Triển Khai Giải Pháp Giả Lập Thiết Bị Mạng Với Unetlab-EVE

• Tác giả: Nguyễn Đức Việt
• Người hướng dẫn: TS Ngô Trường Giang
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Triển Khai Giải Pháp Giả Lập Thiết Bị Mạng Với Unetlab-EVE
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Phòng

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về mạng máy tính
• 1.1. Khái niệm mạng máy tính
• 1.2. Lịch sử mạng máy tính
• 1.3. Lợi ích và tác hại của mạng máy tính
• 1.4. Phân loại mạng
• 1.4.1. Phân loại theo phạm vi địa lý
• 1.4.2. Phân loại theo phương pháp chuyển mạch (Truyền dữ liệu)
• 1.4.2.1. Mạng chuyển mạch kênh (Circuit – Switched Network)
• 1.4.2.2. Mạng chuyển mạch bản tin (Message Switched network)
• 1.4.2.3. Mạng chuyển mạch gói
• 1.4.3. Phân loại theo Topology
• 1.4.3.1. Mạng hình sao (Star topology)
• 1.4.3.2. Mạng dạng vòng (Ring topology)
• 1.4.3.3. Mạng dạng Bus (Bus topology)
• 1.4.4. Phân loại theo chức năng
• 1.4.4.1. Mạng theo mô hình Client Server
• 1.4.4.2. Mạng ngang hàng (Peer to Peer)
• 1.5. Một số mô hình chuẩn hóa
• 1.5.1. Mô hình OSI (Open Systems Interconnection)
• 1.5.2. Mô hình SNA(System Network Architecture)
• 1.6. Các tầng chức năng chủ yếu của mô hình OSI
• 2. CHƯƠNG 2: Thiết bị mạng và các công cụ mô phỏng và giả lập
• 2.1. Các loại cáp truyền mạng
• 2.2. Một số thiết bị mạng
• 2.3. Một số công cụ mô phỏng và giả lập
• 3. CHƯƠNG 3: Thiết kế và kiểm thử mô hình mạng với công cụ giả lập Unetlab-EVE
• 3.1. Giới thiệu về EVE-NG
• 3.2. Cài đặt EVE-NG trên VMware Workstation
• 3.3. Thiết kế và kiểm thử mô hình mạng
• 3.3.1. Cấu hình NAT đơn giản trên router Cisco
• 3.3.2. Cấu hình định tuyến VLAN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Giải Pháp Giả Lập Mạng Với Unetlab EVE

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, việc thực hành trở thành yếu tố then chốt để người học lĩnh hội kiến thức. Đặc biệt, trong lĩnh vực mạng máy tính, nhu cầu thực hành càng được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, việc tiếp cận các thiết bị đắt tiền như router Cisco hay switch chuyên dụng còn nhiều hạn chế. Do đó, các công cụ giả lập thiết bị mạng như Unetlab và EVE-NG ra đời, mang đến giải pháp hiệu quả cho việc học tập và nghiên cứu. Unetlab và EVE-NG cho phép người dùng xây dựng và mô phỏng topology mạng phức tạp trên máy tính cá nhân, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian so với việc sử dụng thiết bị thật. Đồ án này tập trung vào việc tìm hiểu và triển khai giải pháp giả lập thiết bị mạng với Unetlab-EVE, cung cấp cái nhìn tổng quan về các thiết bị mạng và cách mô phỏng mạng máy tính một cách đơn giản.

1.1. Giới thiệu chung về Unetlab và EVE NG

Unetlab và EVE-NG là các nền tảng giả lập mạng mạnh mẽ, cho phép người dùng tạo ra các lab mạng ảo để mô phỏng các thiết bị mạng như router, switch, firewall từ nhiều nhà cung cấp khác nhau như Cisco, Juniper. Chúng cung cấp giao diện đồ họa trực quan, dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng thiết kế và cấu hình mạng. EVE-NG (Emulated Virtual Environment - Next Generation) là phiên bản kế thừa của Unetlab, với nhiều cải tiến về hiệu năng và tính năng. Cả hai đều hỗ trợ nhiều loại image thiết bị mạng, bao gồm cả router ảo và switch ảo, cho phép người dùng kiểm thử mạng và học mạng một cách hiệu quả.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng giải pháp giả lập mạng

