Chương 1: Tổng Quan Về Thiết Kế Và Cài Đặt Mạng

Thiết kế mạng máy tính là một quá trình phức tạp, bao gồm nhiều bước từ việc xác định yêu cầu đến triển khai và bảo trì. 105 trang · Đại Học Cần Thơ · 2005.

• Tác giả: Th.S. Ngô Bá Hùng
• Trường học: Đại Học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Tổng Quan Về Thiết Kế Và Cài Đặt Mạng
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ CÀI ĐẶT MẠNG
• 1.1. Mục đích
• 1.2. Tiến trình xây dựng mạng
• 1.2.1. Thu thập yêu cầu của khách hàng
• 1.2.2. Phân tích yêu cầu
• 1.2.3. Thiết kế giải pháp
• 1.2.3.1. Thiết kế sơ đồ mạng ở mức luận lý
• 1.2.3.2. Xây dựng chiến lược khai thác và quản lý tài nguyên mạng
• 1.2.3.3. Thiết kế sơ đồ mạng ở vật lý
• 1.2.4. Chọn hệ điều hành mạng và các phần mềm ứng dụng
• 1.2.5. Cài đặt mạng
• 1.2.5.1. Lắp đặt phần cứng
• 1.2.5.2. Cài đặt và cấu hình phần mềm
• 1.2.6. Kiểm thử mạng
• 1.2.7. Bảo trì hệ thống
• 1.3. Nội dung của giáo trình
• 1.4. Mô hình OSI
• 1.4.1. Tầng 1: Tầng vật lý (Physical Layer)
• 1.4.2. Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data-Link Layer)
• 1.4.3. Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer)
• 1.4.4. Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer)
• 1.4.5. Tầng 5: Tầng giao dịch (Session Layer)
• 1.4.6. Tầng 6: Tầng trình bày (Presentation Layer)
• 1.4.7. Tầng 7: Tầng ứng dụng (Application Layer)
• 1.4.8. Xử lý dữ liệu qua các tầng
• 1.4.9. Kiến trúc của một số hệ điều hành mạng thông dụng
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC CHUẨN MẠNG CỤC BỘ
• 2.1. Mục đích
• 2.2. Phân loại mạng
• 2.3. Mạng cục bộ và giao thức điều khiển truy cập đường truyền

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Mạng Máy Tính Hiện Đại

Thiết kế mạng máy tính là một quá trình phức tạp, bao gồm nhiều bước từ việc xác định yêu cầu đến triển khai và bảo trì. Mạng máy tính không chỉ đơn thuần là kết nối các thiết bị mà còn phải đảm bảo hiệu suất, bảo mật và khả năng mở rộng. Việc hiểu rõ các khái niệm cơ bản về thiết kế mạng sẽ giúp các tổ chức tối ưu hóa hạ tầng công nghệ thông tin của mình.

1.1. Các Bước Cơ Bản Trong Thiết Kế Mạng

Quá trình thiết kế mạng bao gồm các bước như thu thập yêu cầu, phân tích, thiết kế giải pháp, cài đặt và kiểm thử. Mỗi bước đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo mạng hoạt động hiệu quả và đáp ứng nhu cầu của người dùng.

1.2. Mô Hình OSI Và Vai Trò Của Nó Trong Thiết Kế Mạng

Mô hình OSI là một khung tham chiếu giúp các kỹ sư mạng hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của mạng. Mô hình này chia thành 7 tầng, mỗi tầng đảm nhiệm một chức năng cụ thể, từ việc truyền tải dữ liệu đến bảo mật thông tin.

II. Những Thách Thức Trong Cài Đặt Mạng Máy Tính

Cài đặt mạng máy tính không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Nhiều thách thức có thể phát sinh trong quá trình này, từ việc lựa chọn thiết bị phù hợp đến việc đảm bảo an toàn cho mạng. Việc nhận diện và giải quyết các vấn đề này là rất quan trọng để đảm bảo mạng hoạt động ổn định.

2.1. Vấn Đề Bảo Mật Mạng Trong Thời Đại Số

Bảo mật mạng là một trong những thách thức lớn nhất hiện nay. Các mối đe dọa từ virus, malware và tấn công mạng ngày càng gia tăng, yêu cầu các tổ chức phải có các biện pháp bảo vệ hiệu quả.

2.2. Chi Phí Và Kinh Phí Trong Cài Đặt Mạng

Chi phí cài đặt mạng có thể rất cao, đặc biệt là khi cần sử dụng các thiết bị hiện đại và phần mềm chuyên dụng. Việc lập kế hoạch tài chính hợp lý là cần thiết để tránh lãng phí và đảm bảo hiệu quả đầu tư.

III. Phương Pháp Thiết Kế Mạng Hiệu Quả

Để thiết kế một mạng máy tính hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp và công nghệ tiên tiến. Việc lựa chọn mô hình mạng phù hợp và cấu hình chính xác các thiết bị là rất quan trọng.

3.1. Lựa Chọn Mô Hình Mạng Phù Hợp

Mô hình mạng có thể là LAN hoặc WAN, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng. Việc lựa chọn mô hình phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của mạng.

