[Bài 1] Tổng quan về mạng diện rộng WAN

1. Giới thiệu về WAN

WAN là mạngtruyền dữ liệu qua những vùng địa lý rất rộng lớn như các bang, tỉnh, quốc gia… Các phương tiện truyền dữ liệu trên WAN được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ, ví dụ như các công ty điện thoại.

Mạng WAN có một số đặc điểm sau:

– WAN dùng để kết nối các thiệt bị ở cách xa nhau bởi những địa lý lớn.
– WAN sử dụng dịch vụ của các công ty cung cấp dịch vụ, ví dụ như: Regional Bell Operating Conpanies (RBOCs), Sprint, MCI, VPM internet servies, Inc., Altantes.net…
– WAN sử dụng nhiều loại liên kết nối tiếp khác nhau.
– WAN có một số điểm khác với LAN. Ví dụ như: LAN được sử dụng để kết nối các máy tính đơn lẻ, các thiết bị ngoại vi, các thiết bị đầu cuối và nhiều loại thiết bị khác trong cung một toà nhà hay một phạm vi địa lý nhỏ. Trong khi đó WAN được sử dụng để kết nối các chi nhánh của mình, nhờ đó mà thông tin được trao đổi dễ dàng giữa các trung tâm.
– Mạng WAN hoạt động chủ yếu ở lớp Vật lý và lớp Liên kết dữ liệu mô hình OSI. WAN kết nối các mạng LAN lại với nhau. Do đó, WAN thực hiện chuyển đổi các gói dữ liệu giữa các router, switch và các mạng LAN mà nó kết nối.

Các thiết bị WAN

Sau đây là các thiết bị được sử dụng trong WAN:

• Router: cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau, bao gồm Internet và các giao tiếp
  WAN.
• Loại switch được sử dụng trong WAN cung cấp kết nối cho hoạt động thông tin liên lạc băng thoại video và dữ liệu.
• Modem: bao gồm: giao tiếp với dịch vụ truyền thoại; CSU/DSU (Chanel service units/ Digital service units) để giao tiếp với dịch vụ T1/E1; TA/NT1 (Terminal Adapters /Network Terminal 1) để giao tiếp với dịch vụ ISDN (Integrate Services Digital Network).
• Server thông tin liên lạc: tập trung xử lý cuộc gọi của người dùng.

Các giao thức ở lớp Liên kết dữ liệu của mạng WAN mô tả về cách thức mà gói dữ liệu được vận chuyển giữa các hệ thống trên một đường truyền dữ liệu. các giao thức này đươc thiết kế cho các dịch vụ chuyển mạch điểm-đến-điểm, đa điểm, đa truy nhập, ví dụ như: FrameRelay.

Các tiêu chuẩn của mạng WAN được định nghĩa và quản lý bởi các tổ chức quốc tế sau:

• Liên hiệp viễn thông quốc tế – lĩnh vực tiêu chuẩn viễn thông – ITUT
  (International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector), trước đây là Uỷ ban cố điện thoại và điện tín quốc tế – CCITT (Consultative Committee for International Telegraph and Telephone).
• Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn – ISO (International Organization for Standardization).
• Tổ chức đặc trách về kỹ thuật Internet – IETF (Internet Engineering Task Force).
• Liên hiệp công nghiệp điện tử – EIA (Eletronic Industries Association).

2. Giới thiệu về router trong mạng WAN

Router là một loại máy tính đặc biệt. Nó cũng có các thành phần cơ bản giống như máy tính: CPU, bộ nhớ, system bus và các cổng giao tiếp. Tuy nhiên router được kết là để thực hiện một số chức năng đặc biệt. Ví dụ: router được thiết kế là để thực hiện một số chức năng đặc biệt. Ví dụ: router kết nối hai hệ thống mạng với nhau và cho phép hai hệ thống này có thể liên lạc với nhau, ngoài ra router còn thực hiện việc chọn lựa đường đi tốt nhất cho dữ liệu.

