Thiết kế mạng LAN cho trường học để nhà trường có thể quản lí công việc một cách dễ dàng và có hiệu quả cao

Thiết kế mạng LAN cho trường học để nhà trường có thể quản lí công việc một cách dễ dàng và có hiệu quả cao

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“Thiết kế mạng

LAN cho trờng học để nhà tr” 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 theomột 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 dùngchung dữ liệu Không có hệ thống mạng thì dữ liệu trên các máy tính độclập muốn chia sẻ với nhau phải thông qua việc in ấn hay sao chép qua đĩamềm CD ROM,…điều này hây rất nhiều bất tiện cho ngđiều này hây rất nhiều bất tiện cho ngời dùng Các máytính 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…điều này hây rất nhiều bất tiện cho ng

• Dùng chung các thiết bị ngoại vi (máy in, máy vẽ, modem…điều này hây rất nhiều bất tiện cho ng)

• 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

 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 “Thiết kế mạngđiểm - điểm” để nhà tr: các đờng truyền riêng biệt đợc thiếtlập để nối các cặp máy tính lại với nhau Mỗi máy tính có thể truyền hoặcnhận 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

 Phân loại mạng máy tính theo vùng địa lý:

Máy in

- GAN (Global Area Network) kết nối máy tính từ các châu lụckhác nhau Thông thờng kết nối này đợc thực hiện thông qua mạng viễnthông và vệ tinh

- WAN (Wide Area Network) – Mạng diện rộng, kết nối máytính trong nội bộ các quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng một châulục Thông thờng kết nối này đợc thực hiện thông qua mạng viễn thông

- MAN (Metropolitan Area Network) kết nối các máy tính trongphạm vi một thành phố Kết nối này đợc thông qua các môi trờng truyềnthông tốc độ cao ( 50 – 100 Mbit/s)

- LAN (Local Erea Network) – Mạng cục bộ, kết nối các máytính trong một khu vực bán kính hẹp thông thờng khoảng vài trăm mét Kếtnối đợc thực hiện thông qua các môi trờng truyền thông tốc độ cao CácLAN 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, tấtcả các trạm đợc nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từcác trạm và chuyển tín hiệu đến trạm đích với phơng thức kết nối là phơngthức “Thiết kế mạngđiểm - điểm” để nhà tr

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

- Mạng dạng vòng ( Ring Topology): Các máy tính đợc liênkết với nhau thành một vòng tròn theo phơng thức “Thiết kế mạngđiểm - điểm” để nhà tr, qua đómỗi 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 cụthể ta có thể thiết kế mạng kết hợp các dạng sao, vòng, tuyến để tận dụngcác điểm mạnh của mỗi dạng

 Phân loại mạng máy tính theo chức năng:

- Mạng Client – Server : một hay một số máy tính đợc thiết lập đểcung cấp các dịch vụ nh file server, mail server, Web server, Print server,…điều này hây rất nhiều bất tiện cho ngcác máy tính đợc thiết lập để cung cấp các dịch vụ đợc gọi là server, còncác máy tính truy cập và sử dụng dịch vụ thì đợc gọi là Client

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

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

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

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.

- Mức 1: Mức vật lý (Physical Layer)

Thực chất của mức này là thực hiện nối kết các phần tử của mạngthành một hệ thống bằng các phơng pháp vật lý, ở mức này sẽ có các thủtục đảm bảo các yêu cầu về chuyển mạch hoạt động nhằm tạo ra các đờngtruyền thực cho các chuỗi bit thông tin

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

Nhiệm vụ của mức này là tiến hành chuyển đổi thông tin dới dạngchuỗi 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 thôngbáo từ trạm thu gửi trả lại Nhiệm vụ chính của mức này là khởi tạo và tổchức 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 trongmột mạng lớn, mức này còn đựơc gọi là mức thông tin giữa các mạng convới nhau Trong mức mạng các gói dữ liệu có thể truyền đi theo từng đờngkhác nhau để tới đích Do vậy ở mức này phải chỉ ra đợc con đờng nào dữliệu có thể đi và con đờng nào bị cấm tại thời điểm đó Thờng mức mạng đ-

