Xây dựng chương trình điều khiển tự động chuyển mạch thông minh (smart switch) nâng cao chất lượng mạng trong trường đại học mỏ địa chất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.63 MB, 136 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN HỒNG TRƯỜNG
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG CHUYỂN MẠCH THÔNG MINH
(SMART SWITCH)
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG
TRONG TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
.
HÀ NỘI - 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN HỒNG TRƯỜNG
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG CHUYỂN MẠCH THÔNG MINH
(SMART SWITCH)
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG
TRONG TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Chuyên ngành: Tự động hóa
Mã số: 60.52.60
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS Nguyễn Chí Tình
HÀ NỘI - 2010
-1-
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Mục lục
1
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
4
Danh mục các bảng
5
Danh mục các hình vẽ
6
Mở đầu
8
Chương 1: Tổng quan về SWITCH
1.1 Tổng quan về mạng máy tính
12
12
1.1.1 Khái niệm mạng máy tính
12
1.1.2 Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính
12
1.1.3 Phân loại mạng máy tính
14
1.1.4 Các mạng máy tính thơng dụng
15
1.2 Mạng cục bộ, kiến trúc mạng cục bộ
15
1.2.1 Mạng cục bộ
15
1.2.2 Kiến trúc mạng cục bộ
16
1.3 Mơ hình tham chiếu OSI
18
1.3.1 Ngun tắc sử dụng khi định nghĩa các tầng hệ thống mở
21
1.3.2 Các giao thức trong mơ hình OSI
21
1.4 Các thiết bị mạng thông dụng
22
1.4.1 Các loại cáp truyền
22
1.4.2Các thiết bị ghép nối
25
1.5 Smart switch
31
1.5.1 Tổng quan về Smart switch
31
1.5.2 Những đặc điểm smart switch
31
1.5.3 Một số hãng sản xuất smart switch thông dụng
32
Chương 2: Các hệ lệnh trong SWITCH CISCO
2.1 Giới thiệu về switch CISCO
33
33
2.1.1 Giới thiệu chung
33
2.1.2 Các dòng sản phẩm switch của cisco
34
-2-
2.2 Hệ điều hành mạng Cisco IOS
38
2.2.1 Mục đích của hệ điều hành Cisco IOS
38
2.2.2 Hoạt động của phần mềm Cisco IOS
38
2.3 VLAN, VLAN Trunk
40
2.3.1 VLAN (Virtual LAN - Mạng LAN ảo)
40
2.3.2 VLAN Trunk
41
2.3.3 Nhận dạng các frame VLAN
43
2.3.4 Giao thức trunk động (Dynamic Trunking Protocol - DTP)
46
2.4 VLAN Trunking Protocol
46
2.4.1 Miền VTP
47
2.4.2 Các chế độ (mode) VTP
47
2.4.3 Quảng bá VTP
48
2.4.4 Sự lượt bớt (pruning) VTP
51
2.5 Giao thức STP (Spanning Tree Protocol)
54
2.5.1 Tổng quan về IEEE 802.1D
54
2.5.2 Khái niệm Spanning Tree
55
2.5.3 Hai khái niệm cơ bản của STP
59
2.5.4 Các kiểu STP
60
2.5.5 Các trạng thái của STP
62
2.6 Các hệ lệnh trong switch Cisco
63
Chương 3: Các chỉ tiêu chất lượng mạng
64
3.1 Sơ lược các chuẩn mạng máy tính
67
3.1.1 Chuẩn IEEE
67
3.1.2 Ethernet
68
3.1.3 Wi-Fi
69
3.2 Xây dựng chỉ tiêu chất lượng một thệ thống mạng
Chương 4: Thực trạng hệ thống mạng Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
73
74
4.1 Từ năm 2005 trở về trước
74
4.2 Từ năm 2006 tới nay
74
4.3 Đánh giá mơ hình mạng của trường Đại học Mỏ- Địa Chất
78
-3-
Chương 5: Ứng dụng chuyển mạch thông minh (Smart Switch)
nâng cao chất lượng mạng
81
5.1 Các mơ hình mạng Campus
81
5.1.1 Mơ hình mạng chia sẻ
82
5.1.2 Mơ hình phân đoạn LAN
82
5.1.3 Mơ hình mạng dự đốn trước
83
5.2 Mơ hình mạng 3 lớp của Cisco
86
5.2.1 Những yêu cầu trong thiết kế mạng Campus
86
5.2.2 Mơ hình phân tầng cho mạng Campus
87
5.3 Mơ hình Modular trong thiết kế mạng Cumpus
90
5.3.1 Khối Switch
91
5.3.2 Khối Core
95
5.3.3 Các khối building khác
99
5.4 Ứng dụng cho Trường Đại học Mỏ - Địa chất
102
5.4.1 Chọn mơ hình ba lớp của Cisco
102
5.4.2 Thiết kế các khối building cho hệ thống mạng
104
5.4.3 Chọn chuyển mạch của Cisco
104
Chương 6: Cấu hình, lắp đặt và thử nghiệm
108
6.1 Cấu hình điều khiển
108
6.2 Lắp đặt thiết bị
113
6.3 Thử nghiệm
118
Kết luận và kiến nghị
121
Danh mục cơng trình của tác giả
123
Tài liệu tham khảo
124
Phụ lục
125
-4-
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ASIC
Application Specific Integrated Circuit - Vi mạch tích hợp chuyên dụng
ATM
