Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ thông tin của tác giả Lê Minh Đức (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, thực hiện tháng 8/2024 dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Đăng Quang) tập trung giải quyết bài toán nâng cấp và hoàn thiện hạ tầng mạng tại Công ty TNHH Sản xuất và Kinh doanh giày da iShoes. Trong quá trình mở rộng quy mô và tái cơ cấu quy trình sản xuất kinh doanh, cơ sở hạ tầng mạng cục bộ (LAN) ban đầu của doanh nghiệp đã bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng:
- Hạ tầng truyền dẫn và thiết bị xuống cấp: Hệ thống sử dụng cáp mạng chất lượng thấp CAT5 UTP CCA (lõi nhôm mạ đồng, không có lớp chống nhiễu), khi truyền tải tín hiệu qua khoảng cách 200 mét nối giữa khu vực hành chính và khu vực nhà xưởng dẫn đến hiện tượng suy hao, nhiễu tín hiệu, tốc độ băng thông thấp và thường xuyên mất kết nối.
- Kiến trúc mạng thiếu tính sẵn sàng: Toàn bộ kết nối giữa các thiết bị mạng cốt lõi đều là kết nối đơn (single link), không có đường truyền dự phòng và chưa được cấu hình cân bằng tải. Khi xảy ra sự cố đứt cáp hoặc lỗi cổng trên một node mạng, toàn bộ các phân vùng mạng liên quan đều bị gián đoạn.
- Thiếu hụt hạ tầng mạng không dây (WLAN): Doanh nghiệp chưa trang bị hệ thống mạng không dây đồng bộ. Nhân viên văn phòng phải tháo cáp mạng LAN cắm trực tiếp vào laptop cá nhân, gây mất an toàn thông tin; trong khi đó, đội ngũ quản lý tại các phân xưởng không thể sử dụng thiết bị di động để kiểm soát quy trình vận hành.
- Hiệu suất máy trạm và máy chủ không đáp ứng yêu cầu mới: Hệ thống máy khách cũ sử dụng mô hình VCloudpoint không đủ năng lực xử lý đồ họa khi Nhà xưởng 1 chuyển đổi sang nhiệm vụ thiết kế mẫu giày và Nhà xưởng 2 cần mở các bản vẽ kỹ thuật lớn để điều khiển dây chuyền sản xuất. Đồng thời, hệ điều hành cài đặt sẵn chứa nhiều phần mềm rác (bloatware) và dịch vụ nền không cần thiết làm suy giảm hiệu năng phần cứng.
- Nguy cơ bảo mật cao: Hệ thống sử dụng tường lửa lỗi thời (Juniper SSG5), thiếu cơ chế phát hiện và ngăn chặn xâm nhập (IDS/IPS), chưa triển khai xác thực tập trung RADIUS cho mạng không dây và phân quyền Group Policy còn lỏng lẻo.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
- Khảo sát toàn diện hiện trạng phần cứng, đường truyền, mô hình phân bố thiết bị và nhu cầu sử dụng tại Công ty iShoes.
- Thiết kế hoàn thiện sơ đồ mạng LAN nâng cấp, bổ sung kết nối dự phòng, phân chia VLAN và quy hoạch lại bảng địa chỉ IP.
- Thiết kế và mô phỏng vùng phủ sóng hệ thống mạng không dây (WLAN) tại khu vực văn phòng và 3 nhà xưởng bằng công cụ chuyên dụng.
- Xây dựng kiến trúc bảo mật đa lớp tích hợp tường lửa thế hệ mới (NGFW), thiết bị IDS/IPS, xác thực RADIUS, kiểm soát cổng truy cập (Port Security) và phân quyền Group Policy trên máy chủ Active Directory.
- Nghiên cứu giải pháp tinh chỉnh hệ điều hành (Debloat, tối ưu dịch vụ, tinh chỉnh Registry và Driver) nhằm tối đa hóa hiệu năng máy trạm.
- Xây dựng hệ thống giám sát tự động Zabbix và lập dự toán chi phí vật tư triển khai.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ hạ tầng mạng, thiết bị mạng, máy chủ dịch vụ, máy trạm và cơ chế an ninh mạng của Công ty TNHH Sản xuất và Kinh doanh giày da iShoes.