Việc sử dụng các giải pháp giả lập mạng như Unetlab-EVE mang lại nhiều lợi ích. Thứ nhất, nó giúp tiết kiệm chi phí đầu tư vào thiết bị thật. Thứ hai, nó cho phép người dùng kiểm thử các cấu hình mạng khác nhau một cách an toàn, không ảnh hưởng đến hệ thống mạng thực tế. Thứ ba, nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc học CCNA, CCNP, CCIE và các chứng chỉ mạng khác. Thứ tư, nó hỗ trợ tự động hóa mạng và SDN (Software-Defined Networking), giúp người dùng làm quen với các công nghệ mạng mới nhất. Cuối cùng, nó cung cấp một môi trường lab mạng linh hoạt, có thể tùy chỉnh theo nhu cầu của người dùng.

II. Vấn Đề Thách Thức Khi Triển Khai Lab Mạng Thực Tế

Việc xây dựng lab mạng thực tế đối mặt với nhiều thách thức. Chi phí đầu tư ban đầu cho các thiết bị mạng như router, switch, firewall là rất lớn, đặc biệt đối với các thiết bị chuyên dụng từ Cisco hay Juniper. Không gian lưu trữ và quản lý các thiết bị này cũng là một vấn đề. Hơn nữa, việc cấu hình mạng phức tạp trên thiết bị thật có thể gây ra rủi ro ảnh hưởng đến hệ thống mạng đang hoạt động. Việc kiểm thử mạng và khắc phục lỗi trong môi trường thực tế cũng tốn nhiều thời gian và công sức. Các vấn đề về license cho các image thiết bị mạng cũng là một rào cản. Do đó, các giải pháp giả lập thiết bị mạng như Unetlab-EVE trở thành lựa chọn tối ưu, giúp giải quyết các vấn đề trên một cách hiệu quả.

2.1. Chi phí đầu tư và bảo trì thiết bị mạng thực tế

Chi phí đầu tư cho các thiết bị mạng thực tế, đặc biệt là các thiết bị từ các nhà sản xuất lớn như Cisco và Juniper, có thể rất cao. Ngoài ra, chi phí bảo trì, nâng cấp và thay thế các thiết bị này cũng là một gánh nặng tài chính. Việc quản lý và bảo trì các thiết bị này đòi hỏi nhân lực có chuyên môn cao, làm tăng thêm chi phí vận hành. Các giải pháp giả lập mạng giúp giảm thiểu đáng kể các chi phí này, vì người dùng chỉ cần một máy tính có cấu hình đủ mạnh để chạy các mô phỏng mạng.

2.2. Rủi ro khi cấu hình và kiểm thử trên thiết bị thật

Việc cấu hình và kiểm thử mạng trên các thiết bị thật có thể gây ra rủi ro ảnh hưởng đến hệ thống mạng đang hoạt động. Một lỗi cấu hình nhỏ có thể dẫn đến sự cố lớn, gây gián đoạn dịch vụ và ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh. Các giải pháp giả lập mạng cho phép người dùng kiểm thử các cấu hình mới một cách an toàn, không ảnh hưởng đến hệ thống mạng thực tế. Nếu có lỗi xảy ra, người dùng có thể dễ dàng khôi phục lại trạng thái ban đầu của lab mạng.

2.3. Vấn đề license và bản quyền image thiết bị mạng

Việc sử dụng các image thiết bị mạng hợp pháp là một vấn đề quan trọng. Nhiều image yêu cầu license bản quyền, và việc sử dụng image không có license có thể vi phạm pháp luật. Các giải pháp giả lập mạng như Unetlab-EVE thường cung cấp các tùy chọn để người dùng tự tải lên các image của mình, nhưng người dùng phải đảm bảo rằng họ có quyền sử dụng các image này. Một số nhà cung cấp cũng cung cấp các image miễn phí hoặc có license dùng thử cho mục đích học tập và kiểm thử.

