Giáo trình Thiết kế và xây dựng mạng LAN và WAN
MỤC LỤC
1 Chương I - Tổng quan Mạng Máy Tính. 1
1.1 Kiến thức cơbản. 1
1.1.1 Sơlược lịch sửphát triển: . 1
1.1.2 Khái niệm cơbản . 1
1.1.3 Phân biệt các loại mạng. 2
1.1.4 Mạng toàn cầu Internet: . 4
1.1.5 Mô hình OSI (Open Systems Interconnect). 4
1.1.5.1 Các giao thức trong mô hình OSI . 5
1.1.5.2 Các chức năng chủyếu của các tầng của mô hình OSI. 6
1.1.5.3 Luồng dữliệu trong OSI. 11
1.1.6 Một sốbộgiao thức kết nối mạng. 12
1.1.6.1 TCP/IP . 12
1.1.6.2 NetBEUI . 12
1.1.6.3 IPX/SPX . 12
1.1.6.4 DECnet. 12
1.2 Bộgiao thức TCP/IP. 12
1.2.1 Tổng quan vềbộgiao thức TCP/IP. 12
1.2.2 Một sốgiao thức cơbản trong bộgiao thức TCP/IP . 15
1.2.2.1 Giao thức liên mạng IP (Internet Protocol): . 15
1.2.2.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol). 27
1.2.2.3 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) . 28
1.3 Giới thiệu một sốcác dịch vụcơbản trên mạng . 30
1.3.1 Dịch vụtruy nhập từxa Telnet . 30
1.3.2 Dịch vụtruyền tệp (FTP) . 30
1.3.3 Dịch vụGopher . 31
1.3.4 Dịch vụWAIS. 31
1.3.5 Dịch vụWorld Wide Web . 31
1.3.6 Dịch vụthư điện tử(E-Mail) . 32
1.4 Tóm tắt chương 1. 33
2 Chương II - Mạng LAN và thiết kếmạng LAN. 35
2.1 Kiến thức cơbản vềLAN. 35
2.1.1 Cấu trúc tôpô của mạng. 35
II
2.1.1.1 Mạng dạng hình sao (Star topology). . 35
2.1.1.2 Mạng hình tuyến (Bus Topology). . 36
2.1.1.3 Mạng dạng vòng (Ring Topology). . 37
2.1.1.4 Mạng dạng kết hợp. . 37
2.1.2 Các phương thức truy nhập đường truyền . 38
2.1.2.1 Giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection). 38
2.1.2.2 Giao thức truyền thẻbài (Token passing). 38
2.1.2.3 Giao thức FDDI. . 39
2.1.3 Các loại đường truyền và các chuẩn của chúng . 40
2.1.4 Hệthống cáp mạng dùng cho LAN. . 42
2.1.4.1 Cáp xoắn . 42
2.1.4.2 Cáp đồng trục. 42
2.1.4.3 Cáp sợi quang (Fiber - Optic Cable). 43
2.1.4.4 Hệthống cáp có cấu trúc theo chuẩn TIA/EIA 568 . 44
2.1.4.5 Các yêu cầu cho một hệthống cáp . 46
2.1.5 Các thiết bịdùng đểkết nối LAN. . 47
2.1.5.1 Bộlặp tín hiệu (Repeater). 47
2.1.5.2 Bộtập trung (Hub). 48
2.1.5.3 Cầu (Bridge) . 49
2.1.5.4 Bộchuyển mạch (Switch). 53
2.1.5.5 Bộ định tuyến(Router) . 53
2.1.5.6 Bộchuyển mạch có định tuyến (Layer 3 switch) . 57
2.1.6 Các hệ điều hành mạng . 57
2.2 Công nghệEthernet . 58
2.2.1 Giới thiệu chung vềEthernet . 58
2.2.2 Các đặc tính chung của Ethernet. 59
2.2.2.1 Cấu trúc khung tin Ethernet. 59
2.2.2.2 Cấu trúc địa chỉEthernet . 60
2.2.2.3 Các loại khung Ethernet. 60
2.2.2.4 Hoạt động của Ethernet . 61
2.2.3 Các loại mạng Ethernet . 64
2.3 Các kỹthuật chuyển mạch trong LAN. 65
2.3.1 Phân đoạn mạng trong LAN . 65
III
2.3.1.1 Mục đích của phân đoạn mạng . 65
2.3.1.2 Phân đoạn mạng bằng Repeater. 65
2.3.1.3 Phân đoạn mạng bằng cầu nối . 67
2.3.1.4 Phân đoạn mạng bằng router . 68
2.3.1.5 Phân đoạn mạng bằng bộchuyển mạch. 69
2.3.2 Các chế độchuyển mạch trong LAN . 70
2.3.2.1 Chuyển mạch lưu-và-chuyển ( store- and- forward switching )70