3.2. Cấu Hình Router Và Switch Đúng Cách

Cấu hình router và switch là bước quan trọng trong thiết kế mạng. Việc thiết lập đúng các thông số sẽ giúp đảm bảo mạng hoạt động ổn định và hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Thiết Kế Mạng

Thiết kế mạng không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các tổ chức. Việc áp dụng các giải pháp mạng hiệu quả có thể mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp.

4.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Làm Việc

Một mạng máy tính được thiết kế tốt có thể giúp tối ưu hóa quy trình làm việc, giảm thiểu thời gian và chi phí cho các hoạt động hàng ngày của doanh nghiệp.

4.2. Nâng Cao Khả Năng Cạnh Tranh

Việc áp dụng công nghệ mạng hiện đại giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường, từ việc cải thiện dịch vụ khách hàng đến việc tăng cường khả năng phân tích dữ liệu.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Và Cài Đặt Mạng

Thiết kế và cài đặt mạng máy tính là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thông tin. Việc hiểu rõ các khái niệm và quy trình sẽ giúp các tổ chức xây dựng được một hệ thống mạng hiệu quả và bền vững.

5.1. Tương Lai Của Thiết Kế Mạng

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, thiết kế mạng sẽ tiếp tục thay đổi và phát triển. Các xu hướng mới như mạng không dây và IoT sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các tổ chức.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Đào Tạo Nhân Lực

Đào tạo nhân lực là yếu tố quyết định đến sự thành công của việc thiết kế và cài đặt mạng. Các kỹ sư mạng cần được trang bị kiến thức và kỹ năng cần thiết để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Thiết Kế & Cài Đặt Mạng (phiên bản V1.0 và V1.1) do Thạc sĩ Ngô Bá Hùng biên soạn năm 2005, trực thuộc Khoa Công nghệ Thông tin – Trường Đại học Cần Thơ. Tài liệu này đóng vai trò là giáo trình chuyên ngành cốt lõi trong chương trình đào tạo kỹ sư và cử nhân ngành Công nghệ Thông tin, tiếp nối trực tiếp sau các học phần cơ sở như Mạng máy tính và Thực tập mạng máy tính.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình trang bị cho người học phương pháp luận hoàn chỉnh về tiến trình 6 giai đoạn xây dựng hệ thống mạng máy tính doanh nghiệp; cung cấp nền tảng lý thuyết và kỹ thuật để thực hiện thiết kế sơ đồ mạng ở hai mức độ: mức luận lý (logical design) và mức vật lý (physical design); đồng thời rèn luyện năng lực phân tích nguyên lý vận hành, tính toán thông số kỹ thuật và cấu hình các thiết bị liên mạng từ tầng 1 đến tầng 3 trong mô hình OSI (Repeater, Hub, Bridge, Switch, Router).

Cấu trúc giáo trình được tiếp cận theo phương pháp kỹ thuật hệ thống kết hợp phân tầng mạng chuẩn hóa. Giáo trình bắt đầu từ quy trình tổng thể kỹ thuật mạng và mô hình tham chiếu OSI 7 tầng, sau đó đi sâu vào từng công nghệ mạng cục bộ (LAN), cơ chế điều khiển truy cập môi trường truyền dẫn (MAC), kỹ thuật liên mạng tầng liên kết dữ liệu (Data-Link) và liên mạng tầng mạng (Network) với bộ giao thức TCP/IP.

Điểm đặc sắc của tài liệu là tính chuẩn xác về mặt kỹ thuật học thuật. Toàn bộ nội dung đều gắn liền với các chuẩn công nghiệp quốc tế do ISO, IEEE (tiểu ban 802), TIA/EIA và ANSI ban hành, đồng thời tích hợp các giải thuật kỹ thuật kinh điển như giải thuật nối cây Spanning Tree (IEEE 802.1d), giải thuật học địa chỉ lùi Backward Learning, các giải thuật hoán chuyển khung (Store and Forward, Cut-through, Adaptive) và cơ chế phân giải địa chỉ ARP kèm cấu trúc khuôn dạng gói tin chi tiết.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG MẠNG
  [1. Thu thập yêu cầu] ➔ [2. Phân tích yêu cầu] ➔ [3. Thiết kế giải pháp]

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được cấu trúc thành các chương chuyên đề có tính kế thừa logic chặt chẽ:

• Chương 1: Tổng quan về thiết kế và cài đặt mạng: Trình bày chi tiết tiến trình 6 giai đoạn xây dựng mạng máy tính gồm: (1) Thu thập yêu cầu của khách hàng (kỹ thuật phỏng vấn phi thuật ngữ, khảo sát thực địa, ràng buộc thẩm mỹ kiến trúc); (2) Phân tích yêu cầu (lập bảng Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng); (3) Thiết kế giải pháp (thiết kế mức luận lý, phân quyền nhóm người dùng, thiết kế mức vật lý, chọn hệ điều hành và phần mềm ứng dụng mạng); (4) Cài đặt mạng (lắp đặt phần cứng, cấu hình hệ điều hành mạng, phân quyền và lập bảng định tuyến); (5) Kiểm thử mạng; (6) Bảo trì hệ thống. Chương này cũng phân tích mô hình tham chiếu OSI 7 tầng (Physical, Data-Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application), các đơn vị dữ liệu tương ứng (Bit, Frame, Packet, Segment) và sự tương thích giữa kiến trúc các hệ điều hành mạng (UNIX, Novell Netware, Windows NT) thông qua bộ giao thức chuẩn TCP/IP.
• Chương 2: Các chuẩn mạng cục bộ: Khảo sát sự khác biệt giữa mạng quảng bá (LAN) và mạng chuyển mạch (WAN); phân tích 2 cơ chế điều khiển truy cập đường truyền (MAC Protocol) chính là CSMA/CD và Token Passing; trình bày 3 sơ đồ nối kết hình trạng (Topology): Dạng thẳng (Bus), Dạng hình sao (Star), Dạng vòng (Ring); phân loại các chuẩn IEEE 802 (802.3 Ethernet, 802.4 Token-Bus, 802.5 Token-Ring, 802.11 Wireless LAN) với hai tầng con LLC và MAC; chi tiết hóa các chuẩn Ethernet 10Base-5 (cáp đồng trục béo, đầu AUI, tối đa 500m, 100 nút), 10Base-2 (cáp đồng trục gầy, đầu nối BNC, trở kháng 50 $\Omega$, tối đa 185m, 30 nút), 10Base-T (cáp xoắn đôi Cat 3 trở lên, đầu RJ45/UTP, tối đa 100m); chuẩn Fast Ethernet 100 Mbps (100Base-TX, 100Base-T4, 100Base-FX); Gigabit Ethernet (802.3z, 802.3ab); quy chuẩn bấm dây T568A và T568B (cáp thẳng và cáp chéo); quy tắc mở rộng mạng Repeater/Hub theo Luật 5-4-3.
• Chương 3: Cơ sở về cầu nối: Phân tích hạn chế của thiết bị tầng 1 (Repeater, Hub) khi làm tăng vùng đụng độ (Collision Domain); cơ chế hoạt động tầng 2 của Cầu nối (Bridge) dựa trên địa chỉ MAC để phân chia vùng đụng độ; nguyên lý hoạt động của Cầu nối trong suốt (Transparent Bridge) qua giải thuật học lùi (Backward Learning) để tạo Bảng địa chỉ cục bộ (Local Address Table); giải quyết hiện tượng vòng quẩn (loop) bằng giải thuật Spanning Tree (IEEE 802.1d) thông qua 4 bước: chọn Root Bridge, chọn Root Port, chọn Designated Bridge/Port và khóa các cổng dự phòng (Blocked); nguyên lý Cầu nối xác định đường đi từ nguồn (Source Routing Bridge – SRB trong chuẩn IEEE 802.5 Token Ring) với cấu trúc trường thông tin định tuyến RIF (Routing Information Field); phân loại Cầu nối trộn lẫn (Mixed Media Bridge gồm Translational Bridge và Source-Route-Transparent Bridge).
• Chương 4: Cơ sở về bộ chuyển mạch: Phân tích vai trò của LAN Switch (thiết bị tầng 2) với các tính năng: hỗ trợ đa giao tiếp đồng thời, chế độ truyền thông song công (Full-duplex), điều hòa tốc độ giữa các phân đoạn 10 Mbps và 100 Mbps; cấu trúc phần cứng gồm Bộ nhớ đệm/Bảng địa chỉ (BAT) và Giàn hoán chuyển (Switching Fabric); nguyên lý hoạt động của 3 giải thuật chuyển mạch: Lưu và chuyển tiếp (Store and Forward), Xuyên cắt (Cut-through) và Chuyển mạch tương thích (Adaptive Switching); công thức tính thông lượng tổng: $$\text{Aggregate throughput} = \left(\frac{N}{2}\right) \times (B \times 2) = N \times B$$ Phân loại Switch theo chức năng: Workgroup Switch, Segment Switch, Backbone Switch; phân loại theo tốc độ cổng: Switch đối xứng (Symmetric Switch) và Switch bất đối xứng (Asymmetric Switch).
• Chương 5: Cơ sở về bộ chọn đường: Nghiên cứu thiết bị tầng 3 (Router) để liên kết mạng diện rộng (WAN); cấu trúc Bảng chọn đường (Routing Table) gồm 4 thông tin trọng yếu: Mạng đích (Destination), Mặt nạ mạng (Subnet Mask), Router kế tiếp (Next Hop) và Giao diện (Interface); 3 hình thức cập nhật bảng chọn đường (Thủ công, Tự động, Hỗn hợp); các thước đo đường đi (Metric: hop count, delay, bandwidth, load, reliability, cost); các tiêu chí thiết kế giải thuật định tuyến (tối ưu, đơn giản, ổn định, hội tụ nhanh, linh hoạt); phân loại giải thuật: Tĩnh (Static) vs Động (Dynamic), Một đường (Single path) vs Nhiều đường (Multi path), Phẳng (Flat) vs Phân cấp vùng tự trị AS (Intradomain: RIP, OSPF, IGRP; Interdomain: EGP, BGP), Trạng thái nối kết (Link State) vs Vector khoảng cách (Distance Vector); thiết kế liên mạng IP thực tế và nguyên lý giao thức phân giải địa chỉ ARP (cấu trúc khung 28 byte ARP, bảng ARP cache với cơ chế timeout 20 phút).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết nền tảng vững chắc bao gồm:

• Lý thuyết phân tầng truyền thông: Phân định ranh giới chức năng giữa 7 tầng OSI và cấu trúc 2 tầng con LLC/MAC của chuẩn IEEE 802.
• Nguyên lý điều khiển truy cập môi trường: Cơ chế lắng nghe đường truyền và phát hiện xung đột CSMA/CD đối chiếu với cơ chế chuyển thẻ bài kiểm soát thời gian trễ tối đa Token Passing.
• Nguyên lý chia cắt miền xung đột và miền quảng bá: Cơ chế lọc khung dựa trên địa chỉ vật lý MAC (tầng 2) và chuyển tiếp gói tin dựa trên địa chỉ logic IP (tầng 3).
• Lý thuyết đồ thị áp dụng trong định tuyến và chống vòng lặp: Nền tảng toán học của giải thuật Spanning Tree nhằm đưa đồ thị mạng có chu trình về dạng cây không vòng lặp; giải thuật tìm đường đi ngắn nhất dựa trên vector khoảng cách và trạng thái liên kết.
• Nguyên lý ánh xạ địa chỉ logic – vật lý: Cơ chế chuyển đổi động từ địa chỉ tầng 3 (IP) sang địa chỉ tầng 2 (MAC) phục vụ quá trình đóng gói dữ liệu qua các chặng mạng.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thực hiện phân tích và thiết kế bảng phân chia địa chỉ mạng con IP lớp C; bấm cáp mạng xoắn đôi UTP chuẩn RJ45 theo đúng quy cách T568A/T568B phục vụ đấu nối thẳng hoặc chéo; thiết lập bảng chọn đường tĩnh và bảng phân giải địa chỉ ARP trên máy trạm và router.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu và phân loại các trường trong cấu trúc khung dữ liệu Ethernet, khung RIF và gói tin ARP; phân tích ưu – nhược điểm của các giải thuật chuyển mạch (Store-and-Forward vs Cut-through); tính toán thông lượng tổng của Switch và kiểm tra giới hạn thiết kế mạng theo Luật 5-4-3.
• Kỹ năng thực hành (Practical competencies): Khảo sát thực địa công trình, lập bảng Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng; xây dựng tài liệu thiết kế sơ đồ mạng mức luận lý kết hợp mức vật lý; lập danh mục dự trù thiết bị phần cứng (Hub, Switch, Router, loại cáp, chủng loại đầu nối) kèm thông số kỹ thuật chi tiết.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp tiếp cận sư phạm kỹ thuật có hệ thống, phối hợp giữa tư duy phân tích hệ thống (System Engineering Approach) và phương pháp mô hình hóa phân tầng:

                  TIẾP CẬN THIẾT KẾ MẠNG TRONG GIÁO TRÌNH
         Góc nhìn Kỹ thuật hệ thống           Góc nhìn Phân tầng Mô hình

Về bài tập và tình huống nghiên cứu (case studies), tác giả tích hợp các bài toán kỹ thuật gắn liền với thực tế triển khai:

• Tình huống khảo sát – thiết kế: Phân tích bài toán liên kết mạng giữa các phòng ban trong một cơ quan; bài toán kết nối mạng giữa 2 tòa nhà tách rời nhau qua khoảng không; xử lý các yêu cầu dịch vụ chia sẻ tệp tin, máy in trong mô hình Workgroup so với yêu cầu quản trị tập trung trong mô hình Domain.
• Tình huống tính toán kỹ thuật: Bài toán áp dụng giải thuật Spanning Tree để tính toán loại bỏ vòng lặp cho một liên mạng gồm 5 mạng LAN (V, W, X, Y, Z) nối với nhau qua 5 cầu nối; bài toán xác định đường đi của gói tin qua hệ thống 3 Router (R1, R2, R3) kết nối 4 mạng con (Net1 đến Net4) với dải địa chỉ IP 192.168.1.0/24 đến 192.168.4.0/24.

Về phương pháp thực hành và bài tập kỹ năng:

• Thực hành đấu nối phần cứng: Luyện tập bấm cáp xoắn đôi Cat 5 theo sơ đồ nối thẳng (Straight-through) để nối máy tính với Hub/Switch, và sơ đồ nối chéo (Cross-over) để nối giữa hai thiết bị cùng loại (Hub - Hub, Router - Hub, PC - PC).
• Thực hành mở rộng hệ thống: Xây dựng các sơ đồ mở rộng Ethernet dạng nối liên tiếp Hub, sử dụng Hub xương sống hoặc dùng cáp đồng trục 10Base-2 làm trục chính tuân thủ ràng buộc khoảng cách và số lượng thiết bị trung gian.

