Bài tập lớn Mạng Máy Tính

XViệc thiết kế, lắp đặt mạng máy tính là một công đoạn hết sức khó khăn, để có thể thiết kế nên một hệ thống mạng hoàn chỉnh đồng thời có khoa học, đòi hỏi người thiết kế phải có tư duy cũng như kiến thức về nó. Hệ thống mạng chạy tốt hay không, duy trì được lâu hay không, thường xuyên gặp trục trặc hay là ít gặp, điều đó phần lớn đều bắt nguồn từ việc thiết kế hệ thống mạng có khoa học hay không. Việc lắp đặt các thiết bị cũng đòi hỏi sự khoa học, hệ thống mạng có thể chạy được đều nhờ vào các thiết bị kết nối (Repeater, Router, Switch, Hub…), và như thế việc đặt các thiết bị ở chỗ nào cho hợp lý để có thể phân phát tín hiệu mạng đều cho tất cả các thiết bị sử dụng, đó cũng là một yêu cầu không nhỏ. Ngoài ra thì việc lắp đặt hệ thống dây cáp, đường đi dây cũng là một yêu cầu đặt ra cho người thiết kế, lắp đặt cách đi dây mạng, nẹp mạng phải gọn gàng, không bị vướng víu trong khi di chuyển, đi lại và dễ thay thế, sửa chữa khi có sự cố xảy ra. Lắp đặt hệ thống mạng làm sao để cho dễ quản lý, dễ nâng cấp và hạn chế sự cố tới mức thấp nhất, đồng thời đảm bảo tính bảo mật cao, đó là cả một vấn đề đòi hỏi người thiết kế phải hết sức chú ý.

Tìm hiểu các thiết bị kết nối mạng

Repeater

Repeater là thiết bị làm nhiệm vụ khuếch đại, phục hồi các tín hiệu đã suy thoái do tổn thất năng lượng trong khi truyền.

Repeater là thiết bị hoạt động ở lớp 1 (Physical Layer) trong mô hình OSI, có chức năng khuếch đại tín hiệu vật lý đầu vào Nó cung cấp năng lượng cho tín hiệu ở đầu ra, giúp tín hiệu có thể di chuyển xa hơn trong mạng Do đó, việc truyền tín hiệu đi xa luôn cần đến sự hỗ trợ của Repeater.

• Hoạt động ở lớp vật lý.

• Repeater chỉ được dùng để nối hai mạng có cùng giáo thức (như 2 mạng Ethernet,…) và không thể nối 2 mạng có giao thức khác nhau.

Khi máy A gửi thông tin qua đường truyền, tín hiệu sẽ đến máy C và Repeater Nếu đường dây dài, tín hiệu đến máy C có thể yếu, dẫn đến việc máy C không nhận đủ thông tin từ máy A Tuy nhiên, khi tín hiệu đến Repeater, nó sẽ được lặp lại và khuếch đại, giúp phục hồi tín hiệu trước khi truyền tiếp đến máy B Phương pháp này cho phép mở rộng chiều dài của mạng.

Hiện nay có 2 loại Repeater đang được sử dụng là Repeater điện và

Repeater điện là thiết bị kết nối hai phía của đường dây điện, nhận và phát lại tín hiệu điện Việc sử dụng repeater điện giúp mở rộng khoảng cách mạng, tuy nhiên, khoảng cách tối đa bị giới hạn do độ trễ tín hiệu Chẳng hạn, với mạng sử dụng cáp đồng trục 50, khoảng cách tối đa có thể đạt được là 2,8km.

Repeater điện quang kết nối với cáp quang và cáp điện, chuyển đổi tín hiệu giữa hai loại cáp này Thiết bị này không chỉ giúp phát tín hiệu cáp quang mà còn tăng cường chiều dài của mạng, cải thiện hiệu suất truyền tải dữ liệu.

Hub là thiết bị mạng có từ 4 đến 24 cổng, hoạt động như một Repeater nhiều cổng Khi tín hiệu được gửi vào một cổng của Hub, tất cả các cổng khác sẽ nhận thông tin ngay lập tức.

