Bài giảng Thiết kế hạ tầng máy tính - Chương 10: Thiết kế mạng vật lý cho Campus Network - Nguyễn Hồng Sơn

1Chương 10 THIẾT KẾ MẠNG VẬT LÝ CHO CAMPUS NETWORK TS. Nguyễn Hồng Sơn 2NỘI DUNG
GIỚI THIỆU
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠNG CÁP
CHỌN CÔNG NGHỆ LAN
CHỌN THIẾT BỊ CHO CAMPUS NETWORK 3GIỚI THIỆU
Thiết kế mạng vật lý liên quan đến chọn công nghệ LAN và WAN cho mạng.
Việc chọn công nghệ liên quan đến sơ đồ mạng cáp, giao thức lớp 2, thủ tục lớp 1 và thiết bị mạng.
Quá trình thiết kế: giải pháp campus --> truy xuất từ xa, giải pháp WAN 4THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠNG CÁP
Chạy cáp là việc thiên về triển khai hơn là thiết kế.
Thiết kế và triển khai mạng cáp phù hợp với mục tiêu
Khi thiết kế là cải thiện mạng hiện hữu, cần tận dụng hạ tầng mạng cáp có sẵn. Các điểm cần xem xét: – Topo cáp trong campus và trong từng tòa nhà – Chủng loại và chiều dài cáp nối giữa các tòa nhà – Vị trí đặt tủ viễn thông và các phòng chứa thiết bị đấu nối – Chủng loại và chiều dài đường cáp nối giữa các tầng – Chủng loại và chiều dài đường cáp nối trên mỗi tầng – Chủng loại và chiều dài đường cáp từ tủ viễn thông đến các máy trạm 5Các topo mạng cáp
Tham khảo tài liệu đặc tả và hướng dẫn tạo một topo mạng cáp được công bố bởi các công ty như AT&T, IBM, DEC, HP, Northern Telecom...
Mọi hướng dẫn đều có mục đích chính: giúp xây dựng mạng cáp có cấu trúc có thể quản lý và khả triển.
Có 2 lược đồ chính: – Lược đồ tập trung: star – Lược đồ phân tán: ring, bus, tree 6Topo mạng cáp trong một tòa nhà
Lược đồ tập trung hoặc phân tán đều có thể dùng tùy vào kích thước của tòa nhà
Với tòa nhà nhỏ nên dùng lược đồ tập trung nối tất cả cáp về một phòng hệ thống
Lược đồ tập trung cho phép quản lý tốt nhưng khó mở rộng
Với tòa nhà lớn nên dùng lược đồ phân tán. Nhiều công nghệ LAN không cho phép nối xa hơn 100m. Với các cao ốc tầng rộng phải dùng lược đồ phân tán 7Lược đồ tập trung Lược đồ phân tán 8Các topo mạng cáp campus
Mạng cáp nối giữa các tòa nhà tồn tại nhiều rủi ro hơn trong phạm vi tòa nhà. Cần chọn lựa cẩn thận
Lược đồ phân tán đem lại tính khả dụng tốt.
Trong một số môi trường có trở ngại chạy cáp phải dùng công nghệ không dây.
Lược đồ phân tán khó quản lý. Khi cần thay đổi, kỹ thuật viên phải đi từ nhà này sang nhà khác.
Mục tiêu về tính khả dụng và tính hỗ trợ quản lý luôn nghịch nhau, phải cân nhắc kỷ. 9 10 Các loại cáp (1)
Cáp đồng trục coaxial
Cáp đồng trục twin-axial 11 Các loại cáp (2)
STP (shielded twisted-pair )
UTP (unshielded twisted-pair)
Cáp quang (Fiber optic) 12 Các loại cáp (3)
STP dùng rộng rãi trong mạng Token Ring trước đây. Cũng có thể dùng STP trong các mạng Ethernet ngày nay.
