Nghiên cứu chuyển mạch mạng và xây dựng mạng VLAN cho công ty điện lực quảng nam

Trong công cuộc đổi mới không ngừng của khoa học kĩ thuật, nhiều lĩnh vực đã và đang phát triển vượt bật đặc biệt là lĩnh vực công nghệ thông tin. Ngày nay không ai còn nghi ngờ vai trò của công nghệ thông tin trong đời sống, nó xuất hiện hầu hết trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, kinh doanh, cũng như mọi mặt vận động của xã hội, dưới mọi quy mô, từ xí nghiệp công ty cho đến cả quốc gia và quốc tế.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

I THÔNG TIN CÁ NHÂN:

Họ và tên: Trần Ngọc Toàn

Mã số sinh viên: Ngành đào tạo: Công nghệ thông tin

II THÔNG TIN ĐỀ TÀI:

Tên đề tài: Nghiên cứu chuyển mạch mạng và xây dựng mạng VLAN cho công ty điệnlực Quảng Nam

Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Hà Huy Cường

Mobile : 093501992

E-mail: nguyenhahuycuong@gmail.com

Cơ quan công tác: Khoa Công Nghệ Thông Tin - Trường ĐẠI HỌC QUẢNG NAM

A MỞ ĐẦU

1 Lý do ch n đ tài ọn đề tài ề tài

Trong công cuộc đổi mới không ngừng của khoa học kĩ thuật, nhiều lĩnh vực đã

và đang phát triển vượt bật đặc biệt là lĩnh vực công nghệ thông tin Ngày nay không

ai còn nghi ngờ vai trò của công nghệ thông tin trong đời sống, nó xuất hiện hầu hếttrong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, kinh doanh, cũng như mọi mặt vận động của xãhội, dưới mọi quy mô, từ xí nghiệp công ty cho đến cả quốc gia và quốc tế

Thành công lớn nhất của ngành công nghệ thông tin có thể kể đến đó là sự ra đờicủa máy vi tính (PC) Máy tính được coi là công cụ hỗ trợ đắc lực cho con người trongnhiều công việc đặc biệt là công tác quản lý Máy tính cá nhân là công cụ tuyệt vời đểgiúp tạo dữ liệu, bảng tính, hình ảnh và nhiều dạng thông tin khác, nhưng không chophép chia sẻ dữ liệu đã tạo nên Mạng máy tính được hình thành từ nhu cầu muốn chia

sẻ tài nguyên và dùng chung nguồn dữ liệu Nếu không có hệ thống mạng, dữ liệu phảiđược in ra giấy thì người khác mới có thể hiệu chỉnh và sử dụng được hoặc chỉ có thểsao chép lên đĩa mềm do đó tốn nhiều công sức và thời gian

Vì vậy hạ tầng mạng máy tính là phần ko thể thiếu trong tổ chức hay các công ty.Trong điều kiện kinh tế hiện nay thì hầu hết các công ty hay tổ chức có phạm vi sửdụng bị hạn chế bởi diện tích và mặt bằng triển khai xây dựng mạng LAN để phục vịcho việc quản lý dữ liệu nội bộ cơ quan mình được thuận lợi, đảm bảo tính an toàn dữliệu củng như tính bảo mật dữ liệu, mặt khác mạng LAN còn giúp các nhân viên trongcông ty truy cập dữ liệu 1 cách thuận tiện với tốc độ cao

Và để giúp cho các cơ quan doanh nghiệp tận dụng tối đa tài nguyên hệ thốngdựa trên nền của hệ thống mạng cục bộ, giúp cho việc sử dụng hệ thống thông tintruyền tải dữ liệu 1 cách an toàn và hiệu quả Cisco đã tạo ra 1 công nghệ cho phépthiết lập 1 hệ thống mạng LAN ảo - VIRTUAL LAN Vì vậy từ kiến thức đã có được

của mạng này, tôi đã đăng ký chọn đề tài " Nghiên cứu chuyển mạch mạng và xây

dựng mạng VLAN cho công ty điện lực Quảng Nam" nhằm mục đích xây dựng hệ

thông mạng VLAN hoàn chỉnh, qua đó đưa ra giải pháp hợp lý góp phần phát triển hệthống mạng của công ty điện lực Quảng Nam

Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức chưa sâu sắc, kinh nghiệm thực tếchưa nhiều nên đề tài chắc chắn không thể tránh khỏi những hạn chế thiếu sót, rấtmong sự đóng góp ý kiến của thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn

2 Mục tiêu của đề tài

Nắm bắt được vấn đề chuyển mạch mạng, công nghệ VLAN, nghiên cứu tínhnổi bật của công nghệ VLAN để xây dựng hệ thống mạng VLAN cho công ty điện lựcQuảng Nam, vận dụng tất cả những kiến thức đã và được tự học, tham khảo ý kiến củathầy hướng dẫn cùng với tìm tòi tài liệu trên mạng để có được 1 bài thực tập hoànchỉnh

Ngoài ra việc thực hiện đề tài này nhằm tổng kết và bổ sung thêm những kiếnthức từ thực tiễn và những môn tôi đã được học tại trường Sử dụng những kiến thức

đã học để giải quyết 1 số vấn đề thiết kế hệ thống mạng Thông qua đề tài giúp tôi có

cái nhìn sâu sắc hơn về ngành công nghệ thông tin và có thể ứng dụng rộng rãi trongthực tế Tập làm quen với công việc và môi trường thực tế sau khi tốt nghiệp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

4.1 Nội dung

Nội dung của đề tài là nghiên cứu về vấn đề chuyển mạch mạng, thiết kế và xâydựng 1 hệ thống mạng VLAN cho công ty điện lực Quảng Nam, triển khai dịch vụmạng LAN ảo phù hợp với yêu cầu của công ty, tiện lợi cho quá trình vận hành vàgiám sát toàn hệ thống Tối ưu hóa các thiết bị mạng, thông qua các thiết bị mạng:router, switch… Ngăn chặn những truy cập trái phép đến hệ thống Qua đó công việcphải làm:

