Bài giảng Quản trị thiết bị mạng

CHƯƠNG 2QUẢN TRỊ THIẾT BỊ MẠNG Bộ môn Công nghệ thông tin Trường Đại học Kinh tế Quốc dân Nội dung chính Card giao tiếp mạng (NIC) Bộ chuyển tiếp (Repeater) Bộ tập trung (Hub) Bộ điều chế và giải điều chế (Modem) Cầu nối (Bridge) Bộ chuyển mạch (Switch) Bộ định tuyến (Router) Cổng nối (Gateway) 1. Card giao tiếp mạng (NIC) Là thiết bị thông dụng nhất để nối máy tính với mạng. Mỗi card mạng có một địa chỉ vật lý duy nhất (địa chỉ MAC, 48 bits). Làm việc ở tầng 2 (mô hình OSI). Gồm một bộ thu/phát tín hiệu, bộ xử lý, các bộ đệm, khuếch đại...và đầu nối phù hợp với cáp đường truyền Cáp đồng trục: đầu nối BNC Cáp xoắn đôi: đầu nối RJ-45 1. NIC... Chức năng Truyền dữ liệu: Nhận dữ liệu từ máy tính Tổ chức thành các frame Chuyển thành tín hiệu đường truyền Nhận dữ liệu: Nhận tín hiệu đường truyền Tổ chức thành các frame Xử lý các frame (kiểm tra địa chỉ Mac, xử lý lỗi, xử lý luồng…) Chuyển tiếp cho máy tính xử lý 1. NIC... Phân loại Theo chuẩn mạng Hữu tuyến : Ethernet (IEEE 802.3), Token bus (IEEE 802.4), Token ring (IEEE 802.5), FDDI/CDDI, 100VG-AnyLAN (IEEE 802.11) Vô tuyến : Wi-Fi (IEEE 802.11), BlueTooth (IEEE 802.15), WiMAX (IEEE 802.16), WWAN (GRRS, UTMS, EV-DO) Theo tốc độ truyền (ví dụ Ethernet) Ethernet : 10 Mbps Fast Ethernet : 100 Mbps Gigabit Ethernet : 1.000 Mbps 10 Gigabit Ethernet : 10.000 Mbps 1. NIC... Phân loại... Theo loại môi trường truyền Hữu tuyến : Cáp xoắn đôi, đồng trục, cáp quang Vô tuyến : Radio, viba, hồng ngoại Theo chuẩn khe cắm ISA, PCI, USB, PCMCIA (PC card, CardBus), Express Card, FireWire (IEEE 1394) Onboard 1. NIC... Đầu nối BNC Đầu nối RJ-45 1. NIC... 1. NIC... 1. NIC... 1. NIC... Lắp đặt card mạng Tham khảo tài liệu hướng dẫn kèm theo card mạng Nếu lắp đặt nhiều card mạng phải cấu hình tham số khác nhau cho mỗi card mạng Cài đặt driver và cấu hình cho card mạng Driver phụ thuộc vào loại hệ điều hành và loại card mạng Được cung cấp kèm theo card mạng hoặc có sẵn trong hệ điều hành 1. NIC... 1. NIC... Trạng thái đèn LED trên card mạng ACT: Đèn chớp là đang truyền dữ liệu. Đèn sáng là đang truyền liên tục. LNK: Đèn sáng là có kết nối với cáp và thiết bị mạng (hub, switch, …) TX: Đèn sáng là đang gửi dữ liệu ra đường truyền RX: Đèn sáng là đang nhận dữ liệu từ đường truyền Card mạng có thể có từ 2 đến 4 đèn LED tuỳ loại. 1. NIC... Các lệnh kiểm tra ipconfig ping pathping tracert route net netstat 1. NIC... 2. Bộ chuyển tiếp (Repeater) Chức năng: Nhận, khuếch đại và chuyển tiếp tín hiệu Không lọc và xử lý dữ liệu Mở rộng phạm vi đường truyền mạng Thường dùng trong mạng dạng bus. 2. Repeater... Làm việc ở tầng 1 (mô hình OSI). Phân loại: Repeater điện: liên kết với hai đầu đều là cáp điện Repeater điện quang: liên kết với một đầu cáp quang và một đầu là cáp điện 2. Repeater... Luật 5-4-3 3. Bộ tập trung (Hub) Còn gọi là bộ chuyển tiếp nhiều cổng (multiport repeater) Làm việc ở tầng 1 (mô hình OSI). Không lọc và xử lý dữ liệu Thường dùng để nối các máy tính thành một mạng LAN theo topo hình sao Mỗi một cổng cho phép nối một máy tính vào mạng Chuyển tín hiệu nhận được từ một cổng đến tất cả các cổng còn lại (Vấn đề bảo mật?) Ưu điểm : Giá rẻ, dễ lắp đặt, dễ mở rộng mạng, không cần cấu hình. 3. Hub... Phân loại