Asynchronous Transfer Mode - Chế độ truyền không đồng bộ
BPDU
Bridge Protocol Data Unit - Giao thức dữ liệu
CFI
Canonical Format Indicator - Bộ chỉ thị khn dạng chính tắc
CSP
Common Spanning Tree - Giải thuật cây nhiều nhánh
CRC
Cyclic Redundancy Check - Mã kiểm soát nỗi
DTP
Dynamic Trunking Protocol - Giao thức Trunk động
ERP
Enterprise Resource Planning - Hoạch định tài nguyên doanh nghiệp
FCS
Frame Check Sequence - Kiểm tra khung
ISDN
Integrated Services Digital Network - Mạng dịch vụ số tích hợp
ISL
Inter-Switch Link - Giao thức` đóng gói giữa các switch Cisco
ISP
Internet Service Provider - Nhà cung cấp dịch vụ internet
MAC
Media Access Control – Điều khiển truy nhập môi trường
MST
Multiple Spanning Tree
MTU
Maximum Transmission Unit - Độ dài tối đa của một gói tin
PoE
Power over Ethernet – Cấp nguồn qua Ethernet
PSTN
Public Switch Telephone Network – Mạng điện thoại công cộng
PVSP+ Per-VLAN Spanning Tree Plus
SAID
Security Association Identifier
SA
Source Addresses – Địa chỉ nguồn
STP
Spanning Tree Protocol
TPID
Tag Protocol IDentifier
TTL
Time-to-Live - Thời gian duy trì
VLAN Virtual Local Area Network - Mạng LAN ảo
VMPS
VLAN Membership Policy Server
VPN
Virtual Private Network - Mạng riêng ảo
VTP
VLAN Trunking Protocol - Giao thức nối các VLAN
WAN
Wide Area Network – Mạng diện rộng
-5-
DANH MUC CÁC BẢNG
Bảng
Tên bảng
Trang
2.1
Danh sách giá trị chi phí mới
60
2.2
Các trạng thái của STP
63
4.1
Thống kê chi tiết thông số hệ thống mạng của trường
80
5.1
Danh sách các kiểu lưu lượng mạng
86
6.1
Các bước kết nối web
111
-6-
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình
Tên hình vẽ
Trang
1.1
Một số topo kiểu điểm – điểm
16
1.2
Một số topo mạng kiểu quảng bá.
16
1.3
Mơ hình 7 tầng OSI
19
1.4
Phương thức xác lập gói tin.
22
1.5
Cáp đồng trục
23
1.6
Truyền tín hiệu bằng cáp quang
24
1.7
Mơ hình liên kết mạng của Repeater.
25
1.8
LAN Switch nối hai Segment mạng
28
2.1
Kiến trúc của switch Cisco
34
2.2
Các dòng Catalyst Switch của Cisco
34
2.3
Các chế độ của Router.
39
2.4
Các bước trong quá trình khởi động router
39
2.5
Biểu diễn một VLAN
41
2.6
Kết nối hai switch với liên kết vật lý
42
2.7
Sử dụng Trunk thay cho nhiều VLAN
42
2.8
Hoạt động chuyển frame giữa các trạm trong cùng VLAN
43
2.9
Nhận dạng frame ISL
45
2.10
Biểu diễn format của thông báo tổng kết VTP
49
2.11
Biểu diễn format của thông báo tập con
50
2.12
Format của thông báo client.
51
2.13
Flooding trong mạng catalyst Switch
52
2.14
Biểu diễn mạng từ hình 2.8 với VTP pruning
53
2.15
Briding Loop trong mạng
55
2.16
Broadcast tạo ra vòng lặp phản hồi
56
-7-
2.17
Format của một DIXv2 Ethernet
57
2.18
Unicastframe có thể gây Bridging loop và sai lệch bảng Bridge
58
2.19
Hai trường của BID
59
3.1
Mối quan hệ giữa các tiêu chuẩn IEEE 802 và mơ hình OSI
72
4.1
Mơ hình hệ thống mạng trường Đại học Mỏ - Địa chất
75
4.2
Hệ thống cáp mạng tại nhà C 12 tầng
77
5.1
Phân đoạn mạng bằng Switch
84
5.2
Mơ hình mạng 3 lớp
87
5.3
Các khối Modular trong mạng Campus
91
5.4
Khối Core switch
94
5.5
Khối Collapsed
96
5.6
Khối Dual Core
97
5.7
Mơ hình mạng trường Đại học Mỏ - Địa chất
103
6.1
Kết nối Consonle tới Switch
109
6.2
Kết nối Hyper Terminal
110
6.3
Thiết lập các thông số kết nối
110
6.4
Biểu diễn VTP cấu hình trên switch lớp Core
113
6.5
Hiển thị thơng tin VLAN trên Switch
114
6.6
Các VLAN đã được gán IP
114
6.7
Cấu hình mode access cho các cổng
115
6.8
Chặn ACL của từng VLAN
116
6.9
Thông số các cổng hoạt động
116
6.10
Toàn bộ hệ thống mạng của trường Đại học Mỏ- Địa Chất
117
6.11
Kiểm tra kết nối lớp Core và lớp Distribution
118
6.12
Kiểm tra thông mạng cùng VLAN
118
6.13
Kiểm tra thông mạng khác VLAN
119
-8-
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời đại cơng nghệ thơng tin, mạng máy tính đóng một vai trò
quan trọng trong đời sống xã hội, và đặc biệt đối với các cơ quan doanh
nghiệp, khi mạng máy tính phát triển nó khơng cịn giới hạn về khoảng cách
địa lý nhưng vấn đề giới hạn về kỹ thuật chuyển mạch khi có hàng triệu máy
tính của các tổ chức, cá nhân cùng tham gia vào mạng toàn cầu (Internet).