2.3.2.2 Chuyển mạch ngay (cut-through switching) . 70
2.3.3 Mạng LAN ảo (VLAN). 71
2.3.3.1 Tạo mạng LAN ảo với một bộchuyển mạch . 71
2.3.3.2 Tạo mạng LAN ảo với nhiều bộchuyển mạch. 72
2.3.3.3 Cách xây dựng mạng LAN ảo . 72
2.3.3.4 Ưu điểm và nhược điểm của mạng LAN ảo. 73
2.4 Thiết kếmạng LAN. 74
2.4.1 Mô hình cơbản. . 74
2.4.1.1 Mô hình phân cấp (Hierarchical models) . 74
2.4.1.2 Mô hình an ninh-an toàn(Secure models). 75
2.4.2 Các yêu cầu thiết kế. 75
2.4.3 Các bước thiết kế. 76
2.5 Một sốmạng LAN mẫu. 77
2.5.1 Xây dựng mạng LAN quy mô một toà nhà. 77
2.5.1.1 Hệthống mạng bao gồm:. 77
2.5.1.2 Phân tích yêu cầu:. 78
2.5.1.3 Thiết kếhệthống . 79
2.5.2 Xây dựng hệthống tường lửa kết nối mạng với Internet. 84
2.6 Tóm tắt chương 2. 85
3 Chương III – Mạng WAN và thiết kếmạng WAN. 86
3.1 Các kiến thức cơbản vềWAN. 86
3.1.1 Khái niệm vềWAN. 86
3.1.1.1 Mạng WAN là gì ?. 86
3.1.1.2 Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN. . 87
3.1.1.3 Những điểm cần chú ý khi thiết kếWAN . 88
3.1.2 Một sốcông nghệkết nối cơbản dùng cho WAN. 89
3.1.2.1 Mạng chuyển mạch (Circuit Swiching Network). 89
IV
3.1.2.2 Mạng chuyển gói (Packet Switching Network). 105
3.1.2.3 Kết nối WAN dùng VPN. 115
3.1.3 Giao thức kết nối WAN cơbản trong mạng TCP/IP. . 116
3.1.3.1 Giao thức PPP. 116
3.1.4 Các thiết bịdùng cho kết nối WAN. 118
3.1.4.1 Router (Bộ định tuyến) . 118
3.1.4.2 Chuyển mạch WAN. 118
3.1.4.3 Access Server. 119
3.1.4.4 Modem. 120
3.1.4.5 CSU/DSU . 123
3.1.4.6 ISDN terminal Adaptor. 123
3.1.5 Đánh giá và so sánh một sốcông nghệdùng cho kết nối WAN. 124
3.2 Thiết kếmạng WAN. . 125
3.2.1 Các mô hình WAN. 125
3.2.1.1 Mô hình phân cấp . 125
3.2.1.2 Các mô hình tôpô. 127
3.2.2 Các mô hình an ninh mạng. . 127
3.2.2.1 An ninh-an toàn mạng là gì ?. 127
3.2.2.2 Xây dựng mô hình an ninh-an toàn khi kết nối WAN. 130
3.2.2.3 Một sốcông cụtriển khai mô hình an toàn-an ninh . 131
3.2.2.4 Bảo mật thông tin trên mạng . 136
3.3 Phân tích một sốmạng WAN mẫu . 140
3.4 Tóm tắt chương 3. 157
4 Kết luận. . 158
5 Tài liệu tham khảo. 159
ter 2621. Đây là thiết bị thỏa mãn mọi yêu cầu đặt ra của Dự án. Nó cho phép đạt tốc độ xử lý 25 Kpps.Ngoài ra, nó còn hỗ trợ VLAN, IP VPN,... và các bộ giao tiếp cắm thêm theo yêu cầu cho phép ta dễ dàng nâng cấp nếu cần. • Modem số (xDSL Modem) Là thiết bị nối giữa thiết bị truyền và đầu nối viễn thông, hay còn gọi là thiết bị đầu cuối mạch dữ liệu DCE, thực hiện nhiệm vụ chuyển số liệu. Modem số được lựa chọn cho Dự án Khách hàng phải thoả mãn các yêu cầu sau đây: o Được sản xuất bởi các hãng có danh tiếng trên Thế giới như Patton, RAD, Pandatel, v.v... o Thiết bị hỗ trợ tốc độ cao hơn trong trường hợp nâng cấp đường kết nối mạng diện rộng. Pha đầu của Dự án Khách hàng, kênh thuê riêng có tốc độ 128 Kbps; o Đảm bảo độ chính xác cao, dữ liệu lưu thông qua phương thức đồng bộ bằng nhau bằng cách cung cấp nguồn định thời; o Đảm bảo điện áp luôn thích hợp; o An toàn dữ liệu