Các khái niệm cơ bản Mạng máy tính: Là một hệ thống gồm nhiều máy tính và các thiết bị được kết nối với nhau bởi đường truyền vật lý theo một kiến trúc Network Architecture nào đó
Giới thiệu
Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào các lĩnh vực kinh tế-xã hội đang được nhiều quốc gia chú trọng, đặc biệt là ở Việt Nam, nơi ngành công nghệ thông tin đã đóng góp đáng kể vào việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế và đáp ứng nhu cầu thông tin trong đời sống xã hội Sự phát triển mạnh mẽ của ngành này đã tạo ra nhu cầu cao về việc chia sẻ thiết bị, tài nguyên ứng dụng và bảo mật dữ liệu, yêu cầu một hệ thống quản lý chặt chẽ để tiết kiệm thời gian và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu Trước khi có mạng, các tổ chức gặp khó khăn trong việc lưu trữ và cập nhật thông tin, nhưng với một hệ thống mạng, họ có thể chia sẻ tài nguyên, nâng cao độ tin cậy và an toàn thông tin, đồng thời đảm bảo thông tin được cập nhật theo thời gian thực Hệ thống mạng cũng giúp tiết kiệm chi phí bằng cách tối ưu hóa khả năng của máy tính và tạo điều kiện cho sự phân tích thông tin hiệu quả giữa các cộng sự trong tổ chức.
Lời mở đầu và cũng là lý do em chọn lựa đề tài “Thiết kế mạng LAN,WIRELESS”.
Các khái niệm cơ bản
Mạng máy tính là một hệ thống bao gồm nhiều máy tính và thiết bị được kết nối qua các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nhất định Mục đích của mạng này là thu thập, trao đổi dữ liệu và chia sẻ tài nguyên giữa nhiều người dùng Các máy tính có thể được kết nối trong cùng một phòng, tòa nhà, thành phố hoặc trên toàn cầu.
Mạng cục bộ (LAN: Local Area Network) là một loại mạng máy tính nội bộ, cho phép các thiết bị kết nối và chia sẻ dữ liệu với nhau Kết nối này có thể được thực hiện thông qua cáp LAN hoặc Wifi trong không gian hạn chế, do đó, mạng cục bộ thường được sử dụng trong các khu vực như văn phòng, nhà ở và trường học.
Mạng LAN ngày càng phổ biến vì chúng cho phép người dùng chia sẻ tài nguyên quan trọng như máy in, ổ đĩa CD-ROM, phần mềm ứng dụng và thông tin cần thiết Trước khi có công nghệ LAN, các máy tính hoạt động độc lập, giới hạn trong số lượng chương trình tiện ích Tuy nhiên, khi được kết nối mạng, hiệu quả sử dụng của chúng được nâng cao đáng kể.
Mạng có dây là một loại mạng máy tính sử dụng cáp để kết nối các nút trong cấu trúc liên kết hình sao hoặc bus, thường sử dụng cáp Ethernet, đường dây điện thoại, hoặc các công nghệ cáp khác Mạng này thiết lập kết nối vật lý giữa các nút, được gọi là liên kết, thông qua đường dây mạng Một trong những ưu điểm nổi bật của mạng có dây là tính ổn định và tốc độ truyền tải dữ liệu cao, giúp cải thiện hiệu suất mạng trong các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn.
Tốc độ truyền tải của mạng có dây vượt trội hơn so với mạng không dây Mặc dù trên lý thuyết, sự chênh lệch tốc độ không lớn, nhưng thực tế cho thấy thiết bị mạng không dây vẫn chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu công việc trong nhiều môi trường sử dụng máy tính.
Độ trễ của mạng có dây thấp hơn mạng không dây:
Tốc độ kết nối, bên cạnh tốc độ mạng và băng thông, là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm sử dụng, được gọi là "độ trễ".
Mạng có dây có độ tin cậy cao hơn mạng không dây do các liên kết chặt chẽ và ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài Mạng không dây dễ bị tác động bởi vật cản sóng, tín hiệu điện từ, và mạng wifi từ các khu vực lân cận, dẫn đến tính ổn định kém hơn Điều này cho thấy rằng mạng không dây không thể sánh với mạng có dây về mặt hiệu suất và độ tin cậy.
Mạng có dây thường có chi phí cao hơn mạng không dây do yêu cầu lắp đặt cáp và thiết bị phụ trợ Quá trình cài đặt mạng có dây có thể kéo dài từ vài tuần đến vài tháng, tùy thuộc vào số lượng thiết bị kết nối và khoảng cách giữa chúng.
Mạng có dây thiếu tính linh hoạt do tất cả các thiết bị cần phải được kết nối bằng cáp với bộ định tuyến, điều này khiến việc di chuyển trở nên khó khăn và hạn chế khả năng hoạt động của hệ thống.