Vấn đề băng thông, kỹ thuật ghép nối và vấn đề bảo mật địi hỏi ngày càng
cấp thiết, nhiều cơng ty trên thế giới đã nghiên cứu ra các loại hub, switch
(chuyển mạch) … có tốc độ cao đáp ứng được yêu cầu đặt ra của một số tổ
chức và công ty trên thế giới. Tuy nhiên khi xã hội phát triển nhu cầu sử dụng
mạng máy tính của các cơ quan doanh nghiệp ngày càng cao, một số switch
thông thường khơng đáp ứng được u cầu về tốc độ, tính ổn định, bảo mật,
quản lý tối ưu hệ thống.
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội là một trường đại học lớn của cả
nước về lĩnh vực đào tạo các chuyên ngành khoa học trái đất như: ngành Mỏ,
Địa chất, Trắc địa, Dầu khí….Những năm gần đây Nhà trường mở thêm rất
nhiều ngành nghề như: Kinh tế, Công nghệ thơng tin, Xây dựng, Kỹ thuật
Mơi trường. Nhà trường có gần một nghìn cán bộ, giảng viên và hàng chục
ngàn sinh viên các hệ. Việc truy cập mạng internet để trao đổi và tìm kiếm
thơng tin là nhu cầu khơng thể thiếu được trong công tác quản lý, giảng dạy
và nghiên cứu khoa học của cán bộ và sinh viên. Đặc biệt trong năm học 2009
– 2010 Nhà trường đã ứng dụng phần mềm quản lý đào tạo tín chỉ trong việc
quản lý đào tạo, trong những năm tới Nhà trường nghiên cứu xây dựng thư
viện điện tử phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học. Trước nhu cầu
rất lớn đó địi hỏi phải có một hệ thống mạng ổn định và đủ mạnh để đáp ứng
được mục tiêu chính trị, đào tạo và nghiên cứu khoa học của Nhà trường.
-9-
Để xây dựng một hệ thống mạng đáp ứng được các u cầu trên địi hỏi
nguồn kinh phí rất lớn và phải hoàn thiện bổ sung nhiều vấn đề khác như: hệ
thống điện dự phòng, máy chủ dự phòng, nâng cao trình độ tin học cho cán bộ
trong tồn trường, đội ngũ quản trị hệ thống giàu kinh nghiệm, có trình độ và
chun mơn vững về mạng. Việc ứng dụng Smart Switch nhằm đơn giản hóa
q trình sử dụng và quản trị hệ thống, đảm bảo tính ổn định, phân vùng
nhằm bảo mật và xử lý các sự cố dễ dàng, giới hạn băng thơng cho một số
phịng ban quan trọng để đảm bảo tính thơng suốt của hệ thống. Do vậy việc
“Xây dựng chương trình điều khiển tự động chuyển mạch thông minh
(Smart Switch) nâng cao chất lượng mạng trong trường Đại học Mỏ - Địa
chất” là một đề tài mang tính cấp thiết.
2. Mục tiêu của đề tài
Ứng dụng chuyển mạch thông minh để nâng cao chất lượng mạng
trong trường Đại học Mỏ - Địa chất:
3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống mạng của Trường Đại học Mỏ - Địa chất .
- Chuyển mạch thông minh của hãng Cisco.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- `Nghiên cứu tổng quan về Switch, smart switch
- Các hệ lệnh trong smart switch của hãng CISCO
- Các chỉ tiêu chất lượng mạng.
- Thực trạng hệ thống mạng trường đại học Mỏ - Địa chất.
- Ứng dụng chuyển mạch thông minh nâng cao chất lượng mạng trong
Trường Đại học Mỏ - Địa chất.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các vấn đề nêu trên, tác giả sử dụng các phương pháp
nghiên cứu sau:
-10-
- Phương pháp tiếp cận hệ thống, phân tích tổng hợp và thu thập các tài
liệu từ thực tế và các nguồn trên mạng internet để phân tích và thiết kế.
