TRUNG TÂM KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MẠNG LAN VÀ WAN Hà nội, 01/2004 MỤC LỤC Lời mở đầu 1 1 Chương I - Tổng quan Mạng Máy Tính 3 1.1 Kiến thức cơ bản 3 1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển: 3 1.1.2 Khái niệm cơ bản 3 1.1.3 Phân biệt các loại mạng 4 1.1.4 Mạng toàn cầu Internet: 6 1.1.5 Mô hình OSI (Open Systems Interconnect) 6 1.1.5.1 Các giao thức trong mô hình OSI 7 1.1.5.2 Các chức năng chủ yếu của các tầng của mô hình OSI 8 1.1.5.3 Luồng dữ liệu trong OSI 13 1.1.6 Một số bộ giao thức kết nối mạng 14 1.1.6.1 TCP/IP 14 1.1.6.2 NetBEUI 14 1.1.6.3 IPX/SPX 14 1.1.6.4 DECnet 14 1.2 Bộ giao thức TCP/IP 14 1.2.1 Tổng quan về bộ giao thức TCP/IP 14 1.2.2 Một số giao thức cơ bản trong bộ giao thức TCP/IP 17 1.2.2.1 Giao thức liên mạng IP (Internet Protocol): 17 1.2.2.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 29 1.2.2.3 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) 30 1.3 Giới thiệu một số các dịch vụ cơ bản trên mạng 32 1.3.1 Dịch vụ truy nhập từ xa Telnet 32 1.3.2 Dịch vụ truyền tệp (FTP) 32 1.3.3 Dịch vụ Gopher 33 1.3.4 Dịch vụ WAIS 33 1.3.5 Dịch vụ World Wide Web 33 1.3.6 Dịch vụ thư điện tử (E-Mail) 34 1.4 Tóm tắt chương 1 35 1.5 Bài tập thực hành: 36 1.5.1 Bài tập thực hành 1.1: 36 I 1.5.2 Bài tập thực hành 1.2: 36 1.5.3 Bài tập thực hành 1.3: 37 1.5.4 Bài tập thực hành 1.4: 38 2 Chương II - Mạng LAN và thiết kế mạng LAN 40 2.1 Kiến thức cơ bản về LAN 40 2.1.1 Cấu trúc tôpô của mạng 40 2.1.1.1 Mạng dạng hình sao (Star topology). 40 2.1.1.2 Mạng hình tuyến (Bus Topology). 41 2.1.1.3 Mạng dạng vòng (Ring Topology). 42 2.1.1.4 Mạng dạng kết hợp. 42 2.1.2 Các phương thức truy nhập đường truyền 43 2.1.2.1 Giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 43 2.1.2.2 Giao thức truyền thẻ bài (Token passing) 43 2.1.2.3 Giao thức FDDI. 44 2.1.3 Các loại đường truyền và các chuẩn của chúng 45 2.1.4 Hệ thống cáp mạng dùng cho LAN. 47 2.1.4.1 Cáp xoắn 47 2.1.4.2 Cáp đồng trục 47 2.1.4.3 Cáp sợi quang (Fiber - Optic Cable) 48 2.1.4.4 Hệ thống cáp có cấu trúc theo chuẩn TIA/EIA 568 49 2.1.4.5 Các yêu cầu cho một hệ thống cáp 51 2.1.5 Các thiết bị dùng để kết nối LAN. 52 2.1.5.1 Bộ lặp tín hiệu (Repeater) 52 2.1.5.2 Bộ tập trung (Hub) 53 2.1.5.3 Cầu (Bridge) 54 2.1.5.4 Bộ chuyển mạch (Switch) 58 2.1.5.5 Bộ định tuyến(Router) 58 2.1.5.6 Bộ chuyển mạch có định tuyến (Layer 3 switch) 62 2.1.6 Các hệ điều hành mạng 62 2.2 Công nghệ Ethernet 63 2.2.1 Giới thiệu chung về Ethernet 63 2.2.2 Các đặc tính chung của Ethernet 64 2.2.2.1 Cấu trúc khung tin Ethernet 64 II 2.2.2.2 Cấu trúc địa chỉ Ethernet 65 2.2.2.3 Các loại khung Ethernet 65 2.2.2.4 Hoạt động của Ethernet 66 2.2.3 Các loại mạng Ethernet 69 2.3 Các kỹ thuật chuyển mạch trong LAN 70 2.3.1 Phân đoạn mạng trong LAN 70 2.3.1.1 Mục đích của phân đoạn mạng 70 2.3.1.2 Phân đoạn mạng bằng Repeater 70 2.3.1.3 Phân đoạn mạng bằng cầu nối 72 2.3.1.4 Phân đoạn mạng bằng router 73 2.3.1.5 Phân đoạn mạng bằng