Khảo sát hệ thống mạng cục bộ của công ty điện lực Quảng Nam

Nghiên cứu công nghệ mạng LAN ảo

Thiết kế và xây dựng hệ thống mạng VLAN phù hợp cho công ty

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Đọc và nghiên cứu các tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài

Học hỏi kinh nghiệm của người khác

Tham khảo từ Internet

Xây dựng ứng dụng và thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

VLAN là viết tắt của Virtual Local Area Network hay còn gọi là mạng LAN ảođược ra đời nhằm giúp các cơ quan, doanh nghiệp tận dụng tối đa tài nguyên của hệthống dựa trên nền của hệ thốn mạng cục bộ, giúp cho việc sử dụng hệ thống, thông tintruyền tải dữ liệu diễn ra 1 cách an toàn và hiệu quả

Có thể nói VLAN là 1 lựa chọn tối ưu cho các cơ quan doanh nghiệp ứng dụng

hệ thống CNTT, với chi phí hợp lý, hiệu quả thì lớn Với VLAN việc tiết kiệm các chiphí xây dựng do việc tận dụng các cơ sở hạ tầng có sẵn, giảm chi phí vận hành và bảodưỡng, tính linh động cao

Công ty điện lực Quảng Nam là nơi đã ứng dụng CNTT vào công tác quản lýmột cách khá hiệu quả Cho đến thời điểm hiện tại công ty đã có cơ sở mạng LAN rấttốt, việc ứng dụng mạng, đặt biệt là công nghệ mạng VLAN vào việc truyền tải dữ liệu

và bảo mật hệ thống là đặt biệt cần thiết

6 Bố cục của đề tài

Gồm 3 chương

Chương 1 : Tổng quan về chuyển mạch mạng

Chương 2 : Lý thuyết cơ sở VLAN áp dụng vào đề tài

Chương 3 : Xây dựng mô hình mạng VLAN công ty điện lực Quảng Nam

Tổng kết : Trình bày các ưu điểm và hạn chế của hệ thống để đưa ra hướng phát triểncho hệ thống Qua đó tổng kết lại quá trình thực hiện đề tài

B: NỘI DUNG

Chương 1 : Tổng quan về chuyển mạch mạng – Switch

1.1 Định nghĩa về chuyển mạch

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người

sử dụng qua hạ tầng mạng viễn thông Nói cách khác chuyển mạch trong mạng viễnthông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thôngtin Như vậy, theo khía cạnh thông tin thường khái miện chuyển mạch gắn liền vớimạng và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI (Open System Interconnection) của tổchức tiêu chuẩn quốc tế ISO

Quá trình chuyển mạch được thực hiện ở các nút mạng, trong mạng chuyểnmạch kênh các nút mạng thường gọi là các Tổng đài, trong mạng chuyển mạch góithường được gọi là thiết bị định tuyến ( hay là Bộ định tuyến) Trong một số mạng đặcbiệt phần tử thực hiện nhiệm vụ chuyển mạch có thể vừa đóng vai trò thiết bị đầu cuốivừa đóng vai trò chuyển mạch và chuyển tiếp thông tin

1.2 Thiết bị chuyển mạch switch

Switch là một thiết bị chọn lựa đường dẫn để gửi frame đến đích, switch hoạtđộng ở Lớp 2 của mô hình ISO

Nhiệm vụ của switch là chuyển tiếp các khung từ nhánh mạng này sang nhánhmạng khác một cách có chọn lọc dựa vào địa chỉ MAC của máy tính Để làm đượcđiều này, switch cần phải duy trì bộ nhớ của mình một bảng điạ chỉ cục bộ chứa vị trícủa tất cả các máy tính trong mạng Mỗi máy tính sẽ chiếm giữ 1 mục trong bảng địachỉ Mỗi switch được thiết kế với 1 dung lượng bộ nhớ giới hạn Và như thế nó xác

định khả năng phục vụ tối đa của 1 switch Chúng ta không thể dùng switch để nối quánhiều mạng với nhau.

Switch hoạt động ở lớp 2 của mô hình OSI, switch là 1 thiết bị lựa chọn đườngdẫn để quyết định chuyển frame đích nên mạng LAN hoạt động hiệu quả hơn Switchnhận biết máy nào kết nối vào cổng của nó bằng cách đọc địa chỉ MAC nguồn trongframe mà nó nhận Khi 2 máy thực hiện liên lạc với nhau, switch chỉ thiết lập 1 mạchảo giứa 2 cổng tương ứng mà ko làm ảnh hưởng đến lưu thông trên các cổng khác Do

đó mạng LAN có hiệu suất hoạt động cao thường sử dụng chuyển mạch toàn bộ

Các đặc điểm chính của switch:

Tách biệt giao thông trên từng đoạn mạng: switch chia hệ thống mạng ra thànhnhiều đơn vị cực nhỏ gọi là microsegmet, các segment như vậy cho phép các ngườidùng trên nhiều segment khác nhau có thể giữ dữ liệu cùng 1 lúc mà không làm chậmcác hoạt động của mạng Bằng cách chia nhỏ hệ thống mạng, sẽ làm giảm lượng ngườidùng và thiết bị cùng chia sẻ một băng thông

Tăng nhiều hơn lượng băng thông dành cho mỗi người dùng bằng cách tạo ramiền đụng độ nhỏ hơn: Switch là bảo đảm cung cấp băng thông nhiều hơn cho ngườidùng bằng cách tạo ra các miền đụng độ nhỏ hơn Switch chia nhỏ mạng LAN thànhnhiều đoạn mạng (segment) nhỏ Mỗi segment này là một kết nối riêng giống như mộtlàn đường riêng 100 Mb/s Mỗi server có thể đặt trên một kết nối 100 Mb/s riêng.Trong các hệ thống mạng hiện nay Fast Ethernet switch được sử dụng làm đường trụcchính cho mạng LAN, còn Ethernet switch hoặc Fast Ethernet hub được sử dụng kếtnối xuống máy tính

1.3 Hoạt động chuyển mạch cơ bản của switch

Chuyển mạch là một kỹ thuật giúp giảm tắc nghẽn trong mạng Ethernet, TokenRing và FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Chuyển mạch thực hiện được việcnày bằng cách giảm giao thông và tăng băng thông LAN switch thường được sử dụngđể thay thế cho Hub và vẫn hoạt động tốt với các cấu trúc cáp có sẵn

Switch thực hiện hoạt động chính như sau:

- Chuyển mạch frame

- Bảo trì hoạt động chuyển mạch.