- Phương pháp thiết kế hệ thống từ các hướng phân tích, lựa chọn và
thiết kế mơ hình mạng, chọn thiết bị phù hợp cho mơ hình.
- Phương pháp xây dựng chương trình điều khiển nhằm nâng cao chất
lượng mạng.
- Phương pháp thử nghiệm: Xây dựng một hệ thống mạng hồn chỉnh
và ổn định, có tính linh hoạt, có độ bảo mật cao.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học
cho việc xây dựng hệ thống mạng chất lượng cao phục vụ công tác đào tạo và
nghiên cứu khoa học.
- Ý nghĩa thực tiễn: Ngày nay hệ thống mạng trong các trường đại học
rất được coi trọng, kết quả nghiên cứu của đề tài là xây dựng một hệ thống
mạng ổn định phục vụ cho cơng tác chính trị, cơng tác đào tạo và nghiên cứu
khoa học của Trường Đại học Mỏ - Địa chất.
7. Bố cục của luận văn
Luận văn được chia làm 6 chương không kể phần mở đầu và kết luận.
Phần mở đầu tác giả trình bày vắn tắt mục đích, cơ sở nghiên cứu và bố cục
của luận văn.
Chương 1 nêu tổng quan về mạng máy tính, mạng LAN, mơ hình hệ
thống mở OSI, các thiết bị mạng, từ đó cho thấy switch, smart switch làm
việc ở tầng nào trong mơ hình OSI để lựa chọn thiết bị cho phù hợp. Căn cứ
vào các đặc điểm của các hãng sản xuất và nhu cầu thực tế của trường Đại
học Mỏ - Địa chất, tác giả chọn Smart switch của hãng Cisco.
Chương 2 nêu tổng quan các thiết bị chuyển mạch của Cisco và liệt kê
toàn bộ các hệ lệnh cơ bản trong smart switch.
-11-
Chương 3 trình bày các chuẩn quốc tế về các mạng, từ đó cho phép xây
dựng các chuẩn riêng dựa trên yêu cầu thực tế đề ra.
Chương 4 đánh giá thực trạng hệ thống mạng của Nhà trường từ trước
đến nay để có cái nhìn tổng quan và đề ra các yêu cầu nhằm xây dựng một hệ
thống mới nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng mạng.
Chương 5 phân tích các mơ hình mạng của Cisco và các u cầu thiết
kế mạng Campus, thiết kế mơ hình mạng của Nhà trường, lựa chọn các thiết
bị chuyển mạch trong hệ thống sao cho phù hợp với yêu cầu hiện tại nhưng có
thể mở rộng trong tương lai.
Chương 6 lắp đặt và thử nghiệm.
Kết luận và kiến nghị:
Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt
tình của các thày cơ và các bạn đồng nghiệp trong Bộ mơn Tự động hóa Xí
nghiệp Mỏ và Dầu khí, Trung tâm Mạng và Máy tính, Khoa Cơng nghệ
Thơng tin, Thư viện`Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Đặc biệt là thày TS
Nguyễn Chí Tình đã trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành luận văn này. Vì thời
gian và trình độ có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi những thiếu xót, rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thày cơ, các bạn đồng nghiệp
để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cám ơn!
-12-
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SWITCH
1.1. Tổng quan về mạng máy tính
1.1.1. Khái niệm mạng máy tính
Người ta định nghĩa một cách ngắn gọn thì mạng máy tính là tập hợp
các máy tính độc lập được kết nối với nhau thơng qua các đường truyền vật lý
và tuân theo các quy ước truyền thơng nào đó.
Khái niệm máy tính độc lập được hiểu là các máy tính khơng có máy
nào có khả năng khởi động hoặc đình chỉ một máy khác.
Các đường truyền vật lý là các mơi trường truyền tín hiệu vật lý (có thể
là hữu tuyến hoặc vơ tuyến).
Các quy ước truyền thơng chính là cơ sở để các máy tính có thể "nói
chuyện” được với nhau và là một yếu tố quan trọng hàng đầu khi nói về cơng
nghệ mạng máy tính.
1.1.2. Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính
1.1.2.1. Đường truyền
Là phương tiện dùng để truyền các tín hiệu điện tử giữa các máy tính.
Các tín hiệu điệu tử đó chính là các thơng tin, dữ liệu được biểu thị dưới dạng
các xung nhị phân (ON_OFF), mọi tín hiệu truyền giữa các máy tính với nhau
đều thuộc sóng điện từ, tuỳ theo tần số mà ta có thể dùng các đường truyền
vật lý khác nhau.
Đặc trưng cơ bản của đường truyền là băng thơng, nó biểu thị khả năng
truyền tải tín hiệu của đường truyền.
Thơng thường người ta hay phân loại đường truyền theo hai loại:
- Đường truyền hữu tuyến: các máy tính được nối với nhau bằng các
dây dẫn tín hiệu (cáp đồng trục, cáp đơi xoắn, cáp sợi quang).