Theo chức năng Hub thụ động (Passive hub) Hub chủ động (Active hub) Hub thông minh (Intelligent hub) Hub đơn (Stand-alone hub) Hub ghép tầng (Stackable hub) Hub dạng module (modular hub) Theo tốc độ truyền 10 Mbps, 100 Mbps, 1.000 Mbps Auto sense 10/100, 10/100/1.000 3. Hub... 3. Hub... Ví dụ: đấu nối hub Nối liên tiếp các hub lại với nhau: Cần tuân thủ luật 5-4-3, đảm bảo tín hiệu đi từ máy tính này đến máy tính khác trong mạng không đi qua nhiều hơn 4 hub. Khi sô lượng hub nhiều hơn 4: sử dụng một hub làm xương sống 4. Bộ điều chế và giải điều chế (Modem) Kết nối các máy tính thông qua đường điện thoại Phân loại: Modem trong: gắn vào bo mạch chính của máy tính Modem ngoài: là một thiết bị độc lập Modem quay số (dial-up): Chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại. Tốc độ thấp: ~ 56Kbps Modem ADSL: Gửi và nhận các tín hiệu số Sử dụng kỹ thuật điều chế, tách một đường điện thoại thành 3 kênh: gửi dữ liệu, nhận dữ liệu và nói chuyện qua điện thoại. Tốc độ upload: ~64 đến 640Kbps; download: ~1,5 đến 8Mbps 5. Cầu nối (Bridge) Làm việc ở tầng 2 (mô hình OSI). Chức năng Kết nối các đoạn mạng (segment) trong một mạng Cho phép nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, khác chuẩn và khác tốc độ truyền. Chọn lọc và chuyển tiếp gói tin từ mạng này sang mạng khác Thông minh hơn trong việc quyết định có chuyển tín hiệu qua đoạn mạng kia hay không Lọc lưu lượng dựa trên địa chỉ MAC. Tăng hiệu suất mạng bởi nó loại trừ lưu lượng mạng không cần thiết và giảm sự xung đột (collision) Chuyển frame giữa các đoạn mạng có giao thức tầng 2 (OSI) khác nhau 5. Bridge... Lý do sử dụng: Mở rộng và ghép nối các mạng LAN nhỏ độc lập nhau. Cho phép mở rộng mạng mà không phụ thuộc luật 5-4-3 Ghép nối các mạng trên 1 vùng địa lý lớn (vd : nhiều toà nhà cách biệt nhau). Phân chia 1 mạng lớn thành nhiều mạng nhỏ hơn để giảm lưu lượng và xung đột trên mạng. Kích thước mạng vượt quá qui định cho phép (chiều dài cáp, số lượng Node) cần chia ra nhiều phân đoạn mạng. Tăng độ tin cậy trên mạng. Tăng độ an toàn trên mạng. 5. Bridge... Cơ chế kết nối các mạng có chuẩn khác nhau 5. Bridge... Quyết định việc truyền tiếp 1 frame : Căn cứ vào địa chỉ MAC của máy đích trong frame để quyết định việc truyền tiếp 1 frame. Nếu máy đích cùng mạng với máy nguồn: bỏ không truyền tiếp frame này. Nếu máy đích khác mạng với máy nguồn: truyền frame đến mạng đích tương ứng. Để xác định máy nào thuộc mạng nào cần khai báo trước trong bảng định tuyến (routing table) của cầu nối. Nhược điểm : Người quản trị mạng phải cập nhật bảng định tuyến của tất cả các cầu nối khi có sự thay đổi cấu trúc mạng. 5. Bridge... Cầu nối trong suốt (Transparent bridge) Người sử dụng không cần khai báo bảng định tuyến. Khi nhận 1 frame, cầu nối căn cứ vào địa chỉ nguồn để biết máy nào thuộc mạng nào và cập nhật vào bảng định tuyến. Thủ tục định tuyến : Vẫn căn cứ vào địa chỉ đích. Nếu biết máy đích thuộc mạng nào sẽ chỉ truyền frame đến lối ra tương ứng. Nếu chưa biết máy đích thuộc mạng nào sẽ truyền frame đến mọi lối ra còn lại. 5. Bridge... Cầu nối trong suốt ..... Nhược điểm Nếu di chuyển 1 máy từ mạng này sang mạng khác cầu nối sẽ định tuyến sai. Cách khắc phục: Qui định thời gian có giá trị của các địa chỉ trong bảng định tuyến. Nếu quá thời gian này địa chỉ sẽ mất giá trị, bắt buộc cầu nối phải cập nhật lại địa chỉ đó trong bảng định tuyến (Vd mỗi 300s cập nhật 1 lần). Khi kết nối các mạng LAN bằng nhiều cầu nối (ví dụ để tăng độ tin cậy) sẽ tạo ra vòng lặp (loop) dẫn đến khả năng truyền trùng lặp dữ liệu trên mạng Ưu điểm Cầu nối hoạt động một cách tự động, không cần sự khai báo của con người. 