rx-
Pin 7: White Brown
Pin 8: Brown
Như vậy, sẽ dẫn đến 2 sơ đồ nối dây đối với một sợi cáp xoắn đôi:
Sơ đồ nối dây thẳng (Straight through): hai đầu của một sơi cáp xoắn đôi đều
được bấm đầu UTP theo cùng một chuẩn, tức hoặc cả hai cùng bấm theo chuẩn
T568A hoặc cả hai cùng bấm theo chuẩn T568B.
Sơ đồ nối dây chéo (Cross over): hai đầu của một sợi cáp xoắn đôi được bấm đầu
UTP theo hai chuẩn khác nhau, tức một đầu bấm theo chuẩn T568A, đầu còn lại
bấm theo chuẩn T568B.
Dây được bấm theo sơ đồ thẳng dùng để nối hai thiết bị khác loại lại với nhau. Ví
dụ nối máy tính và Hub,Switch, router. Ngược lại, dây bấm theo sơ đồ chéo dùng để
nối hai thiết bị cùng loại, ví dụ nối Hub với Hub, nối máy tính với máy tính, Hub với
Router.
So với chuẩn 10 BASE-2, chuẩn 10 BASE-T đắt hơn, nhưng nó có tính ổn định cao
hơn: sự cố trên một điểm nối dây không ảnh hưởng đến toàn mạng.
Hình 2.8 – Chuẩn 10BASE-T khắc phục nhược điểm của 10BASE-2
2.6.3.4. Vấn đề mở rộng mạng
2.6.3.4.1. Mở rộng mạng 10 BASE-2
Chuẩn 10BASE-2 ràng buộc số nút tối đa trên một nhánh mạng (segment) là 30.
Nếu mạng có hơn 30 máy tính thì phải sử dụng ít nhất 2 nhánh mạng và nối chúng lại
với nhau bằng một bộ khuếch đại (Repeater).
Hình 2.9 – Luật 5-4-3 khi sử dụng Repeater hay HUB
Tuy nhiên, để đảm bảo các máy tính có thể phát hiện được đụng độ khi truyền
dữ liệu, số lượng tối đa các nhánh mạng được nối lại với nhau bằng các Repeater bị
giới hạn bởi luật 5-4-3. Luật này qui định như sau:
Chỉ có thể nối tối đa 5 nhánh mạng lại với nhau bằng các Repeater
Chỉ có thể sử dụng tối đa 4 Repeater trong một mạng
Chỉ cho phép tối đa 3 nhánh mạng có nhiều hơn 3 nút (Một nút có thể là một
máy tính hoặc là một Repeater)
2.6.3.4.2. Mở rộng mạng Ethernet
Mỗi cổng trên Hub cho phép nối một máy tính vào mạng. Thường số lượng
cổng trên Hub là 8, 12, 16, 24. Nếu số lượng máy tính cần nối mạng vượt quá số lượng
cổng mà một Hub có thể cung cấp, khi đó ta phải sử dụng nhiều Hub và nối chúng
lại với nhau. Dưới đây là một vài sơ đồ thường được sử dụng để mở rộng mạng theo
chuẩn 10BASE-T:
Nối liên tiếp các Hub lại với nhau: Trong sơ đồ này cần tuân thủ luật 5-4-3, đảm
bảo rằng tín hiệu đi từ máy tính này đến máy tính kia trong mạng không đi qua
nhiều hơn 4 HUB.
Hình 2.10 – Sơ đồ nối kết hai HUB
Sử dụng một Hub làm xương sống: Sơ đồ này được sử dụng khi số lượng Hub
nhiều hơn 4
Tải về để xem bản đầy đủ
64 trang
12/05/2022
2720
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thiết kế, xây dựng mạng Lan (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thiet_ke_xay_dung_mang_lan_phan_1.pdf