- Đường truyền vô tuyến: các máy tính truyền tín hiệu với nhau thơng
-13-
qua các sóng vơ tuyến với các thiết bị điều chế/giải điều chế ớ các đầu mút
(sóng radio, tia hồng ngoại, sóng cực ngắn).
1.1.2.2. Kỹ thuật chuyển mạch
Là đặc trưng kỹ thuật chuyển tín hiệu giữa các nút trong mạng, các nút
mạng có chức năng hướng thơng tin tới đích nào đó trong mạng, hiện tại có
các kỹ thuật chuyển mạch như sau:
- Kỹ thuật chuyển mạch kênh: Khi có hai thực thể cần truyền thơng với
nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho tới
khi hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu chỉ truyền đi theo con đường cố định đó.
- Kỹ thuật chuyển mạch thơng báo: thơng báo là một đơn vị dữ liệu của
người sử dụng có khn dạng được quy định trước. Mỗi thơng báo có chứa
các thơng tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích cần truyền tới của thông báo.
Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển
thông báo tới nút kế tiếp trên con đường dẫn tới đích của thơng báo.
- Kỹ thuật chuyển mạch gói: ở đây mỗi thơng báo được chia ra thành
nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (packet) có khn dạng qui định
trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thơng tin điều khiển, trong đó có địa chỉ
nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của gói tin. Các gói tin của
cùng một thơng báo có thể được gửi đi qua mạng tới đích theo nhiều con
đường khác nhau.
1.1.2.3. Kiến trúc mạng
Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối các
máy tính với nhau và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể
tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt
động tốt.
Khi nói đến kiến trúc của mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề là hình
trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network protocol).
-14-
- Network Topology: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình
học mà ta gọi là tơ pơ của mạng.
Các hình trạng mạng cơ bản đó là: hình sao, hình bus, hình vịng
- Network Protocol: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực
thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng
Các giao thức thường gặp nhất là: TCP/IP, NETBIOS, IPX/SPX, . . .
1.1.2.4. Hệ điều hành mạng
Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức năng sau:
- Quản lý tài nguyên của hệ thống, các tài nguyên này gồm:
+ Tài nguyên thông tin (về phương diện lưu trữ) hay nói một cách đơn
giản là quản lý tệp. Các cơng việc về lưu trữ tệp, tìm kiếm, xố, copy, nhóm,
đặt các thuộc tính đều thuộc nhóm cơng việc này.
+ Tài nguyên thiết bị Điều phối việc sử dụng CPU, các ngoại vi...để tối
ưu hoá việc sử dụng
- Quản lý người dùng và các công việc trên hệ thống.
Hệ điều hành đảm bảo giao tiếp giữa người sử dụng, chương trình ứng
dụng với thiết bị của hệ thống.
- Cung cấp các tiện ích cho việc khai thác hệ thống thuận lợi (ví dụ
format ổ đĩa, sao chép tệp và thư mục, in ấn chung ...)
Các hệ điều hành mạng thông dụng: WindowsNT, Windows server
2000, Windows server 2003, Windows server 2008, Unix, Linux, Novell.
1.1.3. Các mạng máy tính thơng dụng
Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network)
Một mạng cục bộ là sự kết nối một nhóm máy tính và các thiết bị kết
nối mạng được lắp đặt trên một phạm vị địa lý giới hạn, thường trong một toà
nhà hoặc một khu cơng sở nào đó. Mạng có tốc độ cao
Mạng diện rộng (WAN - Wide Area Network )
-15-
Mạng diện rộng bao giờ cũng là sự kết nối của các mạng LAN, mạng
diện rộng có thể trải trên phạm vi một vùng, quốc gia hoặc cả một lục địa
thậm chí trên phạm vi tồn cầu. Mạng có tốc độ truyền dữ liệu không cao,
phạm vi địa lý không giới hạn
Liên mạng INTERNET
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ là sự ra đời của liên mạng
INTERNET. Mạng Internet là sở hữu của nhân loại, là sự kết hợp của rất
nhiều mạng dữ liệu khác chạy trên nền tảng giao thức TCP/IP
Mạng INTRANET
Là một mạng INTERNET thu nhỏ vào trong một cơ quan/công, ty/tổ
chức hay một bộ/nghành ... giới hạn phạm vi người sử dụng, có sử dụng các
cơng nghệ kiểm sốt truy cập và bảo mật thơng tin. Được phát triển từ các
mạng LAN, WAN dùng công nghệ INTERNET.
1.2. Mạng cục bộ, kiến trúc mạng cục bộ
1.2.1. Mạng cục bộ
Đặc điểm của mạng cục bộ
Mạng cục bộ có quy mơ nhỏ, thường có bán kính dưới vài trăm (m).
Mạng cục bộ thường là sở hữu của một tổ chức. Thực tế đó là điều khá
quan trọng để việc quản lý mạng có hiệu quả.
