Đồ Án Viễn Thông 2: Thiết Kế Mạng Máy Tính Đơn Giản Trên EVE-NG (Nguyễn Thành Nam)

Đồ án nghiên cứu viễn thông 2 đề tài thiết kế mạng máy tính đơn giản trên nền mô phỏng eve, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Nguyễn Thành Nam
• Người hướng dẫn: Ths. Lê Thị Huyền Trang
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp
• Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông
• Đề tài: Thiết Kế Mạng Máy Tính Đơn Giản Trên Nền Mô Phỏng EVE
• Loại tài liệu: Đồ án viễn thông
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Mục đích nghiên cứu
• 1.2. Khái niệm mạng máy tính
• 1.3. Các thiết bị cơ bản trong một hệ thống mạng máy tính
• 1.4. Chức năng chia sẻ tài nguyên của một hệ thống mạng máy tính
• 1.5. Các đặc tính kỹ thuật trong một mô hình mạng máy tính
• 1.6. Các sơ đồ đấu nối thiết bị trong một hệ thống (Topology)
• 1.7. Các hình thức kết nối ra Internet
• 1.8. Mô hình OSI và mô hình TCP/IP
• 1.8.1. Mô hình OSI
• 1.8.1.1. Tổng quan về mô hình OSI
• 1.8.1.2. Cách thức hoạt động của mô hình OSI
• 1.8.2. Mô hình TCP/IP
• 1.8.2.1. Lớp Transport TCP/IP
• 1.8.2.2. Giao thức UDP (User Datagram Protocol)
• 1.8.2.3. Giao thức TCP (Tranmission Control Protocol)
• 1.8.2.4. Lớp Internet TCP/IP
• 1.8.2.5. Tổng quan về giao thức IP
• 1.8.2.6. Cấu trúc của địa chỉ IP và các lớp địa chỉ
• 1.9. Định nghĩa Ethernet LAN
• 1.10. Địa chỉ MAC sử dụng trong Ethernet LAN
• 1.11. Các các mô hình đấu nối trong Ethernet LAN
• 1.12. Mô hình đấu nối dạng bus
• 1.13. Mô hình đấu nối dạng Hub
• 1.14. Miền trong Ethernet LAN
• 1.15. Định Nghĩa về CSMA/CD một mạng LAN
• 1.16. Thiết bị Switch của Ethernet LAN
• 1.17. Cách thức hoạt động chuyển mạch của một Ethernet Switch trong một hệ thống mạng LAN
• 1.18. Giao thức cấp phát địa chỉ IP động DHCP
• 1.18.1. Tổng quan về giao thức DHCP
• 1.18.2. Tiến trình hoạt động của DHCP
• 1.18.3. DHCP Relay Agent
• 1.18.4. Xử lý đụng độ địa chỉ
• 1.19. Giao thức định tuyến động EIGRP
• 1.19.1. Tổng quan về định tuyến
• 1.19.2. Khái niệm đinh tuyến
• 1.19.3. Phân loại định tuyến
• 1.19.4. Giao thức định tuyến EIGRP
• 1.19.5. Điều kiện để thiết lập định tuyến EIGRP
• 1.19.6. Tính toán Metric đối với EIGRP
• 1.19.7. Bầu chọn best – route
• 1.19.8. Các bảng dữ liệu và các gói tin sử dụng trong EIGRP
• 1.19.8.1. Các bảng dữ liệu
• 1.19.8.2. Thiết lập quan hệ láng giềng
• 1.20. Kỹ thuật NAT (Network Address Translation)
• 1.20.1. Khái niệm NAT
• 1.20.2. Địa chỉ Private và địa chỉ Public
• 1.20.2.1. Địa chỉ private
• 1.20.2.2. Địa chỉ public
• 1.20.3. Địa chỉ Inside và địa chỉ Outside trong một phiên NAT
• 1.20.4. Phân loại kỹ thuật NAT
• 1.21. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÀI ĐẶT CÁC PHẦN MỀM
• 2.1. Mục đích tìm hiểu
• 2.2. Cài đặt Vmware Workstation
• 2.2.1. Giới thiệu sơ lược về Vmware Workstation
• 2.2.2. Các bước cài đặt
• 2.3. Cài đặt EVE (Emulated Virtual Enviroment)
• 2.3.1. Giới thiệu sơ lược về EvE
• 2.3.2. Các vấn đề liên quan đến EvE
• 2.3.3. Các phiên bản của EvE
• 2.3.4. Cấu hình tối thiểu để chạy EvE
• 2.3.5. Các phần mềm ảo hóa có thể chạy EvE
• 2.3.6. Các bước cài đặt
• 2.4. Upload các image router, switch Cisco và win 7 lite
• 2.4.1. Các phần mềm và file yêu cầu
• 2.4.2. Image của route Layer 3, switch Layer 2 và win 7 lite
• 2.4.3. Upload image của route Layer 3 và switch Layer 2
• 2.4.4. Cài đặt UltraVNC
• 2.4.5. Upload image của win 7 lite
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CẤU HÌNH MẠNG MÁY TÍNH ĐƠN GIẢN
• 3.1. Mục đích thiết kế
• 3.2. Yêu cầu thiết kế
• 3.3. Lựa chọn thiết bị
• 3.4. Thiết kế mạng
• 3.5. Thiết lập ban đầu cho image các thiết bị
• 3.6. Thiết lập Router, Switch
• 3.7. Thiết lập PC
• 3.8. Thiết lập Cloud Internet
• 3.9. Cấu hình cơ bản cho Router R1, R2
• 3.10. Cấu hình Router làm server cấp phát địa chỉ IP DHCP
• 3.11. Cấu hình R1 cấp phát subnet 192
• 3.12. Kiểm tra kết quả
• 3.13. Kiểm tra trạng thái DHCP
• 3.14. Kiểm tra địa chỉ gateway
• 3.15. Kiểm tra địa chỉ đã cấp cho các PC
• 3.16. Cấu hình định tuyến động EIGRP
• 3.17. Thiết lập định tuyến EIGRP trên Router R1
• 3.18. Thiết lập định tuyến EIGRP trên Router R2
• 3.19. Kiểm tra kết quả
• 3.20. Kiểm tra neighbors
• 3.21. Kiểm tra tuyến eigrp đã thiết lập
• 3.22. Kiểm tra kết nối gữa PC1 (LAN1) tới PC3 (LAN3) và ngược lại
• 3.23. Cấu hình NAT
• 3.24. Cấu hình NAT trên Router R1
• 3.25. Cấu hình NAT trên Router R2
• 3.26. Kiểm tra kết quả
• 3.27. Kiểm tra kết nối giữa các PC và internet
• 3.28. Kiểm tra phiên NAT khi các PC ping ra ngoài internet
• 3.29. Kiểm tra các địa chỉ Inside và Outside
• 3.30. Sử dụng các PC để truy nhập internet
• 3.31. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Một số hạn chế
• 4.2. Hướng phát triển
• 4.3. Kết luận chung
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LINK TỔNG HỢP CÁC PHẦN MỀM