bộ chuyển mạch 74 2.3.2 Các chế độ chuyển mạch trong LAN 75 2.3.2.1 Chuyển mạch lưu-và-chuyển ( store- and- forward switching )75 2.3.2.2 Chuyển mạch ngay (cut-through switching) 75 2.3.3 Mạng LAN ảo (VLAN) 76 2.3.3.1 Tạo mạng LAN ảo với một bộ chuyển mạch 76 2.3.3.2 Tạo mạng LAN ảo với nhiều bộ chuyển mạch 77 2.3.3.3 Cách xây dựng mạng LAN ảo 77 2.3.3.4 Ưu điểm và nhược điểm của mạng LAN ảo 78 2.4 Thiết kế mạng LAN 79 2.4.1 Mô hình cơ bản. 79 2.4.1.1 Mô hình phân cấp (Hierarchical models) 79 2.4.1.2 Mô hình an ninh-an toàn(Secure models) 80 2.4.2 Các yêu cầu thiết kế 80 2.4.3 Các bước thiết kế 81 2.5 Một số mạng LAN mẫu 82 2.5.1 Xây dựng mạng LAN quy mô một toà nhà 82 2.5.1.1 Hệ thống mạng bao gồm: 82 2.5.1.2 Phân tích yêu cầu: 83 2.5.1.3 Thiết kế hệ thống 85 2.5.2 Xây dựng hệ thống tường lửa kết nối mạng với Internet 89 2.6 Tóm tắt chương 2 90 2.7 Bài tập thực hành 91 2.7.1 Bài tập thực hành 2.1: 91 III 2.7.2 Bài tập thực hành 2.2: 93 2.7.3 Bài tập thực hành 2.3. 94 2.7.4 Bài tập thực hành 2.4. 95 2.7.5 Bài tập thực hành 2.5. 96 3 Chương III – Mạng WAN và thiết kế mạng WAN 99 3.1 Các kiến thức cơ bản về WAN 99 3.1.1 Khái niệm về WAN 99 3.1.1.1 Mạng WAN là gì ? 99 3.1.1.2 Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN. 100 3.1.1.3 Những điểm cần chú ý khi thiết kế WAN 101 3.1.2 Một số công nghệ kết nối cơ bản dùng cho WAN 102 3.1.2.1 Mạng chuyển mạch (Circuit Swiching Network) 102 3.1.2.2 Mạng chuyển gói (Packet Switching Network) 118 3.1.2.3 Kết nối WAN dùng VPN 128 3.1.3 Giao thức kết nối WAN cơ bản trong mạng TCP/IP. 129 3.1.3.1 Giao thức PPP 129 3.1.4 Các thiết bị dùng cho kết nối WAN 131 3.1.4.1 Router (Bộ định tuyến) 131 3.1.4.2 Chuyển mạch WAN 131 3.1.4.3 Access Server 132 3.1.4.4 Modem 133 3.1.4.5 CSU/DSU 136 3.1.4.6 ISDN terminal Adaptor 136 3.1.5 Đánh giá và so sánh một số công nghệ dùng cho kết nối WAN 137 3.2 Thiết kế mạng WAN. 138 3.2.1 Các mô hình WAN 138 3.2.1.1 Mô hình phân cấp 138 3.2.1.2 Các mô hình tôpô 140 3.2.2 Các mô hình an ninh mạng. 140 3.2.2.1 An ninh-an toàn mạng là gì ? 140 3.2.2.2 Xây dựng mô hình an ninh-an toàn khi kết nối WAN 143 3.2.2.3 Một số công cụ triển khai mô hình an toàn-an ninh 144 3.2.2.4 Bảo mật thông tin trên mạng 149 3.3 Phân tích một số mạng WAN mẫu 153 IV 3.4 Tóm tắt chương 3 170 3.5 Bài tập thực hành: 170 3.5.1 Bài tập thực hành 3.1: 170 3.5.2 Bài tập thực hành 3.2: 173 3.5.3 Bài tập thực hành 3.3: 175 4 Kết luận. 176 5 Tài liệu tham khảo 177 V Lời mở đầu Ngày nay hạ tầng mạng máy tính(HTMMT) là phần không thể thiếu trong các hệ thống thông tin phục vụ vận hành các tổ chức hay các công ty. Để phục vụ cho việc huấn luyện các kiến thức cơ bản về HTMMT cho các cán bộ xây dựng và quản lý các dự án công nghệ thông tin(CNTT), các cán bộ phụ trách CNTT và các chuyên viên tin học trong khuôn khổ đề án 112. chúng tôi tổ chức thực hiện việc biên soạn tài liệu về “Thiết kế và xây dựng các mạng LAN và WAN”. Tài liệu được biên soạn đảm bảo các yêu cầu: • Giúp