5. Bridge... Cầu nối dạng cây bao trùm Sử dụng giao thức cây bao trùm STP (Spanning Tree Protocol) theo chuẩn IEEE 802.1D để khắc phục tình trạng vòng lặp. Các cầu nối sẽ trao đổi thông tin BPDU (Bridge Protocol Data Units) lẫn nhau để xây dựng cây bao trùm: Chọn 1 cầu nối làm nút gốc. Xây dựng đường đi ngắn nhất đến mọi cầu khác (theo tốc độ truyền). Nếu 1 cầu nối hay LAN bị hỏng sẽ phải xây dựng lại cây bao trùm mới (kiểm tra sau mỗi 30-50s). Các cầu không hoạt động sẽ ở trạng thái dự phòng. Chuẩn IEEE 802.1W dùng giao thức RSTP (Rapid STP) cải tiến STP bằng cách chuyển sang 1 cây dự phòng chỉ sau 1s bị sự cố. 5. Bridge... Cầu nối dạng cây bao trùm... 6. Bộ chuyển mạch (Switch) Còn gọi là cầu nối nhiều cổng Làm việc ở tầng 2 (mô hình OSI). Cơ chế làm việc của switch hoàn toàn tương tự như bridge: Dùng địa chỉ MAC để quản lý lưu lượng truyền giữa các port trên switch. Ưu điểm : Giảm xung đột trên mạng so với kết nối bằng Hub. Hiện nay switch được sử dụng rộng rãi, thay thế cho các hub trước đây. 6. Switch... 6. Switch... Phân loại switch theo chế độ hoạt động Cut-through mode: Chỉ đọc địa chỉ MAC đích và chuyển frame dữ liệu ra port đích. Ưu điểm : Tốc độ xử lý nhanh, thời gian trễ nhỏ. Nhược điểm : không kiểm soát lỗi và lưu lượng, chỉ sử dụng cho Ethernet cùng tốc độ các port. Store and Forward Mode : Switch đọc toàn bộ nội dung 1 frame dữ liệu, kiểm tra lỗi rồi mới truyền ra port đích. Ưu điểm : Truyền dữ liệu tin cậy hơn, truyền được giữa các port khác tốc độ và khác chuẩn. Nhược điểm : Tốc độ xử lý chậm, thời gian trễ lớn. 6. Switch... Mạng LAN ảo (Virtual LAN) Thông thường để tạo các LAN khác nhau chỉ cần kết nối máy tính vào các Hub/ switch khác nhau. Các thiết bị Switch cho phép cấu hình chỉ 1 nhóm port được phép truyền dữ liệu lẫn nhau. Mỗi nhóm coi như là 1 LAN riêng (VLAN) cùng chạy trên 1 Switch vật lý. Để kết nối các VLAN cần sử dụng Router. Một số Switch được thiết kế có thêm tính năng routing giữa các VLAN được gọi là Switch L3 (Switch Layer 3). 6. Switch... Switch mức cao Switch chuẩn làm việc trong tầng 2 (mô hình OSI) tương tự như cầu nối Bridge. Chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC. Switch Layer 3: Cho phép phân chia VLAN và định tuyến giữa các VLAN, không cần 1 Router để kết nối các VLAN. Chuyển mạch dựa trên địa chỉ mạng. Switch Layer 4: Thiết bị chuyển mạch dựa trên địa chỉ dịch vụ (port). Switch Layer 7: Thiết bị chuyển mạch dựa trên loại ứng dụng. Ví dụ content switching, load balancing switch. 