Thiết kế mạng LAN cho trường học

Tài liệu tham khảo ngành công nghệ thông tin Thiết kế mạng LAN cho trường học

LờI NóI ĐầU

Ngày nay, nền kinh tế của đất nớc đang ngày một phát triển và đang hoà nhập với nền kinh tế của khu vực cũng nh của thế giới Cùng với sự phát triển đó mạng máy tính đã và đang trở nên rất quan trọng đối với chúng ta trong mọi lĩnh vực nh: Khoa học, quốc phòng, thơng mại, giáo dục hiện nay ở nhiều nơi, mạng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu…

đợc.

Mạng LAN (local Area Networks) là một mô hình hiện nay đợc sử dụng phổ biến trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ, trờng học, công sở… Tuy là một mô hình mạng nhỏ nhng để đáp ứng hầu hết mọi yêu cầu của ngời sử dụng trong các ứng dụng mạng nh chia sẻ thông tin, tài nguyên trên mạng, làm việc trong môi trờng tơng tác Với việc sử dụng mạng LAN sẽ…

giảm đáng kể chi phí và thiết bị nhng vẫn đảm bảo tính chính xác và yêu cầu của công việc Vì vậy em đã lựa chọn đề tài thực tập Thiết kế mạng“

LAN cho trờng học để nhà tr” ờng có thể quản lí công việc một cách dễ dàng và có hiệu quả cao.

Qua quá trình học tập, nghiên cứu và tham khảo tài liệu, em đã hoàn thành đề tài Tuy nhiên do thời gian thực tập có hạn mà vốn kiến thức của

em còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu xót Em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo cùng các bạn sinh viên trong trờng để bản báo cáo thực tập môn học của em đợc hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình của các thầy, cô

giáo bộ môn Điện tử viễn thông, đặc biệt là thầy Phạm Văn Ngọc đã trực

tiếp hớng dẫn em hoàn thành đề tài này.

Chơng 1

Tổng quan về mạng máy tính

1.1.Giới thiệu chung về mạng máy tính

1.1.1 Khái niệm mạng máy tính

Mạng máy tính là hai hay nhiều máy tính đợc kết nối với nhau theo một cách nào đó sao cho chúng có thể trao đổi thông tin qua lại với nhau

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 hây rất nhiều bất tiện cho ng… ời dùng Các máy tính đợc kết nối thành mạng cho pháp 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, modem ).…

• Giảm thiểu chi phí và thời gian đi lại

Hình 1.1 Một hệ thống mạng máy tính đơn giản

1.1.2.Phân loại mạng máy tính

Máy in

Phơng thức kết nối mạng đợc sử dụng chủ yếu trong liên kết mạng, có hai phơng thức chủ yếu là điểm - điểm và điểm – nhiều điểm.

- Phơng thức “điểm - điểm”: các đờng truyền riêng biệt đợc thiết lập để nối các cặp máy tính lại với nhau Mỗi máy tính có thể truyền hoặc nhận trực tiếp dữ liệu hoặc có thể làm trung gian nh

lu trữ những dữ liệu mà nó nhận đợc rồi sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho một máy khác để dữ liệu đó đạt tới đích

- Phơng thức “điểm – nhiều điểm”: tất cả các trạm phân chia chung một đờng truyền vật lý Dữ liệu đợc gửi đi từ một máy tính

sẽ có thể đợc tiếp nhận bởi tất cả các máy tính còn lại, bởi vậy cần chỉ ra dịa chỉ đích của dữ liệu để mỗi máy tính căn ca vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không nếu đúng thì nhận còn nếu không thì bỏ qua

 Phân loại mạng máy tính theo vùng địa lý:

- GAN (Global Area Network) kết nối máy tính từ các châu lục khác nhau Thông thờng kết nối này đợc 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 thờng kết nối này đợc thực hiện thông qua mạng viễn thông