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án mạng máy tính Nền tảng EVE NG là gì

Đồ án mạng máy tính là một nhiệm vụ học thuật quan trọng, giúp củng cố kiến thức lý thuyết và phát triển kỹ năng thực hành. Việc thiết kế và triển khai một hệ thống mạng hoàn chỉnh đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các giao thức và thiết bị. Trong bối cảnh đó, các công cụ mô phỏng như EVE-NG đóng vai trò then chốt. EVE-NG (Emulated Virtual Environment - Next Generation) là một môi trường giả lập mạng mạnh mẽ, cho phép người dùng xây dựng các sơ đồ mạng phức tạp bằng cách sử dụng image thật của các thiết bị mạng. Nền tảng này giúp loại bỏ rào cản về chi phí và không gian của thiết bị vật lý, tạo điều kiện lý tưởng cho việc học tập, nghiên cứu và kiểm thử các giải pháp mạng trước khi triển khai thực tế. Một đồ án mạng máy tính thực hiện trên EVE-NG không chỉ mô phỏng hoạt động của các Router, Switch mà còn tích hợp được cả máy chủ và máy trạm, tạo ra một hệ thống mạng ảo hóa toàn diện và trực quan.

1.1. Khái niệm cơ bản về mạng máy tính và mô hình tham chiếu

Một mạng máy tính (Computer Network) được định nghĩa là một tập hợp các máy tính và thiết bị được kết nối với nhau. Mục đích chính là để giao tiếp và chia sẻ tài nguyên. Để chuẩn hóa việc giao tiếp này, các mô hình tham chiếu đã được phát triển. Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) là một mô hình lý thuyết gồm bảy lớp, mô tả chức năng của một hệ thống mạng từ lớp Vật lý (Physical) đến lớp Ứng dụng (Application). Trong khi đó, mô hình TCP/IP là một mô hình thực tiễn hơn với bốn lớp, là nền tảng của Internet hiện đại. Việc hiểu rõ cách dữ liệu được đóng gói (encapsulation) khi đi qua các lớp, từ Segment ở lớp Transport, Packet ở lớp Network, đến Frame ở lớp Data Link, là kiến thức nền tảng để có thể thiết kế và khắc phục sự cố mạng hiệu quả.