Mạng cục bộ có tốc độ cao và ít bị lỗi. Trên mạng diện rộng có tốc độ
nói chung chỉ đạt vài trăm Kbit/s đến Mb/s. Cịn tốc độ thơng thường trên
mạng cục bộ là 10/100 Mbit/s và tới nay với Gigabit Ethernet.
1.2.2. Kiến trúc mạng cục bộ
Topo mạng
Kiến trúc mạng máy tính thể hiện cách nối các máy tính với nhau ra sao
và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông
trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.
-16-
Cách nối các máy tính được gọi là hình trạng (topolopy) của mạng hay
nói cho gọn là topo mạng.
Tập hợp các quy tắc, quy ước truyền thông được gọi là giao thức
(protocol) của mạng
Có hai kiểu kết nối mạng chủ yếu là điểm - điểm (point-to-point) và
quảng bá (broadcast hay point-to-multipoint)
Kiểu kết nối điểm - điểm, các đường truyền nối từng cặp nút với nhau và
mỗi nút đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi tới
đích. Do cách làm việc như thế nên mạng kiểu này còn được gọi là mạng lưu
và chuyển tiếp (store and forward). Nói chung các mạng diện rộng đều sử
dụng nguyên tắc này. Hình 1.1 là topo dạng điểm - điểm.
Hình 1.1 Một số topo kiểu điểm – điểm
Kiểu quảng bá: Tất cả các nút mạng dùng chung một đường truyền vật
lý. Dữ liệu gửi đi từ một nút mạng có thể được tất cả các nút mạng cịn lại tiếp
nhận Ỉ chỉ cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để mỗi nút kiểm tra xem có
phải là gửi cho mình hay khơng. Hình 1.2 là một số topo mạng kiểu quảng bá.
Hình 1.2 Một số topo mạng kiểu quảng bá
-17-
Trong các topo dạng vịng hoặc dạng tuyến tính cần có một cơ chế
“trọng tài” để giải quyết xung đột khi nhiều nút muốn truyền tin cùng một lúc.
Việc cấp phát đường truyền có thể là “động” hoặc “tĩnh”.
+ Cấp phát “tĩnh” thường dung cơ chế quay vòng để phân chia đường
truyền theo các khoảng thời gian định trước.
+ Cấp phát “động” là cấp phát theo yêu cầu để hạn chế thời gian “chết”
vơ ích của đường truyền.
Giao thức mạng
Việc trao đổi thông tin cho dù là đơn giản nhất, cũng đều phải tuân theo
những quy tắc nhất định. Truyền tín hiệu trên mạng cũng cần phải có những
quy tắc, quy ước về nhiều mặt:
+ Khuôn dạng của dữ liệu: cú pháp và ngữ nghĩa
+ Thủ tục gửi và nhận dữ liệu
+ Kiểm soát chất lượng truyền
+ Xử lý các lỗi, sự cố
Tập hợp tất cả các quy tắc, quy ước trên gọi là giao thức mạng. Yêu cầu
về xử lý và trao đổi thông tin của người sử dụng ngày càng cao thì giao thức
mạng càng phức tạp. Các mạng có thể có giao thức khác nhau tuỳ thuộc vào
sự lựa chọn của nhà thiết kế.
1.3 . Mơ hình tham chiếu OSI
Để giảm độ phức tạp thiết kế, các mạng được tổ chức thành một cấu
trúc đa tầng, mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước nó và sẽ cung cấp một
số dịch vụ cho tầng cao hơn. ở mỗi tầng có hai quan hệ: theo chiều ngang và
theo chiều dọc. Quan hệ theo chiều ngang nói lên sự hoạt động của các máy
tính đồng tầng có nghĩa là chúng phải hội thoại được với nhau trên cùng một
tầng. Muốn vậy thì phải có qui tắc để hội thoại mà ta gọi đó là giao thức hay
thủ tục (Protocol). Quan hệ theo chiều dọc là quan hệ giữa các tầng kề nhau
-18-
trong cùng một máy, giữa hai tầng có một giao diện ghép nối, nó xác định các
thao tác nguyên thuỷ và các dịch vụ mà tầng dưới cung cấp cho tầng trên.
Tình trạng khơng tương thích giữa các mạng trên thị trường gây nên trở ngại
cho người sử dụng các mạng khác nhau. Chính vì thế cần xây dựng một mơ
hình chuẩn làm cho các nhà nghiên cứu và thiết kế mạng để tao ra các sản
phẩm mở về mạng. Việc nghiên cứu sự kết nối hệ thống mở đã được tổ chức
tiêu chuẩn Quốc tế đề ra vào tháng 3/1977 với mục tiêu kết nối các hệ thống
sản phẩm của các hãng sản xuất khác nhau và phối hợp các hoạt động chuẩn
hố trong lĩnh vực viễn thơng-tin học. Và vào năm 1984 tổ chức tiêu chuẩn
quốc tế đã cơng bố mơ hình OSI (Open System Interconnections-hệ thống
ghép nối mở) bao gồm 7 tầng:
Tầng 1 (tầng vật lý-Physical): cung cấp các phương tiện truyền tin, thủ
tục khởi động, duy trì huỷ bỏ các liên kết vật lý cho phép truyền các dòng dữ
liệu dở dòng bit.