học viên hiểu được các kiến thức cơ bản về mạng, đặc biệt về mạng chạy trên bộ giao thức TCP/IP. Trình bày cơ bản về các kiểu truyền thông và các phương pháp điều khiển truy cập trong LAN và WAN. • Sau khi kết thúc khóa học, học viên có thể tham gia thiết kế, quản lý thiết kế và xây dựng các mạng LAN và WAN phục vụ cho mục tiêu của đề án 112. Tài liệu này cũng là phần kiến thức cơ bản giúp học viên học tiếp các giáo trình về quản trị mạng LAN và WAN. Trong khuôn khổ hợp đồng của Viện Công nghệ thông tin - Viện khoa học và công nghệ Việt nam với ban điều hành đề án tin học hoá quản lý hành chính nhà nước giai đoạn 2001-2005(BĐH đề án 112). Tài liệu này được nhóm chuyên gia về mạng máy tính Phòng hệ thống mạng và hạ tầng CNTT và công ty NetNam - Viện công nghệ thông tin - Vi ện khoa học và công nghệ Việt nam tổ chức biên soạn. Phần phản biện do các chuyên gia về mạng máy tính Viện công nghệ thông tin Đại học quốc gia thực hiện. Quá trình biên soạn được tiến hành theo hai bước: • Bước 1: biên soạn đề cương chi tiết, thực hiện phản biện góp ý, phê duyệt của BĐH đề án 112. • Bước 2: thực hiện biên soạn theo đề cương chi tiết đã được duyệ t. Để biên soạn tài liệu này các tác giả đã tham khảo các tài liệu của các công ty lớn về mạng như CISCO, Nortel, các tài liệu giảng dạy về thiết kế LAN và WAN của các trung tâm đào tạo lớn trên thế giới và trong nước. Để tài liệu đơn giản, dễ hiểu, vừa đủ, hướng thực hành, cập nhật, và phù hợp với điều kiện Việt nam, chúng tôi đã chắt lọc và bổ sung những y ếu tố về công nghệ và kỹ thuật đã, đang và sẽ triển khai trong tương lai gần ở Việt nam. Tài liệu được bố cục làm ba chương: 1 Chương I - Tổng quan Mạng Máy Tính, trong chương này trình bầy các kiến thức cơ bản về mạng, đi sâu về mạng chạy trên bộ giao thức TCP/IP, mô hình OSI. Đặc biệt đi sâu vào phần thiết kế IP, định tuyến, và các dịch vụ phổ biến trên mạng TCP/IP. Chương II - Mạng LAN và thiết kế mạng LAN, trình bầy các kiến thức cơ bản về LAN, các phương pháp điều khiển truy nhập trong LAN, các công nghệ và các chuẩn cáp, các phương pháp đi cáp. Đặc biệt trình bày kỹ về công nghệ Ethernet, là công nghệ được dùng phổ cập tại Việt nam, và công nghê này còn được tiếp tục phát triển mạnh trong tương lai. Chương này cũng đề cập chi tiết đến vấn đề thiết kế và xây dựng LAN với các qui mô khác nhau. Chương III – Mạng WAN và thiết kế mạng WAN, trình bầy các kiến thức cơ bản về WAN, các tác giả đề cập chi tiết các công nghệ kết nối cơ bản trong WAN, đi sâu vào công nghệ WAN băng thông rộng (xDSL), đưa ra đánh giá về các giải pháp kết nối WAN và các công nghệ kết nối WAN cập nhật nhất. Trong chương này chúng tôi cũng trình bầy khá chi tiết về yêu cầu an ninh-an toàn, là một vấn đề không thể thiếu khi thiết kế và xây dựng WAN. Ở cuối mỗi ch ương đều có phần tóm tắt và bài tập hướng dẫn thực hành để giúp giáo viên và học viên luyện lại phần kiến thức đã học của từng chương. Tài liệu này không thể bao quát được tất cả các các