Mạng không dây, dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11 cho mạng LAN và IEEE 802.16 cho băng thông rộng cố định, sử dụng tần số vi sóng 2,4 GHz và 5 GHz để truyền dữ liệu với tốc độ cao và độ trễ thấp trong khoảng cách ngắn dưới 10 mét.
Khả năng lưu động của hệ thống mạng Wireless nâng cao hiệu suất và dịch vụ bằng cách cung cấp truy cập thông tin thời gian thực ở bất kỳ đâu trong tổ chức Điều này tạo ra những cơ hội mà mạng dây không thể đáp ứng, giúp người dùng tận dụng tối đa tiềm năng công việc của mình.
Cài đặt hệ thống mạng Wireless rất đơn giản và nhanh chóng, giúp loại bỏ nhu cầu kéo dây qua các bức tường và trần nhà.
Linh hoạt trong cài đặt: Công nghệ không dây cho phép mạng đi đến các nơi mà mạng nối dây không thể.
Giảm chi phí sở hữu mạng Wireless: Mặc dù đầu tư ban đầu cho phần cứng mạng không dây thường cao hơn so với mạng LAN có dây, nhưng tổng chi phí cài đặt và chi phí theo tuổi thọ lại thấp hơn đáng kể.
Hệ thống mạng Wireless mang lại tính linh hoạt cao, với khả năng hình thành theo nhiều kiểu topo khác nhau để phù hợp với nhu cầu của các ứng dụng và cài đặt cụ thể Cấu hình mạng có thể dễ dàng thay đổi, từ các mạng độc lập cho một số ít người dùng đến các mạng cơ sở hạ tầng phục vụ hàng nghìn người trong một khu vực rộng lớn Tuy nhiên, hệ thống này cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.
Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công của người dùng là rất cao.
Mạng chuẩn 802.11g có thể hoạt động hiệu quả trong phạm vi vài chục mét, phù hợp cho các không gian nhỏ như căn nhà Tuy nhiên, đối với các tòa nhà lớn, mạng này không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng Để mở rộng phạm vi phủ sóng, người dùng cần đầu tư thêm vào các thiết bị như Repeater hoặc access point, dẫn đến chi phí gia tăng.
So sánh giữa mạng không dây và mạng có dây
Mạng có dây Mạng không dây
- Có thể ứng dụng trong tất cả mô hình mạng nhỏ, trung bình, lớn, rất lớn.
- Gặp khó khăn ở những nơi xa xôi, địa hình phức tạp, những nơi không ổn định, khó kéo dây, đường truyền
- Chủ yếu là trong mô hình mạng nhỏ và trung bình, với những mô hình lớn phải kết hợp với mạng có dây.
- Có thể triển khai ở những nơi không thuận tiện về địa hình, không ổn định, không triển khai mạng có dây được.
Độ phức tạp kỹ thuật.
Mạng có dây Mạng không dây
- Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc từng loại cụ thể.
- Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc từng loại mạng cụ thể.
- Xu hướng tạo khả năng thiết lập các thông số truyền sóng vô tuyến của thiết bị ngày càng đơn giản.
Mạng có dây Mạng không dây
- Khả năng chịu ảnh hưởng khách quan bên ngoài như thời tiết, khí hậy tốt.
- Chịu nhiều cuộc tấn công đa dạng, phức tạp, nguy hiểm của những kẻ phá hoại vô tình và cố ý.
- Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như môi trường truyền sóng, cản nhiễu do thời tiết.
- Chịu nhiều cuộc tấn công đa dạng, phức tạp, nguy hiểm của những kẻ vô tình và cố ý, nguy cơ cao hơn mạng có dây.
- Ít nguy cơ ảnh hướng sức khỏe.
- Còn đang tiếp tục phân tích về khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe.
Lắp đặt và triển khai.
Mạng có dây Mạng không dây
- Lắp đặt, triển khai tốn nhiều thời gian và chi phí.
- Lắp đặt, triển khai hệ thống dễ dàng, đơn giản, nhanh chóng.
Tính linh hoạt, khả năng thay đổi, phát triển.
Mạng có dây Mạng không dây
- Vì hệ thống kết nối cố định nên tính linh hoạt kém, khó thay đổi, nâng cấp, phát triển.
- Vì là hệ thống kết nối di động nên rất linh hoạt, dễ dàng thay đổi, nâng cấp, phát triển.
Mạng có dây Mạng không dây
- Giả cả tùy thuộc vào từng mô hình mạng cụ thể.
- Thường thì giá thành thiết bị cao hơn so với mạng có dây Nhưng xu hướng hiện nay là càng ngày càng giảm sự chênh lệch về giá.