Tầng 2 (tầng liên kết dữ liệu-Data Link): thiết lập, duy trì, huỷ bỏ các
liên kết dữ liệu kiểm soát luồng dữ liệu, phát hiện và khắc phục các sai sót
truyền tin.
Tầng 3 (tầng mạng-Network): chọn đường truyền tin trong mạng, thực
hiện kiểm soát luồng dữ liệu, khắc phục sai sót, cắt hợp dữ liệu.
Tầng 4 (tầng giao vận-Transport): kiểm soát giữa các nút của luồng dữ
liệu, khắc phục sai sót, có thể thực hiện ghép kênh và cắt hợp dữ liệu.
Tầng 5 (tầng phiên-Session): thiết lập, duy trì đồng bộ hố và huỷ bỏ
các phiên truyền thông. Liên kết phiên phải được thiết lập thông qua đối thoại
và các tham số điều khiển.
Tầng 6 (tầng trình dữ liệu-Presentation): biểu diễn thơng tin theo cú
pháp dữ liệu của người sử dụng. Loại m• sử dụng và vấn đề nén dữ liệu.
-19-
Tầng 7 (tầng áp dụng-Application): là giao diện giữa người và môi
trường hệ thống mở. Xử lý ngữ nghĩa thông tin, tầng này cũng có chức năng
cho phép truy cập và quản chuyển giao tệp, thư tín điện tử . . .
Thủ tục truyền tin trên mạng dựa chủ yếu vào các nghi thức giao thiệp
hay giao thức được qui định trước. Tuy nhiên việc liên lạc chỉ xảy ra ở lớp
thuộc cấp thấp trên mỗi máy, rồi sau đó truyền dần lên phía trên đến những
lớp thích hợp. Hình 1.3 mơ tả các tầng của Mơ hình OSI.
Tầng
Hệ thống A
Hệ thống B
7
Application
Các chức
Ứng dụng
6
Presentation
năng người
Trình bày
5
Session
sử dụng
Giao dịch
4
Transport
Vận chuyển
3
Network
Mạng
2
Datalink
Các chức
Liên kết dữ liệu
1
Physical
năng mạng
Vật lý
Phương tiện truyền vật lý
Hình 1.3: Các tầng trong mơ hình OSI
Việc nghiên cứu về OSI được bắt đầu tại ISO vào năm 1971 với các
mục tiêu nhằm nối kết các sản phẩm của các hãng sản xuất khác. Ưu điểm
chính của OSI là ở chỗ nó hứa hẹn giải pháp cho vấn đề truyền thơng giữa các
máy tính khơng giống nhau. Hai hệ thống, dù có khác nhau đều có thể truyền
thơng với nhau một các hiệu quả nếu chúng đảm bảo những điều kiện chung
sau đây:
- Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông.
-20-
- Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng. các tầng
đồng mức phải cung cấp các chức năng như nhau.
- Các tầng đồng mức trao đổi với nhau sử dụng chung một giao thức.
Mơ hình OSI tách các mặt khác nhau của một mạng máy tính thành bảy
tầng theo mơ hình phân tầng. Mơ hình OSI là một khung mà các tiêu chuẩn
lập mạng khác nhau có thể khớp vào. Mơ hình OSI định rõ các mặt nào của
hoạt động của mạng có thể nhằm đến bởi các tiêu chuẩn mạng khác nhau. Vì
vậy theo một nghĩa nào đó, mơ hình OSI là một loại tiêu chuẩn của các chuẩn.
1.3.1. Nguyên tắc sử dụng khi định nghĩa các tầng hệ thống mở
Sau đây là các nguyên tắc mà ISO quy định dùng trong quá trình xây
dựng mơ hình OSI
- Khơng định nghĩa q nhiều tầng để việc xác định và ghép nối các tầng
không quá phức tạp.
- Tạo các ranh giới các tầng sao cho việc giải thích các phục vụ và số
các tương tác qua lại hai tầng là nhỏ nhất.
- Tạo các tầng riêng biệt cho các chức năng khác biệt nhau hoàn tồn về
kỹ thuật sử dụng hoặc q trình thực hiên.
- Các chức năng giống nhau được đặt trong cùng một tầng.
- Lựa chọn ranh giới các tầng tại các điểm mà những thử nghiệm trong
quá khứ thành công.
- Các chức năng được xác định sao cho chúng có thể dễ dàng xác định
lại, và các nghi thức của chúng có thể thay đổi trên mọi hướng.
- Tạo ranh giới các tầng mà ở đó cần có những mức độ trừu tượng khác
nhau trong việc sử dụng số liệu.
- Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong tầng không ảnh
hưởng đến các tầng khác.
- Tạo các ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và dưới nó.
-21-
1.3.2. Các giao thức trong mơ hình OSI
Trong mơ hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức
có liên kết (connection-oriented) và giao thức khơng liên kết (connectionless).