vấn đề liên quan đến LAN và WAN. Học viên nên tham khảo thêm các giáo trình khác của đề án 112 như: • Giáo trình về hệ điều hành Windows 2000-NT, • Giáo trình về hệ điều hành Linux-Unix, • Giáo trình quản trị mạng. Cu ối cùng chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến thiết thực của các đồng nghiệp trong Viện CNTT, các góp ý từ các phản biện và BĐH đề án 112 giúp chúng tôi hoàn thành tài liệu này. 2 1 Chương I - Tổng quan Mạng Máy Tính 1.1 Kiến thức cơ bản 1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển: Vào giữa những năm 50, những hệ thống máy tính đầu tiên ra đời sử dụng các bóng đèn điện tử nên kích thước rất cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc nhập dữ liệu vào máy tính được thực hiện thông qua các bìa đục lỗ và kết quả được đưa ra máy in, điều này làm mất rất nhiều thời gian và bất tiện cho người sử dụng. Đến giữa nhữ ng năm 60, cùng với sự phát triển của các ứng dụng trên máy tính và nhu cầu trao đổi thông tin với nhau, một số nhà sản xuất máy tính đã nghiên cứa chế tạo thành công các thiết bị truy cập từ xa tới các máy tính của họ, và đây chính là những dạng sơ khai của hệ thống mạng máy tính. Đến đầu những năm 70, hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM ra đời cho phép mở rộng khả n ăng tính toán của các trung tâm máy tính đến các vùng ở xa. Đến giữa những năm 70, IBM đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối được thiết kế chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng, thương mại. Thông qua dây cáp mạng các thiết bị đầu cuối có thể truy cập cùng một lúc đến một máy tính dùng chung. Đến năm 1977, công ty Datapoint Corporation đã tung ra thị trường hệ điều hành mạng của mình là “Attache Resource Computer Network” (Arcnet) cho phép liên kết các máy tính và các thiế t bị đầu cuối lại bằng dây cáp mạng, và đó chính là hệ điều hành mạng đầu tiên. 1.1.2 Khái niệm cơ bản Nói một cách cơ bản, mạng máy tính là hai hay nhiều máy tính được kết nối với nhau theo một cách nào đó sao cho chúng có thể trao đổi thông tin qua lại với nhau. Hình 1-1: Mô hình mạng cơ bản Mạng máy tính ra đời xuất phát từ nhu cầu muốn chia sẻ và dùng chung dữ liệu. Không có hệ thống mạng thì dữ liệu trên các máy tính độc lập muốn chia sẻ với nhau phải thông qua việc in ấn hay sao chép qua đĩa mềm, CD ROM, … điều này 3 gây rất nhiều bất tiện cho người dùng. Các máy tính được kết nối thành mạng cho phép các khả năng: • Sử dụng chung các công cụ tiện ích • Chia sẻ kho dữ liệu dùng chung • Tăng độ tin cậy của hệ thống • Trao đổi thông điệp, hình ảnh, • Dùng chung các thiết bị ngoại vi (máy in, máy vẽ, Fax, modem …) • Giảm thiểu chi phí và thời gian đi lại. 1.1.3 Phân biệt các loại mạng ¾ Phương thức kết nối mạng được sử dụng chủ yếu trong liên kết mạng: có hai phương thức chủ yếu, đó là điểm - điểm và điểm - nhiều điểm. − Với phương thức "điểm - điểm", các đường truyền riêng biệt được thiết lâp để nối các cặp máy tính lại với nhau. Mỗi máy tính có thể