- Phạm vi không gian: Khu vực hành chính (gồm 4 phòng ban: Ban Giám đốc, Phòng IT, Phòng Kế toán, Phòng Kinh doanh) và Khu vực nhà xưởng (gồm 3 nhà xưởng cách khu hành chính 200m).
- Phạm vi kỹ thuật: Quy hoạch mạng LAN/WLAN, mô hình bảo mật AAA, tối ưu hệ điều hành Windows 10/11 Pro for Workstations và giám sát mạng qua Zabbix tích hợp Telegram bot.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận kết hợp nền tảng lý thuyết mạng doanh nghiệp chuẩn hóa với các phương pháp khảo sát, mô phỏng và thực nghiệm kỹ thuật:
Thiết kế kỹ thuật và giải pháp nâng cấp
1. Nâng cấp hạ tầng vật lý và quy hoạch địa chỉ IP
Toàn bộ hệ thống cáp truyền dẫn cũ được thay thế bằng cáp CAT6 S/FTP BC (lõi đồng nguyên chất Bare Copper, có lớp bọc bạc chống nhiễu cho từng cặp dây xoắn và lớp lưới kim loại bọc ngoài). Các liên kết chính giữa các switch và router được nâng cấp thành đường đôi (2 link) nhằm tăng gấp đôi băng thông khả dụng và dự phòng lỗi kết nối.
Hệ thống địa chỉ IP được quy hoạch tập trung trong dải mạng lớp mạng riêng 10.0.0.0/8, phân tách rõ ràng giữa các phòng ban, thiết bị quản trị và các phân xưởng:
| Subnet # |
Subnet Address |
Subnet Mask |
Host Range |
Đối tượng sử dụng |
| Subnet 0 |
10.0.0.0 |
255.255.255.224 |
10.0.0.1 - 10.0.0.30 |
Thiết bị mạng Core, liên kết Firewall, Switch, AP |
| Subnet 1 |
10.0.0.32 |
255.255.255.224 |
10.0.0.33 - 10.0.0.62 |
Khối thiết bị cân bằng tải, IDS/IPS, WLC, Server |
| Subnet 2 |
10.0.0.64 |
255.255.255.192 |
10.0.0.65 - 10.0.0.126 |
Phòng Giám đốc, Phòng IT |
| Subnet 3 |
10.0.0.128 |
255.255.255.224 |
10.0.0.129 - 10.0.0.158 |
Phòng Kế toán, Phòng Kinh doanh |
| Subnet 4 |
10.0.0.160 |
255.255.255.224 |
10.0.0.161 - 10.0.0.190 |
Phân xưởng I |
| Subnet 5 |
10.0.0.192 |
255.255.255.224 |
10.0.0.193 - 10.0.0.222 |
Phân xưởng II |
| Subnet 6 |
10.0.0.224 |
255.255.255.224 |
10.0.0.225 - 10.0.0.254 |
Phân xưởng III |
| Subnet 7 |
10.0.1.64 |
255.255.255.224 |
10.0.1.65 - 10.0.1.94 |
Access Point Phân xưởng I |
| Subnet 8 |
10.0.1.96 |
255.255.255.224 |
10.0.1.97 - 10.0.1.126 |
Access Point Phân xưởng II |
| Subnet 9 |
10.0.1.128 |
255.255.255.224 |
10.0.1.129 - 10.0.1.158 |
Access Point Phân xưởng III |
| Subnet 10-11 |
10.0.1.160 / 192 |
255.255.255.224 |
- |
Dải mạng dự phòng mở rộng |
2. Thiết kế hệ thống mạng không dây (WLAN)
Các điểm truy cập AP được phân bố dựa trên kết quả tính toán mô phỏng từ phần mềm Ekahau Site Survey, đảm bảo mức tín hiệu đạt tối thiểu -60 dBm tại cửa ra vào và dao động từ -45 dBm đến -20 dBm tại khu vực làm việc trung tâm.