Cũng giống như máy tính cần phải có hệ điều hành để chạy các trình ứng dụng thì router cũng cần phải có hệ điều hành để chạy các tập tin cấu hình. Tập tin cấu hình chứa các câu lệnh và các thông số để điều khiển luồng dữ liệu ra vào trên router. Đặc biệt là router còn sử dụng giao thức định tuyến để truyền để quyết định chọn đường đi tốt nhất cho các gói dữ liệu. Do đó, tập tin cấu hình cũng chứa các thông tin để cài đặt và chạy các giao thức định tuyến trên router.

Giáo trình này sẽ giải thích rõ cách xây dựng tập tin cấu hình từ các câu lệnh IOS để router có thể thực hiện được các chức năng cơ bản. Lúc ban đầu có thể bạn thấy tập tin cấu hình rất phức tạp nhưng đến cuối giáo trình này bạn sẽ thấy nó dễ hiểu hơn nhiều.

Các thành phần chính bên trong router bao gồm: bộ nhớ RAM, NVRAM, bộ nhớ flash, ROM và các cổng giao tiếp.

RAM, hay còn gọi là RAM động (DRAM- Dynamic RAM) có các đặc điểm và chức năng như sau:

• Lưu bảng định tuyến.
• Lưu bảng ARP.
• Có vùng bộ nhớ chuyển mạch nhanh.
• Cung cấp vùng nhớ đệm cho các gói dữ liệu
• Duy trì hàng đợi cho các gói dữ liệu.
• Cung cấp bộ nhớ tạm thời cho tập tin cấu hình của router khi router đang hoạt động.
• Thông tin trên RAM sẽ bị xoá mất khi router khởi động lại hoặc bị tắt điện.

Đặc điểm và chức năng của NVRAM:

• Lưu giữ tập tin cấu hình khởi động của router.
• Nội dung của NVRAM vẫn được lưu giữ khi router khởi động lại hoặc bị tắt điện.

Đặc điểm và chức năng của bộ nhớ flash:

• Lưu hệ điều hành IOS.
• Có thể cập nhật phần mềm lưu trong Flash mà không cần thay đổi chip trên bộ xử lý.
• Nội dung của Flash vẫn được lưu giữ khi router khởi động lại hoặc bị tắt điện.
• Ta có thể lưu nhiều phiên bản khác nhau của phần mềm IOS trong Flash.
• Flash là loại ROM xoá và lập trình được (EPROM).

Đặc điểm và chức năng của các cổng giao tiếp:

• Kết nối router vào hệ thống mạng để nhận và chuyển gói dữ liệu.
• Các cổng có thể gắn trực tiếp trên mainboard hoặc là dưới dạng card rời.

3. Router LAN và WAN

Phân đoạn mạng LAN với router

Router vừa được sử dụng để phân đoạn mạng LAN vừa là thiết bị chính trong mạng WAN. Do đó, tên router có cả cổng giao tiếp LAN và WAN. Thực chất là các kỹ thuật WAN được sử dụng để kết nối các router, router này giao tiếp với router khác qua đường liên kết WAN. Router là thiết bị xương sống của mạng Intranet lớn và mạng Internet. Router hoạt động ở Lớp 3 và thực hiện chuyển gói dữ liệu dựa trên địa chỉ mạng. Router có hai chức năng chính là: chọn đường đi tốt nhất và chuyển mạch gói dữ liệu. Để thực hiện chức năng này, mỗi router phải xây dựng một bảng định tuyến và thực hiện trao đổi thông tin định tuyến với nhau.

Kết nối router bằng các công nghệ WAN

Người quản trị mạng có thể duy trì bảng định tuyến bằng cách cấu hình định tuyến tĩnh, nhưng thông thường thi bảng định tuyến được lưu giữ động nhờ các giao thức định tuyến thực hiện trao đổi thông tin mạng giữa các router.

Ví dụ: nếu máy tính X muốn thông tin liên lạc với máy tính Y ở một châu lục khác và với máy tính Z ở một vị trí khác nữa trên thế giới, khi đó cần phải có định tuyến để có thể truyền dữ liệu và đồng thời cũng cần phải có các đường dự phòng, thay thế để đảm bảo độ tin cậy. Rất nhiều thiết kế mạng và công nghệ được đưa ra để cho các máy tính như X Y, Z có thể liên lạc với nhau.