cao, tìm và hiệu chỉnh lỗi trong quá trình truyền/nhận dòng thông tin; o Hỗ trợ nén thông tin; o Định hình tín hiệu số; o Có khả năng chẩn đoán lỗi từ xa. o Hỗ trợ quản trị từ xa qua các module ghép thêm tại tổng đài kết nối; Modem được lựa chọn cho Dự án Trung tâm Thông tin là ASMi-50. Đây là sản phẩm nổi tiếng của hãng RAD, hiện đang rất thông dụng tại Việt Nam. Dòng modem này cho phép truyền với khoảng cách xa tới 8,2 Km và tốc độ cao nhất đạt 1152 Kbps. • Access Server 152 Thiết bị Access Server đặt tại Trung tâm được thiết kế để đáp ứng nhu cầu kết nối qua mạng PSTN cho khoảng 200÷300 tài khoản người dùng. Như vậy hệ thống phải đáp ứng được nhiều cuộc gọi cùng lúc. Ngoài ra hệ thống cũng cho phép lắp thêm đường truy cập trong trường hợp nâng cấp hệ thống. Tại Trung tâm cấp truy cập qua mạng điện thoại của hệ thống mạng, ta đăng ký số trượt cho các đường điện thoại truy cập của Dự án. Thiết bị Access Server được đặt chế độ tự động trượt số trong trường hợp có nhiều yêu cầu kết nối cùng lúc tới Trung tâm. Các tài khoản người dùng được quản lý thông qua một phần mềm quản trị tài khoản truy cập từ xa. Phần mềm quản lý tài khoản truy nhập phải tương thích hoàn toàn với thiết bị Access Server. Đồng thời nó cũng hỗ trợ sử dụng các giao thức bảo mật tài khoản người dùng như CHAP/PAP, TACACS+, DES,... Công tác quản trị người dùng truy cập được thông qua giao diện Web thân thiện. Nhân viên quản trị mạng có thể dễ dàng chỉnh sửa, tạo/xoá các tài khoản truy nhập. Trong trường hợp nâng cấp hệ thống, các Access Server thế hệ mới được lựa chọn cũng hỗ trợ kết nối tới mạng điện thoại công cộng thông qua các kênh thuê riêng như T1/E1. Sử dụng các Access Server thế hệ mới, ngoài việc nâng tốc độ kết nối ngược dòng qua modem là 56K, nhờ vậy, tốc độ và độ ổn định của kết nối dialup tới Trung tâm mạng cũng được cải thiện đáng kể. Access Server có thể lựa chọn là loại Cisco Access Router 3620. Đây là thiết bị đa chức năng được thiết kế cho một ISP cỡ nhỏ. Với hơn 20 module tuỳ chọn trên một thiết bị, nó cho phép tích hợp nhiều giải pháp trên cùng một thiết bị: đa giao thức định tuyến, tích hợp tiếng nói/hình ảnh, tiếp nhận truy cập từ xa qua Dialup, ... Thiết bị thuộc họ 3600, có tính tương thích cao với nhiều loại kết nối Viễn thông khác nhau như Ethernet/Fast Ethernet, T1/E1, ISDN PRI, ISDN BRI, OC-3, ATM,....và các module tuỳ chọn thêm. 153 Tập hợp các module trên người ta gọi là 1 Slot. Mỗi Slot cho phép đặt nhiều nhất 16 đường kết nối không đồng bộ qua modem. Dòng 3620 có 02 Slot. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà ta đặt hàng trong Slot gồm những module nào? Cisco 3620 sử dụng bộ xử lý R4700 80Mhz, cho phép đạt hiệu suất 20÷40 Kpps. Hình 3-28: Access Server Cisco 3620 Kiến trúc Module: Mỗi chức năng của hệ thống được bóc tách thành các module riêng. Đây là loại kiến trúc có hiệu năng cao, cho phép bảo vệ đầu tư cho dự án của Khách hàng và tích hợp nhiều chức năng trên cùng một thiết bị. Khi nhu cầu của dự án ban đầu là dùng 3620 làm thiết bị phục vụ truy cập từ xa thì ta chỉ cần đặt hàng cổng modem không đồng bộ trong tùy chọn. Trong trường hợp dự án Khách hàng xây dựng hệ thống tiếp nhận các kết nối Dialup của người dùng từ xa, thiết bị Cisco 3620 có thể phục vụ tối đa 32 người dùng cùng lúc kết nối vào hệ thống. Thực tế cho thấy hệ thống tiếp nhận truy cập này có thể cung cấp cho khoảng xấp xỉ 500 người dùng truy cập từ xa. 154 Ngoài ra, 3620 cũng cho phép ta lắp đặt thêm các module modem kỹ thuật số trong trrường hợp hệ thống kết nối nâng cấp lên E1. Chi tiết về thiết bị được mô tả bởi bảng dưới đây: Các tính năng kỹ thuật Chi tiết Các tính năng chung 24 ÷32 cổng modem analog dựng sẵn; 10/100 Ethernet LAN Cho phép kết nối qua đường T1/E1 WAN qua các cổng modem dựng sẵn; Hỗ trợ các dòng modem analog 56K theo chuẩn V90; Cho phép cập nhật các phần mềm nâng cấp của modem; Hiệu suất cao, đạt 20÷40 (Kpps); Hỗ trợ các kết nối an toàn bảo mật qua VPN, bao gồm các tuỳ chọn như firewall, mã hoá dữ liệu và các giao thức đường hầm. Bộ vi xử lý 80-MHz IDT R4700 RISC DRAM 4 ÷ 64 MB NVRAM 32 KB Flash memory (SIMM) 4 ÷ 32 MB Flash memory (PCMCIA) 2 ÷ 32 MB Boot ROM 512 KB Dimensions (H x W x D) 1.75 x 17.5 x 13.5 inches (4.4 x 44.5 x 34.3 cm) Weight 23 lb (10.45 kg) maximum, including chassis and two network modules Input voltage, AC power supply Current Frequency Input surge current (AC) 100 to 240 VAC, autoranging 1.0A 47 to 63 Hz 50A, one cycle 155 Input rating, DC power supply Operational between Current Input surge current (DC) -48 to -60 VDC -36 to -72 VDC 3.0A 65A, 250mS Power dissipation 60W (maximum) Console and Auxiliary ports RJ-45 connector Operating humidity 5 to 95%, noncondensing Operating temperature 32 to 104\xb0 F (0 to 40\xb0 C) Nonoperating temperature -40 to 185\xb0 F (-40 to 85\xb0 C) Noise level 45 dBA (maximum) Tóm lại, đây là thiết bị thoả mãn mọi yêu cầu đặt ra cho các thiết bị kết nối và truy nhập mạng. • Modem Các modem được cấu hình để tự động trả lời cuộc gọi. Thông thường, cuộc gọi được ấn định sau hai hồi chuông. Trong pha đầu của Dự án, kết nối Dialup được thực hiện qua mạng điện thoại công cộng nên tốc độ ngược dòng hạn chế là 33.6 Kbps. Do đó ta nên đặt cấu hình cho modem chạy với tốc độ 38.400 bps để hiện tượng ngắt kết nối đột ngột. Ta nên ghi cứng chuỗi khởi tạo cho modem để đề phòng trường hợp mất điện hoặc sự cố. Khi Access Server phải khởi động lại, từ chuỗi khởi tạo chung, nó sẽ nhận lại cấu hình đã được ghi cứng cho modem. Giá đặt modem cần phải được thiết kế khoa học, vừa đủ không gian để thoát nhiệt vừa đảm bảo mỹ quan cho phòng mạng. Modem cho dự án – Khách hàng được lựa chọn là Fax modem US Robotic 56K. 156 Internet PSTN Access Server TACACS Server username:password Yes/No Mobile user Router 2621 System Administrator Hình 3-29: Người dùng xa kết nối về tổng hành dinh qua mạng điện thoại công ¾ Tổ chức