1.2. Giới thiệu EVE NG Môi trường giả lập mạng chuyên nghiệp

EVE-NG là một phần mềm giả lập mạng client-server, cho phép tạo ra các phòng lab ảo hóa có độ chân thực cao. Khác với các trình mô phỏng chỉ giả lập câu lệnh, EVE-NG chạy trực tiếp hệ điều hành thực của thiết bị (ví dụ: Cisco IOS, Juniper JunOS). Điều này có nghĩa là mọi tính năng và hành vi của thiết bị trong môi trường giả lập đều giống hệt như trên thiết bị vật lý. Nền tảng này hỗ trợ đa dạng các nhà cung cấp, cho phép xây dựng các Topology mạng lai (hybrid) phức tạp. Giao diện web trực quan giúp người dùng dễ dàng thêm, xóa, kết nối các thiết bị và quản lý phòng lab của mình. Đây là công cụ không thể thiếu cho các kỹ sư mạng, chuyên gia bảo mật và sinh viên thực hiện đồ án mạng máy tính.

II. Thách thức khi thiết kế mạng Tại sao EVE NG là lựa chọn

Việc học tập và nghiên cứu mạng máy tính thường đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là về chi phí và tính linh hoạt. Xây dựng một phòng lab vật lý đòi hỏi đầu tư lớn vào các thiết bị như Router, Switch, máy chủ, và hệ thống dây cáp phức tạp. Hơn nữa, việc thay đổi một Topology vật lý rất tốn thời gian và công sức. Những hạn chế này làm cản trở quá trình thử nghiệm các kịch bản mạng khác nhau. EVE-NG nổi lên như một giải pháp toàn diện để giải quyết những vấn đề này. Bằng cách ảo hóa toàn bộ hệ thống mạng, EVE-NG cho phép người dùng tạo ra các môi trường lab phức tạp chỉ với một máy chủ duy nhất. Sự linh hoạt, khả năng mở rộng và chi phí gần như bằng không khiến nó trở thành lựa chọn tối ưu cho việc thực hiện các đồ án mạng máy tính chuyên sâu.

2.1. Hạn chế của thiết bị vật lý trong học tập và nghiên cứu

Sử dụng thiết bị mạng vật lý cho mục đích học tập có nhiều nhược điểm. Chi phí mua sắm ban đầu rất cao. Các thiết bị tiêu thụ nhiều điện năng và tạo ra tiếng ồn, nhiệt lượng lớn. Không gian lưu trữ cũng là một vấn đề. Quan trọng hơn, việc cấu hình sai trên thiết bị vật lý có thể gây ra các sự cố khó phục hồi. Việc thay đổi sơ đồ kết nối vật lý để thử nghiệm các Topology khác nhau là một quy trình phức tạp và mất thời gian. Những rào cản này giới hạn khả năng sáng tạo và khám phá của sinh viên cũng như các nhà nghiên cứu khi tiếp cận với lĩnh vực thiết kế mạng.

2.2. Ưu điểm vượt trội của mô phỏng mạng trên nền tảng EVE NG

Nền tảng mô phỏng mạng EVE-NG cung cấp những lợi ích vượt trội. Thứ nhất, nó tiết kiệm chi phí tối đa, chỉ yêu cầu một máy tính đủ mạnh để chạy máy ảo. Thứ hai, tính linh hoạt cao cho phép người dùng xây dựng, thay đổi và phá hủy các sơ đồ mạng chỉ bằng vài cú nhấp chuột. Người dùng có thể dễ dàng lưu lại các cấu hình và trạng thái của lab để tiếp tục làm việc sau này. Thứ ba, EVE-NG mang lại trải nghiệm thực tế vì nó chạy image hệ điều hành gốc của thiết bị. Điều này đảm bảo rằng các kỹ năng học được có thể áp dụng trực tiếp vào môi trường làm việc thực tế, một yếu tố cực kỳ quan trọng đối với một đồ án mạng máy tính.

III. Hướng dẫn thiết kế mạng LAN ảo hóa chi tiết trên EVE NG

Quá trình thực hiện một đồ án mạng máy tính trên EVE-NG bao gồm các bước chuẩn bị và xây dựng môi trường một cách có hệ thống. Bắt đầu từ việc cài đặt phần mềm ảo hóa, triển khai EVE-NG, cho đến việc lựa chọn và tải lên các image thiết bị cần thiết. Mỗi bước đều đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một phòng lab hoạt động ổn định và chính xác. Giai đoạn thiết kế Topology là nơi người thực hiện đồ án vận dụng kiến thức lý thuyết để xây dựng một sơ đồ mạng hợp lý, đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Việc thiết lập này mô phỏng chính xác quy trình xây dựng một mạng LAN thực tế, từ lựa chọn thiết bị cho đến kết nối các thành phần lại với nhau trong không gian ảo.