III. Hướng Dẫn Cài Đặt Unetlab EVE Trên VMware Workstation

Để bắt đầu sử dụng Unetlab-EVE, cần tiến hành cài đặt EVE-NG trên một máy ảo. VMware Workstation là một lựa chọn phổ biến để tạo máy ảo. Quá trình cài đặt Unetlab bao gồm tải image EVE Community, tạo máy ảo trên VMware, cấu hình các thông số mạng, và update EVE. Sau khi cài đặt EVE-NG thành công, cần upload IOL (IOS on Linux) cho EVE và active license để sử dụng các router ảo và switch ảo của Cisco. Quá trình này đòi hỏi người dùng có kiến thức cơ bản về ảo hóa mạng và cấu hình mạng.

3.1. Tải và cấu hình image EVE Community trên VMware

Bước đầu tiên là tải image EVE Community từ trang web chính thức của EVE-NG. Sau đó, tạo một máy ảo mới trên VMware Workstation và chọn image đã tải. Cấu hình các thông số phần cứng cho máy ảo, bao gồm bộ nhớ RAM, số lượng CPU và dung lượng ổ cứng. Nên cấp phát đủ tài nguyên cho máy ảo để đảm bảo hiệu năng mô phỏng mạng tốt. Cấu hình card mạng của máy ảo để kết nối với mạng thực tế.

3.2. Cấu hình mạng và cập nhật EVE NG sau cài đặt

Sau khi khởi động máy ảo, cần cấu hình các thông số mạng cho EVE-NG, bao gồm địa chỉ IP, subnet mask, default gateway và DNS server. Có thể sử dụng giao diện dòng lệnh hoặc giao diện web để cấu hình. Sau khi cấu hình mạng thành công, cần update EVE lên phiên bản mới nhất để đảm bảo tính ổn định và bảo mật. Quá trình update có thể mất một khoảng thời gian, tùy thuộc vào tốc độ kết nối internet.

3.3. Upload IOL và active license cho thiết bị Cisco

Để sử dụng các router ảo và switch ảo của Cisco, cần upload IOL (IOS on Linux) lên EVE-NG. IOL là một phiên bản rút gọn của hệ điều hành IOS của Cisco, được thiết kế để chạy trên Linux. Sau khi upload IOL, cần active license để kích hoạt các tính năng của IOL. Quá trình active license có thể khác nhau tùy thuộc vào phiên bản IOL và license được sử dụng.

IV. Thiết Kế Kiểm Thử Mô Hình Mạng Cơ Bản Với Unetlab EVE

Sau khi cài đặt Unetlab-EVE thành công, có thể bắt đầu thiết kế và kiểm thử các mô hình mạng cơ bản. Một ví dụ đơn giản là cấu hình NAT trên router Cisco để kết nối một mạng LAN với internet. Một ví dụ khác là cấu hình định tuyến VLAN để chia mạng thành các phân đoạn logic khác nhau. Quá trình này giúp người dùng làm quen với các lệnh cấu hình Cisco và hiểu rõ hơn về các khái niệm mạng máy tính.

4.1. Cấu hình NAT đơn giản trên router Cisco ảo

NAT (Network Address Translation) là một kỹ thuật cho phép một mạng LAN sử dụng một địa chỉ IP công cộng duy nhất để kết nối với internet. Để cấu hình NAT trên router Cisco ảo trong Unetlab-EVE, cần cấu hình một interface kết nối với mạng LAN và một interface kết nối với internet. Sau đó, cấu hình NAT để chuyển đổi địa chỉ IP riêng của các máy tính trong mạng LAN thành địa chỉ IP công cộng của router khi truy cập internet.

4.2. Cấu hình định tuyến VLAN trên switch Cisco ảo

VLAN (Virtual LAN) là một kỹ thuật cho phép chia một mạng vật lý thành nhiều mạng logic khác nhau. Để cấu hình định tuyến VLAN trên switch Cisco ảo trong Unetlab-EVE, cần tạo các VLAN khác nhau và gán các cổng của switch vào các VLAN tương ứng. Sau đó, cấu hình định tuyến giữa các VLAN để cho phép các máy tính trong các VLAN khác nhau giao tiếp với nhau.