- MAN (Metropolitan Area Network) kết nối các máy tính trong phạm vi một thành phố Kết nối này đợc thông qua các môi tr-ờng truyền thông tốc độ cao ( 50 – 100 Mbit/s)

- LAN (Local Erea Network) – Mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp thông thờng khoảng vài trăm mét Kết nối đợc thực hiện thông qua các môi trờng truyền thông tốc độ cao Các LAN có thể đợc kết nối với nhau thành WAN

 Phân loại mạng máy tính theo tôpô:

- Mạng dạng hình sao (Star Topology): ở dạng hình sao, tất cả các trạm đợc nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển tín hiệu đến trạm đích với phơng thức kết nối là phơng thức “điểm - điểm”

- Mạng hình tuyến ( Bus Topology): Trong dạng hình tuyến, các máy tính đều đợc nối vào một đờng dây truyền chính (bus) Đ-ờng truyền chính này đợc giới hạn hai đầu bởi một loại đầu nối

đặc biệt goi là Terminator (dùng để nhận biết là đầu cuối để kết thúc đờng truyền tại đây) Mỗi trạm đợc 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 đợc liên kết với nhau thành một vòng tròn theo phơng thức “điểm - điểm”, qua đó mỗi một trạm có thể nhận và truyền dữ liệu theo vòng một chiều và dữ liệu đợc truyền theo từng gói một.

- Mạng kết hợp: Trong thực tế tuỳ theo yêu cầu và mục đích

cụ thể ta có thể thiết kế mạng kết hợp các dạng sao, vòng, tuyến để tận dụng các điểm mạnh của mỗi dạng

Spliter

Station HUB

 Phân loại mạng máy tính theo chức năng:

- Mạng Client – Server : một hay một số máy tính đợc thiết lập để cung cấp các dịch vụ nh file server, mail server, Web server, Print server, các máy tính đ… ợc thiết lập để cung cấp các dịch vụ đợc gọi

là server, còn các máy tính truy cập và sử dụng dịch vụ thì đợc gọi

là Client

- Mạng ngang hàng (Peer - to – Peer): Các máy tính trong mạng có thể hoạt động vừa nh một Client, vừa nh một Server

- Mạng kết hợp : Các máy tính thờng đợc thiết lập theo cả hai chức năng Client - Server và peer – to – peer

Máy in

Hình 1.7 Sơ đồ tiêu biểu về mạng ngang hàng

hahjhhkjj hhhfgfhàng

Máy inMáy phục vụ

Hình 1.6 Sơ đồ tiêu biểu mạng dựa trên máy phục vụ.

1.1.3 Mô hình OSI

Mô hình OSI đợc chia thành 7 tầng, mỗi tầng bao gồm những hoạt

động, thiết bị và giao thức mạng khác nhau

- Mức 2: Mức liên kết dữ liệu (Data Link Layer)

Nhiệm vụ của mức này là tiến hành chuyển đổi thông tin dới dạng chuỗi các bít ở mức mạng thành từng đoạn thông tin gọi là Frame Sau đó

đảm bảo truyền liên tiếp các Freme tới mức vật lý, đồng thời xử lí các thông báo từ trạm thu gửi trả lại Nhiệm vụ chính của mức này là khởi tạo và tổ chức các Frame cũng nh xử lí các thông tin liên quan tới nó

- Mức 3: Mức mạng ( Network Layer)

Mức mạng nhằm bảo đảm tảo đổi thông tin giữa các mạng con trong một mạng lớn, mức này còn đựơc gọi là mức thông tin giữa các mạng con với nhau Trong mức mạng các gói dữ liệu có thể truyền đi theo từng đờng khác

Computer Network

Hình 1.8 Mô hình OSI

nhau để tới đích Do vậy ở mức này phải chỉ ra đợc con đờng nào dữ liệu có thể đi và con đờng nào bị cấm tại thời điểm đó Thờng mức mạng đợc sử dụng trong trờng hợp mạng có nhiều con hoặc các mạng lớn và phân bố trên một không gian rộng với nhều nút thông tin khác nhau.