Thiết kế mạng LAN
Phân biệt mạng theo kỹ thuật truyền tin
Mạng quảng bá (Broadcast Network)
Trong mạng quảng bá, chỉ có một kênh truyền duy nhất được chia sẻ giữa tất cả các máy tính Khi một máy tính gửi dữ liệu, tất cả các máy tính khác đều nhận được khung dữ liệu đó Tuy nhiên, chỉ một máy tính có thể sử dụng đường truyền tại một thời điểm.
Trong hệ thống mạng này, các máy tính được kết nối thành từng cặp Khung dữ liệu sẽ được gửi trực tiếp từ máy gửi đến máy nhận, hoặc có thể được chuyển tiếp qua nhiều máy trung gian trước khi đến đích.
Phân biệt mạng theo Topo
Topology của mạng là cấu trúc hình học không gian, thể hiện cách bố trí và kết nối các phần tử trong mạng Có ba dạng cấu trúc mạng chính: mạng hình sao (Star Topology), mạng hình vòng (Ring Topology) và mạng Bus (Bus Topology) Ngoài ba dạng này, còn tồn tại nhiều dạng biến tướng khác như mạng dạng cây, mạng hình sao – vòng và mạng hỗn hợp.
Mạng hình sao (Star Topology)
Mạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm và các nút, trong đó các nút là các trạm đầu cuối, máy tính và thiết bị khác Bộ kết nối trung tâm điều khiển mọi hoạt động trong mạng, đảm bảo sự liên kết và truyền tải dữ liệu hiệu quả.
Mạng hình sao cho phép kết nối nhiều máy tính vào bộ tập trung thông qua cáp, giúp tránh nghẽn mạng nhờ vào việc nối trực tiếp mà không cần trục bus Mô hình này đã trở nên phổ biến và dễ dàng mở rộng nhờ vào việc sử dụng các bộ tập trung hoặc chuyển mạch, tạo ra cấu trúc phân cấp dễ quản lý.
- Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường.
- Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định.
- Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng.
Nhược điểm của mạng hình sao:
- Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động.
- Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm.
- Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m).
Mạng dạng vòng (Ring Topology)
Mạng xoay vòng là một cấu trúc mạng trong đó đường dây cáp được thiết kế thành một vòng khép kín, cho phép tín hiệu di chuyển theo một chiều nhất định Trong mạng này, chỉ một nút có thể truyền tín hiệu tại mỗi thời điểm, và dữ liệu được gửi đi cần phải có địa chỉ cụ thể của từng trạm tiếp nhận.
Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với hai kiểu trên
Nhược điểm là đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng
Mạng dạng Bus (Bus Topology)
Mạng bus là một cấu trúc mạng trong đó các máy trạm được kết nối qua một đường truyền chính, được gọi là bus Đường truyền này có hai thiết bị đầu cuối, và các trạm được kết nối thông qua đấu nối chữ T hoặc thiết bị thu phát Khi một trạm gửi dữ liệu, tín hiệu sẽ được phát sóng trên cả hai chiều của bus, cho phép mọi trạm khác nhận tín hiệu trực tiếp Đối với bus một chiều, tín hiệu chỉ di chuyển theo một hướng, yêu cầu thiết kế terminator để phản xạ tín hiệu trở lại, giúp nó đến được các trạm ở phía đối diện Topology bus cho thấy dữ liệu được truyền theo hình thức liên kết điểm đến nhiều điểm hoặc quảng bá, peer to peer Mạng hình bus có nhiều ưu điểm nổi bật.
- Bán kính mạng không bị hạn chế.
- Chi phí lắp đặt thấp vì dung chung đường truyền.
- Dễ lắp đặt, mở rộng tương đối đơn giản.
Nhược điểm của mạng hình bus:
Do yêu cầu về giao thức điều khiển truy cập đường truyền, khi xảy ra sự cố, việc kiểm soát và khắc phục trở nên khó khăn hơn, dẫn đến khả năng ảnh hưởng đến toàn bộ mạng cao hơn so với mạng hình sao.
- Dễ xảy ra va chạm, xung đột trên đường truyền.
Mạng dạng kết hợp. o Kết hợp hình sao và bus (Star/Bus topology):
Cấu hình mạng này sử dụng bộ phận tách tín hiệu (spitter) làm thiết bị trung tâm, cho phép hệ thống dây cáp mạng lựa chọn giữa hai kiểu cấu trúc là Ring Topology hoặc Linear Bus Topology.
Cấu hình mạng ARCNET, kết hợp giữa hình sao và vòng, cho phép tạo ra nhiều nhóm làm việc ở khoảng cách xa nhau Với thiết kế Star/Bus Topology, cấu hình này mang lại sự linh hoạt trong việc bố trí đường dây, dễ dàng thích ứng với bất kỳ loại toà nhà nào.