• Phân loại theo phần cứng:

 Hub đơn (Stand Alone Hub)

Hub modun (Modular Hub) là lựa chọn phổ biến cho các hệ thống mạng nhờ khả năng mở rộng dễ dàng và tính năng quản lý hiệu quả Thiết bị này có từ 4 đến 14 khe cắm, cho phép lắp thêm các mô-đun Ethernet 10BASET, giúp nâng cao khả năng kết nối mạng.

 Hub phân tầng (Stackable Hub) lý tưởng cho những cơ quan muốn đầu tư tối thiểu ban đầu nhưng lại có kế hoạch phát triển LAN sau này.

• Phân loại theo khả năng thực thi:

 Hub thuuj động (Passive Hub)

 Đảm bảo chức năng kết nối, không xử lí lại tín hiệu.

 Không chứa các linh kiện khuếch đại tín hiệu.

Khoảng cách tối đa giữa máy tính và Hub không được vượt quá một nửa khoảng cách tối đa cho phép giữa các máy tính trên mạng Cụ thể, nếu khoảng cách tối đa giữa các máy tính là 200m, thì khoảng cách tối đa giữa máy tính và Hub chỉ nên là 100m.

 Hub chủ động (Active Hub)

 Có khả năng khuếch đại tín hiệu để chống suy hao.

 Chứa các linh kiện có khả năng xử lí các tín hiệu dữ liệu giữa các thiết bị.

 Quá trình xử lý tín hiệu được gọi là tái sinh tín hiệu, giúp mạng khỏe hơn, ít nhạy cảm với lỗi, tang khoảng cách giữa các máy tính

 Hub thông minh (Intelligent Hub)

 Là Hub chủ động nhưng có thêm chức năng quản trị Hub giúp cho việc quản trị mạng dễ dàng hơn

 Hub chuyên mạch (Switching Hub)

Thiết bị này bao gồm các mạch cho phép chọn đường nhanh chóng cho tín hiệu giữa các cổng trên Hub Thay vì chuyển tiếp một gói tin tới tất cả các cổng, nó chỉ gửi gói tin đến trạm đích, giúp tăng cường khả năng định hướng và tốc độ xử lý của hệ thống.

Switch

Switch là thiết bị kết nối các đoạn mạng theo hình sao, với vai trò trung tâm trong mô hình này Nó có khả năng kết nối nhiều máy tính tùy thuộc vào số cổng (port) có trên Switch.

• Trong mô hình tham chiếu OSI, Switch hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu, ngoài ra có một số loại Switch cao cấp hoạt động ở tầng mạng.

Switch có nhiệm vụ chuyển tiếp các khung dữ liệu giữa các nhánh mạng dựa trên địa chỉ MAC của máy tính Để thực hiện điều này, Switch duy trì một bảng địa chỉ cục bộ trong bộ nhớ, chứa thông tin về vị trí của tất cả các máy tính trong mạng Mỗi máy tính chiếm một mục trong bảng địa chỉ, và dung lượng bộ nhớ của mỗi Switch có giới hạn, điều này ảnh hưởng đến khả năng phục vụ tối đa của nó.

Switch nhận thông tin từ mạng thông qua các gói tin (packet) từ các máy trong mạng Dựa trên thông tin này, Switch xây dựng bảng Switch, giúp định hướng các gói thông tin đến đúng địa chỉ.

Switch ghi nhớ địa chỉ MAC của tất cả thiết bị kết nối, như A, B, C, D, v.v Khi máy A gửi tín hiệu, Switch xác định cổng cần thiết và truyền tín hiệu qua cổng đó đến máy nhận.

Ngày nay, trong giao tiếp dữ liệu, Switch đóng vai trò quan trọng với hai chức năng chính: chuyển tiếp các khung dữ liệu từ nguồn đến đích và xây dựng các bảng Switch để quản lý lưu lượng mạng hiệu quả.

Router

Router là thiết bị mạng máy tính quan trọng, có chức năng chuyển các gói dữ liệu qua các liên mạng và đến các đầu cuối thông qua quá trình định tuyến Định tuyến diễn ra ở tầng 3 của mô hình OSI, cho phép router kết nối nhiều mạng khác nhau Nhờ vào khả năng này, các gói tin có thể đi theo nhiều lộ trình khác nhau để đến đích.

Router phụ thuộc vào giao thức, nghĩa là nó chỉ tìm đường và truyền gói tin giữa các mạng mà không thay đổi phương thức đóng gói của gói tin Do đó, hai mạng cần phải sử dụng chung một giao thức truyền thông để hoạt động hiệu quả.