| Vị trí triển khai |
Số lượng AP |
Số user dự tính / AP |
Số user tối đa / AP |
Số user khuyến nghị / AP |
Băng thông thiết kế / thiết bị |
| Khu vực Lễ tân |
1 |
- |
- |
- |
Chế độ Mobility Express, Wi-Fi Marketing |
| Khối Hành chính (GĐ, KT, KD) |
3 (1 AP/phòng) |
10 - 15 |
30 |
20 |
150 Mbps |
| Phân xưởng I |
2 |
20 |
45 |
30 |
150 Mbps |
| Phân xưởng II |
2 |
40 |
90 |
60 |
150 Mbps |
| Phân xưởng III |
3 |
60 |
135 |
90 |
150 Mbps |
Toàn bộ AP khu vực nhà xưởng được quản lý tập trung thông qua bộ điều khiển mạng không dây Cisco Catalyst 9800-40 Wireless LAN Controller (WLC) đặt tại phòng IT nhà xưởng, kết hợp xác thực người dùng qua giao thức RADIUS.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu về CTY TNHH Sản xuất và Kinh doanh giày da iShoes
Chương này mô tả chi tiết cơ cấu tổ chức gồm 2 phân vùng tách biệt: Khối hành chính (4 phòng ban) và Khối nhà xưởng (3 xưởng sản xuất cách xa 200m). Tác giả chỉ ra các điểm nghẽn kỹ thuật:
- Mạng LAN chập chờn do cáp CAT5 UTP CCA suy hao lớn trên khoảng cách 200m.
- Kết nối đơn tuyến giữa các tầng switch làm tăng thời gian gián đoạn khi xảy ra sự cố.
- Cấu hình VCloudpoint tại Nhà xưởng 1 và Nhà xưởng 2 không đủ năng lực xử lý ứng dụng đồ họa thiết kế mẫu giày và điều khiển máy móc.
- Tác giả đề xuất giải pháp đồng bộ: thay thế toàn bộ cáp truyền dẫn bằng CAT6 S/FTP BC, thay thế thiết bị định tuyến và tường lửa, bổ sung mạng WLAN, trang bị máy trạm Workstation chuyên dụng và tinh chỉnh hệ điều hành.
Chương 2: Thiết kế
Trình bày chi tiết sơ đồ mạng nâng cấp tổng thể gồm 3 Gateway Router, 1 Tường lửa FortiGate 301E, 1 Core Switch Cisco Catalyst 9500-12Q-A, 1 Distribution Switch, 1 thiết bị IDS Cisco Firepower 2130, 1 Wireless LAN Controller Cisco Catalyst 9800-40, 2 Server (1 AD chính, 1 Backup), 7 Access Switch, 19 máy tính và 36 bộ VCloudpoint kết hợp 10 Access Point.
- Cấu trúc Active Directory: Thiết lập Domain
dc=ishoes, tổ chức thành 5 OU chính: Ou=pgiamdoc, Ou=pketoan, Ou=pkinhdoanh, Ou=pit, Ou=pphanxuong.
- Dịch vụ mạng: Cấu hình RADIUS xác thực WLAN cho nhân viên nội bộ, giữ chế độ mở kèm cổng chào Wi-Fi Marketing tại khu lễ tân; cấu hình cập nhật tập trung qua WSUS; thiết lập hệ thống giám sát cảnh báo tự động Zabbix.
- Quy trình tối ưu hệ điều hành máy trạm: Triển khai bản Windows 10/11 Pro for Workstations cấu hình theo chuẩn LTSC; gỡ bỏ toàn bộ Bloatware và Suggested Apps; vô hiệu hóa các dịch vụ thu thập dữ liệu (Telemetry); phân tách quản lý tiến trình CPU (chia để trị); tinh chỉnh Registry và tuyển chọn driver tương thích để hạ thấp DPC latency.
Chương 3: Bảo mật
Xây dựng kiến trúc an ninh mạng đa tầng:
- Tường lửa thế hệ mới (NGFW): Thay thế Juniper SSG5 bằng FortiGate 301E tích hợp gói bảo mật FortiGuard, kiểm soát ứng dụng, lọc nội dung web và quét mã độc trực tiếp trên luồng truyền dữ liệu.
- Hệ thống phát hiện xâm nhập IDS/IPS: Triển khai Cisco Firepower 2130 tại khu vực nhà xưởng, sử dụng cơ sở dữ liệu mối đe dọa Cisco Talos để giám sát và phát hiện sớm các hành vi bất thường từ mạng nội bộ.
- Bảo vệ truy cập và máy chủ: Thiết lập Port Security trên các cổng Access Switch (gán cứng địa chỉ MAC của thiết bị hợp lệ nhằm ngăn chặn việc tự ý cắm laptop cá nhân); xây dựng danh sách điều khiển truy cập (ACLs) trên Switch Layer 3 chống tấn công từ chối dịch vụ (DoS/DDoS).