Một hệ thống mạng được cấu hình đúng phải có đầy đủ các đặc điểm sau:

• Có hệ thống địa chỉ nhất quán từ đầu cuối đến đầu cuối
• Cấu trúc địa chỉ phải thể hiện được cấu trúc mạng.
• Chọn được đường đi tốt nhất.
• Định tuyến động và tĩnh.
• Thực hiện chuyển mạch.

4. Vai trò của router trong mạng WAN

Mạng WAN hoạt động chủ yếu ở lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu. Điều này không có nghĩa là năm lớp còn lại của mô hình OSI không có trong mạng WAN. Điều này đơn giản có nghĩa là mang WAN chỉ khác với mạng LAN ở lớp Vật lý và lớp Liên kết dữ liệu. Hay nói cách khác là các tiêu chuẩn và giao thức sử dụng trong mạng WAN ở lớp 1 và lớp 2 là khác với mạng LAN.

Lớp Vật lý trong mạng WAN mô tả các giao tiếp thiết bị dữ liệu đầu cuối DTE (Data Terminal Equipment) và thiết bị đầu cuối mạch dữ liệu DCE (Data Circuitterminal Equipment). Thông thường, DCE là thiết bị ở phía nhà cung cấp dịch vụ  và DTE là thiết bị kết nối vào DCE. Theo mô hình này thì DCE có thể là modem hoặc CSU/DSU.

Chức năng chủ yếu của router là định tuyến. Hoạt động định tuyến diễn ra ở lớp 3 – lớp Mạng trong khi WAN hoạt động ở lớp 1 và 2. Vậy router là thiết bị LAN hay WAN? Câu trả lời là cả hai. Router có thể là thiết bị LAN, hoặc WAN, hoặc thiết bị trung gian giữa LAN và WAN hoặc có thể là LAN và WAN cùng một lúc.

Một trong những nhiệm vụ của router trong mạng WAN là định tuyến gói dữ liệu ở lớp 3, đây cúng là nhiệm vụ của router trong mạng LAN. Tuy nhiên, định tuyến không phải là nhiệm vụ chính yếu của router trong mạng WAN.  Khi router sử dụng các chuẩn và giao thức của lớp Vật lý và lớp Liên kết dữ liệu để kết nối các mạng WAN thì lúc này nhiệm vụ chính yêú của router trong mạng WAN không phải là định tuyến nữa mà là cung cấp kết nối giữa các mạng WAN với các chuẩn vật lý và liên kết dữ liệu khác nhau. Ví dụ: một router có thể có một giao tiếp ISDN sử dụng kiểu đóng gói PPP và một giao tiếp nối tiếp T1 sử dụng kiểu đóng gói FrameRelay. Router phải có khả năng chuyển đổi luồng bit từ loại dịch vụ này sang dịch vụ khác. Ví dụ: chuyển đổi từ dịch vụ ISDN sang T1, đồng thời chuyển kiểu đóng gói lớp Liên kết dữ liệu từ PPP sang FrameRelay.

Chi tiết về các giao thức lớp 1 và 2 trong mạng WAN sẽ được đề cập ở tập sau của giáo trình này. Sau đây chỉ liệt kê một số chuẩn và giao thức WAN chủ yếu để các bạn tham khảo:

Các chuẩn WAN ở lớp Vật lý

Các kiểu đóng gói dữ liệu WAN ở Lớp liên kết dữ liệu

Các chuẩn và giao thức WAN lớp vật lý: EIA/TIA-232,449, V24, V35, X21, EIA530, ISDN, T1, T3, E1, E3, Xdsl, sonet (oc-3, oc-12, oc-48, oc-192).

Các chuẩn và giao thức WAN lớp liên kết dữ liệu: HDLC, FrameRelay, PPP, SDLC, SLIP, X25, ATM, LAMB, LAPD, LAPF.