3.1. Các bước cài đặt môi trường VMware và máy ảo EVE NG

Bước đầu tiên để sử dụng EVE-NG là cài đặt một trình ảo hóa, phổ biến nhất là VMware Workstation. Sau khi VMware được cài đặt, người dùng sẽ nhập (import) máy ảo EVE-NG từ file OVA đã tải về. Trong quá trình thiết lập máy ảo, cần cấu hình các thông số quan trọng như bộ nhớ RAM và số lõi CPU để đảm bảo hiệu năng đủ cho các Topology mạng dự kiến. Sau khi khởi động máy ảo, cần thực hiện một số cấu hình ban đầu qua giao diện dòng lệnh, chẳng hạn như đặt mật khẩu root và cấu hình địa chỉ IP để có thể truy cập giao diện quản lý web của EVE-NG.

3.2. Lựa chọn thiết bị và xây dựng sơ đồ Topology mạng LAN

Sau khi truy cập giao diện web, người dùng có thể bắt đầu thiết kế mạng. Giai đoạn này bắt đầu bằng việc tạo một lab mới. Tiếp theo, người dùng sẽ thêm các node (thiết bị) vào không gian làm việc. Các node này có thể là Router, Switch Layer 2/Layer 3, hoặc các máy ảo client như Windows/Linux. Tài liệu gốc mô tả một mạng đơn giản bao gồm hai Router (R1, R2) kết nối với nhau và mỗi router kết nối với một mạng LAN nội bộ. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu của đồ án mạng máy tính là rất quan trọng. Sau khi thêm các node, chúng sẽ được kết nối với nhau bằng các liên kết ảo, mô phỏng dây cáp mạng.

3.3. Tải lên image cho Router Switch và máy ảo client PC

EVE-NG không đi kèm sẵn image của các thiết bị. Người dùng cần phải tự tìm và tải lên các image này. Đối với các thiết bị Cisco, các định dạng image phổ biến là IOL, IOSv, và CSR1000v. Các image này cần được tải lên thư mục tương ứng trong máy ảo EVE-NG bằng một công cụ truyền file như WinSCP hoặc FileZilla. Sau khi tải lên, cần chạy một lệnh để sửa quyền truy cập cho các file image đó. Tương tự, image cho máy ảo client (ví dụ: Windows 7 Lite) cũng được tải lên dưới dạng file qcow2. Bước này là bắt buộc để các thiết bị trong lab có thể khởi động và hoạt động.

IV. Phương pháp cấu hình giao thức mạng DHCP EIGRP NAT

Sau khi hoàn tất việc xây dựng Topology, bước tiếp theo là cấu hình các giao thức và dịch vụ để mạng có thể hoạt động. Đây là phần cốt lõi của một đồ án mạng máy tính, nơi các kiến thức lý thuyết được áp dụng vào thực tiễn. Ba công nghệ nền tảng được triển khai trong đồ án này là DHCP, EIGRP, và NAT. DHCP tự động hóa việc cấp phát địa chỉ IP, EIGRP đảm bảo các Router có thể tìm thấy đường đi đến các mạng khác nhau, và NAT cho phép các máy tính trong mạng nội bộ truy cập Internet. Việc cấu hình chính xác các giao thức này quyết định sự thành công của toàn bộ hệ thống mạng mô phỏng.

4.1. Cấu hình DHCP Server trên Router để cấp phát IP động

Giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) giúp đơn giản hóa việc quản lý địa chỉ IP trong mạng LAN. Thay vì phải cấu hình IP tĩnh trên từng máy client, một Router có thể được cấu hình làm DHCP Server. Quy trình cấu hình bao gồm việc tạo một dải địa chỉ (pool) để cấp phát, xác định địa chỉ gateway mặc định (default-router) và máy chủ DNS. Khi một máy client khởi động, nó sẽ gửi một gói tin DHCP Discover. Router sẽ phản hồi bằng một gói DHCP Offer. Quá trình này đảm bảo các máy client nhận được địa chỉ IP một cách tự động và chính xác, tránh xung đột IP.

4.2. Triển khai định tuyến động EIGRP giữa các Router

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) là một giao thức định tuyến động độc quyền của Cisco. Nó cho phép các Router tự động trao đổi thông tin về các mạng mà chúng kết nối trực tiếp. Để cấu hình EIGRP, người quản trị cần kích hoạt tiến trình EIGRP với một số hiệu hệ thống tự trị (AS number) và sau đó khai báo các mạng (network) mà router sẽ quảng bá. Các router láng giềng có cùng AS number sẽ hình thành quan hệ và trao đổi bảng định tuyến. EIGRP sử dụng thuật toán DUAL để tính toán đường đi tốt nhất, giúp mạng hội tụ nhanh chóng khi có sự thay đổi về Topology.