Ngày nay cáp UTP được dùng nhiều trong các tòa nhà. Có các chủng loại: – Cat 1&2: băng thông thấp – Cat 3 : 16Mhz – Cat 4: 20 MHz – Cat 5 và 5e : 100MHz – Cat 6 : 200MHz 13 Các loại cáp (4)
Cáp quang dùng cho cáp dọc và cáp ngang nối giữa các tủ viễn thông
Cáp quang làm cáp trục nối giữa các tòa nhà
Cáp quang đơn mode và đa mode 14 CHỌN CÔNG NGHỆ LAN
Ethernet được đề nghị cho phần lớn các mạng campus
ATM cũng được dùng khi cần đến QoS
Ethernet là chuẩn cho lớp 1 và 2 để truyền frame
IEEE 802.3 15 Các tùy chọn của Ethernet hay IEEE 802.3
Half- and full-duplex Ethernet
10-Mbps Ethernet
100-Mbps Ethernet
1000-Mbps (1-Gbps or Gigabit) Ethernet
10-Gbps Ethernet
Metro Ethernet
Long-Reach Ethernet (LRE)
Cisco EtherChannel 16 Các ràng buộc trên 10-Mbps Ethernet (1)
10Mbps Ethernet vẫn còn phổ dụng trong access layer 17 Các ràng buộc trên 10-Mbps Ethernet (1) 18 100-Mbps Ethernet (1)
100-Mbps Ethernet được xem như Fast Ethernet và 100Base-T Ethernet, có 4 dạng triển khai vật lý: – 100BASE-TX. Two pairs of Category 5 (or better) UTP cabling (phổ dụng, dùg cấu hình dây giống 10Base-T) – 100BASE-T2. Two pairs of Category 3 (or better) UTP cabling (dùng PAM-5 signaling) – 100BASE-T4. Four pairs of Category 3 (or better) UTP cabling (1 đôi phát hiện collision, 8B/6T signaling) – 100BASE-FX. Two multimode optical fibers
Ảnh hưởng RTT-->đường kính tối đa của 100Mbps Ethernet là 205m khi dùng cáp UTP 19 100-Mbps Ethernet (2)
Giới hạn cự ly còn tùy vào hub (repeater) được dùng: – Class I có latency 0.7 microsecond, chì 1 repeater – Class II có latenecy 0.46 milisecond, cho phép 2 repeaeter
Bảng giới hạn cự ly 20 Gigabit Ethernet (1)
Gigabit Ethernet rất thích hợp cho building và campus backbone.
Tập trung cho mười Ethernet segment 100Mbps
Thường dùng full-duplex mode và kết nối giữa các switch và router.
Gigabit Ethernet cũng được dùng cho các server cần performace cao 21 Gigabit Ethernet (2)
Các đặc tả theo các loại cáp 22 Gigabit Ethernet (3)
1000Base-SX phù hợp cho cáp ngang đa mode và backbone
1000Base-LX phù hợp cho building và campus backbone
1000Base-CX phù hợp cho tủ viễn thông để nối các thiết bị cách nhau ≤ 25m
1000Base-T cho cáp ngang UTP cat.5 hay tốt hơn, phạm vi tối đa 200m 23 10-Gbps Ethernet
10-Gbps Ethernet là công nghệ backbone cho ISP và Enterprise network. Dùng trong ở server farm, SAN và digiatal video studio
Chỉ hỗ trợ truyền full-duplex qua cáp quang
Nếu dùng sợi đơn mode cự ly có thể đến 40km 24 Các dạng triển khai thực tế của 10-Gbps Ethernet 25 Metro Ethernet (1)
Là một network service từ các provider để liên kết các campus network và truy cập Internet
Thuê bao có thể dùng các giao tiếp Ethernet từ 10Mbps đến 10Gigabit để truy nhập vào provider network.
Có thể dùng các giao thức truyền tải lớp 2 khác nhau: SONET, ATM, DWDM, MPLS
Ethernet virtual circuit (EVC) – E-line service: point-to-point EVC nối hai UNI (user network interface) – E-LAN service : multipoint EVC, nối hai hay nhiều UNI 26 Metro Ethernet (2)
Metro Ethernet hỗ trợ VLAN, 802.1x port authentication và STP
Có thể dùng Metro Ethernet kết nối intranet và các vị trí của extranet.
ISP ghép nhiều thuê bao qua một Ethernet UNI tốc độ cao. Thuê bao dùng một EVC để kết nối đến POP của ISP
www.metroethernetforum.org 27 Long-Reach Ethernet
LRE có thể được dùng để kết nối các tòa nhà trong campus network.
LRE cung cấp một point-to-point link có thể truyền số liệu đến tốc độ 11.25 Mbps qua 1.6 km theo chế độ full duplex và symmetric
LRE cho phép dùng Ethernet qua hệ thống cáp đồng điện thoại hiện hành 28 Cisco EtherChannel
Cisco Ethernet là công nghệ làm trung kế (trunk), ghép nhiều liên kết full duplex 802.3 Ethernet.
Hỗ trợ load balancing
Kết nối giữa các router, các switch và các server (dùng EtherChannel NIC)
Fast EtherChannel ghép đến 4 liên kết Fast Ethernet đạt được tốc độ 800 Mbps (full-duplex), Gigabit Ethernet -->8Gbps, 10-Gbps Ethernet--- >80 Gbps 29 Campus ATM Network
Có thể chọn ATM làm công nghệ backbone cho campus network
Hỗ trợ QoS
ATM là chọn lựa tốt cho videoconferencing, medical imaging, telephony, distance learning.