- Khả năng truy cập riêng biệt trên từng port

- Loại trừ được đụng độ và tăng thông lượng đường truyền

- Hỗ trợ được nhiều phiên giao dịch cùng một lúc

- Chuyển frame dựa trên bảng chuyển mạch

- Chuyển frame dựa theo địa chỉ MAC (lớp 2)

- Hoạt động ở lớp 2 của mô hình OSI

- Hoạt vị trí kết nối của từng máy trạm bằng cách ghi nhận địa chỉ nguồn trênframe nhận vào.

Thời gian trễ là thời gian từ lúc switch nhận frame vào cho đến khi switch đãchuyển hết frame ra cổng đích Thời gian trể này phụ thuộc vào cấu hình chuyển mạch

và lượng giao thông qua switch

Thời gian trễ được đo bằng đơn vị nhỏ hơn giây Đối với thiết bị mạng hoạtđộng với tốc độ cao thì mỗi nano giây (ns) trễ hơn là một ảnh hưởng lớn đến hoạt độngmạng

1.4 Chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3

Chuyển mạch là tiến trình nhận frame vào từ một cổng và chuyển frame ra tớimột cổng khác Router sử dụng chuyển mạch Lớp 3 để chuyển các gói đã được địnhtuyến xong Switch sử dụng chuyển mạch Lớp 2 để chuyển frame

Sự khác nhau giữa chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 là loại thông tin nằm trongframe được sử dụng để quyết định chọn cổng ra là khác nhau Chuyển mạch Lớp 2 dựatrên thông tin là địa chỉ MAC Còn chuyển mạch Lớp 3 là dựa trên địa chỉ lớp mạng(ví dụ như: địa chỉ IP)

Chuyển mạch Lớp 2 nhìn vào địa chỉ MAC đích trong phần header của frame

và chuyển frame ra đúng cổng dựa theo thông tin địa chỉ MAC trên bảng chuyểnmạch Bảng chuyển mạch được lưu trong bộ nhớ địa chỉ CAM (Content AddressableMemory – nhớ nội dung địa chỉ) Nếu switch lớp 2 không biết gửi frame vào port nào,

cụ thể thì đơn giản là nó quảng bá frame ra tất cả các port của nó Khi nhận được khinhận được gói trả lời về, switch sẽ nhận địa chỉ mới vào CAM

Chuyển mạch Lớp 3 là một chức năng của Lớp mạng Chuyển mạch Lớp 3kiểm tra thông tin nằm trong phần header của Lớp 3 và đựa vào địa chỉ IP đó đểchuyển gói

Dòng giao thông trong mạng chuyển mạch ngang hàng hoàn toàn khác vớidòng giao thông trong mạng định tuyến hay mạng phân cấp Trong mạng phân cấpdòng giao thông trong mạng được uyển chuyển hơn trong mạng ngang hàng

Hình 1: Chuyển mạch lớp 2

Hình 2: Chuyển mạch lớp 3

1.5 Chuyển mạch đối xứng và bất đối xứng

Chuyển mạch LAN được phân loại thành loại thành đối xứng và bất đối xứngdựa trên bảng thông báo của mỗi cổng trên switch Chuyển mạch đối xứng là chuyển

mạch giữa các cổng có băng thông khác nhau (ví dụ: giữa các cổng 10/100Mb/s vàcổng 100Mb/s).

Chuyển mạch bất đối xứng cho phép cho phép dành nhiều băng thông hơn chocổng nối vào server để tránh nghẽn mạch trên đường này khi có nhiều client truy cậpserver cùng một lúc Chuyển mạch bất đối xứng cần có bộ đệm để giữ frame được liêntục giữa hai tốc độ khác nhau của hai cổng

Chuyển mạch giữa hai cổng có cùng băng thông (10/10Mbs hay 100/100 Mb/s).Thông lượng càng tăng khi số lượng thông tin liên lạc đồng thời tại một thờiđiểm càng tăng

Hình 3: Chuyển mạch đối xứng

- Chuyển mạch giữa hai cổng không cùng băng thông (10/100 Mb/s)

- Đòi hỏi phải có bộ đệm

Hình 4: Chuyển mạch bất đối xứng

Bộ được chia sẻ để tất cả các frame vào chung một bộ nhớ Tất cả các cổng củaswitch chia sẻ cùng một bộ đệm dung lượng bộ đệm phân bổ theo nhu cầu của mỗicổng tại mỗi thời điểm Frame được tự động đưa ra cổng phát Nhờ cơ chế chia sẻ này,một frame nhận được từ cổng này không cần phải chuyển hàng đợi để phát ra cổngkhác.

Swicth giữ một sơ đồ cho biết frame nào tương ứng với cổng nào và sơ đồ này

sẽ xóa đi sau khi đã truyền frame thành công Bộ đệm được sử dụng theo dạng chia sẻ

Do đó lượng frame trong bộ đệm bị giới hạn bởi tổng dung lượng của bộ đệm chứkhông phụ thuộc vào vùng đệm của từng cổng như dạng bộ đệm theo cổng Do đóframe lớn có thể chuyển đi được và ít bị rớt gói hơn Điều này rất quan trọng đố vớichuyển mạch bất đồng bộ vì frame được chuyển giữa hai cổng có hai tốc độ khácnhau

- Bộ đệm theo cổng lưu các frame theo hàng đợi tương ứng với từng cổngnhận vào

- Bộ đệm chia sẻ lưu tất cả các frame vào chung một bộ nhớ Tất cả các cổngtrên switch chia sẻ cùng một vùng nhớ này

1.7 Phương pháp chuyển mạch

Có 2 phương pháp chuyển mạch:

- Cut – through: frame được chuyển đi trước khi nhận xong toàn bộ frame.