Giao thức có 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 thơng qua liên kết náy,
việc có liên kết logic sẽ nâng cao độ an tồn trong truyền dữ liệu.
Giao thức khơng 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, q trình truyền thơng phải gồm 3
giai đoạn phân biệt:
Thiết lập liên kết (logic): hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương
lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau.
Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý
kèm theo (như kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu...) để
tăng cường độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dữ liệu.
Hủy bỏ liên kết (logic): giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát
cho liên kết để dùng cho liên kết khác. Đối với giao thức không liên kết thì
chỉ có duy nhất một giai đoạn truyền dữ liệu mà thơi.
Gói tin của giao thức: Gói tin (Packet) được hiểu như là một đơn vị
thông tin dùng trong việc liên lạc, chuyển giao dữ liệu trong mạng máy tính.
Những thơng điệp (message) trao đổi giữa các máy tính trong mạng, được tạo
dạng thành các gói tin ở máy nguồn. Và những gói tin này khi đến đích sẽ
được kết hợp lại thành thông điệp ban đầu. Một gói tin có thể chứa đựng các
yêu cầu phục vụ, các thơng tin điều khiển và dữ liệu. Hình 1.4 cho biết
phương thức xác lập gói tin.
-22-
Hình 1.4: Phương thức xác lập các gói tin trong mơ hình OSI
Trên quan điểm mơ hình mạng phân tầng tầng mỗi tầng chỉ thực hiện
một chức năng là nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho
tầng bên dưới và ngược lại. Chức năng này thực chất là gắn thêm và gỡ bỏ
phần đầu (header) đối với các gói tin trước khi chuyển nó đi. Khi đi đến một
tầng mới gói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu đề khác và được xem như
là gói tin của tầng mới, công việc trên tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền
lên đường dây mạng để đến bên nhận. Tại bên nhận các gói tin được gỡ bỏ
phần đầu trên từng tầng tương ứng và đây cũng là ngun lý của bất cứ mơ
hình phân tầng nào, phần kiểm lỗi của gói tin tầng liên kết dữ liệu đặt ở cuối
gói tin.
1.4 Các thiết bị mạng thông dụng
1.4.1. Các loại cáp truyền
1.4.1.1 Cáp đôi dây xoắn (Twisted pair cable)
Cáp đôi dây xoắn là cáp gồm hai dây đồng xoắn để tránh gây nhiễu cho
các đôi dây khác, có thể kéo dài tới vài km mà khơng cần khuyếch đại. Giải
tần trên cáp dây xoắn đạt khoảng 300–4000Hz, tốc độ truyền đạt vài kbps đến
vài Mbps. Cáp xoắn có hai loại:
-23-
- Loại có bọc kim loại để tăng cường chống nhiễu gọi là STP (Shield
Twisted Pair). Loại này trong vỏ bọc kim có thể có nhiều đơi dây. Về lý
thuyết thì tốc độ truyền có thể đạt 500 Mb/s nhưng thực tế thấp hơn rất nhiều
(chỉ đạt 155 Mbps với cáp dài 100 m)
- Loại không bọc kim gọi là UTP (UnShield Twisted Pair), chất lượng
kém hơn STP nhưng rất rẻ. Cáp UTP được chia làm 5 hạng tuỳ theo tốc độ
truyền. Cáp loại 3 dùng cho điện thoại. Cáp loại 5 có thể truyền với tốc độ
100Mb/s rất hay dùng trong các mạng cục bộ vì vừa rẻ vừa tiện sử dụng. Cáp
này có 4 đơi dây xoắn nằm trong cùng một vỏ bọc.
1.4.1.2. Cáp đồng trục băng tần cơ sở (Coaxial cable)
Là cáp mà hai dây của nó có lõi lồng nhau, lõi ngồi là lưới kim loại.
Khả năng chống nhiễu rất tốt nên có thể sử dụng với chiều dài từ vài trăm met
đến vài km. Có hai loại được dùng nhiều là loại có trở kháng 50 ohm và loại
có trở kháng 75 ohm. Hình 1.5 mơ tả cáp đồng trục.
Hình 1.5 Cáp đồng trục
Dải thơng của cáp này còn phụ thuộc vào chiều dài của cáp. Với khoảng
cách 1km có thể đạt tốc độ truyền từ 1– 2 Gbps, thường dùng cho các mạng
cục bộ. Có thể nối cáp bằng các đầu nối theo chuẩn BNC hình chữ T, ở Việt
Nam người ta hay gọi cáp này là cáp gầy do dịch từ ‘Thin Ethernet”.
Một loại cáp khác có tên là “Thick Ethernet” mà ta gọi là cáp béo. Loại
này thường có màu vàng. Người ta không nối cáp bằng các đầu nối chữ T như
cáp gầy mà nối qua các kẹp bấm vào dây. Cứ 2m5 lại có đánh dấu để nối dây
(nếu cần). Từ kẹp đó người ta gắn các tranceiver rồi nối vào máy tính.
