Luận văn Xây dựng thử nghiệm linux pc hoạt động như một adsl router

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN MẠNG MÁY TÍNH VÀ VIỄN THÔNG ĐỖ HẢI VƯƠNG LÂM HẢI THÔNG XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM LINUX PC HOẠT ĐỘNG NHƯ MỘT ADSL ROUTER KHÓA LUẬN CỬ NHÂN TIN HỌC TP.HCM, 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN MẠNG MÁY TÍNH VÀ VIỄN THÔNG ĐỖ HẢI VƯƠNG – 0112457 LÂM HẢI THÔNG – 0112466 XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM LINUX PC HOẠT ĐỘNG NHƯ MỘT ADSL ROUTER KHÓA LUẬN CỬ NHÂN TIN HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVC CAO ĐĂNG TÂN NIÊN KHÓA 2001 - 2005 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router Lời Cám Ơn Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Xin cảm ơn Thầy Cao Đăng Tân, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Trong thời gian làm việc với Thầy, chúng tôi không những học hỏi được nhiều kiến thức bổ ích mà còn học được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc của Thầy. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, ba mẹ và bè bạn vì đã luôn là nguồn động viên to lớn, giúp đỡ chúng tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình làm việc. Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện luận văn với tất cả sự nỗ lực của bản thân, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô tận tình chỉ bảo. Một lần nữa, chúng tôi xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng góp quý báu của tất cả mọi người. Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7/2005 Lâm Hải Thông Đỗ Hải Vương 1 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router MỤC LỤC MỤC LỤC...........................................................................................................................2 Chương 1 .............................................................................................................................6 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI........................................................................................................6 1. Đặt vấn đề : ..................................................................................................................6 2. Mục tiêu ........................................................................................................................7 3. Đề xuất một số tính năng mở rộng.............................................................................8 3.1. Sử dụng dịch vụ Dynamic DNS ( cụ thể là sử dụng dịch vụ dynamic update client ).........................................................................................8 3.1.1. Đặt vấn đề................................................................................................8 3.1.2. Giải quyết vấn đề...................................................................................10 3.2. Fair Nat ...............................................................................................................11 3.2.1. Đặt vấn đề..............................................................................................11 3.2.2. Giải quyết vấn đề...................................................................................12 Chương 2 ...........................................................................................................................13 KHÁI NIỆM VÀ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ......................................................13 1. ADSL...........................................................................................................................13 1.1. Sơ lược về những phương thức kết nối Internet phổ biến hiện nay ...................13 1.1.1. Đường truyền điện thoại analog............................................................13 1.1.2. Leased Line ...........................................................................................13 1.1.3. Frame Relay và X.25.............................................................................14 1.1.4. ISDN......................................................................................................15 1.1.5. ATM ......................................................................................................17 1.1.6. ADSL.....................................................................................................17 1.2. Đánh giá các phương thức kết nối Internet phổ biến hiện nay:..........................18 1.3. Công nghệ ADSL ...............................................................................................19 1.3.1. Khái niệm ADSL...................................................................................19 1.3.2. Ứng dụng của ADSL.............................................................................20 1.3.3. Cơ chế hoạt động...................................................................................21 1.8.1. Ưu điểm của ADSL...............................................................................22 1.8.2. Các thành phần của ADSL....................................................................24 1.8.3. Các thành phần ADSL từ phía nhà cung cấp dịch vụ ...........................26 1.13.1. Kết nối mạng .........................................................................................28 1.15.1. Vai trò của PPP .....................................................................................30 1.15.2. Modem ADSL trên thực tế....................................................................30 1.15.3. Mối tương quan giữa thoại và ADSL....................................................31 1.23.1. Thiết bị Modem ADSL .........................................................................32 2. Router và Router ADSL ...........................................................................................33 2.1. Giới thiệu Router ................................................................................................33 2.1.1. Giới thiệu Router...................................................................................33 2 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router 2.1.2. Cơ chế hoạt động...................................................................................33 2.2. Sơ lược về các Router ADSL hiện có trên thị trường và tính năng ...................33 3. Routing .......................................................................................................................34 3.1. Tổng quát về routing...........................................................................................34 