Về phương pháp đánh giá (Assessment methods): Người học được đánh giá thông qua mức độ chuẩn xác của bảng phân tích yêu cầu kỹ thuật; độ chính xác trong việc tính toán sơ đồ mạng con và cấu hình bảng định tuyến; khả năng phát hiện lỗi logic trong thiết kế mạng vật lý và kết quả kiểm thử thông mạch, phân quyền truy cập dịch vụ.

Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines): Sinh viên cần học tập theo trình tự từ lý thuyết chuẩn hóa đến thiết kế sơ đồ; chủ động vẽ lại sơ đồ di chuyển của khung dữ liệu qua các tầng OSI; thực hành phân tích các trường dữ liệu của bảng định tuyến và gói tin ARP; đối chiếu các thông số kỹ thuật phần cứng thực tế với các định mức chuẩn được nêu trong giáo trình.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các bước phát triển và tiêu chuẩn công nghệ mạng tại thời điểm biên soạn (2005):

Công nghệ mạng	Chuẩn IEEE	Băng thông	Loại cáp truyền dẫn	Chiều dài tối đa
Ethernet 10Base-5	IEEE 802.3	10 Mbps	Cáp đồng trục béo (Thick Coaxial)	500 m
Ethernet 10Base-2	IEEE 802.3	10 Mbps	Cáp đồng trục gầy (Thin Coaxial)	185 m
Ethernet 10Base-T	IEEE 802.3	10 Mbps	Cáp xoắn đôi UTP/STP Cat 3 trở lên	100 m
Fast Ethernet 100Base-TX	IEEE 802.3u	100 Mbps	Cáp xoắn đôi UTP Cat 5 (2 đôi)	100 m
Fast Ethernet 100Base-T4	IEEE 802.3u	100 Mbps	Cáp xoắn đôi UTP Cat 3 (4 đôi)	100 m
Fast Ethernet 100Base-FX	IEEE 802.3u	100 Mbps	Cáp sợi quang (đầu nối SC)	2000 m
Gigabit Ethernet	IEEE 802.3z	1 Gbps	Cáp quang (LX/SX), Cáp đồng bọc kim CX	Tùy loại môi chất
Gigabit over UTP	IEEE 802.3ab	1 Gbps	Cáp xoắn đôi không bọc kim Cat 5e/Cat 6	100 m

• Cập nhật công nghệ truyền dẫn: Giáo trình bao quát quá trình chuyển dịch từ cáp đồng trục (10Base-5, 10Base-2) sang hạ tầng cáp xoắn đôi không bọc kim (UTP Cat 1 đến Cat 6) và cáp quang (100Base-FX, 1000Base-LX/SX).
• Tích hợp tính năng thiết bị mới: Trình bày cơ chế tự động nhận biết tốc độ (Auto-Sensing) giúp thiết bị Fast Ethernet 100Base-TX tự thích ứng tương thích ngược với chuẩn 10Base-T; phân tích chế độ truyền thông song công (Full-duplex) giúp tăng gấp đôi thông lượng trên cổng Switch.
• Ứng dụng thực tế và liên kết công nghiệp: Nội dung giáo trình gắn liền với các tiêu chuẩn thiết bị thực tế từ các tập đoàn công nghệ lớn: công nghệ Ethernet của Xerox, Intel, Digital Equipment Corporation; cấu trúc mạng Token Ring và cầu nối SRB của IBM; các hệ điều hành mạng phổ biến trong thực tế gồm UNIX, Linux, Novell Netware, Microsoft Windows NT/2000.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được thiết kế phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong đào tạo và nghiên cứu:

• Sinh viên đại học: Giáo trình phục vụ trực tiếp cho sinh viên năm thứ ba hoặc năm thứ tư thuộc các ngành Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Mạng, Kỹ thuật Phần mềm, Truyền thông dữ liệu và Mạng máy tính.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành học phần Mạng máy tính cơ sở, nắm vững nguyên lý hoạt động của các hệ điều hành máy tính (UNIX/Linux, Windows), hiểu rõ hệ số nhị phân – thập lục phân, cơ chế logic chuyển đổi dữ liệu và lý thuyết đồ thị cơ bản.
• Giảng viên chuyên ngành: Dùng làm tài liệu giảng dạy chính, tài liệu khung để xây dựng đề cương bài giảng, bài tập lớn và hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế và Cài đặt mạng. Giảng viên có thể sử dụng cấu trúc 6 giai đoạn kỹ thuật để đánh giá kỹ năng tổng hợp của sinh viên.
• Người tự học và kỹ sư tham khảo: Phù hợp cho các kỹ sư quản trị mạng, chuyên viên kỹ thuật hệ thống cần củng cố phương pháp luận thiết kế hệ thống, phân tích giải thuật chuyển mạch, cấu hình phân chia mạng con IP và nắm bắt chi tiết cấu trúc các gói tin giao thức mạng.

