Đề tài Thiết kế và mô phỏng mạng cục bộ LAN cho trường Cao đẳng công nghệ Hà Nội

Đề tài: Thiết kế và mô phỏng mạng cục bộ ( LAN ) cho trường cao đẳng Công Nghệ Hà Nội. Biết dãy địa chỉ IP được cấp phát là 192.168.0.0/16, có ít nhất 3 miền mạng LAN và mỗi miền mạng phục vụ cho 2000 người sử dụng. Giáo viên hướng dẫn: MỤC LỤC GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.........................................................................5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH.....................6 I.1: Lịch sử phát triển mạng máy tính..............................................................6 I.2: Mạng máy tính là gì......................................................................................7 I.3: Các thành phần của hệ thống mạng............................................................7 I.3.1: Các thành phần phần cứng.................................................................7 I.3.2: Các thành phần phần mềm.................................................................7 I.4: Các tiêu chỉ phân loại mạng..................................................................7 I.4.1: Theo khoảng cách địa lý....................................................................8 I.4.2: Theo kỹ thuật chuyển mạch...............................................................8 I.4.3: Theo kiến trúc và giao thức mạng...................................................10 I.5: Các lợi ích do mạng máy tính đem lại......................................................11 CHƯƠNG II: MẠNG LAN..............................................................13 II.1: Tổng quan về mạng LAN.........................................................................13 II.1.1: Khái niệm.......................................................................................13 II.1.2: Phân biệt mạng LAN với các loại mạng khác................................14 II.1.3: Đặc tính vật lý của mạng LAN.......................................................14 II.1.4: Công nghệ truyền dẫn trong mạng.................................................16 II.2: Topology (cấu trúc liên kết) trong mạng LAN.......................................17 II.2.1: Dạng BUS.......................................................................................17 II.2.2: Dạng sao (STAR)...........................................................................18 II.2.3: Dạng vòng (RING).........................................................................19 II.3: Các thiết bị dùng để thiết kế mạng LAN................................................20 II.3.1: Bộ lặp tín hiệu (REPEATER)........................................................20 II.3.2: Bộ tập trung (HUB)........................................................................21 II.3.3: Cầu (BRIDGE)...............................................................................22 II.3.4: Bộ chuyển mạch (SWITCH)..........................................................23 II.3.5: Bộ định tuyến (ROUTER)..............................................................23 II.3.6: Bộ chuyển mạch có định tuyến (Layer 3 switch)...........................24 Phân biệt HUB, SWITCH và ROUTER...................................................24 CHƯƠNG III: IP, CẤP PHÁT IP TRONG MẠNG LAN............26 III.1: Giới thiệu về IP (Internet Protocol – Giao thức liên mạng)................26 