4.3. Thiết lập NAT để các máy client truy cập Internet

Kỹ thuật NAT (Network Address Translation) là giải pháp cho sự cạn kiệt của địa chỉ IPv4. Nó cho phép nhiều máy tính trong mạng LAN sử dụng địa chỉ IP riêng (Private IP) có thể cùng truy cập Internet thông qua một địa chỉ IP công cộng (Public IP) duy nhất. Cấu hình NAT trên Router biên bao gồm việc xác định cổng giao tiếp nào là bên trong (inside) và bên ngoài (outside). Sau đó, một danh sách truy cập (Access Control List - ACL) được tạo để xác định những địa chỉ IP nội bộ nào được phép NAT. Khi một gói tin từ máy client đi ra Internet, Router sẽ thay thế địa chỉ IP nguồn riêng bằng địa chỉ IP công cộng của nó.

V. Kết quả mô phỏng mạng kiểm tra kết nối thực tiễn

Giai đoạn kiểm tra và xác minh là bước không thể thiếu trong bất kỳ đồ án mạng máy tính nào. Sau khi hoàn tất cấu hình trên EVE-NG, cần phải thực hiện một loạt các bài kiểm tra để đảm bảo hệ thống hoạt động đúng như thiết kế. Các lệnh kiểm tra chuyên dụng trên Router giúp xác nhận trạng thái của các giao thức như DHCP và EIGRP. Việc kiểm tra kết nối end-to-end bằng lệnh ping là phương pháp cơ bản nhưng hiệu quả để xác thực luồng dữ liệu. Cuối cùng, việc kiểm tra khả năng truy cập Internet từ các máy client sẽ chứng minh rằng cấu hình NAT đã thành công, hoàn thiện mục tiêu của bài mô phỏng mạng.

5.1. Kiểm tra trạng thái cấp phát DHCP và bảng định tuyến EIGRP

Để xác minh dịch vụ DHCP, người quản trị có thể sử dụng lệnh show ip dhcp binding trên Router đóng vai trò server. Lệnh này sẽ hiển thị danh sách các địa chỉ IP đã được cấp phát cùng với địa chỉ MAC của máy client tương ứng. Đối với EIGRP, lệnh show ip eigrp neighbors được dùng để kiểm tra xem các Router đã thiết lập quan hệ láng giềng thành công hay chưa. Lệnh quan trọng nhất là show ip route, dùng để xem bảng định tuyến. Bảng này phải chứa các route được học qua EIGRP (được đánh dấu bằng chữ 'D'), cho thấy các router đã biết đường đi đến các mạng LAN từ xa.

5.2. Thực hiện ping kiểm tra kết nối giữa các mạng LAN từ xa

Kiểm tra kết nối là bài thử nghiệm cuối cùng cho việc thiết kế mạng và định tuyến. Từ một máy PC trong mạng LAN 1, thực hiện lệnh ping đến địa chỉ IP của một máy PC trong mạng LAN 3. Nếu kết quả thành công, điều đó chứng tỏ rằng gói tin đã đi từ PC1, đến Router R1, được R1 định tuyến sang Router R2 thông qua EIGRP, và cuối cùng R2 chuyển gói tin đến PC3. Việc ping thành công theo chiều ngược lại cũng cần được thực hiện để đảm bảo kết nối thông suốt hai chiều. Đây là bằng chứng rõ ràng nhất cho thấy cấu hình định tuyến động đã hoạt động chính xác.

5.3. Xác thực phiên NAT và khả năng truy cập tài nguyên Internet

Để kiểm tra cấu hình NAT, trước hết cần ping từ một máy PC nội bộ đến một địa chỉ IP công cộng, ví dụ như DNS của Google (8.8.8.8). Nếu thành công, điều này cho thấy Router biên đã dịch địa chỉ thành công. Để xem chi tiết, người quản trị có thể dùng lệnh show ip nat translations trên Router. Lệnh này sẽ hiển thị một bảng các phiên NAT đang hoạt động, cho thấy địa chỉ IP riêng (Inside Local) đã được dịch thành địa chỉ IP công cộng (Inside Global) như thế nào. Việc xác thực này khẳng định các máy client trong mạng LAN đã có thể truy cập ra ngoài Internet thông qua cơ chế NAT.