---

Câu hỏi thường gặp

                              BẢNG THAM CHIẾU HỎI - ĐÁP

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu phù hợp nhất với sinh viên đại học chuyên ngành Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Mạng từ năm thứ 3 trở lên, các giảng viên giảng dạy học phần Mạng máy tính/Thiết kế mạng, cũng như các kỹ thuật viên, kỹ sư hệ thống cần tài liệu tham khảo về quy chuẩn thiết kế và cài đặt hạ tầng mạng.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần có kiến thức nền tảng về mô hình mạng máy tính cơ sở (đặc biệt là mô hình OSI và TCP/IP), kiến thức cơ bản về hệ điều hành (Windows, Linux/UNIX), kỹ năng tính toán toán học nhị phân/thập lục phân phục vụ chia mạng con IP và tư duy giải thuật đồ thị.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Khác với các tài liệu thuần túy mô tả giao thức lý thuyết, giáo trình này tiếp cận theo phương pháp kỹ thuật hệ thống với tiến trình 6 giai đoạn thực tế (từ thu thập yêu cầu khách hàng đến bảo trì); phân tách chi tiết hai công đoạn Thiết kế mạng mức luận lý và Thiết kế mạng mức vật lý; đồng thời cung cấp chi tiết kỹ thuật các giải thuật cốt lõi (Spanning Tree, Backward Learning, Store-and-Forward vs Cut-through) cùng quy chuẩn bấm cáp EIA/TIA và cấu trúc khung tin ARP/RIF.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên kết hợp đọc lý thuyết phân tầng với việc giải các bài tập tình huống thực tế trong giáo trình: tự tính toán chia mạng con và lập bảng định tuyến cho mô hình IP nhiều Router; vẽ lại đồ thị và lần lượt thực hiện 4 bước của giải thuật Spanning Tree để xác định trạng thái các cổng; đối chiếu bảng cấu trúc gói tin ARP với luồng truyền dữ liệu thực tế giữa các mạng LAN.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình kết hợp trực tiếp với tài liệu học phần Thực tập mạng máy tính tại Khoa Công nghệ Thông tin – Trường Đại học Cần Thơ; người học có thể tham khảo bổ sung các bộ tài liệu tiêu chuẩn chính thức của IEEE (chuẩn 802.3, 802.5, 802.1d), chuẩn cáp mạng thương mại ANSI/TIA/EIA-568-A/B và hệ thống các tài liệu RFC liên quan đến bộ giao thức IP và ARP.

---

Kết luận

Giáo trình Thiết Kế & Cài Đặt Mạng của Thạc sĩ Ngô Bá Hùng (Đại học Cần Thơ) là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, cung cấp hệ thống kiến thức từ phương pháp luận xây dựng mạng 6 giai đoạn, mô hình tham chiếu OSI, các chuẩn mạng cục bộ IEEE 802, đến nguyên lý vận hành của các thiết bị và giải thuật chuyển mạch, định tuyến tầng 2 và tầng 3.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học gồm 4 bước tuần tự:

1. Nắm vững tiến trình hệ thống và mô hình OSI (Chương 1).
2. Làm chủ chuẩn mạng LAN, môi chất truyền dẫn và chuẩn bấm cáp EIA/TIA (Chương 2).
3. Nghiên cứu nguyên lý liên mạng tầng 2, giải thuật Spanning Tree và cơ chế hoạt động của Switch (Chương 3 & Chương 4).
4. Phân tích kỹ thuật liên mạng tầng 3, thiết kế sơ đồ định tuyến IP và giao thức phân giải địa chỉ ARP (Chương 5).

Để đạt hiệu quả ứng dụng cao nhất, người học nên kết hợp nội dung giáo trình với các tài liệu chuẩn hóa quốc tế IEEE 802, các tiêu chuẩn hạ tầng viễn thông TIA/EIA và các bài thực hành cấu hình mạng thực nghiệm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đại Học Cần Th – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Giáo Trình Thiết Kế & Cài Đặt Mạng – V1.0 Ch ng 1 Tổng quan về thiết kế và cài đặt mạng M c đích Ch ng này nhằm giới thiệu cho ng i đọc những vấn đề sau : • Các b ớc cần phải thực hiện để xây dựng một mạng máy tính và các vấn đề liên quan • Nhắc lại mô hình OSI Biên soạn : Th.s Ngô Bá Hùng – 2005 1 Đại Học Cần Th – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Giáo Trình Thiết Kế & Cài Đặt Mạng – V1.1 Tiến trình xây dựng mạng Ngày nay, mạng máy tính đã tr thành một hạ tầng c s quan trọng của tất cả các c quan xí nghiệp. Nó đã tr thành một kênh trao đổi thông tin không thể thiếu đ ợc trong th i đại công nghệ thông tin. Với xu thế giá thành ngày càng hạ của các thiết bị điện tử, kinh phí đầu t cho việc xây dựng một hệ thống mạng không v ợt ra ngoài khả năng của các công ty xí nghiệp. Tuy nhiên, việc khai thác một hệ thống mạng một cách hiệu quả để hỗ trợ cho công tác nghiệp vụ của các c quan xí nghiệp thì còn nhiều vấn đề cần bàn luận.

Hầu hết ng i ta chỉ chú trọng đến việc mua phần cứng mạng mà không quan tâm đến yêu cầu khai thác sử dụng mạng về sau. Điều này có thể dẫn đến hai tr ng hợp: lãng phí trong đầu t hoặc mạng không đáp ứng đủ cho nhu cầu sử dụng. Có thể tránh đ ợc điều này nếu ta có kế hoạch xây dựng và khai thác mạng một cách rõ ràng. Thực tế, tiến trình xây dựng mạng cũng trải qua các giai đoạn nh việc xây dựng và phát triển một phần mềm.