III.2: Cấu trúc địa chỉ IP..................................................................................26 III.3: Bài tập ứng dụng cấp phát IP trong mạng LAN..................................27 Đề bài..................................................................................................................27 III.3.1: Chia miền mạng con.....................................................................28 III.3.2: Cấp phát IP cho máy trạm (workstation)......................................29 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠNG LAN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ NỘI...........................31 IV.1: Mô phỏng hệ thống..................................................................................31 IV.2: Cấu hình Router, cấp phát IP cho các máy trạm.................................32 Lời kết.................................................................................................................36 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.............................37 Tài liệu tham khảo.............................................................................................38 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Với thời đại công nghệ thông tin – khoa học máy tính được ưu tiên phát triển và lớn mạnh rất nhanh như ngày nay thì nhu cầu chia sẻ thông tin trong xã hội sao cho tiện lợi và nhanh chóng càng được chú trọng. Vì vậy mảng mạng máy tính trong khoa học máy tính rất quan trọng, luôn được biến đổi, nâng cấp cho phù hợp hoàn cảnh và mục đích sử dụng. Hiện nay hạ tầng mạng máy tính là phần không thể thiếu trong các tổ chức, trường học hay các công ty. Đa số các tổ chức có phạm vi sử dụng bị giới hạn bởi diện tích và mặt bằng đều triển khai xây dựng mạng LAN để phục vụ cho việc quản lý dữ liệu nội bộ tổ chức của mình được thuận lợi, đảm bảo tính an toàn dữ liệu cũng như tính bảo mật dữ liệu. Mặt khác mạng LAN còn giúp các cá nhân trong tổ chức truy nhập dữ liệu một cách thuận tiện với tốc độ cao. Một điểm thuận lợi nữa là mạng LAN đó là giúp cho người quản trị mạng phân quyền sử dụng tài nguyên cho từng đối tượng là người dùng một cách rõ ràng và thuận tiện giúp cho những người có trách nhiệm của tổ chức dễ dàng quản lý các cá nhân và điều hành các hoạt động. Với các thuận lợi của mạng LAN như trên thì việc tìm hiểu cũng như ứng dụng nó vào cuộc sống cũng là một đề tài rất hay, vì vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “Tìm hiểu, mô phỏng và thiết kế mạng LAN cho trường Cao đẳng Công nghệ Hà Nội, chia làm 3 miền mạng con và mỗi miền phục vụ cho 2000 người sử dụng. Biết dãy địa chỉ IP được cấp phát là: 192.168.0.0/16”. Do có hạn về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế nên bài thực tập này còn mắc sai lầm, em mong rằng được thầy cô và các bạn giúp đỡ để kiến thức chuyên ngành cũng như bài thực tập được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Loan đã hướng dẫn và chỉ bảo giúp cho nhóm em hoàn thành bài thực tập này! Sinh viên thực hiện: 1. Vi Quyết Thắng 5. Đào Văn Hưng 2. Trương Thị Huyền 6. Ninh Thị Cúc 3. Trần Văn Thành 7. Ngô Xuân Hiếu 4. Dương Thanh Liêm 8. Phạm Thị Yến CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG MÁY TÍNH Ngay từ đầu những năm 60 đã xuất hiện các mạng xử lý trong đó các trạm cuối (terminal) thụ động được nối vào một máy xử lý trung tâm. Vì máy xử lý trung