Chỉ cần địa chỉ đích có thể đọc được rồi là có thể chuyển frame ra Phươngpháp này làm giảm thời gian trễ nhưng đồng thời làm giảm khả năng pháthiện lỗi frame

- Store – and – forward: nhận vào toàn bộ frame xong rồi mới bắt đầu chuyển

đi Switch đọc địa chỉ nguồn, đích và lọc frame nếu cần trước khi quyết địnhchuyển frame ra Vì switch phải nhận xong toàn bộ frame rồi mới bắt đầutiến trình chuyển mạch frame nên thời gian trễ càng lớn đối với frame cànglớn Tuy nhiên nhờ vậy switch mới kiểm tra lỗi cho toàn bộ frame giúp khảnăng phát hiện lỗi cao hơn

Hai chế độ chuyển mạch cụ thể theo phương pháp cut – through

Fast – forward: Chuyển mạch nhanh có thời gian gian trễ thấp nhất Chuyển

mạch nhanh sẽ chuyển frame ra ngay sau khi đọc được địa chỉ đích của frame màkhông cần phải chờ nhận hết frame Do đó cơ chế này không kiểm tra được framenhận vào có bị lỗi hay không dù điều này không xảy ra thường xuyên và máy đích sẽhủy gói tin nếu gói tin đó bị lỗi Trong cơ chế chuyển mạch nhanh, thời gian trễ đượctính từ lúc switch nhận vào bit đầu tiên cho đến khi switch phát ra bit đầu tiên

Fragment – free: cơ chế chuyển mạch này sẽ lọc bỏ các mảnh gãy do dụng độ

gây ra trước khi bắc đầu chuyển gói Hầu hết các frame bị lỗi trong mạng là những gãycủa frame do bị đụng độ Trong mạng hoạt động bình thường, một mảnh frame gãy dođụng độ gây ra phải nhỏ hơn 64 byte Bất kỳ trong frame nào lớn hơn 64 byte đều xem

là hợp lệ và thường không có lỗi Do cơ chế chuyển mạch không mảnh gãy sẽ chờnhận đủ 64byte đầu tiên của frame để bảo đảm frame nhận được không phải là mộtmảnh gãy do bị đụng độ rồi mới bắt đầu chuyển frame đi Trong chế độ chuyển mạchnày, thời gian trễ cũng được tính từ switch nhận được bit đầu tiên cho đến khi switchphát switch phát đi bit đầu tiên đó

Thời gian trễ của mỗi chế độ chuyển mạch phụ thuộc vào cách mà switchchuyển frame như thế nào Để chuyển frame được nhanh hơn, switch đã bớt thời giankiểm tra lỗi frame đi nhưng làm như vậy lại làm tăng dữ liệu cần truyền lại

1.8 Các chế độ chuyển mạch frame

Có ba chế độ chuyển mạch frame:

Fast – forwad: switch đọc được địa chỉ của frame là bắt đầu chuyển frame đi

luôn mà không cần nhận được hết frame Như vậy, frame được chuyển đi trước nhậnhết toàn bộ frame Do đó thời gian trễ giảm xuống nhưng khả năng phát hiện lỗi kém.Fast - Forwad là một thuật ngữ được sử dụng để chỉ switch đang ở chế độ chuyển

mạch cut -through.

Store – and – forwad: nhận vào toàn bộ frame rồi mới bắt đầu chuyển frame đi.

Switch đọc địa chỉ nguồn và thực hiện lọc bỏ frame nếu cần rồi mới quyết định chuyểnframe định Thời gian switch nhận frame vào sẽ gây ra thời gian trễ Frame càng lớnthì thời gian trễ càng lớn, vì switch phải nhận xong hết toàn bộ frame rồi mới tiến hànhchuyển mạch cho frame Nhưng vậy thì switch có đủ thời gian và dữ liệu để kiểm tralỗi frame, nên khả năng phát hiện lỗi cao hơn

Fragment – free: nhận vào hết 64 byte đầu tiên của frame rồi mới bắt đầu

chuyển frame đi Fragment – free là một thuật ngữ được sử dụng để chỉ switch đang

sử dụng một dạng cải biên của chuyển mạch cut -through

Một chế độ chuyển mạch khác được kết hợp giữa cut – through và Store – and

– forwad Kiểu kết hợp này gọi là cut – through thích nghi (adaptive cut –through)

Trong chế độ này, switch sẽ sử dụng chuyển mạch cut –through cho đến khi

nào nó phát hiện ra một lượng frame bị lỗi nhất định Khi số lượng frame bị lỗi vượt

quá mức ngưỡng thì khi đó switch sẽ chuyển sang dùng chuyển mạch store – and –

forward.