- Mức 4: Mức truyền (Transport Layer)

Nhiệm vụ của mức này là xử lí các thông tin để chuyển tiếp các chức năng từ mức trên nó (mức tiếp xúc) đến mức dới nó (mức mạng) và ngợc lại Thực chất mức truyền là để đảm bảo thông tin giữa các máy chủ với nhau Mức này nhân các thông tin từ các mức tiếp xúc, phân chia thành các đơn vị dữ liệu nhỏ hơn và chuyển chúng tới mức mạng

- Mức 5: Mức tiếp xúc (Session Layer)

Mức này cho phép ngời sử dụng tiếp xúc với nhau qua mạng Nhờ mức tiếp xúc những ngời sử dụng lập đợc các đờng nối với nhau, khi cuộc hội thoại đợc thành lập thì mức này có thể quản lí cuộc hội thoại đó theo yêu cầu của ngời sử dụng Một đờng nối giữa những ngời sử dụng đợc gọi là một cuộc tiếp xúc Cuộc tiếp xúc cho phép ngời sử dụng đợc đăng ký vào một hệ thống phân chia thời gian từ xa hoặc chuyển một file giữa 2 máy

- Mức 6: Mức tiếp nhận (Presentation Layer)

Mức này giải quyết các thủ tục tiếp nhận dữ liệu một cách chính quy vào mạng, nhiệm vụ của mức này là lựa chọn cách tiếp nhận dữ liệu, biến đổi các ký tự, chữ số của mã ASCII hay các mã khác và các ký tự điều khiển thành một kiểu mã nhị phân thống nhất để các loịa máy khác nhau đều có thể thâm nhập vào hệ thống mạng

- Mức 7: Mức ứng dụng (Application Layer)

Mức này có nhiệm vụ phục vụ trực tiếp cho ngời sử dụng, cung cấp tất cả các yêu cầu phối ghép cần thiết cho ngời sử dụng, yêu cầu phục vụ chung

nh chuyển các File, sử dụng các Terminal của hệ thống, mức sử dụng bảo…

đảm tự động hoá quá trình thông tin, giúp cho ngời sử dụng khai thác mạng tốt nhất.

1.2 Mạng LAN

1.2.1 Khái niệm

Mạng LAN là mạng máy tính mà khoảng cách tối đa của 2 node bất kỳ trong mạng không vợt quá vài km, và thông thờng mạng LAN cục bộ đợc xây dựng và cài đặt trong các cơ quan, xí nghiệp… trên phạm vi tơng đối hẹp

vụ chuyển dữ liệu từ máy tính vào cáp mạng và ngợc lại Điều này chính là

sự chuyển đổi từ tín hiệu số của máy tính thành các tín hiệu điện hay quang

đợc truyền dẫn trên cáp mạng Đồng thời nó cũng thực hiện chức năng tổ hợp dữ liệu thành các gói và xác định nguồn và đích của gói

1.3.2.Hub (Bộ tập trung)

Hub là một trong những yếu tố quan trọng nhất của LAN, đây là điểm kết nối day trung tâm của mạng, tất cả các trạm trên mạng LAN đợc kết nối thông qua Hub Hub thờng đợc dùng để nối mạng, thông qua những đầu cắm của nó ngời ta liên kết với các máy tính dới dạng hình sao Một hub thông th-ờng có nhiều cổng nối với ngời sử dụng để gắn máy tính và các thiết bị ngoại

vi Mỗi cổng hỗ trợ một bộ kết nối dùng cặp dây xoắn 10BATET từ mỗi trạm của mạng Khi tín hiệu đợc truyền từ một trạm tới Hub, nó đợc lặp lại trên khắp các cổng khác của Hub Các hub thông minh có thể định dạng, kiểm tra cho phép hoặc không cho phép bởi ngời điều hành mạng từ trung tâm quản lý hub Về cơ bản, trong mạng Ethernet, hub hoạt động nh một repeater có nhiều cổng