tâm làm tất cả mọi việc: quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý sự đồng bộ của các trạm cuối v.v..., trong khi đó các trạm cuối chỉ thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu mà không thực hiện bất kỳ chức năng xử lý nào nên hệ thống này vẫn chưa được coi coi là mạng máy tính. Giữa năm 1968, Cục các dự án nghiên cứu tiên tiến (ARPA - Advanced Research Projects Agency) của Bộ Quốc phòng Mỹ đã xây dựng dự án nối kết các máy tính của các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang, mở đầu là Viện nghiên cứu Standford và 3 trường đại học (Đại học California ở Los Angeless, Đại học Santa Barbara và Đại học Utah). Mùa thu năm 1969, 4 trạm đầu tiên được kết nối thành công, đánh dấu sự ra đời của ARPANET. Giao thức truyền thông dùng trong ARPANET lúc đó đặt tên là NCP ( Network Control Protocol). Giữa những năm 1970, họ giao thức TCP/IP được Vint Cerf và Robert Kahn phát triển cùng tồn tại với NCP, đến năm 1983 thì hoàn toàn thay thế NCP trong ARPANET. Trong những năm 70, số lượng các mạng máy tính thuộc các quốc gia khác nhau đã tăng lên, với các kiến trúc mạng khác nhau (bao gồm cả phần cứng lẫn giao thức truyền thông), từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng, gây khó khăn cho người sử dụng. Trước tình hình đó, vào năm 1984 Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO đã cho ra đời Mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Reference Model for Open Systems Interconnection - gọi tắt là mô hình OSI). Với sự ra đời của OSI và sự xuất hiện của máy tính cá nhân, số lượng mạng máy tính tính trên toàn thế giới đã tăng lên nhanh chóng. Đã xuất hiện những khái niệm về các loại mạng LAN, MAN. Tới tháng 11/1986 đã có tới 5089 máy tính được nối vào ARPANET, và đã xuất hiện thuật ngữ "Internet". Năm 1987, mạng xương sống (backbone) NSFN (National Science Foundation network) ra đời với tốc độ đường truyền nhanh hơn (1,5 Mb/s thay vì 56Kb/s trong ARPANET) đã thúc đẩy sự tăng trưởng của Internet. Mạng Internet dựa trên NSFN đã vượt qua biên giới của Mỹ. Đến năm 1990, quá trình chuyển đổi sang Internet - dựa trên NSFN kết thúc. NSFN giờ đây cũng chỉ còn là một mạng xương sống thành viên của mạng Internet toàn cầu. Như vậy có thể nói lịch sử phát triển của Internet cũng chính là lịch sử phát triển của mạng máy tính. MẠNG MÁY TÍNH LÀ GÌ? Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính độc lập được kết nối với nhau bởi đường truyền vật lý và tuân theo các quy ước truyền thông nào đó. Một cách cụ thể hơn ta có thể hiểu mạng máy tính bao gồm sự kết nối từ hai máy tính trở nên. Các máy tính này có thể giao tiếp với nhau, chia sẻ tài nguyên (các đĩa cứng, các máy in và các ổ đĩa CD-ROM v.v...), mỗi máy có thể truy xuất các máy ở xa hoặc các mạng khác để trao đổi các file, dữ liệu và thông tin hoặc cho phép các giao tiếp điện tử. CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG MẠNG Thành phần phần cứng Máy chủ (Host) Máy khách (Client) Card mạng NIC (Network Interface Card) Dây cáp (Media) Các thiết bị kết nối: ROUTER, SWITCH, BRIDGE, HUB, REPEATER Các thiết bị khác… Thành phần phần mềm Là các dịch vụ và giao thức ví dụ như: Client for Microsoft Network File and Printer Sharing Internet Protocol (TCP/IP) CÁC TIÊU CHÍ PHÂN LOẠI MẠNG Dựa vào các tiêu chí khác nhau, người ta phân chia mạng máy tính thành các loại khác nhau. Sau đây là ba tiêu chí cơ bản