truyền và nhận trực tiếp dữ liệu hoặc có thể làm trung gian như lưu trữ những dữ liệu mà nó nhận được rồi sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho một máy khác để dữ liệu đó đạt tới đích. − Với phương thức "điểm - nhiều điểm", tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền vật lý. Dữ liệu được g ửi đi từ một máy tính sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các máy tính còn lại, bởi vậy cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để mỗi máy tính căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không nếu đúng thì nhận còn nếu không thì bỏ qua. ¾ Phân loại mạng máy tính theo vùng địa lý: − GAN (Global Area Network) kết nối máy tính từ các châu lục khác nhau. Thông thường kết nố i này được thực hiện thông qua mạng viễn thông và vệ tinh. − WAN (Wide Area Network) - Mạng diện rộng, kết nối máy tính trong nội bộ các quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng một châu lục. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông. Các WAN có thể được kết nối với nhau thành GAN hay tự nó đã là GAN. − MAN (Metropolitan Area Network) kết nối các máy tính trong phạm vi một thành phố. Kết nối này được thực hiện thông qua các môi trường truy ền thông tốc độ cao (50-100 Mbit/s). 4 [...]... mạng có thể hoạt động vừa như một Client vừa như một Server − Mạng kết hợp: Các mạng máy tính thường được thiết lập theo cả hai chức năng Client-Server và Peer-to-Peer Phân biệt mạng LAN- WAN 5 − Địa phương hoạt động o Mạng LAN sử dụng trong một khu vực địa lý nhỏ o Mạng WAN cho phép kết nối các máy tính ở các khu vực địa lý khác nhau, trên một phạm vi rộng − Tốc độ kết nối và tỉ lệ lỗi bit o Mạng LAN. .. Tầng mạng cung các các phương tiện để truyền các gói tin qua mạng, thậm chí qua một mạng của mạng (network of network) Bởi vậy nó cần phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạng khác nhau hai chức năng chủ yếu của tầng mạng là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying) Tầng mạng là quan trọng nhất khi liên kết hai loại mạng khác nhau như mạng Ethernet với mạng Token... liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai tầng đồng mức cần thiết lập một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết náy, việc có liên kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu − Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết logic và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó Như vậy với giao thức có liên kết, quá trình. ..− LAN (Local Area Network) - Mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp thông thường khoảng vài trǎm mét Kết nối được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao ví dụ cáp đồng trục thay cáp quang LAN thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan/tổ chức Các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN Phân loại mạng máy tính theo tôpô − Mạng dạng hình... liên kết mạng (Network Access Layer) − Tầng Internet (Internet Layer) − Tầng giao vận (Host-to-Host Transport Layer) − Tầng ứng dụng (Application Layer) 14 Hình 1-5: Kiến trúc TCP/IP Tầng liên kết: Tầng liên kết (còn được gọi là tầng liên kết dữ liệu hay là tầng giao tiếp mạng) là tầng thấp nhất trong mô hình TCP/IP, bao gồm các thiết bị giao tiếp mạng và chương trình cung cấp các thông tin cần thiết. .. 