- Chính sách nhóm (Group Policy): Thiết lập chính sách mật khẩu phức tạp (Password Policy), khóa tài khoản khi đăng nhập sai nhiều lần (Account Lockout Policy), chặn thực thi file script (.bat, .cmd), cấm nhân viên tự ý cài đặt phần mềm lạ và ẩn tên tài khoản đăng nhập lần cuối.
- Phòng chống virus và sao lưu dữ liệu: Triển khai Kaspersky Endpoint Security (Advanced) quản trị tập trung; thiết lập Server Backup chạy cơ chế Active - Standby đồng bộ dữ liệu liên tục qua DFS-R.
Chương 4: Triển khai, mô phỏng
Tác giả trình bày chi tiết các bước cấu hình thiết bị mạng và dịch vụ hệ thống:
- Cấu hình Gateway Router thực hiện NAT IP và định tuyến EIGRP; cấu hình Core Switch với VTP, VLAN, STP và ACLs.
- Cấu hình AP lễ tân chạy Mobility Express tự động mở trang web giới thiệu sản phẩm của công ty khi khách hàng truy cập.
- Cấu hình Group Policy, WSUS, kích hoạt dịch vụ SNMP trên Windows Server 2016 kết nối với Zabbix Server.
- Thiết lập kịch bản giám sát: Khi máy chủ hoặc liên kết mạng gặp sự cố, Zabbix tự động kích hoạt bot Telegram gửi tin nhắn cảnh báo trực tiếp đến điện thoại của quản trị viên IT.
- Đánh giá thực nghiệm hiệu năng hệ điều hành tinh chỉnh và so sánh độ trễ của các phiên bản Driver card đồ họa Nvidia:
| Phiên bản Driver Nvidia thử nghiệm |
Độ trễ trung bình (DPC Latency) |
Đánh giá độ ổn định |
| Bản Driver gốc đi kèm hệ điều hành |
Cao (> 1000 µs) |
Xuất hiện hiện tượng giật khung hình và nghẽn CPU |
| Bản Driver mới nhất chưa tinh chỉnh |
Trung bình (500 - 800 µs) |
Tương thích tốt nhưng còn nhiều tiến trình nền |
| Bản Driver tùy chỉnh (Debloated Driver) |
Thấp (< 150 µs) |
Tối ưu hóa xử lý phần cứng, độ trễ rất thấp |
Chương 5: Ước tính chi phí
Tính toán khối lượng dây mạng CAT6 S/FTP BC cần kéo giữa các phòng ban, phân xưởng và lập bảng dự toán chi phí vật tư phần cứng, bản quyền phần mềm và thiết bị mạng nâng cấp cho toàn bộ dự án.
Kết quả và đóng góp
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Do hạn chế về kinh phí và bản quyền thiết bị thực tế, một số cấu hình nâng cao trên các dòng thiết bị phần cứng cao cấp (Cisco Catalyst 9500, Cisco Firepower 2130, FortiGate 301E) chủ yếu được xây dựng dưới dạng mô phỏng cấu hình mẫu, kịch bản triển khai và thử nghiệm mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng (Ekahau Site Survey, Zabbix Server).
- Hướng phát triển:
- Triển khai lắp đặt và đo kiểm thực tế các thông số mạng sau khi đưa toàn bộ hệ thống phần cứng vào vận hành tại doanh nghiệp.
- Nâng cấp thêm 1 thiết bị tường lửa FortiGate chạy chế độ High Availability (HA) tại phân xưởng để thay thế hoàn toàn vai trò của IDS độc lập nếu doanh nghiệp mở rộng quy mô sản xuất.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin, Mạng máy tính và Truyền thông dữ liệu, cũng như các kỹ sư hệ thống đang thực hiện các dự án thiết kế, nâng cấp hạ tầng mạng cho doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME).
Các nội dung có giá trị ứng dụng cao bao gồm:
- Quy trình sử dụng phần mềm Ekahau Site Survey để tính toán vị trí và công suất phát sóng của Access Point trong môi trường nhà xưởng công nghiệp.
- Bảng quy hoạch địa chỉ IP phân cấp và thiết kế cấu trúc OU cho dịch vụ Active Directory trên Windows Server 2016.
- Hướng dẫn cấu hình giám sát mạng bằng Zabbix tích hợp cảnh báo qua bot Telegram.