Theo khoảng cách địa lý Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý được chia ra làm 4 loại: Ø Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN): là mạng được cài đặt trong một phạm vi tương đối nhỏ (trong một phòng, một toà nhà, hoặc phạm vi của một trường học v.v...).Tổng quát có hai loại mạng LAN: mạng ngang hàng (peer to peer) và mạng có máy chủ (server based). Mạng server based còn được gọi là mạng "Client / Server" (Khách / Chủ). Ø Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN): là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị hoặc một trung tâm kinh tế - xã hội có bán kính khoảng 100 km trở lại. Ø Mạng diện rộng (Wide Area network - WAN): phạm vi của mạng có thể vượt qua biên giới quốc gia và thậm chí cả lục địa. Cáp truyền qua đại dương và vệ tinh được dùng cho việc truyền dữ liệu trong mạng WAN. Ø Mạng toàn cầu (Global Area Network - GAN): phạm vi của mạng trải rộng toàn Trái đất. Theo kỹ thuật chuyển mạch Phân loại mạng dựa trên kỹ thuật chuyển mạch, có hai mạng: Ø Mạng chuyển mạch kênh (circuit - switched networks): khi có hai thực thể cần trao đổi thông tin với nhau thì giữa chúng sẽ được thiết lập một "kênh" truyền cố định và được duy trì cho đến khi một trong hai bên ngắt kết nối. Các dữ liệu chỉ được truyền theo con đường cố định này. Kỹ thuật chuyển mạch kênh được sử dụng trong các kết nối ATM (Asynchronous Transfer Mode) và dial-up ISDN (Integrated Services Digital Networks). Mạng chuyển mạch kênh dùng chủ yếu trong mạng điện thoại. Hình I.1: Chuyển mạch kênh Ưu điểm - Thời gian trễ thấp và ổn định Tốc độ bit truyền trên mạng là cố định ( 64kbps) Sự thay đổi về băng thông không ảnh hưởng nhiều tới chất lượng dịch vụ Nhược điểm Phải tốn thời gian để thiết lập đường truyền cố định giữa hai thực thể. Hiệu suất sử dụng đường truyền không cao, vì có lúc trên kênh không có dữ liệu truyền của hai thực thể kết nối, nhưng các thực thể khác không được sử dụng kênh truyền này. Tốn kém chi phí lắp đặt Ø Mạng chuyển mạch gói (packet - switched networks): mỗi bản tin được chia thành nhiều phần nhỏ hơn gọi là các gói tin (packet) có khuôn dạng qui định trước. Mỗi gói tin cũng có phần thông tin điều khiển chứa địa chỉ nguồn (sender) và địa chỉ đích (receiver) của gói tin. Các gói tin thuộc về một bản tin có thể truyền tới đích theo những con đường khác nhau. Hình I.2: Kỹ thuật chuyển mạng gói Ưu điểm Hiệu quả cao hơn do phí tổn lưu trữ tạm thời tại mỗi nút giảm đi vì kích thước tối đa của các gói tin được giới hạn. Dễ kiểm soát lỗi do chỉ phải truyền lại gói tin bị lỗi Sử dụng nhiều kênh truyền cùng một thời điểm do vậy mà tốc độ truyền nhanh hơn Có tính chất dự phòng cao vì khi mất một kênh truyền thì gói tin có thể đi theo kênh truyền khác tới đích Nhược điểm Khó khăn trong việc tập hợp các gói tin tại đích và sắp xếp chúng theo đúng thứ tự mà nó được chia ra tại nguồn gởi Do có nhiều ưu điểm nên hiện nay mạng chuyển mạch gói được dùng phổ biến hơn các mạng chuyển mạch kênh. Việc tích hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch kênh và gói trong một mạng thống nhất gọi là mạng dịch vụ tích hợp số hoá (Integrated Services Digital Networks - ISDN) đang là một trong những xu hướng phát triển của mạng ngày nay. I.4.3 Theo kiến trúc và giao thức mạng (topology và protocol)  Ø Theo kiến trúc mạng (topology) Kiến trúc (topology) của một mạng là sự sắp xếp hoặc mối quan hệ của