VI. Hướng phát triển đồ án mạng EVE NG Tối ưu và mở rộng

Một đồ án mạng máy tính thành công không chỉ dừng lại ở việc xây dựng một mô hình hoạt động mà còn cần nhìn nhận các hạn chế và đề ra hướng phát triển trong tương lai. Mô hình mạng đơn giản được trình bày là một nền tảng vững chắc, nhưng trong thực tế, các hệ thống mạng doanh nghiệp phức tạp hơn rất nhiều, đòi hỏi các yếu tố về dự phòng, bảo mật và hiệu năng cao. Việc nghiên cứu các công nghệ nâng cao và áp dụng chúng vào mô hình mô phỏng mạng trên EVE-NG sẽ giúp nâng cao giá trị của đồ án, đồng thời trang bị cho người thực hiện những kiến thức và kỹ năng sẵn sàng cho các thách thức thực tế.

6.1. Nhận diện một số hạn chế của mô hình mạng máy tính đơn giản

Mô hình mạng được xây dựng trong đồ án vẫn còn một số hạn chế. Thứ nhất, nó thiếu tính dự phòng. Nếu một Router hoặc một đường kết nối gặp sự cố, toàn bộ kết nối giữa các mạng LAN sẽ bị gián đoạn. Thứ hai, yếu tố bảo mật chưa được đề cập. Mạng chưa có các cơ chế kiểm soát truy cập như ACL (Access Control List) hay tường lửa (Firewall). Cuối cùng, mạng được thiết kế dưới dạng một miền quảng bá (broadcast domain) lớn, có thể gây ảnh hưởng đến hiệu năng khi số lượng thiết bị tăng lên. Nhận diện được những điểm yếu này là bước đầu tiên để cải tiến và thiết kế mạng một cách tối ưu hơn.

6.2. Các hướng nghiên cứu mở rộng và nâng cao hệ thống mạng

Từ những hạn chế đã nêu, có thể đề ra nhiều hướng phát triển cho đồ án mạng máy tính. Có thể triển khai các giao thức dự phòng gateway như HSRP hoặc VRRP. Về bảo mật, có thể cấu hình ACL để lọc lưu lượng, thiết lập các kết nối VPN giữa các chi nhánh. Để cải thiện hiệu năng và quản lý, có thể chia mạng LAN thành các VLAN (Virtual LAN) khác nhau và cấu hình định tuyến giữa các VLAN (Inter-VLAN Routing). Ngoài ra, có thể mở rộng Topology bằng cách thêm các giao thức định tuyến khác như OSPF, hoặc kết nối ra môi trường Internet thực sự thông qua tính năng Cloud của EVE-NG. Những cải tiến này sẽ làm cho mô hình mạng trở nên mạnh mẽ và gần gũi hơn với thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Quy trình Three Handshake Giả sử host A muốn truyền được dữ liệu qua host B thông qua một kết nối TCP. Host A cần phải thiết lập một kết nối TCP với host B, tiến trình Three - Way Handshake được thực hiện như sau:  Máy A gửi cho Máy B segment đầu tiên có cờ SYN được bật lên, giả sử host A set cho segment này có số thứ tự là x, tuy nhiên segment này là segment đầu tiên nên không chứa data.  Host B nhận được cờ SYN từ host A sẽ thực hiện respond lại một TCP segment, segment này có cờ SYN và ACK được bật lên như hình 1.

Giả sử host B set sequence segment này là y, segment respond của host B không chứa dữ liệu nhưng vẫn được tính là 1 byte. Host B phải chỉ rõ ACK sequence số thứ tự của byte tiếp theo mà nó muốn nhận từ A. Segment do A gửi qua được tính là 1 byte nên mong muốn nhận được byte tiếp theo là x + 1 do đó ACK được đánh số x + 1.  Khi mà A nhận được respond từ B nó sẽ gửi segment có bật cờ ACK về lại cho B, ACK của A gửi đi biểu thị số thứ tự gói tin tiếp theo nó muốn nhận từ B nên ACK = y + 1.

Bộ môn Điện tử Viễn thông – Khoa Điện tử 22 Đồ án viễn thông 2 – Sinh viên Nguyễn Thành Nam  Sau khi quá trình Three - Way Handshake được thiết lập, lúc này hai host A và B có thể trao đổi dữ liệu với nhau. Cơ chế điều khiển luồng (Flow control) Transport TCP/IP: Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Cơ chế Flow Control Nếu host A gửi dữ liệu quá nhanh, host B không xử lý kịp, dữ liệu sẽ dễ bị mất. Để tránh mất dữ liệu host nhận trong phương thức TCP sẽ bật cơ chế điều khiển luồng bằng cách gửi cho host A một thông báo cho biết rằng host B đang không xử lý kịp, chưa sẵn sàng tiếp nhận segment mới.