V. Ứng Dụng Thực Tế Nghiên Cứu Với Giải Pháp Unetlab EVE

Unetlab-EVE không chỉ là công cụ mô phỏng mạng mà còn là nền tảng mạnh mẽ cho các ứng dụng thực tế và nghiên cứu. Nó được sử dụng rộng rãi trong việc học mạng, kiểm thử mạng, tự động hóa mạng, SDN, NFV (Network Functions Virtualization) và quản lý mạng. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng Unetlab-EVE để mô phỏng các topology mạng phức tạp và kiểm thử các giao thức mạng mới. Các kỹ sư mạng có thể sử dụng Unetlab-EVE để thiết kế và kiểm thử các giải pháp mạng trước khi triển khai chúng trong môi trường thực tế.

5.1. Sử dụng Unetlab EVE trong đào tạo và chứng chỉ mạng

Unetlab-EVE là một công cụ lý tưởng cho việc học mạng và chuẩn bị cho các chứng chỉ mạng như CCNA, CCNP, CCIE. Nó cung cấp một môi trường lab mạng thực tế, cho phép người học thực hành các kỹ năng cấu hình mạng và khắc phục lỗi một cách hiệu quả. Nhiều khóa học và tài liệu học mạng sử dụng Unetlab-EVE làm công cụ hỗ trợ.

5.2. Ứng dụng Unetlab EVE trong kiểm thử và phát triển SDN NFV

Unetlab-EVE là một nền tảng mạnh mẽ cho việc kiểm thử và phát triển các giải pháp SDN (Software-Defined Networking) và NFV (Network Functions Virtualization). Nó cho phép các nhà phát triển mô phỏng các topology mạng phức tạp và kiểm thử các bộ điều khiển SDN và các chức năng mạng ảo hóa NFV một cách dễ dàng. Unetlab-EVE cũng hỗ trợ các công cụ tự động hóa mạng như Ansible và Puppet, giúp người dùng tự động hóa quá trình cấu hình và quản lý mạng.

VI. Kết Luận Triển Vọng Phát Triển Của Giải Pháp Unetlab EVE

Unetlab-EVE là một giải pháp giả lập thiết bị mạng mạnh mẽ và linh hoạt, mang lại nhiều lợi ích cho việc học mạng, kiểm thử mạng và phát triển các công nghệ mạng mới. Với sự phát triển của ảo hóa mạng, SDN và NFV, Unetlab-EVE sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo nhân lực và thúc đẩy sự đổi mới trong lĩnh vực mạng máy tính. Trong tương lai, Unetlab-EVE có thể được tích hợp với các công nghệ container như Docker để cung cấp một môi trường mô phỏng mạng nhẹ nhàng và linh hoạt hơn.

6.1. So sánh Unetlab EVE với các giải pháp giả lập mạng khác

Có nhiều giải pháp giả lập mạng khác nhau trên thị trường, như GNS3, Virtualbox, và VMware. Unetlab-EVE có những ưu điểm riêng so với các giải pháp này. Unetlab-EVE có giao diện đồ họa trực quan và dễ sử dụng hơn GNS3. Unetlab-EVE hỗ trợ nhiều loại image thiết bị mạng hơn Virtualbox và VMware. Unetlab-EVE cũng có hiệu năng mô phỏng mạng tốt hơn so với các giải pháp khác.

6.2. Hướng phát triển và cải tiến Unetlab EVE trong tương lai

Trong tương lai, Unetlab-EVE có thể được cải tiến để hỗ trợ tốt hơn các công nghệ mạng mới như 5G, IoT (Internet of Things) và AI (Artificial Intelligence). Unetlab-EVE cũng có thể được tích hợp với các công cụ phân tích mạng và bảo mật mạng để cung cấp một giải pháp mô phỏng mạng toàn diện hơn. Việc cải thiện hiệu năng mô phỏng mạng và khả năng mở rộng cũng là một ưu tiên quan trọng.