3.9. Routing và Switching .........................................................................................35 Bảng 2.3 Bảng so sánh Routing và Switching ............................................................35 3.10. Routed và Routing ..............................................................................................35 3.11. Sự xác định đường đi..........................................................................................36 3.12. Routing table.......................................................................................................37 3.13. Các thuật toán Routing và các metric.................................................................38 3.13.1. Mục tiêu của các thuật toán routing ......................................................38 3.13.2. Các Metric .............................................................................................39 3.14. Routing Protocols ...............................................................................................40 3.14.1. Distance-vector......................................................................................40 3.14.2. Link state ...............................................................................................40 3.14.3. Hybrid ..................................................................................................41 3.15. Giới thiệu các giao thức định tuyến....................................................................41 3.15.1. RIP ..................................................................................................41 3.15.2. IGRP ..................................................................................................42 3.18.1. OSPF ..................................................................................................43 3.23. Giao thức sử dụng trong chương trình................................................................43 4. Các khái niệm cơ bản................................................................................................44 4.1. IP tĩnh ( Static IP) ...............................................................................................44 4.2. IP động ( Dynamic IP)........................................................................................44 4.3. DNS ...............................................................................................................45 4.4. Dynamic DNS.....................................................................................................45 4.5. NAT ( Network Address Translation )...............................................................46 4.5.1. Tại sao lại dùng NAT............................................................................46 4.5.2. Cách NAT được thực hiện ....................................................................46 4.5.3. Các thuật ngữ NAT ...............................................................................47 Chương 3 ...........................................................................................................................48 LINUX VÀ MẠNG TRONG LINUX................................................................................48 1. Hệ điều hành Linux ...................................................................................................48 1.1. Giới thiệu ............................................................................................................48 1.2. Kiến trúc của hệ điều hành Linux.......................................................................49 1.2.1. Hạt nhân (Kernel)..................................................................................49 1.2.2. Shell.......................................................................................................49 1.2.3. Các tiện ích............................................................................................50 1.2.4. Chương trình ứng dụng .........................................................................50 2. Mạng trong Linux......................................................................................................50 2.1. Giao thức mạng trong Linux ..............................................................................50 2.2. Network Interconnection ....................................................................................51 2.2.1. Router ....................................................................................................51 3 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router 2.2.2. Bridge ....................................................................................................51 2.2.3. IP Masquerade.......................................................................................51 2.2.4. IP Accounting........................................................................................52 2.2.5. IP aliasing..............................................................................................53 2.2.6. Traffic Shaping......................................................................................53 2.2.7. Firewall..................................................................................................53 2.2.8. Port Forwarding.....................................................................................54 2.2.9. Loab Balancing .....................................................................................55 2.2.10. IP Transparent Proxy Server .................................................................55 2.2.11. EQL ( Multiple Line Traffic Equaliser ) ...............................................55 2.2.12. Tunneling ,mobile IP và virtual private networks.................................56 Chương 4 ...........................................................................................................................57 CÁC ỨNG DỤNG TÍCH HỢP VÀO HỆ THỐNG..........................................................57 1. Giới thiệu các ứng dụng ............................................................................................57 1.1. Zebra ...............................................................................................................57 1.2. Tính năng Dynamic DNS : noip-duc-linux.tar ...................................................57 1.2.1. Giới thiệu...............................................................................................57 1.3. FAIR