ợc 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 chứcnăng từ mức trên nó (mức tiếp xúc) đến mức dới nó (mức mạng) và ngợc

Computer Network

Hình 1.8 Mô hình OSI

lại Thực chất mức truyền là để đảm bảo thông tin giữa các máy chủ vớinhau 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 Nhờmức tiếp xúc những ngời sử dụng lập đợc các đờng nối với nhau, khi cuộchội thoại đợc thành lập thì mức này có thể quản lí cuộc hội thoại đó theoyêu 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 vàomột 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 quyvào 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 điềukhiển 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 cấptất 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,…điều này hây rất nhiều bất tiện cho ngmức sửdụng bảo đảm tự động hoá quá trình thông tin, giúp cho ngời sử dụng khaithác mạng tốt nhất

1.2 Mạng LAN

1.2.1 Khái niệm

Mạng LAN là mạng máy tính mà khoảng cách tối đa của 2node bất kỳ trong mạng không vợt quá vài km, và thông thờngmạng LAN cục bộ đợc xây dựng và cài đặt trong các cơ quan, xínghiệp…điều này hây rất nhiều bất tiện cho ng trên phạm vi tơng đối hẹp

điện hay quang đợc truyền dẫn trên cáp mạng Đồng thời nó cũng thực hiệnchức 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 đợckết 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 Mộthub thông thờng có nhiều cổng nối với ngời sử dụng để gắn máy tính và cácthiết bị ngoại vi Mỗi cổng hỗ trợ một bộ kết nối dùng cặp dây xoắn10BATET từ mỗi trạm của mạng Khi tín hiệu đợc truyền từ một trạm tớiHub, 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 điềuhành mạng từ trung tâm quản lý hub Về cơ bản, trong mạng Ethernet, hubhoạt 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 dùngcác 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 thứcSpanning – Tree Switch cũng hoạt động ở tầng data link và trong suốt vớicác 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 mứcvật lí, nó có tác dụng khuyếch đại tín hiệu trên đờng truyền do đó đợc sửdụng để kéo dài cáp mạng Nó không thể sử dụng để nối các mạng có côngnghệ khác nhau

Repeater hoạt động tại tầng vật lí, nó tiếp nhận tín hiệu từ một đoạnmạch tái tạo và truyền đến đoạn mạng kế tiếp Muốn chuyển gói dữ liệuqua bộ phát lặp từ đoạn mạng này sang đoạn mạng kế tiếp, gói dữ liệu vàgiao 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 thểhoạt động, cả hai đoạn mạng nối bộ chuyển tiếp phải có cùng phơng pháptruy cập

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

- Repeater điện: nối với đờng dây điện ở cả hai phía của nó, nó nhậntín hiệu điện từ một phía và phát lại về phía kia Khi một mạng sử dụngRepeater điện để nối các phần của mạng lại thì có thể làm tăng khoảng cáchcủa 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 là2.8km, 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 làcáp điện, nó chuyển một tín hiệu điện từ cáp điện ra tín hiệu quang để pháttrên cáp quang và ngợc lại Việc sử dụng Repeater điện quang cũng làmtăng thêm chiều dài của mạng.