Cấu hình mạng kết hợp giữa Topology Star và Ring sử dụng một "thẻ bài" (Token) để truyền dữ liệu quanh một HUB trung tâm Mỗi trạm làm việc (workstation) được kết nối với HUB, đóng vai trò là cầu nối giữa các trạm và giúp tăng cường khoảng cách cần thiết trong mạng.
Phân loại mạng theo chức năng
Máy tính được cấu hình để cung cấp các dịch vụ như file server, mail server, web server và FTP được gọi là server Trong khi đó, các máy tính truy cập và sử dụng những dịch vụ này được gọi là client.
Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer)
Mạng ngang hàng (P2P) cho phép nhiều máy tính chia sẻ tập tin và truy cập thiết bị như máy in mà không cần đến máy chủ hay phần mềm máy chủ Hình thức này tạo điều kiện cho việc trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa các người dùng, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên mạng.
Mạng Peer-to-Peer (P2P) là hệ thống kết nối giữa hai hoặc nhiều máy tính, cho phép chia sẻ tài nguyên trực tiếp mà không cần thông qua máy chủ trung gian.
Mạng Peer-to-Peer có thể được thiết lập theo nhiều hình thức, từ việc kết nối trực tiếp hai máy tính qua cổng USB để truyền tải tập tin, đến việc xây dựng một hệ thống mạng nhỏ với 5-6 máy tính trong văn phòng thông qua cáp đồng Ngoài ra, Peer-to-Peer còn có thể mở rộng thành mạng quy mô lớn hơn, sử dụng các giao thức và ứng dụng đặc biệt để tạo ra các mối quan hệ trực tiếp giữa người dùng trên internet.
Mô hình OSI
Mô hình OSI (Open System Interconnection) là một tiêu chuẩn được tổ chức ISO đề xuất từ năm 1977 và công bố lần đầu vào năm 1984 Mô hình này cung cấp các quy tắc giao tiếp cần thiết để các máy tính và thiết bị mạng có thể truyền thông với nhau Nó đóng vai trò như một khuôn mẫu giúp chúng ta hiểu cách dữ liệu di chuyển qua mạng, đồng thời giải thích các chức năng mạng diễn ra tại mỗi lớp trong mô hình.
Trong mô hình OSI có bảy lớp, mỗi lớp mô tả một phần chức năng độc lập
Sự tách lớp của mô hình này mang lại những lợi ích sau:
- Chia hoạt động thông tin mạng thành những phần nhỏ hơn, đơn giản hơn giúp chúng ta dễ khảo sát và tìm hiểu hơn.
- Chuẩn hóa các thành phần mạng để cho phép phát triển mạng từ nhiều nhà cung cấp sản phẩm.
Ngăn chặn sự thay đổi của một lớp ảnh hưởng đến các lớp khác giúp mỗi lớp phát triển độc lập và nhanh chóng hơn.
Mô hình tham chiếu OSI định nghĩa các qui tắc cho các nội dung sau:
- Cách thức các thiết bị giao tiếp và truyền thông được với nhau.
- Các phương pháp để các thiết bị trên mạng khi nào thì được truyền dữ liệu, khi nào thì không được.
- Các phương pháp để đảm bảo truyền đúng dữ liệu và đúng bên nhận.
- Cách thức vận tải, truyền, sắp xếp và kết nối với nhau.
- Cách thức đảm bảo các thiết bị mạng duy trì tốc độ truyền dữ liệu thích hợp Cách biểu diễn một bit thiết bị truyền dẫn.
Các thiết bị kết nối mạng
- Card mạng – NIC (Network Interface Card)
Card mạng (NIC) là thiết bị kết nối máy tính với mạng, hoạt động ở lớp 2 của mô hình OSI Mỗi card mạng sở hữu một địa chỉ MAC (Media Access Control) duy nhất, giúp xác định thiết bị trong mạng Card mạng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển kết nối của máy tính với các phương tiện truyền dẫn trên mạng.
Repeater là thiết bị hoạt động ở tầng 1 của mô hình OSI, có chức năng khuếch đại và định hình lại tín hiệu Nó gửi mọi tín hiệu nhận được từ một cổng ra tất cả các cổng còn lại, phục hồi tín hiệu trên đường truyền mà không thay đổi nội dung.
Hub là một thiết bị mạng tương tự như Repeater nhưng có nhiều cổng, thường từ 4 đến 24 cổng hoặc hơn Nó thường được sử dụng trong các mạng 10BASE-T hoặc 100BASE-T Trong cấu hình mạng hình sao (Star topology), Hub hoạt động như trung tâm, truyền thông tin từ cổng này đến tất cả các cổng khác.