1.3.3.Switch (Bộ chuyển mạch)

Bộ chuyển mạch là sự tiến hoá cuả cầu, nhng có nhiều cổng và dùng các mạch tích hợp nhanh để giảm độ trễ của việc chuyển khung dữ liệu Switch giữa bảng địa chỉ MAC của mỗi cổng và thực hiện giao thức Spanning – Tree Switch cũng hoạt động ở tầng data link và trong suốt với các giao thức ở tầng trên

1.1.4.Repeater (Bộ khuyếch đại)

Repeater là thiết bị trung gian thực hiện chức năng chuyển tiếp ở mức vật lí, nó có tác dụng khuyếch đại tín hiệu trên đờng truyền do đó đợc sử dụng để kéo dài cáp mạng Nó không thể sử dụng để nối các mạng có công nghệ khác nhau

Repeater hoạt động tại tầng vật lí, nó tiếp nhận tín hiệu từ một đoạn mạch tái tạo và truyền đến đoạn mạng kế tiếp Muốn chuyển gói dữ liệu qua

bộ phát lặp từ đoạn mạng này sang đoạn mạng kế tiếp, gói dữ liệu và giao thức Logical Link Control (LLC) phải giống nhau trên mỗi đoạn mạng Bộ phát lặp không dịch hoặc lọc bất kì tín hiệu nào, để thiết bị này có thể hoạt

động, cả hai đoạn mạng nối bộ chuyển tiếp phải có cùng phơng pháp truy cập

Hiện nay có hai loại Repeater đang đợc sử dụng là Repeater điện và Repeater điện quang

- Repeater điện: nối với đờng dây điện ở cả hai phía của nó, nó nhận tín hiệu điện từ một phía và phát lại về phía kia Khi một mạng sử dụng Repeater điện để nối các phần của mạng lại thì có thể làm tăng khoảng cách của mạng, nhng khoảng cách đó luôn bị hạn chế bởi một khoảng cách tối đa

do độ trễ của tín hiệu

Ví dụ: với mạng sử dụng cáp đồng trục 50 thì khoảng cách tối đa là 2.8km, khoảng cách đó không thể kéo thêm cho dù sử dụng thêm Repeater

- Repeater điện quang: liên kết với một đầu cáp quang và một đầu là cáp điện, nó chuyển một tín hiệu điện từ cáp điện ra tín hiệu quang để phát trên cáp quang và ngợc lại Việc sử dụng Repeater điện quang cũng làm tăng thêm chiều dài của mạng

Việc sử dụng Repeater không thay đổi nội dung các tín hiệu đi qua nên nó chỉ đợc dùng để nối hai mạng có cùng giao thức truyền thông và không thể nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau Repeater không làm thay đổi khối lợng chuyển vận trên mạng nên việc sử dụng không tính toán nó trên mạng lớn sẽ hạn chế hiệu năng của mạng Khi lựa chọn sử dụng Repeater cần chú ý lựa chọn loại có tốc độ chuyển vận phù hợp với tốc

độ của mạng

1.1.5.Bridge ( Cầu nối)

Bridge là một thiết bị có xử lý dùng để nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, nó có thể đợc dùng với các mạng có các giao thức khác nhau Cầu nối hoạt động trên tầng liên kết dữ liệu nên không nh bộ tiếp sức phải phát lại tất cả những gì nó nhận đợc thì cầu nối đọc đợc các gói tin của tầng liên kết

dũ liệu trong mô hình OSI và xử lý chúng trớc khi quyết định có chuyển đi hay không Khi nhận đợc các gói tin Bridge chọn lọc và chỉ chuyển những

gói tin mà nó thấy cần thiết Điều này làm cho Bridge trở nên có ích khi nối một vài mạng với nhau và cho phép nó hoạt động một cách mềm dẻo.