Phức tạp, khó triển khai 30 CHỌN THIẾT BỊ CHO CAMPUS NETWORK
Sau khi đã thiết kế network topology, cần xác định segment nào sẽ được nối với hub hay repeater, bắc cầu bằng bridge, chuyển mạch bằng switch hay định tuyến bằng router.
Cần phân biệt công dụng và khả năng của các thiết bị để chọn lựa phù hợp với thiết kế.
Đề nghị chủng loại và thương hiệu sẽ dùng 31 32 Tiêu chuẩn chung chọn thiết bị (1)
Số port
Tốc độ xử lý
Dung lượng bộ nhớ
Độ trễ khi thực hiện chuyển số liệu
Thông lượng (packet per second)
Công nghệ LAN và WAN được hỗ trợ
Tự động thích nghi tốc độ
Tự động phát hiện truyền song công hay bán song công 33 Tiêu chuẩn chung chọn thiết bị (2)
Loại cáp hỗ trợ
Dễ cấu hình
Khả năng hỗ trợ quản lý mạng
Giá thành
Mean time between failure (MTBF) và mean time to repair (MTTR)
Hỗ trợ packet filter và giải pháp security khác
Hỗ trợ khả năng hot-swappable 34 Tiêu chuẩn chung chọn thiết bị (3)
Hỗ trợ nguồn dự phòng
Hỗ trợ QoS
Khả năng đáp ứng và chất lượng bảo hành
Tài liệu đầy đủ và hữu ích
Đáp ứng tốt về huấn luyện
Danh tiếng và sự phát triển của nhà cung cấp
Có sẵn các kết quả kiểm thử độc lập xác định phẩm chất của thiết bị 35 Tiêu chuẩn bổ sung cho switch hay bridge
Các công nghệ bắc cầu được hỗ trợ
Các đặc tính spanning tree cải tiến (802.1w và 802.1s)
Số địa chỉ MAC thiết bị có thể học
Hỗ trợ an ninh (802.1x)
Hỗ trợ cut-through switching
Hỗ trợ adaptive cut-through switching
Các công nghệ VLAN được hỗ trợ, VTP, ISL, 802.1Q
Hỗ trợ các ứng dụng quảng bá
Dung lượng bộ nhớ khả dụng
Có sẵn routing module 36 Tiêu chuẩn bổ sung cho router
Các giao thức lớp mạng được hỗ trợ
Các giao thức định tuyến được hỗ trợ
Hỗ trợ các ứng dụng quảng bá
Hỗ trợ hàng đợi tiên tiến, chuyển mạch và các đặc tính tối ưu khác
Hỗ trợ nén
Hỗ trợ bảo mật 37 Tiêu chuẩn bổ sung cho access point và wireless bridge (1)
Tốc độ hỗ trợ
Tốc độ cổng Ethernet uplink
Hỗ trợ DHCP, NAT và IP routing
Hỗ trợ VLAN
Hỗ trợ nguồn điện qua Ethernet
Tầm phủ của anten
Công suất phát và độ nhạy thu 38 Tiêu chuẩn bổ sung cho access point và wireless bridge (2)
Khả năng chỉnh định công suất phát
Khả năng chống thâm nhập
Hỗ trợ xác thực thiết bị bằng địa chỉ MAC
Hỗ trợ xác thực với 802.1x và EAP
Hỗ trợ xác thực lẫn nhau
Chọn lựa cấm quảng bá SSID
Hỗ trợ mật mã 128 bit hay cao hơn 39 Tiêu chuẩn bổ sung cho access point và wireless bridge (3)
Hỗ trợ dynamic key, unique key, per-packet keying và kiểm tra MIC (message integrity check )
Hỗ trợ one-time password hay token card
Hỗ trợ PSPF (Publicly Secure Packet Forwarding)
Hỗ trợ các giải pháp an ninh tiên tiến WPA (Wi-Fi Protected Access), Robust Security Network (RSN), hay 802.11i 40 Các đặc tính QoS trên thiết bị
Khi nhu cầu băng thông trong mạng campus vượt quá băng thông khả dụng, QoS trở nên quan trọng.
QoS cũng cần trên uplink từ disribution layer đến core layer. Đôi khi QoS cũng được yêu cầu trên uplink từ access layer. Khi tất cả các port đều được dùng -->khả năng nghẽn xảy ra.
Các switch ở access layer luôn cung cấp QoS dựa vào thông tin lớp 2. Cơ chế lập lịch sẽ chọn port đã được định nghĩa ưu tiên để phục vụ trước.
Các switch ở distribution layer hay core layer sẽ cung cấp QoS dựa trên thông tin lớp 3. 41 HẾT CHƯƠNG 10