Hub được chia thành hai loại chính: Active Hub và Smart Hub Active Hub là loại phổ biến nhất, cần nguồn điện để hoạt động và có chức năng khuếch đại tín hiệu, đảm bảo tín hiệu đủ mạnh cho các cổng còn lại Trong khi đó, Smart Hub (hay còn gọi là Intelligent Hub) không chỉ thực hiện chức năng tương tự như Active Hub mà còn tích hợp chip tự động dò lỗi, giúp phát hiện và khắc phục sự cố trong mạng một cách hiệu quả.
Việc kết nối các mạng LAN riêng lẻ thành một liên mạng chung gọi là Internetworking Internetworking sử dụng 3 công cụ chính : bridge, route và switch.
Bridge là thiết bị mạng thuộc lớp 2 của mô hình OSI, được sử dụng để kết nối hai mạng thành một mạng lớn duy nhất, thường thấy trong các mạng Ethernet Thiết bị này theo dõi các gói tin trên toàn bộ mạng và khi phát hiện một gói tin từ máy tính của mạng này gửi tới máy tính của mạng khác, Bridge sẽ sao chép và chuyển tiếp gói tin đó đến đích Một trong những ưu điểm nổi bật của Bridge là hoạt động một cách trong suốt, cho phép các máy tính trên các mạng khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần biết về sự tồn tại của Bridge.
Bridge có khả năng xử lý nhiều loại lưu thông mạng như Novell và Banyan, đồng thời hỗ trợ địa chỉ IP Tuy nhiên, nhược điểm của Bridge là chỉ kết nối các mạng cùng loại, và việc sử dụng Bridge cho các mạng hoạt động nhanh sẽ gặp khó khăn nếu chúng không nằm gần nhau về mặt vật lý.
Router là thiết bị mạng lớp 3 trong mô hình OSI, có chức năng kết nối nhiều mạng IP khác nhau Để giao tiếp hiệu quả, các máy tính trong mạng cần nhận biết sự hiện diện của router, và theo quy tắc IP, mọi thiết bị kết nối đều có khả năng tương tác với router Một trong những ưu điểm nổi bật của router là khả năng kết nối các loại mạng khác nhau, từ mạng Ethernet cục bộ tốc độ cao đến các đường dây điện thoại đường dài có tốc độ chậm.
Router có nhược điểm so với Bridge do yêu cầu tính toán cao hơn để xác định đường đi cho các gói tin, đặc biệt khi kết nối các mạng có tốc độ khác nhau Mạng nhanh có thể phát gói tin nhanh hơn mạng chậm, dẫn đến tình trạng nghẽn mạng, buộc Router phải yêu cầu máy tính gửi gói tin chậm hơn Thêm vào đó, Router có đặc điểm chuyên biệt theo giao thức, nghĩa là cách giao tiếp của máy tính với router IP khác với router Novell hay DECnet Tuy nhiên, vấn đề này đã được giải quyết nhờ mạng có khả năng nhận biết đường dẫn của mọi loại mạng Hiện nay, hầu hết các router thương mại đều hỗ trợ nhiều giao thức, mặc dù có thể phát sinh chi phí bổ sung cho mỗi giao thức.
Switch được coi là một Bridge với nhiều cổng, khác với Bridge chỉ có 2 cổng để kết nối 2 segment mạng Switch có khả năng kết nối nhiều segment mạng tùy thuộc vào số cổng của nó Giống như Bridge, Switch "học" thông tin mạng qua các gói tin mà nó nhận từ các máy trong mạng, từ đó xây dựng bảng Switch giúp định hướng gói tin đến đúng địa chỉ.
Ngày nay, Switch đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp dữ liệu với hai chức năng chính: chuyển khung dữ liệu từ nguồn đến đích và xây dựng bảng Switch So với Repeater, Switch hoạt động với tốc độ cao hơn và cung cấp nhiều tính năng hơn, bao gồm khả năng tạo mạng LAN ảo (VLAN).
Hệ thống dây cáp dành cho mạng LAN
Cáp xoắn đôi là loại cáp gồm nhiều cặp dây đồng được xoắn lại với nhau để giảm thiểu hiện tượng phát xạ nhiễu điện từ Với chi phí thấp, cáp xoắn đôi được ứng dụng phổ biến trong các mạng LAN Hiện nay, có hai loại cáp xoắn đôi chính: loại có vỏ bọc chống nhiễu và loại không có vỏ bọc chống nhiễu.
Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu STP (Shielded Twisted Pair) được cấu tạo từ nhiều cặp dây xoắn, bên ngoài được bọc bằng lớp vỏ đồng bện Lớp vỏ này giúp chống lại EMI từ môi trường bên ngoài và ngăn chặn phát xạ nhiễu bên trong Đặc biệt, lớp bọc chống nhiễu được nối đất để thoát nhiễu hiệu quả Nhờ vào thiết kế này, cáp xoắn đôi có vỏ bọc STP ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện, cho phép truyền tín hiệu xa hơn so với cáp xoắn đôi trần.