- Phương pháp luận tinh chỉnh hệ điều hành (Debloat OS, tối ưu driver và registry) để tối đa hóa hiệu suất phần cứng cho các dòng máy trạm đồ họa.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án phải thay thế toàn bộ hệ thống cáp CAT5 UTP CCA cũ bằng CAT6 S/FTP BC?
Cáp cũ là loại cáp nhôm mạ đồng không bọc chống nhiễu (UTP CCA), khi kéo dài 200m qua môi trường nhà xưởng nhiều động cơ máy móc sẽ bị suy hao tín hiệu nặng nề và nhiễm điện từ. Cáp mới CAT6 S/FTP BC có lõi đồng nguyên chất (Bare Copper), có lớp vỏ bọc bạc bảo vệ từng cặp dây xoắn và lưới chống nhiễu bao quanh toàn bộ cáp, đảm bảo tốc độ truyền dẫn Gigabit và chống nhiễu trên khoảng cách xa.
2. Tiêu chuẩn cường độ sóng Wi-Fi được thiết lập trong mô phỏng Ekahau Site Survey là bao nhiêu?
Hệ thống mạng không dây được thiết kế để đạt cường độ tín hiệu tối thiểu ở mức -60 dBm tại khu vực cửa ra vào và duy trì từ -45 dBm đến -20 dBm tại các vị trí làm việc trung tâm trong nhà xưởng, đáp ứng yêu cầu băng thông 150 Mbps/thiết bị cho các dịch vụ thời gian thực như Voice và Video.
3. Cơ chế xác thực mạng không dây giữa khách hàng và nhân viên nội bộ khác nhau như thế nào?
Khách hàng truy cập tại quầy lễ tân sẽ kết nối qua AP chạy chế độ Mobility Express (Wi-Fi Marketing) để xem trang giới thiệu sản phẩm mà không cần xác thực. Ngược lại, nhân viên nội bộ khi kết nối vào hệ thống mạng không dây tại văn phòng và nhà xưởng bắt buộc phải được chứng thực danh tính thông qua máy chủ RADIUS tích hợp với Active Directory.
4. Giải pháp tinh chỉnh hệ điều hành (Debloat) trên máy trạm Workstation bao gồm những kỹ thuật nào?
Quy trình tối ưu bao gồm: gỡ bỏ các ứng dụng rác mặc định của Windows (Bloatware, Suggested Apps); tắt tính năng theo dõi người dùng (Telemetry); chuyển cấu trúc quản lý tiến trình sang dạng "chia để trị"; tinh chỉnh Registry để ưu tiên xử lý phần cứng; và sử dụng bộ Driver card đồ họa Nvidia đã loại bỏ tiến trình thừa nhằm hạ thấp độ trễ DPC latency xuống dưới 150 µs.
5. Cơ chế sao lưu và cảnh báo sự cố máy chủ được triển khai ra sao?
Hệ thống trang bị 1 Server chính và 1 Server Backup chạy chế độ Active - Standby, đồng bộ dữ liệu liên tục thông qua cơ chế DFS-R (sao lưu các tệp .bak của SQL Server và ntds của Active Directory). Đồng thời, máy chủ Zabbix thu thập thông tin qua SNMP và tự động gửi tin nhắn cảnh báo tức thời qua bot Telegram cho quản trị viên khi phát hiện máy chủ hoặc liên kết mạng gặp sự cố.
Kết luận
Đồ án "Hoàn thiện thiết kế hệ thống mạng cho doanh nghiệp" của tác giả Lê Minh Đức đã giải quyết bài toán nâng cấp hạ tầng mạng cho Công ty TNHH Sản xuất và Kinh doanh giày da iShoes. Bằng cách kết hợp giữa nâng cấp hạ tầng truyền dẫn vật lý CAT6 S/FTP BC, thiết kế mạng không dây phủ sóng chuẩn hóa bằng Ekahau Site Survey, quy hoạch kiến trúc bảo mật đa lớp (FortiGate, Cisco Firepower, RADIUS, ACL) và tối ưu hóa hệ điều hành máy trạm, đề tài đã đưa ra giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh và có tính ứng dụng thực tiễn cao. Kết quả nghiên cứu không chỉ nâng cao hiệu suất và tính sẵn sàng của hệ thống mạng doanh nghiệp mà còn cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cho công tác quản trị mạng công nghiệp.