Khi nhận được thông báo này, host A sẽ dừng gửi segment. Và đợi host B xử lý. Khi xử lý hoàn tất, Host B sẽ gửi một thông báo nó đã sẵn sàng tiếp nhận dữ liệu, host A sẽ tiếp tục gửi segment. Cơ chế ACK (Acknowledgement) của Transport TCP/IP: Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Cơ chế ACK báo nhận Bộ môn Điện tử Viễn thông – Khoa Điện tử 23 Đồ án viễn thông 2 – Sinh viên Nguyễn Thành Nam Host A gửi một segment với Window size = 1 sẽ respond lại một ACK 2 từ host B, sau đó Hót A tiếp tục gửi lại yêu cầu gửi tiếp gói ACK 3 và tiến trình tiếp tục diễn ra mỗi lần 1 gói ACK. Để tăng hiệu suất, có thể thiết lập Window size cao hơn như hình 1. Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. ACK với Window Size = 3  Trường hợp xử lý nghẽn khi tăng Window size: Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Cơ chế xử lý nghẽn của Transport TCP/IP Giả sử host A gửi segment với Window size = 3, trên đường truyền bị mất gói. Host B chỉ nhận được 2 segment, host B sẽ gửi thông báo cho host A yêu cầu gửi lại với Window size = 2. Các ứng dụng đặc trưng chạy trên Lớp Transport TCP/IP: Transport sẽ đọc thông tin trong gói tin TCP hoặc UDP Header để xác định dữ liệu được đóng gói bên trong mà không cần mở gói để xem nội dung bên trong. Để thực hiện được điều này, chồng giao thức TCP/IP sẽ dùng một số PORT đặc trưng trong TCP/UDP Header để xác nhận giao thức lớp trên được đóng gói trong phần Data.

Bộ môn Điện tử Viễn thông – Khoa Điện tử 24 Đồ án viễn thông 2 – Sinh viên Nguyễn Thành Nam Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Các ứng dụng đặc trưng chạy trên lớp Transport TCP/IP  FTP (chạy nền TCP): port 20 hoặc 21.  DNS (đặc biệt chạy cả nền TCP hoặc UDP): sử dụng port 53.v… * So sánh cơ bản giữa TCP và UDP: Từ các thông tin bên trên, ta rút ra được bảng so sánh giữa giao thức UDP và TCP như sau: Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. So sánh UDP và TCP 1.

Lớp Internet TCP/IP Chức năng của lớp Internet TCP/IP này trong mô hình TCP/IP tương tự như lớp Network trong mô hình OSI. Nhiệm vụ chính của lớp này là định tuyến đường truyền, tìm đường đi tối ưu nhất cho gói tin trong một lưu lượng. Cung cấp cách thức truyền tải dữ liệu trên sơ đồ đã định tuyến và cung cấp cách thức đánh địa chỉ logic để định tuyến được đường truyền. Bộ môn Điện tử Viễn thông – Khoa Điện tử 25 Đồ án viễn thông 2 – Sinh viên Nguyễn Thành Nam Giao thức đặc trưng của lớp Internet TCP/IP là giao thức IP – Internet Protocol, một giao thức của chồng giao thức TCP/IP.

Giao thức IP được sử dụng rộng rãi trong mọi hệ thống mạng. Tổng quan về giao thức IP Một số đặc điểm đáng lưu ý của IP protocol:  Hoạt động ở lớp Internet trong mô hình TCP/IP tương ứng với lớp Network trong OSI, cung cấp một cơ chế truyền tải lớp 3 trong một sơ đồ mạng đã được định tuyến.  Là một giao thức connectionless điển hình, dữ liệu của IP sẽ được truyền theo kiểu best effort, không cần cơ chế thiết lập kết nối, không báo nhận và điều khiển luồng, không được đánh số thứ tự gói tin khi bị chop trên đường truyền  Mỗi gói tin IP đến thiết bị Layer 3 sẽ được xử lí độc lập  IP sử dụng cơ chế định địa chỉ theo kiểu phân cấp (hierarchical addressing), bao gồm network – id và host – id  Không có cơ chế khôi phục lại gói tin bị mất trên đường đi. Cấu trúc của địa chỉ IP và các lớp địa chỉ Cấu trúc của địa chỉ IP: Do mạng máy tính hiện nay vẫn chủ yếu sử dụng địa chỉ IPv4, chính vì vậy trong đồ án này sẽ chỉ tìm hiểu về địa chỉ IPv4.