Cáp đồng trục là loại cáp điện đặc biệt, bao gồm một lõi dẫn điện được bao bọc bởi một lớp điện môi không dẫn điện Ngoài lớp điện môi, cáp còn được quấn thêm một lớp bện kim loại để tăng cường khả năng bảo vệ Cuối cùng, cáp được bao phủ bởi một lớp vỏ bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất truyền dẫn tín hiệu.
Cáp đồng trục là loại cáp phổ biến được sử dụng để truyền tín hiệu vô tuyến Nó có nhiều ứng dụng, bao gồm kết nối giữa thiết bị thu phát sóng và ăng ten, kết nối mạng máy tính, cũng như làm cáp truyền hình.
Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu.
Cáp quang là những sợi thủy tinh mỏng, trong suốt với đường kính tương đương một sợi tóc, được sắp xếp thành bó để truyền tín hiệu ở khoảng cách xa Khác với cáp đồng sử dụng điện để truyền tín hiệu, cáp quang ít bị nhiễu hơn, có tốc độ cao và khả năng truyền xa hơn, mang lại hiệu quả vượt trội trong việc truyền dữ liệu.
Mô hình an toàn-an ninh mạng
An ninh mạng là việc ngăn chặn sự xâm nhập từ bên ngoài vào mạng nội bộ Để đảm bảo an toàn khi kết nối LAN, cần triển khai các cơ chế bảo vệ như firewall và chương trình antivirus Việc bảo vệ hệ thống mạng không chỉ giúp ngăn chặn các mối đe dọa mà còn bảo vệ dữ liệu và thông tin quan trọng trên mạng.
- Là các dịch vụ mạng đang triển khai.
- Là các thông tin quan trọng mà mạng đó đang lưu giữ, hay cần lưu chuyển.
- Là các tài nguyên phần cứng và phần mềm mà hệ thống mạng đó có để cung ứng cho những người dùng mà nó cho phép.
Thiết kế mạng WLAN
Các thành phần chính trong kiến trúc mạng WLAN
- Các card mạng vô tuyến:
Giống như mạng LAN hữu tuyến, mạng WLAN cũng yêu cầu các card mạng tương thích để hoạt động Các card giao diện mạng vô tuyến kết nối với hệ điều hành thông qua trình điều khiển riêng, cho phép các ứng dụng truy cập mạng một cách linh hoạt Điểm khác biệt lớn là card mạng WLAN không cần dây cáp để kết nối, giúp việc tái lắp đặt các nút mạng trở nên dễ dàng mà không cần phải thay đổi cáp hoặc điều chỉnh các kết nối tới bảng mạch hay bộ tập trung.
Hiện nay có nhiều loại card mạng tiêu biểu như:
Card PCI Wireless: Dùng để kết nối các máy khách vào hệ thống mạng không dây.
Card PCMCIA Wireless : Thường được sử dụng trong các máy tính xách tay và các thiết bị hỗ trợ cá nhân số PDA.
USB Wifi: Kết nối tới mạng không dây qua cổng USB.
- Điểm truy cập (Access Point):
Các điểm truy cập tạo ra vùng phủ sóng vô tuyến, kết nối các nút di động với hạ tầng mạng hữu tuyến, cho phép mạng WLAN mở rộng thành một phần của mạng hữu tuyến Nhờ khả năng mở rộng vùng phủ sóng, mạng WLAN rất ổn định và có thể triển khai thêm điểm truy cập trong các tòa nhà hoặc khuôn viên trường học, tạo ra các vùng truy cập vô tuyến rộng lớn Điểm truy cập hoạt động như một thiết bị song công (Full duplex) với mức độ thông minh tương đương một chuyển mạch Ethernet phức tạp Các điểm truy cập có ba chế độ hoạt động chính.
Chế độ gốc (Root mode) là cấu hình mặc định của hệ thống, được sử dụng khi điểm truy nhập kết nối với mạng backbone qua giao diện có dây.
Chế độ cầu nối (Bridge mode): Điểm truy nhập hoạt động hoàn toàn giống với một cầu nối không dây.
Chế độ lặp (Repeater mode) cho phép điểm truy nhập kết nối không dây với mạng có dây thay vì sử dụng kết nối có dây thông thường Trong chế độ này, một điểm truy nhập hoạt động như root, trong khi điểm truy nhập còn lại hoạt động như một repeater không dây Do đó, điểm truy nhập trong chế độ lặp vừa đóng vai trò là AP cho các client, vừa là client đối với các AP upstream.