1.9 Switch và miền đụng độ

Nhược điểm lớn nhất của mạng Ethernet 802.3 là đụng độ Đụng độ xảy ra khihai máy tính truyền dữ liệu đồng thời Khi đụng độ xảy ra, mọi frame đang đượctruyền bị phát hủy Các máy đang truyền sẽ ngưng việc truyền dữ liệu lại và chờ mộtkhoảng thời gian ngẫu nhiên theo quy luật CMSA/CD Nếu đụng độ nhiều quá mức sẽlàm không hoạt động được

Miền đụng độ là khu vực mà frame được phát hiện ra có thể bị đụng độ Khi kếtnối một máy vào một cổng của Switch, Switch sẽ tạo một kết nối riêng biệt băng thông10Mb/s cho máy đó Kết nối này và một miền đụng độ riêng (ví dụ: nếu ta nối máyvào một cổng của một switch 12 cổng thì ta sẽ tạo ra 12 miền đụng độ riêng biệt

Hình 5: Các máy tính kết nối vào switch tạo nên miền đụng độ

1.10 Switch và miền quảng bá

Thông tin liên lạc trong mạng được thực hiện theo 3 cách Cách thông dụngnhất gửi trực tiếp từ một máy phát đến một máy thu

Cách hai truyền Multicast Truyền multicast được thực hiện khi một máy muốngửi gói tin đến cho một mạng con, hay một nhóm nằm trong segment

Khi một thiết bị gửi một gói tin quảng bá đến Lớp 2 thì địa chỉ MAC đích củaframe đó sẽ là FF:FF:FF:FF:FF:FF theo số thập lục phân Với địa chỉ đích như vậymọi thiết bị đều phải nhận và xử lý gói quảng bá

Miền quảng bá Lớp 2 còn được xem là miền quảng bá MAC Miền quảng báMAC bao gồm tất cả các thiết bị trong LAN có thể nhận được frame quảng quảng bá

từ một máy trong trong LAN đó

Switch là thiết bị Lớp 2 Khi switch nhận được goi quảng bá thi nó sẽ gửi ra tấtcả tất cả các cổng trừ cổng nhận gói vào Mỗi thiết bị nhận được gói quảng bá đều phải

xử lý thông tin nẳm trong đó Điều này làm giảm hiệu quả hoạt động của mạng vì tốnbăng thông cho mục đích quảng bá

Khi hai switch kết nối với nhau, kích thước miền quảng bá tăng lên (ví dụ nhưhình 6 gói quảng bá được ra tất cả các cổng của switch 1 mà switch 1 kết nối vớiswitch 2 do đó gói quảng bá cũng truyền cho các thiết bị kết nối vào switch 2.

Hậu quả là lượng băng thông khả dụng giảm xuống vì các thiết bị trong cùngmột miền quảng bá đều phải nhận và xử lý gói quảng bá

Hình 6: Switch và miền quảng bá

1.11Thông tin liên lạc giữa swith và máy trạm

Khi một máy trạm được kết nối vào LAN, nó không cần quan tâm đến thiết bịkhác cùng kết nối vào LAN đó Máy trạm chỉ đơn giản là sử dụng NIC (NetworkInterface Card) để truyền dữ liệu xuống môi trường truyền

Máy trạm có thể kết nối trực tiếp với một máy trạm khác bằng cáp chéo hoặc làkết nối vào một thiết bị mạng như là Hub, switch hoặc router bằng cáp thẳng

Switch là thiết bị Lớp 2 thông minh, có thể học địa chỉ MAC của các thiết bịkết nối vào cổng của nó Cho đến khi thiết bị bắt đầu truyền dữ liệu đến switch thì nómới học được đại chỉ MAC của thiết bị trong bảng chuyển mạch Còn trước đó nếuthiết bị chưa hề gửi dữ liệu gì đến switch thì switch chưa nhận biết gì về thiết bị này

Chương 2 : Lý thuyết cơ sở VLAN áp dụng vào đề tài

2.1 Tổng quan về mạng VLAN

Trước hết cần nhắc lại về mạng LAN Mạng LAN là một mạng cục bộ (viết tắtcủa Local Area Network), được định nghĩa là tất cả các máy tính trong cùng một miềnquảng bá (broadcast domain) Cần nhớ rằng các router (bộ định tuyến) chặn bản tinquảng bá, trong khi switch (bộ chuyển mạch) chỉ chuyển tiếp chúng

Mô hình mạng không có VLAN là một mạng phẳng (flat network) vì nó hoạtđộng chuyển mạch ở Lớp 2 Một mạng phẳng là một niểm quảng bá (broadcast), mỗi

gói quản bá từ một host nào đó đều đến được các host còn lại trong mạng Mỗi cổngtrong switch là một miền đụng độ (collision), vì vậy người ta sử dụng switch để chianhỏ miền collision, nhưng nó không ngăn được miền quảng bá.

Vấn đề băng thông: trong một số trường hợp một mạng Campus ở lớp 2 có thể

mở thêm một số tòa nhà cao tầng nữa, hay một số người dùng tăng lên thì nhu cầu sửdụng băng thông cũng tăng, do đó khả năng thực thi của mạng cũng giảm

Vấn đề bảo mật: mỗi người dùng nào cũng có thể thấy các người dùng khác

trong cùng một mạng phẳng (flat network), do đó rất khó bảo mật

Vấn đề về cân bằng tải: trong mạng phẳng ta không thể thực hiện truyền trên

nhiều đường đi, vì lúc đó mạng dễ bị vòng lặp, tạo nên cơn bão quảng bá (broardcaststorm) ảnh hưởng đến băng thông của đường truyền Do đó không thể chia tải (còn gọi

là cân bằng tải)

Để giải quyết vấn đề trên, ta đưa ra giải pháp VLAN VLAN (Virtual LocalArea Network) được định nghĩa là một nhóm logic các thiết bị mạng, và được thiết lậpdựa trên các yếu tố như chức năng, bộ phận, ứng dụng…của công ty Mỗi VLAN làmột mạng con logic được tạo ra trên switch, còn gọi là đoạn hay miền quảng bá(broadcast)

Như đã giới thiệu ở trên, VLAN là một mạng LAN ảo Về mặt kỹ thuật, VLAN

là một miền quảng bá được tạo bởi các switch Bình thường thì router đóng vai tạo ramiền quảng bá Đối VLAN thì có thể tạo ra miền quảng bá

VLAN là một kỹ thuật kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để giớihạn miền đụng độ và miền quảng bá VLAN còn được sử dụng để bảo mật giữa cácnhóm VLAN theo chức năng mỗi nhóm