Khi xử lý một gói tin Router phải tìm đợc đờng đi của gói tin qua mạng Để làm đợc điều đó Router phải tìm đợc đờng đi tốt nhất trong mạng dựa trên các thông tin nó có về mạng, thông thờng trên mỗi Router có một bảng chỉ đờng ( Router table) Dựa trên dữ liệu về Router gần đó và các mạng trong liên mạng, Router tính đợc bảng chỉ đờng (Router table) tối u dựa trên một thuật toán xác định trớc

Cáp không bọc kim loại (UTP): Tính tơng tự nh STP nhng kém hơn về khả năng chống nhiễu và suy hao vì không có vỏ bọc Đây là loại cáp rẻ, dễ cài đặt tuy nhiên nó dễ bị ảnh hởng của môi trờng

Cáp đồng trục

Hiện nay có cáp đồng trục sau:

1 RG – 58,50 ohm: dùng cho mạng Thin Ethernet

2 RG - 59,75 ohm: dùng cho truyền hình cápCác mạng cục bộ thờng sử dụng cáp đồng trục có dải thông từ 2,5 –

10 Mb/s, cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng trục

khác vì nó có lớp vỏ bọc bên ngoài, độ dài thông thờng của một đoạn cáp nối trong mạng là 200m, thờng sử dụng trong dạng Bus.

Cáp sợi quang (Fiber Optic Cable)

Cáp sợi quang bao gồm một dây dẫn trung tâm ( là một hoặc một bó sợi thuỷ tinh có thể truyền dẫn tín hiệu quang) đợc bọc một lớp vỏ bọc có tác dụng phản xạ các tín hiệu trở lại để giảm sự mất mát tín hiệu Bên ngoài cùng

là lớp vỏ Plastic để bảo vệ cáp Nh vậy cáp sợi quang không truyền dẫn các tín hiệu điện mà chỉ truyền các tín hiệu quang (các tín hiệu dữ liệu phải đợc chuyển đổi thành các tín hiệu quang và khi nhận chúng sẽ lại đợc chuyển đổi thành các tín hiệu quang và khi nhận chúng sẽ lại đợc chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện) Cáp quang có đờng kính từ 8,3 – 100 micron Do đờng kính lõi sợi thuỷ tinh có kích thớc rất nhỏ nên rất khó khăn cho việc đấu nối

Nó cần công nghệ đặc biệt với kỹ thuật cao đòi hỏi chi phí cao Dải thông của cáp quang có thể lên tới hàng Gbps và cho phép khoảng cách đi cáp khá

xa do đọ suy hao tín hiệu trên cáp rất thấp Ngoài ra, vì cáp sợi quang không dùng tín hiệu điện tử để truyền dữ liệu nên nó hoàn toàn không bị ảnh hởng của nhiễu điện từ và tín hiệu truyền không thể bị phát hiện và thu trộm bởi các thiết bị điện tử của ngời khác

1.4 Các mô hình mạng

1.4.1 Mô hình ngang hàng

Mô hình này cho phép ngời sử dụng có thể tự điều khiển việc chia sẻ

và quản lí dữ liệu, do đó nó có tính linh hoạt đối với ngời sử dụng hơn Ngời

sử dụng không bị phụ thuộc vào các tài nguyên có sẵn trên server

Hình 1.10 Mô hình mạng ngang hàng (Peer-to-Peer) 1.4.2 Mô hình khách chủ

Mô hình này đa ra một phơng pháp đơn giản trong việc tập trung hoá

điều khiển cho các tài nguyên dùng chung trong mạng Do đó tạo ra một sự

an toàn trong mạng tốt hơn và việc duy trì các chơng trình và dữ liệu dễ hơn

Hình 1.11 Mô hình khách chủ (Clien Server)–

1.5 Cấu trúc địa chỉ IP