triển khai Công tác cấu hình hệ thống WAN sẽ được triển khai sau khi hoàn thành lắp đặt hệ thống LAN tại tòa nhà Trung tâm Thông tin. Toàn bộ hệ thống WAN đã được chia thành các phân lớp mạng trong quá trình thiết kế. Do đó, triển khai hệ thống theo từng phân lớp mạng. Để đảm bảo đúng chất lượng và tiến độ thi công, công tác kiểm tra và giám sát sẽ được tiến hành ngay sau khi hoàn thành từng phân đoạn mạng. Việc khiểm tra từng phân hệ cho phép chúng ta bỏ qua giai đoạn triển khai thử nghiệm mà vẫn rút ra được kinh nghiệm cô những phân đoạn tiếp theo. Sau khi công trình hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật, hồ sơ hoàn công của toàn bộ mạng lưới cũng như hồ sơ cấu hình của tất cả thiết bị đã triển khai phải có đầy đủ, và được bài giao cho nhóm quản trị mạng. Kế hoạch triển khai. Lịch triển khai được dự tính ngay trong thiết kế như sau: Chi tiết Ngày 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Cấu hình thiết bị Kiểm tra và hoàn thiện hệ thống Bàn giao kỹ thuật 157 Hình 3-30: Minh hoạ Wan backbone dùng chuẩn G.SHDSL/ADSL đã triển khai tại công ty NetNam 3.4 Tóm tắt chương 3 Phần đầu trình bày các kiến thức cơ bản về WAN, các yêu cầu khi thiết kế WAN, các công nghệ và các thiết bị dùng cho kết nối WAN. Đồng thời đưa ra so sánh và đánh giá các công nghệ này. Phần hai trình bày phương pháp thiết kế WAN bao gồm các mô hình phục vụ cho thiết kế và đi sâu vào mô hình an toàn an ninh, là một vấn đề đặc biệt quan trọng khi thiết kế WAN. Trong phần này chúng tôi cũng đưa ra các bước phân tích và thiết kế WAN. Phần cuối trình bày chi tiết mẫu thiết kế hệ thống WAN đơn giản nhưng khá phổ biến cho các cơ quan và tổ chức chính phủ ở Việt Nam hiện nay, đó là thiết kế WAN cho Trung tâm Thông tin của một Bộ, ngành mà chúng tôi đã triển khai trong thực tế. 158 4 Kết luận. Là một đơn vị nghiên cứu, đồng thời là một ISP, chúng tôi đã trực tiếp thiết kế và triển khai nhiều hệ thống mạng trong nhiều năm qua, chúng tôi cố gắng đưa vào giáo trình những hiểu biết của mình nhằm giúp học viên các kiến thức cơ bản và thực tế khi thiết kế và xây dựng hệ thống mạng LAN, WAN. Do phải viết giáo trình trong thời gian quá ngắn nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót mong các đồng nghiệp chân thành góp ý. 159 5 Tài liệu tham khảo [1] Internetworking Design Basics, Copyright Cisco Press 2003. [2] Internetwork Design Guide, Copyright Cisco Press 2003. [3] Ethernet Networks: Design, Implementation, Operation, Management. Gilbert Held .Copyright 2003 John Wiley & Sons, Ltd. [4] Internetworking Technologies Handbook. Copyright Cisco Press 2003. [5] CCDA Exam Certification Guide. Anthony Bruno, Jacqueline Kim, Copyright Cisco Press 2002. [6] TCP/IP Network Administration. Craig Hunt, O'Reilly & Associates. [7] ISP Network Design. IBM. [8] LAN Design Manual. BICSI. [9] Mạng máy tính. Nguyễn Gia Hiểu. [10] Mạng căn bản. Nhà Xuất bản Thống kê.
File đính kèm:
ThietKe_LAN_WAN.pdf