- Các cầu nối vô tuyến từ xa:
Cầu nối vô tuyến từ xa chủ yếu được sử dụng cho các kết nối bên ngoài, cho phép liên kết các mạng với nhau trong các tòa nhà và khoảng cách lên đến 32 km Chúng cung cấp giải pháp nhanh chóng và kinh tế hơn so với việc lắp đặt cáp hoặc triển khai đường điện thoại riêng, đặc biệt khi kết nối hữu tuyến không khả thi do địa hình gồ ghề hoặc phải vượt qua các khu vực riêng tư Khác với các kết nối bằng cáp, cầu nối vô tuyến có khả năng lọc lưu lượng, đảm bảo rằng các mạng được kết nối không bị chồng chéo bởi lưu lượng không cần thiết Ngoài ra, chúng còn có thể hoạt động như thiết bị an ninh nội bộ bằng cách xác thực các địa chỉ mã hóa trong các bộ thích ứng LAN, ngăn chặn hiệu quả việc truyền thông giả mạo.
- Kiến trúc giao thức WLAN
Mạng WLAN khác biệt với các mạng hữu tuyến ở lớp vật lý và lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) trong mô hình OSI Sự khác biệt này cho phép hai phương pháp cung cấp điểm giao diện vật lý cho mạng WLAN Khi điểm giao diện ở lớp điều khiển liên kết logic (LLC), thường cần một trình điều khiển người dùng để hỗ trợ phần mềm cấp cao hơn như hệ điều hành mạng, cho phép các nút di động giao tiếp trực tiếp qua card mạng vô tuyến Điểm giao diện logic khác ở lớp MAC, được sử dụng cho các kết nối vô tuyến, cho phép các điểm truy cập thực hiện chức năng cầu nối mà không cần định tuyến Mặc dù giao diện MAC yêu cầu kết nối hữu tuyến, nó vẫn tương thích với bất kỳ hệ điều hành mạng nào, cho phép mở rộng mạng LAN hữu tuyến hiện có với các thiết bị mạng vô tuyến mới.
Các loại mô hình mạng WLAN thường gặp
Mạng Ad-hoc là một mô hình hoạt động theo chuẩn IEEE 802.11, cho phép các máy tính hoặc thiết bị không dây giao tiếp trực tiếp với nhau mà không cần điểm truy cập Mô hình này giải quyết vấn đề kết nối giữa các thiết bị trong trường hợp không có hạ tầng mạng trung gian.
- Mô hình cơ sở hạ tầng
Trong mạng WLAN cơ sở hạ tầng, nhiều điểm truy cập kết nối với mạng dây, giúp người dùng chia sẻ tài nguyên mạng hiệu quả Các điểm truy cập không chỉ cung cấp kết nối với mạng dây mà còn chuyển tiếp lưu lượng mạng không dây nhanh chóng đến các khu vực lân cận Nhờ vào nhiều điểm truy cập, phạm vi không dây có thể bao phủ toàn bộ tòa nhà hoặc khu vực làm việc.
Mô hình Point to Point là một giải pháp mạng WLAN hiệu quả cho quy mô lớn, sử dụng anten định hướng để truyền dữ liệu giữa các điểm cách nhau từ 500m đến 3Km Với ưu điểm là tính tiện lợi, chi phí thấp và dễ dàng triển khai hơn so với cáp quang, mô hình này ngày càng được ứng dụng rộng rãi Hơn nữa, nó còn đảm bảo kết nối xác thực và mã hóa dữ liệu cao, mang lại sự an toàn cho người sử dụng.
- Mô hình Point to MultiPoint
Mô hình Point to MultiPoint được áp dụng rộng rãi trong các mạng quy mô lớn, chủ yếu bởi các công ty truyền thông, chi nhánh công ty và ngành du lịch Mô hình này sử dụng anten đa hướng để truyền tải dữ liệu đến nhiều điểm khác nhau, giúp tối ưu hóa việc kết nối và trao đổi thông tin.
Các chuẩn mạng thông dụng của WLAN
Giới thiệu về chuẩn IEEE 802.11:
IEEE 802.11 là một bộ chuẩn kỹ thuật do tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) phát triển, liên quan đến mạng không dây Chuẩn này quy định cách thức giao tiếp "truyền qua không khí" bằng sóng vô tuyến, cho phép truyền nhận tín hiệu giữa thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập, cũng như giữa nhiều thiết bị không dây trong mô hình ad-hoc.
Kiến trúc và sự ra đời chuẩn IEEE 802.11:
Chuẩn 802.11 cũng như các chuẩn khác trong họ IEEE 802, nó tập trung vào
Hai tầng thấp nhất trong mô hình OSI là tầng vật lý (Physical) và tầng liên kết dữ liệu (Datalink) Tất cả hệ thống mạng theo chuẩn 802 đều bao gồm hai thành phần chính là MAC (Media Access Control) và PHY (Physical) MAC định nghĩa các quy tắc cho việc truy xuất và gửi dữ liệu, trong khi PHY chịu trách nhiệm cho việc truyền dẫn và thu nhận dữ liệu.