Một đặc tính quan trọng của mạng chuyển mạch Ethernet là mạng LAN ảo(VLAN) VLAN là một nhóm logic các thiết bị mạng hoặc user Các thiết bị mạnghoặc user được nhóm theo chức năng, phòng ban theo ứng dụng chức không theo vị trívật lý nữa Các thiết bị trong VLAN được giới hạn chỉ thông tin lien lạc với các thiết

bị trong cùng VLAN Chỉ có router cung các kết nối giữa các VLAN với nhau

VLAN với cách phân nguồn tài nguyên và user theo logic đã làm tăng hiệu quảhoạt động của toàn hệ thống mạng Các công ty, tổ chức thường sử dụng VLAN đểphân nhóm user theo logic mà không cần quan tâm đến vị trí vật lý của họ

Với VLAN, mạng có khả năng phát triển, bảo mật và quản lý tốt hơn vì routertrong cấu VLAN có thể ngăn gói quảng bá, bảo mật và quản lý dòng lưu lượng mạng

VLAN là công cụ mạnh trong thiết kế cấu hình mạng Với VLAN công việcthêm bớt, chuyên đổi trong cấu trúc mạng khi cần thiết trở nên đơn giản hơn rất nhiều.VLAN còn giúp gia tăng tính bảo mật và kiểm soát quảng bá lớp 3 Tuy nhiên nếuVLAN được cấu hình không đúng làm cho hoạt động mạng kém hoặc có khi khônghoạt động được Do đó khi thiết kế mạng, việc nắm được cách triển khai VLAN trênnhiều switch khác nhau là quan trọng

2.2 Khái niệm mạng LAN ảo (VLAN)

VLAN là cụm từ viết tắt của virtual local area network (hay virtual LAN) haycòn được gọi là mạng LAN ảo VLAN là một kỹ thuật cho phép tạo lập các mạngLAN độc lập một cách logic trên cùng một kiến trúc hạ tầng vật lý Việc tạo lập nhiềumạng LAN ảo trong cùng một mạng cục bộ (giữa các khoa trong một trường học, giữacác cục trong một công ty, ) giúp giảm thiểu vùng quảng bá (broadcast domain) cũngnhư tạo thuận lợi cho việc quản lý một mạng cục bộ rộng lớn VLAN tương đươngnhư mạng con (subnet)

Với mạng LAN thông thường, các máy tính trong cùng một địa điểm (cùngphòng ) có thể được kết nối với nhau thành một mạng LAN, chỉ sử dụng một thiết bịtập trung như hub hoặc switch Có nhiều mạng LAN khác nhau cần rất nhiều

bộ hub, switch Tuy nhiên thực tế số lượng máy tính trong một LAN thường khôngnhiều, ngoài ra nhiều máy tính cùng một địa điểm (cùng phòng) có thể thuộc nhiềuLAN khác nhau vì vậy càng tốn nhiều bộ hub, switch khác nhau Do đó vừa tốn tàinguyên số lượng hub, switch và lãng phí số lượng port Ethernet

Với nhu cầu tiết kiệm tài nguyên, đồng thời đáp ứng nhu cầu sử dụng nhiềuLAN trong cùng một địa điểm, giải pháp đưa ra là nhóm các máy tính thuộc các LANkhác nhau vào cùng một bộ tập trung switch Giải pháp này gọi là mạng LAN ảo hayVLAN

Có 3 loại VLAN, bao gồm:

VLAN dựa trên cổng (port based VLAN): Mỗi cổng (Ethernet hoặc FastEthernet) được gắn với một VLAN xác định Do đó mỗi máy tính/thiết bị host kết nốivới một cổng của switch đều thuộc một VLAN nào đó Đây là cách cấu hình VLANđơn giản và phổ biến nhất

VLAN dựa trên địa chỉ vật lý MAC (MAC address based VLAN): Mỗi địa chỉ

MAC được gán tới một VLAN nhất định Cách cấu hình này rất phức tạp và khó khăntrong việc quản lý

VLAN dựa trên giao thức (protocol based VLAN): tương tự với VLAN dựa

trên địa chỉ MAC nhưng sử dụng địa chỉ IP thay cho địa chỉ MAC Cách cấu hình nàykhông được thông dụng

Mọi công việc cấu hình VLAN hoặc thay đổi cấu hình VLAN điều được thựchiện trên phần mềm mà không cần thay đổi cáp và thiết bị vật lý

Một máy trạm trong một VLAN chỉ được liên lạc với file server trong cùngVLAN với nó VLAN được nhóm theo chức năng logic và mỗi VLAN là một miềnquảng bá, do đó gói dữ liệu chỉ được chuyển mạch trong cùng một VLAN

VLAN có khả năng mở rộng, bảo mật và quản lý mạng tốt hơn Router trongcấu trúc VLAN thực hiện ngăn chặn quảng bá, bảo mật và quản lý nguồn giao thôngmạng Switch không thể chuyển mạch giao thông giữa các VLAN khác nhau Giaothông giữa các VLAN phải được định tuyến qua router

Hình 7: Phân đoạn mạng theo kiểu VLAN

2.3 Miền quảng bá với VLAN và Router

1 VLAN là 1 miền quảng bá được tạo nên từ 1 hay nhiều switch Hình 7 chothấy tạo 3 miền quảng bá riêng biệt trên 3 switch như thế nào Định tuyến lớp 3 chophép router chuyển gói giữa các miền quảng bá với nhau

2.4 Hoạt động của VLAN

Mỗi cổng trên switch có thể gán cho 1 VLAN khác nhau Các cổng nằm trongcùng 1 VLAN sẽ chia sẻ gói quảng bá với nhau Các cổng không nằm trong cùngVLAN sẽ không chia se gói quảng bá với nhau Nhờ đó mạng LAN hoạt động hiệuquả hơn

2.5 Ưu điểm của VLAN

Lợi ích của VLAN là cho phép người quản trị mạng tổ chức mạng theo logicchứ không theo vật lý nữa

