I. Lý thuyết trọng tâm

1. Các yếu tố cần xem xét khi thiết kế mạng

Trước khi xây dựng bất kỳ công trình nào cũng cần có bản thiết kế để đảm bảo công năng, chất lượng với chi phí hợp lý. Thiết kế mạng máy tính cũng không ngoại lệ.

a) Các yếu tố quan trọng

b) Yếu tố thứ yếu

Tính mỹ thuật (xếp đặt thiết bị đẹp mắt, gọn gàng) chỉ là vấn đề phụ, không phải nội dung kỹ thuật chính trong thiết kế mạng.

2. Các bước thiết kế mạng

Việc thiết kế mạng được thực hiện qua 4 bước chính:

Bước 1: Khảo sát hiện trạng và phân tích nhu cầu

Đây là bước đầu tiên và rất quan trọng, bao gồm:

• Khảo sát đặc điểm nơi triển khai mạng (diện tích, số tòa nhà, khoảng cách…)
• Xác định mục đích sử dụng mạng
• Phân tích nhu cầu ứng dụng của người dùng

Ví dụ thực tế: Thiết kế mạng cho một trường học có các tòa nhà A, B, C trong khuôn viên. Tòa A có 3 phòng thực hành máy tính (M1, M2, M3), mỗi phòng 25 máy. Tòa C là văn phòng với khoảng 10 máy tính.

Mục đích xây dựng mạng của trường:

• Triển khai dạy thực hành bằng máy tính
• Học sinh truy cập bài giảng video từ máy chủ
• Giáo viên và học sinh truy cập Internet để tìm tài liệu, học trực tuyến
• Hỗ trợ kết nối Wi-Fi cho máy tính xách tay và điện thoại

Bước 2: Thiết kế logic

Thiết kế logic bao gồm xác định cấu trúc kết nối và mô hình tương tác trong mạng.

a) Mô hình kiểm soát mạng

Có hai mô hình chính:

Với ví dụ trường học: Mô hình Workgroup là phù hợp vì yêu cầu quản trị đơn giản, học sinh không cần tài khoản riêng.

b) Cấu trúc kết nối mạng

Có ba cấu trúc cơ bản:

Cấu trúc dạng tuyến (Bus topology):

• Các thiết bị được gắn vào một đường trục mạng chung
• Ngày nay hầu như không còn dùng để kết nối trực tiếp máy tính vì thiếu ổn định
• Vẫn còn được sử dụng để xây dựng đường trục kết nối các tòa nhà hoặc xuyên các tầng

Cấu trúc dạng vòng (Ring topology):

• Các thiết bị nối trên một vòng kín
• Dữ liệu chuyển theo một chiều từ thiết bị này đến thiết bị kia rồi quay lại
• Hiện nay hầu như không còn dùng để kết nối trực tiếp các máy tính

Cấu trúc hình sao (Star topology):

• Các thiết bị đầu cuối đấu chung vào một thiết bị kết nối (hub, switch, router)
• Ưu điểm: Dễ thi công, dễ mở rộng, chi phí thấp và tin cậy
• Được sử dụng phổ biến nhất trong các mạng cục bộ hiện nay

c) Cấu trúc hỗn hợp

Trong thực tế, người ta thường kết hợp nhiều cấu trúc để phù hợp với nhu cầu:

Cấu trúc hỗn hợp tuyến – sao:

• Kết hợp đường trục dạng tuyến với các nhóm máy tính theo hình sao
• Thích hợp khi cần kết nối các khu vực cách xa nhau

Cấu trúc phân cấp:

• Về bản chất là cấu trúc hình sao của các hình sao
• Tầng dưới: Hình sao kết nối thiết bị đầu cuối trong từng khu vực
• Tầng trên: Kết nối các khu vực với nhau
• Rất thích hợp với mạng cục bộ có nhiều máy tính (như trường học ~100 máy)

Bước 3: Thiết kế vật lý (kỹ thuật)

Bước này bao gồm việc chọn thiết bị, xác định điểm đặt và cách kết nối giữa chúng.

a) Phân đoạn mạng (Segmentation)

Khái niệm: Khi mạng có vài chục máy tính trở lên, cần chia mạng thành những phần nhỏ hơn (gọi là phân đoạn – segment) để dễ kiểm soát và tăng hiệu quả truyền dữ liệu.

Mục đích của phân đoạn mạng:

Thiết bị tách phân đoạn: Switch và Router có thể được coi là thiết bị tách các phân đoạn với mục đích giới hạn xung đột.

Áp dụng cho ví dụ trường học:

• Mỗi phòng thực hành là một phân đoạn riêng, kết nối qua Hub
• Khu vực văn phòng là một phân đoạn riêng
• Các Hub nối vào Switch chung để tách các miền xung đột
• Router Wi-Fi nối vào Switch để kết nối Internet và cung cấp Wi-Fi

b) Quy tắc 5-4-3

Khi mở rộng mạng bằng Repeater, cần tuân thủ quy tắc 5-4-3 để đảm bảo giao thức Ethernet hoạt động đúng:

Nội dung quy tắc: Trong cùng một vùng xung đột:

• Không được dùng quá 5 phân đoạn mạng
• Không quá 4 repeater
• Không quá 3 phân đoạn có máy tính

Lý do: Repeater không chia nhỏ vùng xung đột nhưng gây trễ tín hiệu. Nếu tín hiệu đi qua quá nhiều repeater, độ trễ có thể làm sai lệch kiểm soát trong giao thức Ethernet.

c) Chọn thiết bị phù hợp

Nguyên tắc chọn thiết bị:

• Đủ số cổng cần thiết, có cổng dự phòng
• Băng thông phù hợp với ứng dụng
• Thiết bị và cáp mạng phải đồng bộ

Số cổng thông dụng: Switch và Hub thường có 8, 16, 24 hoặc 32 cổng.

Băng thông theo ứng dụng:

Với vài chục người truy cập video đồng thời: Chọn chuẩn 100Base-TX (Fast Ethernet ~100 Mb/s) hoặc tốt hơn là băng thông Gigabit.

Áp dụng cho ví dụ trường học:

• 4 Hub 32 cổng cho 3 phòng thực hành và văn phòng
• 1 Switch 8 cổng để kết nối các Hub và Router Wi-Fi
• Các cổng còn lại để dự phòng

Bước 4: Chọn hệ điều hành mạng

Các hệ điều hành mạng phổ biến:

• Windows
• MacOS
• Linux

Lựa chọn cho trường học: Windows được sử dụng phổ biến nhất vì:

• Quen thuộc với người dùng Việt Nam
• Cung cấp sẵn công cụ cấu hình mạng Workgroup hoặc Domain
• Hỗ trợ cấu hình kết nối Internet dễ dàng

Lưu ý: Việc xác định các ứng dụng cài đặt trên mạng không phải là công việc thiết kế mạng, nhưng có ảnh hưởng đến việc lựa chọn mô hình mạng và tính năng thiết bị.

Thầy Phạm Thành Danh

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Tin Học THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Tin học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 8+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Thuận Hóa