7. Bộ định tuyến (Router) Hoạt động ở tầng mạng (tầng 3 mô hình OSI) Kết nối nhiều mạng với nhau nhiều loại mạng : LAN, MAN, WAN các mạng có tốc độ tuyền khác nhau các mạng có giao thức khác nhau Quản lý lưu lượng truyền giữa các mạng dựa vào địa chỉ IP 7. Router... Chức năng Chức năng chính: Tìm đường đi cho các gói tin trên môi trường liên mạng (định tuyến) và chuyển tiếp các gói tin. Định tuyến tĩnh (static routing): Do người quản trị mạng khai báo sẵn trong router và không thay đổi trong quá trình sử dụng. Nếu trạng thái mạng thay đổi phải khai báo lại. Định tuyến động (dynamic routing): Các router trên mạng tự trao đổi thông tin để xây dựng bảng định tuyến. Trong quá trình vận hành nếu trạng thái mạng thay đổi sẽ tự động cập nhật bảng định tuyến theo trạng thái mới. Hai giải thuật định tuyến động thông dụng nhất hiện nay: Distance vector và Link state 7. Router... Chức năng ... Các chức năng khác của Router: Kiểm soát tắc nghẽn trên mạng (congestion control) Kiểm soát chất lượng dịch vụ trên mạng (QoS) Gửi các thông báo lỗi trên mạng Tách & ghép dữ liệu khi truyền qua các mạng có độ dài đơn vị dữ liệu khác nhau Quản lý địa chỉ mạng (NAT, DHCP, ACL, cấm broadcast, tích hợp chức năng Firewall, …) Quản trị, giám sát, thống kê trạng thái hoạt động các mạng và đường truyền kết nối vào Router. 7. Router... 7. Router... Định tuyến distance vector (vectơ khoảng cách) Đầu tiên mỗi router sẽ cập nhật đường đi đến các mạng nối kết trực tiếp với mình vào bảng chọn đường. Theo định kỳ (30-90 giây), một router phải gởi bảng chọn đường của mình cho các router láng giềng. Khi nhận được bảng chọn đường của một láng giềng gởi sang, router sẽ tìm xem láng giềng của mình có đường đi đến một mạng nào mà mình chưa có hay một đường đi nào tốt hơn đường đi mình đã có hay không. Nếu có sẽ đưa đường đi mới này vào bảng chọn đường của mình với Next hop để đến đích chính là láng giềng này. Nhược điểm : Thời gian xây dựng bảng định tuyến cho tất cả các router trên mạng chậm (còn gọi là thời gian hội tụ, convegent time) Tốn băng thông để gửi toàn bộ bảng định tuyến đến mọi router Xảy ra hiện tượng đếm đến vô cùng (Count-to-Infinity) 7. Router... Định tuyến link state (trạng thái liên kết) Khắc phục các nhược điểm của distance vector Nguyên tắc: Mỗi router sẽ gởi thông tin về trạng thái liên kết của mình (các mạng nối kết trực tiếp và các router láng giềng) cho tất cả các router trên toàn mạng. Các router sẽ thu thập thông tin về trạng thái liên kết của các router khác, từ đó xây dựng lại hình trạng mạng, chạy các giải thuật tìm đường đi ngắn nhất trên hình trạng mạng có được (giải thuật Dijkstra). Từ đó xây dựng bảng chọn đường cho mình. Khi một router phát hiện trạng thái nối kết của mình bị thay đổi, nó sẽ gởi một thông điệp yêu cầu cập nhật trạng thái nối kết cho tất các các router trên toàn mạng. Nhận được thông điệp này, các router sẽ xây dựng lại hình trạng mạng, tính toán lại đường đi tối ưu và cập nhật lại bảng chọn đường của mình. Tạo ra ít thông tin trên mạng. Tuy nhiên nó đòi hỏi router phải có bộ nhớ lớn, tốc độ tính toán của CPU phải cao. 8. Cổng nối (Gateway) Mục đích: Dùng để kết nối các ứng dụng với nhau Làm việc tầng 7 (mô hình OSI) Thường dùng để nối các mạng LAN với máy tính lớn Gateway có thể là thiết bị phần cứng hoặc phần mềm cài đặt trong máy tính. Hoạt động của gateway thường phức tạp hơn router nên thường chậm hơn và thường không dùng để nối LAN-LAN 8. Gateway... Hoạt động của Gateway trong mô hình OSI Tương đương chức năng thiết bị trong mô hình OSI Phần mềm mô phỏng Boson Netsim Cài đặt Hướng dẫn sử dụng Thực hành