Router là thiết bị không bị giới hạn bởi giao thức, cho phép kết nối các mạng sử dụng các giao thức truyền thông khác nhau Nó có khả năng chuyển đổi gói tin giữa các giao thức và chấp nhận kích thước gói tin đa dạng, bao gồm việc chia nhỏ các gói tin lớn thành nhiều gói tin nhỏ hơn để truyền tải hiệu quả trên mạng.

 Định tuyến (Routing): Là chức năng đảm bảo gói tin được chuyển chính xác tới địa điểm cần đến.

Chuyển mạch các gói tin (Packet Switching) là phương thức chuyển mạch dữ liệu, cho phép truyền tải các gói tin theo hướng đã được xác định dựa trên các định tuyến đã được thiết lập.

• Các giao tiếp chủ yếu:

 Giao tiếp WAN: Đảm bảo cho các kết nối diện rộng thông qua các phương thức truyền thông khác nhau

 Giao tiếp LAN: Đảm bảo cho các kết nối mạng cục bộ kết nối đến các vùng cung cấp dịch vụ trên mạng

 Console/AUX: Là cổng tuần tự sử dụng để khởi tạo cấu hình ban đầu của Router

Phương thức véc tơ khoảng cách cho phép mỗi Router truyền thông tin về bảng chỉ đường của mình trên mạng, giúp các Router khác cập nhật bảng chỉ đường của chúng.

 Phương thức trạng thái tĩnh: Router chỉ truyền các thông báo khi có phát hiện có sự thay đổi trong mạng vàchỉ khi đó các

Routerkhác cập nhật lại bảng chỉ đường, thông tin truyền đi khi đó thường là thông tin về đường truyền.

Bridge

Bridge là thiết bị mạng giúp kết nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, cho phép tương tác giữa các mạng sử dụng giao thức khác nhau.

Nó hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu, nơi mà nó đọc và xử lý các gói tin trước khi đưa ra quyết định về việc chuyển tiếp hay không.

Bridge là thiết bị mạng thuộc lớp thứ 2 trong mô hình OSI (Data Link Layer), được sử dụng để kết nối hai mạng lại với nhau, tạo thành một mạng lớn hơn Ví dụ, Bridge thường được sử dụng như cầu nối giữa hai mạng Ethernet.

Khi một gói tin được gửi từ một máy tính trong mạng này đến một máy tính trong mạng khác, Bridge sẽ sao chép gói tin đó và chuyển tiếp đến mạng đích.

Bridge là một hoạt động kết nối, cho phép các máy tính thuộc các mạng khác nhau giao tiếp và trao đổi thông tin một cách đơn giản mà không cần nhận biết sự hiện diện của Bridge.

Bridge chỉ kết nối được những mạng cùng loại và sử dụng Bridge cho những mạng tốc độ cao sẽ khó khăn nếu chúng nằm cách xa nhau.

Các kiểu kết nối mạng Lan

Trong kiểu BUS, các máy tính được kết nối với nhau qua một trục cáp, với hai đầu trục cáp có các Terminador để đánh dấu điểm kết thúc Mỗi máy tính sẽ được kết nối với đường trục thông qua một Transceptor Ưu điểm của hệ thống này là tính đơn giản và dễ dàng trong việc mở rộng mạng lưới.

+Theo thiết kế này thì dây cáp nối được tối ưu nhất, tiết kiệm khoảng cách.

+ Nhược điểm là mạng này cho tốc độ chậm

+ Khi trên đường cáp có sự cố thì toàn bộ mạng sẽ ngưng hoạt động + Khi có sự cố rất khó kiểm tra phát hiện lỗi

Trên thực tế mạng kiểu BUS ít được sử dụng vì có nhiều nhược điểm.

2 Thiết kế kiểu vòng (Ring)

• Các máy tính kết nối với nhau thành hình vòng, mỗi máy tính được nối với đường trục thông qua một Transceptor.

Mạng xoay vòng là một cấu trúc mạng trong đó các dây cáp được thiết kế thành một vòng khép kín, cho phép tín hiệu truyền đi theo một chiều nhất định Trong mạng này, mỗi nút chỉ có thể truyền tín hiệu cho một nút khác tại một thời điểm nhất định Để đảm bảo dữ liệu được gửi đi chính xác, mỗi gói tin phải kèm theo địa chỉ cụ thể của trạm tiếp nhận.