các thiết bị mạng và mối liên kết giữa chúng. Dưới đây là một số kiến trúc mạng cơ bản: Hình 1.3: Kiến trúc kiểu điểm- nối- điểm Hình 1.4 Kiến trúc kiểu đa truy cập ( kiểu Bus) Hình 1.5 Kiến trúc kiểu vòng ( Ring) Ø Theo Giao thức mạng ( protocol) Giao thức mạng là tập hợp các quá trình, các quy tắc được tổ chức lại mà các thiết bị truyền thông được sử dụng để chuyển các bit và các byte dữ liệu Net BEUI ( Net BIOS.Extended user Interface): là giao thức nhỏ gọn, chạy nhanh trên mạng nhỏ và trung bình, tương thích với tất cả các mạng của Microsoft.Net BEUI không hỗ trợ tìm đường IPX/SPX và NWLink: là giao thức chạy trong các mạng Novel, giao thức này rất gọn nhẹ, tốc độ cao trên mạng LAN và hỗ trợ tìm đường.NWLINK là phiên bản IPX/SPX của Microsoft Applet Talk: là giao thức cho các máy Apple Macintosh TCP/IP( Transmision control protocol/Internet protocol): là giao thức phân đường hỗ trợ cho việc truy cập vào mạng Internet, TCP/IP ngày càng trở nên thông dụng CÁC LỢI ÍCH DO MẠNG MÁY TÍNH ĐEM LẠI Ø Mạng tạo khả năng dùng chung tài nguyên Vấn đề là làm cho các tài nguyên trên mạng như chương trình, dữ liệu và thiết bị, đặc biệt là các thiết bị đắt tiền, có thể sẵn dùng cho mọi người trên mạng mà không cần quan tâm đến vị trí thực của tài nguyên và người dùng. Về mặt thiết bị, các thiết bị chất lượng cao thường đắt tiền, chúng thường được dùng chung cho nhiều người nhằm giảm chi phí và dễ bảo quản. Về mặt chương trình và dữ liệu, khi được dùng chung, mỗi thay đổi sẽ sẵn dùng cho mọi thành viên trên mạng ngay lập tức. Điều này thể hiện rất rõ tại các nơi như ngân hàng, các đại lý bán vé máy bay... Ø Mạng cho phép nâng cao độ tin cậy. Khi sử dụng mạng, có thể thực hiện một chương trình tại nhiều máy tính khác nhau, nhiều thiết bị có thể dùng chung. Điều này tăng độ tin cậy trong công việc vì khi có máy tính hoặc thiết bị bị hỏng, công việc vẫn có thể tiếp tục với các máy tính hoặc thiết bị khác trên mạng trong khi chờ sửa chữa. Ø Mạng giúp cho công việc đạt hiệu suất cao hơn. Khi chương trình và dữ liệu đã dùng chung trên mạng, có thể bỏ qua một số khâu đối chiếu không cần thiết. Việc điều chỉnh chương trình (nếu có) cũng tiết kiệm thời gian hơn do chỉ cần cài đặt lại trên một máy. Về mặt tổ chức, việc sao chép dữ liệu phòng nhờ tiện lợi hơn do có thể giao cho chỉ một người thay vì mọi người phải tự sao chép phần của mình. Ø Tiết kiệm chi phí. Việc dùng chung các thiết bị ngoại vi cho phép giảm chi phí trang bị tính trên số người dùng. Về phần mềm, nhiều nhà sản xuất phần mềm cung cấp cả những ấn bản cho nhiều người dùng, với chi phí thấp hơn tính trên mỗi người dùng. Ø Tăng cường tính bảo mật thông tin. Dữ liệu được lưu trên các máy chủ (file server) sẽ được bảo vệ tốt hơn so với đặt tại các máy cá nhân nhờ cơ chế bảo mật của các hệ điều hành mạng. Ø Việc phát triển mạng máy tính đã tạo ra nhiều ứng dụng mới Một số ứng dụng có ảnh hưởng quan trọng đến toàn xã hội: khả năng truy xuất các chương trình và dữ liệu từ xa, khả năng thông tin liên lạc dễ dàng và hiệu quả, tạo môi trường giao tiếp thuận lợi giữa những người dùng khác nhau, khả năng tìm kiếm thông tin nhanh chóng trên phạm vi toàn thế giới... CHƯƠNG II: MẠNG LAN II.