Việc sử dụng Repeater không thay đổi nội dung các tín hiệu đi quanên nó chỉ đợc dùng để nối hai mạng có cùng giao thức truyền thông vàkhông thể nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau Repeaterkhông làm thay đổi khối lợng chuyển vận trên mạng nên việc sử dụngkhông tính toán nó trên mạng lớn sẽ hạn chế hiệu năng của mạng Khi lựachọn sử dụng Repeater cần chú ý lựa chọn loại có tốc độ chuyển vận phùhợp 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 hoặckhác 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 phảiphát lại tất cả những gì nó nhận đợc thì cầu nối đọc đợc các gói tin của tầngliên kết dũ liệu trong mô hình OSI và xử lý chúng trớc khi quyết định cóchuyển đi hay không Khi nhận đợc các gói tin Bridge chọn lọc và chỉchuyển 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 cáchmềm dẻo

1.1.6.Router (Bộ định tuyến)

Router là một thiết bị hoạt động trên tầng mạng, nó có thể tìm đợc ờng đi tốt nhất cho các gói tin qua nhiều kết nối để đI từ trạm gửi thuộcmạng đầu tiên đến trạm nhận thuộc mạng cuối Router có thể đợc sử dụngtrong việc nối nhiều mạng với nhau và cho phép các gói tin có thể đi theonhiều đờng khác nhau để tới đích

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

1.1.7.Cable ( Cáp mạng)

Cáp xoắn

Hiện nay có hai loại cáp xoắn là cáp có bọc kim loại (STP – ShieldTwisted Pair) và cáp không bọc kim loại ( UTP – Unshield Twisted Pair).

Cáp có bọc kim loại (STP): Lớp bọc bên ngoài có tác dụng chốngnhiễu điện tử, có loại có một đôi dây xoắn vào nhau và có loại có nhiều đôidây xoắn với nhau

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 trụckhác vì nó có lớp vỏ bọc bên ngoài, độ dài thông thờng của một đoạn cápnối 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 bósợi thuỷ tinh có thể truyền dẫn tín hiệu quang) đợc bọc một lớp vỏ bọc cótác dụng phản xạ các tín hiệu trở lại để giảm sự mất mát tín hiệu Bên ngoàicùng là lớp vỏ Plastic để bảo vệ cáp Nh vậy cáp sợi quang không truyềndẫn các tín hiệu điện mà chỉ truyền các tín hiệu quang (các tín hiệu dữ liệuphải đợc chuyển đổi thành các tín hiệu quang và khi nhận chúng sẽ lại đợcchuyển 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 – 100micron Do đờng kính lõi sợi thuỷ tinh có kích thớc rất nhỏ nên rất khókhăn cho việc đấu nối Nó cần công nghệ đặc biệt với kỹ thuật cao đòi hỏichi phí cao Dải thông của cáp quang có thể lên tới hàng Gbps và cho phépkhoảng 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 nóhoàn 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

1.4.1 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)

Khi thực hiện việc truyền tin giữa hai máy tính trong mạng ta cầnphải có cơ chế để xác định đợc máy nào làm việc với máy nào Do vậymỗi máy cần thiết phải có một địa chỉ và địa chỉ này phải đảm bảo tính duynhất trong mạng Tuỳ theo từng loại giao thức mà cách thể hiện địa chỉkhác nhau Dới đây ta xét một loại giao thức thông dụng , giao thứcTCP/IP

Sơ đồ địa chỉ hoá để định danh các trạm (host) trong liên mạng đợc gọi

là địa chỉ IP có độ dài 32 bit và đợc chia làm 4 vùng mỗi vùng 1 byte và biểuthị dới dạng thập phân , nhị phân hoặc thập lục phân Cách viết phổ biến nhất

là ký pháp thập phân có dấu chấm để tách vùng Do tổ chức và độ lớn củacác mạng con, ngời ta chia địa chỉ IP làm 5 lớp A, B, C, D, E

Bit đầu tiên của byte đầu tiên đợc đợc dùng để định danh lớp địa chỉ :

110 Lớp CLớp A Cho phép định danh 126 mạng với tối đa 16 triệu host trênmỗi mạng Lớp này dùng cho mạng có số trạm cực lớn

Lớp B Cho phép định danh tới 16384 mạng với tối đa 65534 hosttrên mỗi mạng

Lớp C Cho phép định danh tới 2 triệu mạng với tối đa 254 host trênmỗi mạng

Lớp D Dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các host trênmột mạng

Lớp E dự phòng và dùng trong tơng lai