NAT..........................................................................................................59 1.3.1 Giới thiệu...............................................................................................59 1.3.2 Kiến trúc Fair Nat..................................................................................59 Chương 5 ...........................................................................................................................77 THỰC HIỆN CÀI ĐẶT ....................................................................................................77 1. Cài đặt ,cấu hình Linux PC thành Router ADSL ..................................................77 1.1. Mô hình...............................................................................................................77 1.2. Yêu cầu ...............................................................................................................77 1.2.1. Phần cứng : ............................................................................................78 1.2.2. Phần mềm :............................................................................................78 1.3. Thực hiện cài đặt ................................................................................................79 1.3.1. Cài đặt linux-atm-2.4.0..........................................................................79 1.3.2. Cài đặt driver .........................................................................................79 1.3.3. Cài đặt bản patch của giao thức PPP.....................................................80 1.4. Cấu hình..............................................................................................................80 1.4.1. Cấu hình PPP để kết nối đến ADSL Provider.......................................80 2. Dynamic DNS.............................................................................................................82 2.1. Đăng kí dịch vụ Dynamic DNS tại trang web www.no-ip.com.........................82 2.2. Cài đặt gói Dynamic DNS Client .......................................................................82 3. FAIR NAT..................................................................................................................83 3.1. Yêu cầu ...............................................................................................................83 3.2. Các tham số và Cấu hình ....................................................................................83 3.2.1. Các tham số dòng lệnh ..........................................................................88 3.2.2. Chạy Script ............................................................................................88 4 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router Chương 6 ...........................................................................................................................89 THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ và HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................89 1. Thử nghiệm chức năng Linux PC làm router ADSL.............................................89 1.1. Kết nối vào internet và cho phép máy trong mạng LAN có thể ra ngoài ...............................................................................................................89 1.1.1. Kết nối, Nat và Routing cho các máy bên trong ra ngoài internet...................................................................................................89 1.1.2. So sánh giữa Linux PC và Router ADSL thật.......................................94 1.2.Chức năng filter .....................................................................................................95 1.2. Dynamic DNS.....................................................................................................98 2. Hướng phát triển .....................................................................................................103 PHỤ LỤC........................................................................................................................107 5 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề : ƒ Sự phát triển mạnh mẽ của Internet và các dịch vụ qua Internet dẫn đến sự gia tăng một số lượng lớn người sử dụng Internet đã khiến cho nhu cầu về băng thông ,về tốc độ ngày càng bức thiết.mạng Dial-up không còn đáp ứng được nhu cầu về băng thông nữa ƒ Nhiều kĩ thuật về mạng WAN đã được nghiên cứu và áp dụng để đáp ứng nhu cầu của người dùng như ISDN, Frame Relay, xDSL…..Trong đó, hiện đang được sử dụng nhiều hơn cả là kỹ thuật xDSL mà ADSL là đại diện tiêu biểu. ƒ ADSL giúp cải tiến đáng kể tốc độ mạng với giá thành thấp. Vì nó có thể sử dụng đường dây điện thoại sẵn có để làm đường truyền nên ngày càng phổ biến hơn ở nước ta, được sử dụng ngày càng nhiều trong các doanh nghiệp. ƒ Mô hình Hiện Trạng sử dụng ADSL 6 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router ƒ Công nghệ ADSL xuất hiện là một giải pháp hữu hiệu cho vấn đề băng thông và để sử dụng được công nghệ ADSL thì đòi hỏi phải có các thiết bị phù hợp đi kèm như modem ADSL hay modem ADSL có thêm tính năng mini Router ( hay còn gọi là Rotuer ADSL ).Hiện trên thị trường có nhiều loại Modem ADSL có kèm Router, hầu hết đều có chức năng NAT, Routing, một số có các tính năng tiên tiến như DMZ, Virtual Server, DDNS nhưng lại không phù hợp với đối tượng người dùng là các gia đình và các doanh nghiệp nhỏ do giá thành cao và các dịch vụ thường bị hạn chế. ƒ Những nhu cầu ngày càng cao của các gia đình và các doanh nghiệp nhỏ về tính năng lẫn giá thành đã phát sinh ra việc cần xây dựng một Router ADSL có thể thực hiện tốt các công việc của một router như NAT, Routing và có thể tích hợp các tính năng hữu dụng đáp ứng các nhu cầu cần thiết của mỗi doanh nghiệp và gia đình mà vẫn đảm bảo tiết kiệm chi phí. ƒ Có thể dùng Linux PC để xây dựng một ADSL Router mềm đáp ứng những nhu cầu nói trên. Đó là lý do mà luận văn ra đời. 2. Mục tiêu ƒ Nghiên cứu công nghệ ADSL, Router ADSL. Nghiên cứu kiến trúc và các gói phục vụ chức năng Routing và các tính năng bổ sung trên Linux nhằm đưa vào ứng dụng trong thực tiễn . ƒ Xây dựng mô hình và ứng dụng các gói phần mềm để giúp Linux 7 Xây dựng thử nghiệm PC Linux hoạt động như một ADSL Router PC hoạt động như 1 ADSL Router ƒ Cùng với tính năng của 1 Router, PC Linux giờ đây có thể tích hợp các tinh năng chuyên biệt theo đặc thù,nhu cầu của mỗi người dùng. ƒ Chúng tôi chọn Linux để tiến hành nghiên cứu và xây dựng thành ADSL Router vì : ƒ Linux là hệ điều hành mã nguồn mở, dễ phát triển