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG LAN II.1.1 Khái niệm LAN là viết tắt của Local Area Network (Mạng cục bộ). Do nhu cầu thực tế của các cơ quan, trường học, doanh nghiệp, tổ chức cần kết nối các máy tính đơn lẻ thành một mạng nội bộ để tạo khả năng trao đổi thông tin, sử dụng chung các tài nguyên (phần cứng, phần mềm, dữ liệu...). Ví dự trong một văn phòng có một máy in, để tất cả mọi người có thể sử dụng chung máy in đó thì giải pháp nối mạng có thể khắc phục được hạn chế này. Các máy tính cá nhân và các máy tính khác trong phạm vi một khu vực hạnchế được nối với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt sao cho những người sử dụng có thể trao đổi thông tin, dùng chung các thiết bị ngoại vi, và sử dụng các chương trình cũng như các dữ liệu đã được lưu trữ trong một máy tính dành riêng gọi là máy dịch vụ tệp (file). Mạng LAN có nhiều quy mô và mức độ phức tạp khác nhau, nó có thể chỉ liên kết vài ba máy tính cá nhân và dùng chung một thiết bị ngoại vi đắt tiền như máy in lazer chẳng hạn. Các hệ thống phức tạp hơn thì có máy tính trung tâm (Máy chủ Server) cho phép những người dùng trao đổi thông tin với nhau và thâm nhập vào các cơ sở dữ liệu dùng chung. Mục đích của việc sử dụng mạng ngày nay có nhiều thay đổi so với trước kia. Mặc dù mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu chia sẻ và dùng chung tài nguyên, nhưng mục đích chủ yếu vẫn là sử dụng chung tài nguyên phần cứng. Ngày nay mục đích chính của mạng là trao đổi thông tin và cơ sở dữ liệu dùng chung dẫn đến công nghệ mạng cục bộ phát triển nhanh chóng. Mạng LAN kết nối nhiều thiết bị II.1.2 Phân biệt mạng LAN với các loại mạng khác Đặc trưng về địa lý: Cài đặt trong phạm vi nhỏ (tòa nhà, chung cư, căn cứ quân sự...) có đường kính từ vài chục mét đến vài chục km Đặc trưng về tốc độ truyền: Cao hơn mạng diện rộng, khoảng 100Mb/s Đặc trưng về độ tin cậy: Tỷ suất lỗi thấp hơn Đặc trưng về quản lý: Thường là sở hữu riêng của một tổ chức nên việc quản lý khai thác tập trung, thống nhất Tuy có những điểm khác biệt nhưng sự phân biệt giữa các mạng chỉ là tương đối. II.1.3 Đặc tính vật lý của mạng LAN Cáp mạng: Có 3 loại phương tiện truyền hay được dùng trong mạng là cáp xoắn, cáp đồng trục và cáp quang. Đặc tính của cáp: + Bao gồm sự nhạy cảm với nhiễu của điện, độ mềm dẻo, khả năng uốn nắn để lắp đặt, cự lý truyền dữ liêu, tốc độ truyền (Mbit/s). Hiện nay tốc độ truyền dữ liệu trên các loại cáp biến động từ 10Mb/s đến 100Mb/s và hơn nữa. + Một kết nối nối vào một cáp thường được gọi là một rẽ mạch. Kết nối vào một mạng thường được gọi là kết nối rẽ mạch. Kiểu của cáp sẽ làm cho việc kết nối vào mạng khó hay dễ. Cáp xoắn: Gồm hai sợi dây đồng được xoắn cách điện với nhau. Nhiều đôi dây cáp xoắn gộp với nhau và được bọc chung bởi vỏ cáp hình thành cáp nhiều sợi. Cáp này có đặc tính dễ bị ảnh hưởng của nhiễu điện nên chỉ truyền dữ liệu ở cự ly khoảng 100m (328 feet). Cáp đồng trục: Bao gồm một sợi dây dẫn ở giữa, bên ngoài bọc một lớp cách điện rồi đến một lớp lưới kim loại, tất cả được đặt trong một lớp vỏ bọc cách điện. Có hai loại cáp đồng trục phổ biến nhất dùng trong mạng gọi là cáp dày (thicknet) và cáp mỏng (thinnet). Cáp đồng trục có đặc tính ít bị ảnh hưởng của nhiễu và sự suy hao tín hiệu cho nên nó cung cấp một đường truyền dài và tốt hơn cáp xoắn. Cáp quang: Có đặc tính là không bị ảnh hưởng của nhiễu điện và có thể truyền dẫn ở tốc độ rất cao (hàng 100 Mb/s). II.1.4 Công nghệ truyền dẫn trong mạng Truyền dẫn băng cơ sở (baseband) Có hai phương thức để truyền dẫn tín hiệu đã mã hóa trên cáp đó là truyền dẫn băng