Nó cũng gồm các giai đoạn nh : Thu thập yêu cầu của khách hàng (công ty, xí nghiệp có yêu cầu xây dựng mạng), Phân tích yêu cầu, Thiết kế giải pháp mạng, Cài đặt mạng, Kiểm thử và cuối cùng là Bảo trì mạng. Phần này sẽ giới thiệu s l ợc về nhiệm vụ của từng giai đoạn để ta có thể hình dung đ ợc tất cả các vấn đề có liên quan trong tiến trình xây dựng mạng.1 Thu thập yêu cầu của khách hàng Mục đích của giai đoạn này là nhằm xác định mong muốn của khách hàng trên mạng mà chúng ta sắp xây dựng. Những câu hỏi cần đ ợc trả l i trong giai đoạn này là: ̇ Bạn thiết lập mạng để làm gì? sử dụng nó cho mục đích gì? ̇ Các máy tính nào sẽ đ ợc nối mạng? ̇ Những ng i nào sẽ đ ợc sử dụng mạng, mức độ khai thác sử dụng mạng của từng ng i / nhóm ng i ra sao? ̇ Trong vòng 3-5 năm tới bạn có nối thêm máy tính vào mạng không, nếu có đâu, số l ợng bao nhiêu ? Ph ng pháp thực hiện của giai đoạn này là bạn phải phỏng vấn khách hàng, nhân viên các phòng mạng có máy tính sẽ nối mạng. Thông th ng các đối t ợng mà bạn phỏng vấn không có chuyên môn sâu hoặc không có chuyên môn về mạng.

Cho nên bạn nên tránh sử dụng những thuật ngữ chuyên môn để trao đổi với họ. Chẳng hạn nên hỏi khách hàng “ Bạn có muốn ng i trong c quan bạn g i mail đ ợc cho nhau không?”, h n là hỏi “ Bạn có muốn cài đặt Mail server cho mạng không? ”. Những câu trả l i của khách hàng th ng không có cấu trúc, rất lộn xộn, nó xuất phát từ góc nhìn của ng i sử dụng, không phải là góc nhìn của kỹ s mạng. Ng i thực hiện phỏng vấn phải có kỹ năng và kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

Phải biết cách đặt câu hỏi và tổng hợp thông tin. Một công việc cũng hết sức quan trọng trong giai đoạn này là “Quan sát thực địa” để xác định những n i mạng sẽ đi qua, khoảng cách xa nhất giữa hai máy tính trong mạng, dự kiến đ ng đi của dây mạng, quan sát hiện trạng công trình kiến trúc n i mạng sẽ đi qua. Thực địa đóng vai trò quan trọng trong việc chọn công nghệ và ảnh h ng lớn đến chi phí mạng. Chú ý đến ràng buộc về mặt thẩm mỹ cho các công trình kiến trúc khi chúng ta triển khai đ ng dây mạng bên trong nó.

Giải pháp để nối kết mạng cho 2 tòa nhà tách r i nhau bằng một khoảng không phải đặc biệt l u ý. Sau khi khảo sát thực địa, cần vẽ lại thực Biên soạn : Th.s Ngô Bá Hùng – 2005 2 Đại Học Cần Th – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Giáo Trình Thiết Kế & Cài Đặt Mạng – V1.0 địa hoặc yêu cầu khách hàng cung cấp cho chúng ta s đồ thiết kế của công trình kiến trúc mà mạng đi qua. Trong quá trình phỏng vấn và khảo sát thực địa, đồng th i ta cũng cần tìm hiểu yêu cầu trao đổi thông tin giữa các phòng ban, bộ phận trong c quan khách hàng, mức độ th ng xuyên và l ợng thông tin trao đổi. Điều này giúp ích ta trong việc chọn băng thông cần thiết cho các nhánh mạng sau này.2 Phân tích yêu cầu Khi đã có đ ợc yêu cầu của khách hàng, b ớc kế tiếp là ta đi phân tích yêu cầu để xây dựng bảng “Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng”, trong đó xác định rõ những vấn đề sau: ̇ Những dịch vụ mạng nào cần phải có trên mạng ? (Dịch vụ chia sẻ tập tin, chia sẻ máy in, Dịch vụ web, Dịch vụ th điện tử, Truy cập Internet hay không?, .) ̇ Mô hình mạng là gì? (Workgoup hay Client / Server? .) ̇ Mức độ yêu cầu an toàn mạng.

̇ Ràng buộc về băng thông tối thiểu trên mạng.3 Thiết kế giải pháp B ớc kế tiếp trong tiến trình xây dựng mạng là thiết kế giải pháp để thỏa mãn những yêu cầu đặt ra trong bảng Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng. Việc chọn lựa giải pháp cho một hệ thống mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể liệt kê nh sau: ̇ Kinh phí dành cho hệ thống mạng. ̇ Công nghệ phổ biến trên thị tr ng. ̇ Thói quen về công nghệ của khách hàng.