Mạng dạng vòng có ưu điểm là khả năng mở rộng dễ dàng và yêu cầu ít đường dây hơn so với các kiểu mạng khác Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là hệ thống cần phải khép kín; nếu một đoạn dây bị ngắt, toàn bộ mạng sẽ ngừng hoạt động.

+ Ưu điểm của mạng này là tiết kiệm được dây cáp, tốc độ có nhanh hơn kiểu BUS.

+ Khi trên đường cáp có sự cố thì toàn bộ mạng sẽ ngưng hoạt động + Khi có sự cố rất khó kiểm tra phát hiện lỗi

Tương tự kiểu BUS mạng kiểu RING cũng ít được sử dụng

Kết nối tất cả các cáp vào một điểm trung tâm để tạo thành mạng Nếu sử dụng cấu trúc star mở rộng, hãy kết nối các star thông qua HUB hoặc SWITCH Phương pháp này giúp mở rộng phạm vi và nâng cao mức độ bao phủ của mạng.

Mạng sao mở rộng Ưu điểm:

+ Mạng đấu kiểu hình sao (STAR) cho tốc độ nhanh nhất

+ Khi cáp mạng bị đứt thì thông thường chỉ làm hỏng kết nối của một máy, các máy khác vẫn hoạt động được.

+ Khi có lỗi mạng, ta dễ dàng kiểm tra sửa chữa.

+ Kiểu dấu mạng này có chi phí dây mạng và thiết bị trung gian tốn kém hơn.

Mạng hình STAR hiện nay rất phổ biến, đặc biệt trong việc kết nối các máy tính trong gia đình, phòng Game, phòng NET, và các cơ quan, trường học Mạng LAN thường có bán kính hoạt động giới hạn khoảng 100m; đối với các máy tính nằm xa hơn, người dùng thường chuyển sang sử dụng mạng Internet để trao đổi thông tin.

Xây dựng hệ thống mạng

Dự kiến phương hướng lắp đặt

Để tối ưu hóa hệ thống mạng LAN trong một thiết kế có hai phòng rộng, việc lắp đặt theo cấu trúc hình sao giữa các phòng và trong từng phòng là phương án hợp lý nhất.

Mạng LAN, hay mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khoảng cách ngắn, thường là vài trăm mét đến một vài km Mạng này chủ yếu được sử dụng trong các tổ chức và cơ quan, cho phép truyền dữ liệu qua các môi trường tốc độ cao như cáp đồng trục và cáp quang.

Trong cấu trúc hình sao, tất cả các trạm kết nối với một thiết bị trung tâm, có nhiệm vụ nhận và chuyển tín hiệu đến các trạm đích Ưu điểm của cấu trúc này bao gồm khả năng dễ dàng mở rộng hệ thống, dễ dàng quản lý và khắc phục sự cố, cũng như đảm bảo rằng sự cố ở một trạm không ảnh hưởng đến toàn bộ mạng.

- Không đụng độ hay ách tắc trên đường truyền, tận dụng được tối đa đường truyền vật lý.

Lắp đặt mạng đơn giản và dễ dàng cấu hình lại, giúp kiểm soát và khắc phục sự cố hiệu quả khi có trục trặc xảy ra tại một trạm mà không ảnh hưởng đến toàn bộ mạng Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.

- Độ dài đường truyền nối một trạm với trung tâm bị hạn chế,tốn đường dây cáp nhiều.

Vì vậy ta lựa chọn mô hình mạng là Server/Client (gồm 1server và 29 client đối với mỗi phòng)

Hình 3.Sơ đồ logic cho phòng internet lắp ráp giữa các máy client và máy server

Thiết kế mạng ở mức vật lý

Qua khảo sát ta thấy phòng 805, 806, 807 và 808 ta có:

- Cùng diện tích: độ dài 14m, độ rộng 7m như vậy ta sẽ lắp đặt sơ đồ hệ thống 1 phòng máy cho cả 4 phòng.

- Lắp đặt mỗi phòng 30( gồm 1 máy chủ và 29 máy trạm).