Để có thể thực hiện truyền tin giữa các máy trên mạng, mỗi máy tính trên mạng TCP/IP cần phải có một địa chỉ xác định gọi là địa chỉ IP. Hiện nay mỗi địa chỉ IP được tạo bởi một số 32 bits (IPv4) và được tách thành 4 vùng, mỗi vùng có một Byte có thể biểu thị dưới dạng thập phân, nhị phân, thập lục phân hoặc bát phân. Cách viết phổ biến nhất hay dùng là cách viết dùng ký tự thập phân. Một địa chỉ IP khi đó sẽ được biểu diễn bởi 4 số thập phân có giá trị từ 0 đến 255 và được phân cách nhau bởi dấu chấm (.

Mỗi giá trị thập phân biểu diễn 8 bits trong địa chỉ IP. Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host ở trên mạng. IPv4 sử dụng 3 loại địa chỉ trong trường nguồn và đích đó là:  Unicast: Để thể hiện một địa chỉ đơn hướng. Địa chỉ đơn hướng là địa chỉ dùng để nhận dạng từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm như Router chẳng hạn) cụ thể là một gói dữ liệu được gửi tới một địa chỉ đơn hướng sẽ được chuyển tới nút mang địa chỉ đơn hướng đó.

 Multicast: Địa chỉ đa hướng. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp nút nhưng không phải là tất cả. Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, gói dữ liệu IP gửi tới một địa chỉ Multicast sẽ được gửi tới tất cả các Host tham dự trong nhóm Multicast này.  Broadcast: Thể hiện tất cả các trạm trên mạng.

Thông thường điều đó giới hạn ở tất cả các Host trên một mạng con địa phương. Địa chỉ broadcast được phân làm 2 loại: Bộ môn Điện tử Viễn thông – Khoa Điện tử 26 Đồ án viễn thông 2 – Sinh viên Nguyễn Thành Nam - Direct broadcast: Ví dụ: 172.255 - Local broadcast: Ví dụ: 255.255 Ví dụ về hai loại broadcast này: xét host có địa chỉ 192.3 - Khi host này gửi địa chỉ 255.255, tất cả các host trong lớp mạng 192.0 sẽ nhận được gói broadcast này (Local broadcast). - Nếu nó gửi broadcast đến địa chỉ 192.255 thì chỉ có các host trong lớp mạng 192.0 mới nhận được gói tin này, các host thuộc 192.0 hay lớp mạng khác đều sẽ không nhận được gói tin đó. Địa chỉ IPv4 được chia thành 2 phần chính: một phần để xác định mạng (net - id) và một phần để xác định host (host - id) như hình 1.25: Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Cấu trúc địa chỉ IPv4 Các quy tắc khi tiến hành cấu hình địa chỉ IP:  Các lớp mạng xác định số bits được dành cho mỗi phần mạng và phần host.  Các Bit của net - id không được phép đồng thời bằng 0.10 với net - id: 0.0 và host - id: 10 là một địa chỉ không hợp lệ.  Các bit phần host đồng thời bằng 0 đó là một địa chỉ của lớp mạng.0/24 là một địa chỉ mạng với phần host - id = 0 không thể gán cho thiết bị được.  Nếu các bit phần host đồng thời bằng 1 ta được một địa chỉ broadcast.255/25 là một địa chỉ broadcast cũng không thể gán cho thiết bị được.

Các lớp địa chỉ IP của lớp Internet TCP/IP: Có năm lớp mạng là A, B, C, D, E, trong đó ba lớp đầu là được dùng cho mục đích thông thường, còn hai lớp D và E được dành cho những mục đích đặc biệt và tương lai. Trong đó ba lớp chính là A, B, C. Bộ môn Điện tử Viễn thông – Khoa Điện tử 27 Đồ án viễn thông 2 – Sinh viên Nguyễn Thành Nam  Lớp A: + Địa chỉ mạng thuộc lớp A sẽ lấy octet (1 byte) đầu tiên làm net-id, 3 octet cuối làm host-id. + Bit đầu tiên của lớp A luôn là 0.

+ Dãy địa chỉ lớp A: 1.0, có 27 mạng trong lớp A.0 được dùng làm địa chỉ loopback. + Tổng số host của lớp A: (224 – 2) do phần host có 24 bit. Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Cấu trúc địa chỉ lớp A  Lớp B: + Địa chỉ mạng thuộc lớp B sẽ lấy 2 octet đầu tiên làm net-id, 2 octet cuối làm host-id, + Hai bit đầu tiên của lớp B luôn là 10.

+ Dãy địa chỉ lớp B: 128.0, có 214 mạng trong lớp B. + Tổng số host của lớp B: (216 – 2) do phần host có 16 bit. Hình CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Cấu trúc địa chỉ lớp B  Lớp C: + Địa chỉ mạng thuộc lớp C sẽ lấy 3 octet đầu tiên làm net-id, 1 octet cuối làm host-id.

+ Ba bit đầu tiên của lớp C luôn là 110.