̇ Yêu cầu về tính ổn định và băng thông của hệ thống mạng. ̇ Ràng buộc về pháp lý. Tùy thuộc vào mỗi khách hàng cụ thể mà thứ tự u tiên, sự chi phối của các yếu tố sẽ khác nhau dẫn đến giải pháp thiết kế sẽ khác nhau. Tuy nhiên các công việc mà giai đoạn thiết kế phải làm thì giống nhau.

Chúng đ ợc mô tả nh sau: 1.1 Thiết kế s đồ mạng ở mức luận lý Thiết kế s đồ mạng mức luận lý liên quan đến việc chọn lựa mô hình mạng, giao thức mạng và thiết đặt các cấu hình cho các thành phần nhận dạng mạng. Mô hình mạng đ ợc chọn phải hỗ trợ đ ợc tất cả các dịch vụ đã đ ợc mô tả trong bảng Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng. Mô hình mạng có thể chọn là Workgroup hay Domain (Client / Server) đi kèm với giao thức TCP/IP, NETBEUI hay IPX/SPX. Ví dụ: ̇ Một hệ thống mạng chỉ cần có dịch vụ chia sẻ máy in và th mục giữa những ng i dùng trong mạng cục bộ và không đặt nặng vấn đề an toàn mạng thì ta có thể chọn Mô hình Workgroup.

̇ Một hệ thống mạng chỉ cần có dịch vụ chia sẻ máy in và th mục giữa những ng i dùng trong mạng cục bộ nh ng có yêu cầu quản lý ng i dùng trên mạng thì phải chọn Mô hình Domain. Biên soạn : Th.s Ngô Bá Hùng – 2005 3 Đại Học Cần Th – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Giáo Trình Thiết Kế & Cài Đặt Mạng – V1.0 ̇ Nếu hai mạng trên cần có dịch vụ mail hoặc kích th ớc mạng đ ợc m rộng, số l ợng máy tính trong mạng lớn thì cần l u ý thêm về giao thức sử dụng cho mạng phải là TCP/IP. Mỗi mô hình mạng có yêu cầu thiết đặt cấu hình riêng. Những vấn đề chung nhất khi thiết đặt cấu hình cho mô hình mạng là: ̇ Định vị các thành phần nhận dạng mạng, bao gồm việc đặt tên cho Domain, Workgroup, máy tính, định địa chỉ IP cho các máy, định cổng cho từng dịch vụ.

̇ Phân chia mạng con, thực hiện vạch đ ng đi cho thông tin trên mạng.2 Xây dựng chiến l c khai thác và quản lý tài nguyên mạng Chiến l ợc này nhằm xác định ai đ ợc quyền làm gì trên hệ thống mạng. Thông th ng, ng i dùng trong mạng đ ợc nhóm lại thành từng nhóm và việc phân quyền đ ợc thực hiện trên các nhóm ng i dùng.3 Thiết kế s đồ mạng ở vật lý Căn cứ vào s đồ thiết kế mạng mức luận lý, kết hợp với kết quả khảo sát thực địa b ớc kế tiếp ta tiến hành thiết kế mạng mức vật lý. S đồ mạng mức vật lý mô tả chi tiết về vị trí đi dây mạng thực địa, vị trí của các thiết bị nối kết mạng nh Hub, Switch, Router, vị trí các máy chủ và các máy trạm. Từ đó đ a ra đ ợc một bảng dự trù các thiết bị mạng cần mua.

Trong đó mỗi thiết bị cần nêu rõ: Tên thiết bị, thông số kỹ thuật, đ n vị tính, đ n giá,… 1.4 Chọn hệ điều hành mạng và các phần mềm ứng d ng Một mô hình mạng có thể đ ợc cài đặt d ới nhiều hệ điều hành khác nhau. Chẳng hạn với mô hình Domain, ta có nhiều lựa chọn nh : Windows NT, Windows 2000, Netware, Unix, Linux,. T ng tự, các giao thức thông dụng nh TCP/IP, NETBEUI, IPX/SPX cũng đ ợc hỗ trợ trong hầu hết các hệ điều hành. Chính vì thế ta có một phạm vi chọn lựa rất lớn.

Quyết định chọn lựa hệ điều hành mạng thông th ng dựa vào các yếu tố nh : ̇ Giá thành phần mềm của giải pháp. ̇ Sự quen thuộc của khách hàng đối với phần mềm. ̇ Sự quen thuộc của ng i xây dựng mạng đối với phần mềm. Hệ điều hành là nền tảng để cho các phần mềm sau đó vận hành trên nó.

Giá thành phần mềm của giải pháp không phải chỉ có giá thành của hệ điều hành đ ợc chọn mà nó còn bao gồm cả giá thành của các phầm mềm ứng dụng chạy trên nó. Hiện nay có 2 xu h ớng chọn lựa hệ điều hành mạng: các hệ điều hành mạng của Microsoft Windows hoặc các phiên bản của Linux. Sau khi đã chọn hệ điều hành mạng, b ớc kế tiếp là tiến hành chọn các phần mềm ứng dụng cho từng dịch vụ.