Mỗi phòng máy được bố trí thành 4 dãy, trong đó dãy ngoài gồm 6 máy gần cửa ra vào, hai dãy ở giữa mỗi dãy có 8 máy quay lưng lại với nhau, và dãy trong cùng gồm 8 máy, bao gồm cả máy chủ đặt trên bàn giáo viên.

- Khoảng cách giữa 2 máy theo chiều dọc là 1m(tính từ trung tâm của 2 máy liền kề nhau), 2 dãy giữa quay lưng lại với nhau cách nhau 0.5m

Cách lắp đặt này không chỉ tiết kiệm không gian mà còn đảm bảo tính thẩm mỹ cho phòng, đồng thời giữ lối đi lại thông thoáng và cho phép mở rộng mô hình mạng khi cần Để nâng cao tính gọn gàng và thẩm mỹ, việc sử dụng nẹp mạng để bó gọn các dây mạng là rất cần thiết, giúp ngăn chặn nhiễu từ giữa các dây với nhau.

Sơ đồ minh họa hệ thống mạng 2 phòng

Sơ đồ vật lý riêng cho mỗi phòng máy

VI C p phát đ a ch m ng cho h th ngấ ị ỉ ạ ệ ố

- Ta có đ a ch IP đị ỉ ượ ấc c p: 96.0.0.0

- Vì đ a ch IP đã c p thu c Class A ị ỉ ấ ộ  subnet mark: 255.0.0.0

- Ta có 24 bit đ chia subnet và hostể

- Do c n chia đ a ch m ng cho 4 phòng, m i phòng 41 máy, nên ta ầ ị ỉ ạ ỗ dùng 6 bit đ chia host, thu n l i cho vi c m r ng phòng máy sau ể ậ ợ ệ ở ộ này:

 S host trên m i subnet là: 2ố ỗ 6 – 2 = 62 (host)

- Vì đã dùng 6 bit cu i đ chia host nên ta sẽ mố ể ượn 24 – 6 = 18 bit đ ể chia subnet, 4 phòng m i phòng 1 subnet ỗ  s subnet là: 2ố 18 – 2 262142 (subnet)

 Liệt kê các subnet ID cần dùng trong 4 phòng: (Không dùng 96.0.0.0)

- Có 41 máy nên ta dùng 41 địa chỉ: 96.0.0.65  96.0.0.105

VII Dự trù kinh phí

- Kiểu máy chủ: Mini Tower

- Tốc độ CPU: 3.0 Ghz/3MB cache

- Loại CPU sử dụng: Intel Core i7

- Tốc độ BUS của RAM: 2400MHz

- Số vòng quay ổ cứng: 7200RPM

- Kích thước màn hình: 17inch

- Kiểu màn hình: TFT-LCD

- Độ phân giải tối đa: 1280x1024

- Khả năng hiển thị màu: 16.7 Triệu màu

- Độ sáng màn hình: 250cd/m2

- Thời gian đáp ứng: 5ms

- Hãng sản xuất: TP Link

- Tốc độ truyền dữ liệu: 10/100/1000Mbps

 Dây mạng CAT-5E( Tenda loại A màu cam 4000VNĐ/1m)

Bốn phòng có diện tích tương đương, do đó, chúng ta có thể tính toán số dây cần thiết cho một phòng và từ đó suy ra tổng số dây cần cho cả bốn phòng.

Chiều dài từ switch đến máy đầu tiên trong dãy bên trong tường là 1.5m, với khoảng cách giữa các máy là 1m Tuy nhiên, do các vấn đề về linh kiện, số dây cần thiết để kết nối có thể dài hơn, do đó cần cộng thêm 5m dây cho mỗi dãy.

• Số dây cần dùng cho dãy trong cùng là:

• Hai dãy giữa cách switch 3.5m tính tương tự ta được:

• Dãy ngoài cùng tính tương tự ta được:

Vậy số dây tối thiểu cần dùng cho 1 phòng là: 201.5m

Số dây tối thiểu cần dùng cho 4 phòng là: 804m

Thiết bị Số lượng Đơn giá Thành tiền

Dây cáp mạng 402m 4000/m 3.216.000 Đầu cắm cáp mạng 300 1000/chiếc 300,000

VIII Tài liệu tham khảo : bảng giá, công ty

Tên công ty Đơn giá

Switch Siêu thị viễn thông

Modem Siêu thị viễn thông

Dự trù kinh phí