Chuẩn 802.11b, được mở rộng từ chuẩn 802.11 gốc vào tháng 7 năm 1999, hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương đương với Ethernet truyền thống Sử dụng tần số vô tuyến 2.4 GHz, chuẩn này giúp giảm chi phí sản xuất cho các hãng Tuy nhiên, thiết bị 802.11b có thể gặp phải hiện tượng xuyên nhiễu từ các thiết bị như điện thoại không dây và lò vi sóng Mặc dù vậy, việc đặt các thiết bị 802.11b xa các nguồn gây nhiễu có thể giảm thiểu vấn đề này Ưu điểm của chuẩn 802.11b là giá thành thấp, phạm vi tín hiệu tốt và khả năng chống cản trở, trong khi nhược điểm là tốc độ tối đa thấp và có thể bị nhiễu trong các ứng dụng gia đình.
Vào năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN đã chuyển sang chuẩn 802.11g, nổi bật trên thị trường nhờ vào sự kết hợp hoàn hảo giữa 802.11a và 802.11b Chuẩn 802.11g hỗ trợ băng thông lên đến 54Mbps và hoạt động trên tần số 2.4 Ghz, mang lại phạm vi rộng lớn Đặc biệt, 802.11g tương thích với chuẩn 802.11b, cho phép các điểm truy cập 802.11g làm việc với adapter mạng không dây 802.11b và ngược lại Những ưu điểm nổi bật của chuẩn này bao gồm tốc độ cao, phạm vi tín hiệu tốt và khả năng chống che khuất hiệu quả.
Nhược điểm: Thiết bị có thể bị xuyên nhiễu từ nhiều thiết bị khác sử dụng cùng bằng tần.
Chuẩn Wi-Fi mới nhất, 802.11n, được thiết kế để cải thiện hiệu suất so với 802.11g bằng cách sử dụng công nghệ MIMO với nhiều tín hiệu không dây và anten Được phê duyệt vào tháng 6 năm 2007, 802.11n có tốc độ lý thuyết lên đến 600Mbps, gấp 10 lần so với 802.11g, và vùng phủ sóng lên tới 250m, gần gấp đôi so với 140m của 802.11g Chuẩn này không chỉ cung cấp phạm vi bao phủ tốt hơn mà còn có cường độ tín hiệu mạnh mẽ, giúp giảm thiểu nhiễu từ các nguồn bên ngoài Thiết bị 802.11n cũng hoàn toàn tương thích với các thiết bị 802.11g.
Nhược điểm: Chưa khắc phục được khả năng xuyên nhiễu với các thiết bị khác hoạt động cùng tần số bên cạnh đó giá thành còn cao.
- Từ 201x tới nay, IEEE đã bổ sung thêm chuẩn 802.11ac chỉ có thể chạy ở băng tần 5GHz nhưng có tốc độ tối đa là 1730Mb/s.
Thiết kế hệ thống mạng
Khảo sát chung
Tòa nhà của công ty gồm có 4 tầng:
- Tầng 1: Phòng hành chính (10 users) và một mạng wi-fi cho nhân viên và khách vãng lai (tối đa 20)
- Tầng 2: Phòng kĩ thuật (5 users), phòng lãnh đạo (5 users)
- Tầng 3: Phòng họp dùng mạng wi-fi (tối đa 50 users)
- Tầng 4: Phòng server dùng địa chỉ IP tĩnh (tối đa 10 hosts)
Mục tiêu
- Tất cả nhân viên trong công ty đều được sử dụng Internet
- Tất cả các thiết bị ở các phòng ban có thể kết nối lẫn nhau
Công ty cần thiết lập một Web Server chuyên dụng dành riêng cho nhân viên, đảm bảo an toàn và bảo mật hoàn toàn khỏi các truy cập bên ngoài Vị trí đặt Web Server có thể linh hoạt tùy theo nhu cầu của công ty.
Phương án triển khai
Thực hiện theo mô hình sau:
Công nghệ sử dụng
- Tận dụng tối đa các công nghệ phổ biến của Microsoft
- Với diện tích của công ty như trên ta sẽ chọn loại mạng cần thiết kế là mạng LAN
- Có tốc độ truyền tải dữ liệu là 10 MB/s
- Tất cả nhân viên ở các tầng đều có thể truy cập được thông qua địa chỉ của máy Web Server
- Tại máy Web Server xây dụng một Web site mới đăng tải thông tin nội bộ công ty
Dịch vụ
- Xây dụng một Web Server chỉ để phục vụ cho nhân viên trong công ty, hoàn toàn bảo mật với bên ngoài