Tiết kiệm băng thông của mạng: Do VLAN có thể chia nhỏ LAN thành cácđoạn (là một vùng quảng bá) Khi một gói tin quảng bá, nó sẽ được truyền chỉ trongmột VLAN duy nhất, không truyền ở các VLAN khác nên giảm được lưu lượng quảng

bá, tiết kiệm được băng thông đường truyền

Tăng khả năng bảo mật: Các VLAN khác nhau không truy cập được vào nhau(trừ khi có khai báo định tuyến)

Dễ dàng thêm hay bớt các máy tính vào VLAN: Trên một switch nhiều cổng,

có thể cấu hình VLAN khác nhau cho từng cổng, do đó dễ dàng kết nối thêm các máytính với các VLAN

Mạng có tính linh động cao: di chuyển máy trạm trong LAN dễ dàng

Kiểm soát giao thông mạng dễ dàng

Thay đổi cấu hình LAN dễ dàng

2.6 Ứng dụng của VLAN

Ngăn chặn vùng quảng bá

Gia tăng tính bảo mật

Uyền chuyển trong viêc 1 Switch có thể tạo ra nhiều Switch ảo

Tạo ra vùng quảng bá để sử dụng chung một ứng dụng nào đó (điện thoạiVoIP)

2.7 Các chuẩn áp dụng cho VLAN

Giao thức thông dụng nhất hiện nay được sử dụng trong việc cấu hình cácVLAN là IEEE 802.1Q Chuẩn IEEE 802.1Q là chuẩn về dán nhãn (tagging) VLAN.

2.8 Các loại VLAN

Có 3 loại thành viên VLAN để xác định và kiểm soát việc xử lý các gói dữ liệu:

VLAN dựa trên cổng (port based VLAN): mỗi cổng (Ethernet hoặc Fast

Ethernet) được gắn với một VLAN xác định Do đó mỗi máy tính/ thiết bị host kết nốimột cổng của switch đều phụ thuộc vào VLAN đó Đây là cách cấu hình VLAN đơngiản và phổ biến nhất

VLAN theo địa chỉ MAC ( MAC address based VLAN): mỗi địa chỉ MAC

được gán tới một VLAN nhất định Cách cấu hình này rất phức tạp và khó khăn trongviệc quản lý

VLAN theo giao thức (protocol based VLAN): tương tự với VLAN dựa trên

địa chỉ MAC nhưng sử dụng địa chỉ IP thay cho địa chỉ MAC Cách cấu hình nàykhông thông dụng

- Người dùng thuộc VLAN nào thì tùy theo vào port kết nối của người dùngđó

- Không cần tìm trong cơ sở dữ liệu khi xác định thành viên của VLAN

- Dễ dàng quản lý bằng giao diện đồ họa (GUIs) Quản lý thành viên củaVLAN theo port cũng dễ dàng và đơn giản

- Bảo mật tối đa giữa các VLAN

- Gói dữ liệu không “rò rỉ” sang các miền khác

- Dễ dàng kiểm soát qua mạng

Hình 8: 3 loại thành viên VLANNgười dùng thuộc loại VLAN nào là tùy thuộc vào địa chỉ MAC của ngườidùng đó.

Linh hoạt hơn như tăng độ tải lên giao thông mạng và công việc quản trị mạng.Ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động, khả năng hoạt động mạng và khả năngquản trị vì quản lý thành viên của VLAN theo địa chỉ MAC là một công việc phức tạp

Tiến trình xử lý như các lớp trên

2.9 Cấu hình VLAN

Cấu hình VLAN cơ bản

Trong môi trường chuyển mạch, một máy trạm chỉ nhận giao thông nào gửi đến

nó Nhờ đó, mỗi máy trạm được dành riêng và trọn vẹn băng thông cho đường truyền

và nhận Không giống như hệ thống hub chia sẽ chỉ có một máy trạm được phéptruyền tại một thời điểm, mạng chuyển mạch có thể cho phép nhiều phiên giao dịchcùng một lúc trong một miền quảng bá mà không ảnh hưởng đến máy trạm khác bêntrong cũng như bên ngoài miền quảng bá

Mỗi VLAN có một địa chỉ mạng Lớp 3 riêng: nhờ đó router có chuyến gói giữacác VLAN với nhau

Chúng ta có thể xây dựng VLAN cho mạng từ đầu cuối – đến – đầu cuối hoặctheo giới hạn địa lý

Một VLAN từ đầu cuối – đến đầu cuối có các đặc điển sau:

Người dùng được phân nhóm VLAN hoàn toàn không phụ thuộc vào vị trí vật

lý, chỉ phụ thuộc vào chức năng công việc của nhóm

Mọi user trong một VLAN điều có chung tỉ lệ giao thông 80/20(80% giaothông trong, 20% giao thông ngoài VLAN)

Khi người dùng đầu cuối di chuyển trong hệ thống mạng vẫn không thay đổiVLAN của người dùng đó.

Mỗi VLAN có những yêu cầu bảo mật riêng cho mọi thàng viên của VLAN đó.Bắt đầu tầng truy cập, port trên switch được cấp xuống cho mỗi người dùng.Người sử dụng di chuyển trong toàn hệ thống mạng ở mọi thời điểm nên mỗi switchđều là thành viên của mọi VLAN Switch phải dán nhãn frame khi di chuyển framegiữa các switch tầng truy cập với switch phân phối

2.9.1 Cấu hình VLAN theo vật lý

VLAN từ đầu cuối - đến – đầu cuối cho phép phân nhóm nguồn tài nguyên sửdụng, ví dụ phân nhóm user theo server sử dụng, nhóm dự án và theo phòng ban…Mục tiêu của VLAN từ đầu cuối - đến - đầu cuối là giữ 80% giao thông trong nội bộcủa VLAN