22 = 64 + 16 + 8 + 4 = 92 Địa chỉ mạng con: Đối với các địa chỉ lớp A, B số trạm trong một mạng là quá lớn và trong thực tế thường không có một số lượng trạm lớn như vậy kết nối vào một mạng đơn lẻ Địa chỉ mạng con cho phép chia một mạng lớn thành các mạng con nhỏ hơn Người quản trị mạng có thể dùng một số bit đầu tiên của trường hostid trong địa chỉ IP để đặt địa chỉ mạng con Chẳng hạn đối với một địa... một mạng tùy thuộc vào cờ của đầu vào này 24 − Địa chỉ IP của router kế tiếp: là địa chỉ của router được nối trực tiếp với mạng và ta có thể gửi datagram tới đó để cho router kế tiếp phân phát Router kế tiếp không phải là đích nhưng nó có thể nhận lấy datagram được gửi tới và chuyển tiếp datagram này tới đích cuối cùng − Cờ: xác định địa chỉ IP của router kế tiếp là một địa chỉ một trạm hay là một mạng, ... của mạng cần dùng cho việc chọn đường chỉ cần cập nhập và được cất giữ tại trung tâm điều khiển mạng − Phương thức chọn đường xử lý tại chỗ được đặc trưng bởi việc chọn đường được thực hiện tại mỗi nút của mạng Trong từng thời điểm, mỗi nút phải duy trì các thông tin của mạng và tự xây dựng bảng chọn đường cho mình Như vậy các thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường cần cập nhập và. .. nối vào bus qua một đầu nối chữ T (T_connector) hoặc một bộ thu phát (transceiver) − Mạng dạng vòng (Ring Topology): Các máy tính được liên kết với nhau thành một vòng tròn theo phương thức "điểm - điểm", qua đó mỗi một trạm có thể nhận và truyền dữ liệu theo vòng một chiều và dữ liệu được truyền theo từng gói một − Mạng dạng kết hợp: trong thực tế tuỳ theo yêu cầu và mục đích cụ thể ta có thể thiết kế. .. trúc nhị phân (xâu bit) để xây dựng các phần tử của giao thức (đơn vị dữ liệu, các thủ tục.) và khi nhận, dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit một Tầng Mạng (Network) 9 Tầng mạng (network layer) nhắm đến việc kết nối các mạng với nhau bằng cách tìm đường (routing) cho các gói tin từ một mạng này đến một mạng khác Nó xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói này có thể . vấn đề thiết kế và xây dựng LAN với các qui mô khác nhau. Chương III – Mạng WAN và thiết kế mạng WAN, trình bầy các kiến thức cơ bản về WAN, các tác giả đề cập chi tiết các công nghệ kết nối. Chương III – Mạng WAN và thiết kế mạng WAN 99 3.1 Các kiến thức cơ bản về WAN 99 3.1.1 Khái niệm về WAN 99 3.1.1.1 Mạng WAN là gì ? 99 3.1.1.2 Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN. 100 3.1.1.3. Trình bày cơ bản về các kiểu truyền thông và các phương pháp điều khiển truy cập trong LAN và WAN. • Sau khi kết thúc khóa học, học viên có thể tham gia thiết kế, quản lý thiết kế và xây dựng