Khi các hệ thống mạng tập đoàn thực tập chung tài nguyên mạng VLAN từ đầucuối - đến - đầu cuối rất khó thực hiện mục tiêu của mình Khi đó người dùng cần phải

sử dụng nhiều nguồn tài nguyên khác nhau không cùng nằm trong cùng VLAN vớingười dùng Chính vì xu hướng sử dụng và phân bố tài nguyên mạng khác đi nên hiệnnay VLAN thường được tạo ra theo giới hạn của địa lý

Phạm vi địa lý có thể lớn bằng tòa nhà hoặc cũng có thể chỉ nhỏ với một switch.Trong cấu trúc VLAN này, tỉ lượng sẽ là 20/80, 20% giao thông trong nội bộ VLAN

và 80% giao thông đi ra ngoài mạng VLAN

Điểm này có ý nghĩa là lưu lượng phải đi qua thiết bị lớp 3 mới đến được 80%nguồn tài nguyên Kiểu thiết kế này cho phép việc truy cập nguồn tài nguyên đượcthống nhất

2.9.2 Cấu hình VLAN cố định

VLAN cố định là VLAN được cố hình theo port trên switch bằng các phầnmềm quản lý hoặc cấu hình trực tiếp trên switch Các port đã được gán vào VLAN nàothì nó sẽ giữ nguyên cấu hình VLAN đó cho đến khi thay đổi bằng lệnh Đây là cấutrúc VLAN theo địa lý, các user phải đi qua thiết bị lớp 3 mới truy cập 80% tài nguyênmạng Loại VLAN cố định hoạt động tốt trong những mạng có đặc điểm sau:

Sự di chuyển trong mạng được quản lý và kiểm soát

Có phần mềm quản lý VLAN mạnh để cấu hình port trên switch

Không dành nhiều tải cho hoạt động duy trì địa chỉ MAC của thiết bị đầu cuối

và điều cỉnh bảng địa chỉ

VLAN động thì không phụ thuộc vào cổng trên switch

2.10 VLAN Trunking Protocol (VTP)

2.10.1 Giới thiệu về VLAN Trunking Protocol (VTP)

VTP là giao thức hoạt động ở lớp 2 trong mô hình OSI VTP giúp cho việc cấuhình VLAN luôn hoạt động đồng nhất khi thêm, xóa, sửa thông tin về VLAN trong hệthống mạng

Trong khuôn khổ môi trường chuyển mạch VLAN Một đường Trunk là mộtđường kết nối point - to- point để hổ trợ các VLAN trên các switch liên kết với nhau.Một đường cấu hình Trunk sẽ gộp nhiều đường liên kết ảo trên một đường liên kết vật

lý để chuyển tín hiệu từ các VLAN trên các switch với nhau dựa trên một đường cápvật lý

Hoạt động của VTP:

Giao thức Trunking được phát triển để nâng cao hiệu quả quản lý việc lưuchuyển các Frame từ VLAN khác nhau trên một đường truyền vật lý Giao thứcTrunking thiết lập các thỏa thuận cho việc sắp xếp các frame vào các cổng được liệnkết với nhau ở hai đầu đường trunk

Hiện nay có 2 kỹ thuật Trunking là Frame Filtering và Frame Tagging

Một đường vật lý duy nhất kết nối giữa hai switch thì có thể truyền tải cho mọiVLAN Để lưu trữ, mỗi Frame được gắn tag để nhận dạng trước khi gửi đi, Frame củaVLAN nào thì thì đi về VLAN đó

Chương 3 : Xây dựng mô hình mạng VLAN công ty điện lực Quảng Nam

3.1 Giới thiệu về công ty điện lực Quảng Nam

3.1.1 Tổng quan

Công ty Điện lực Quảng Nam là đơn vị trực thuộc Tổng Công ty Điện lực MiềnTrung do Tập đoàn Điện lực Việt Nam thành lập theo Quyết định số: 230/QĐ-EVN,ngày 14/4/2010 của Hội đồng Quản trị Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Công ty Điện lực Quảng Nam được thành lập trên cơ sở kế thừa các quyền và nghĩa vụ pháp lý của Điện lực Quảng Nam

Ngày 1 tháng 4 hàng năm là ngày kỷ niệm thành lập Công ty Điện lực Quảng Nam (ngày thành lập Điện lực Quảng Nam theo Quyết định số 257 EVN/TCCB-LĐ)

Tên đầy đủ tiếng Việt là CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG NAM.

Tên giao dịch quốc tế là QUANG NAM POWER COMPANY.

Tên viết tắt tiếng Anh là QNA PC.

Tên giao dịch viết tắt CPC QNA PC.

Hình 9: Công ty Điện Lực Quảng Nam

3.1.2 Cơ cấu tổ chức

Đảng bộ trực thuộc Đảng uỷ Khối Doanh nghiệp tỉnh Quảng Nam

Bộ máy chuyên môn Công ty Điện lực Quảng Nam ở thời điểm thành lập gồm:Giám đốc, các Phó giám đốc, Kế toán trưởng và 10 phòng chuyên môn;

Tổng số lao động 743 người, trong đó, trình độ trên Đại học 1%, Đại học 24%; Trung cấp, Cao đẳng 22%; Công nhân kỹ thuật 35%

Công đoàn trực thuộc Công đoàn Tổng Công ty Điện lực Miền Trung

Đoàn Thanh niên trực thuộc Đoàn Khối Doanh nghiệp Quảng Nam

3.1.3 Lĩnh vực kinh doanh

Kinh doanh điện năng;

Quản lý vận hành lưới điện phân phối và hệ thống SCADA đi kèm đến cấp điện

áp 35 kV

Kinh doanh các thiết bị điện

Tư vấn lập dự án đầu tư, khảo sát, giám sát, thiết kế, đường dây và trạm biến ápđến cấp điện áp 35 kV; Tư vấn đầu tư xây dựng các dự án viễn thông; Tư vấn thiết kế,giám sát và xây lắp mạng viễn thông và hệ thống mạng

Xây lắp và cải tạo lưới điện đến cấp điện áp 35 kV