Báo cáo Đề tài - Nghiên cứu kỹ thuật tấn công mạng lan và giải pháp đảm bảo an toàn mạng Lan

.............. i DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. iii DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. v LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vi PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CỤC BỘ .................................................. 3 1.1. Giới thiệu mạng cục bộ .................................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm về mạng cục bộ ........................................................................ 3 1.1.2. Lịch sử phát triển của mạng cục bộ ........................................................... 3 1.1.3. Những thiết bị cấu thành và các mô hình thực thi ..................................... 4 1.2. Công nghệ Ethernet ........................................................................................ 11 1.2.1. Khái niệm công nghệ Ethernet................................................................. 11 1.2.2. Lịch sử phát triển của công nghệ Ethernet .............................................. 12 1.2.3. Các đặc tính chung của Ethernet .............................................................. 12 1.3. Các kỹ thuật chuyển mạch trong mạng LAN ................................................ 15 1.3.1. Khái niệm về chuyển mạch ...................................................................... 15 1.3.2. Lịch sử phát triển của hệ thống chuyển mạch ......................................... 15 1.3.3. Các chế độ chuyển mạch trong LAN ....................................................... 15 CHƯƠNG 2. TẤN CÔNG MẠNG CỤC BỘ VÀ GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG 17 2.1. Tổng quan về an ninh mạng ........................................................................... 17 2.1.1. Khái niệm về an ninh mạng ..................................................................... 17 2.1.2. Hacker và ảnh hưởng của việc hack ........................................................ 17 2.1.3. Các giai đoạn tấn công ............................................................................. 18 2.1.4. Các loại tấn công mạng ............................................................................ 19 i 2.1.5. Các đối tượng có thể bị tấn công trong LAN và các hình thức tấn công phổ biến .............................................................................................................. 20 2.2. Một số kiểu tấn công mạng LAN và cách phòng chống ................................ 21 2.2.1. Kiểu tấn công ARP spoofing ................................................................... 21 2.2.2. Kiểu tấn công DNS spoofing ................................................................... 24 2.2.3. Kiểu tấn công DHCP spoofing ................................................................ 27 2.3. Một số giải pháp đảm bảo an toàn mạng LAN .............................................. 29 2.3.1. Tường lửa (Firewall) ................................................................................ 29 2.3.2. Công nghệ phát hiện và ngăn chặn xâm nhập mạng IDS/IPS ................. 31 2.3.3. Mạng VLAN ảo ....................................................................................... 31 2.3.4. Mạng riêng ảo (VPN)............................................................................... 32 CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM TẤN CÔNG MẠNG CỤC BỘ ............................... 33 3.1. Giới thiệu hệ điều hành Backtrack 5 R3 ........................................................ 33 3.2. Xây dựng mô hình thử nghiệm ...................................................................... 36 3.3. Tiến hành tấn công ......................................................................................... 36 3.3.1. Tấn công AR spoofing ............................................................................. 36 3.3.2. Tấn công DHCP spoofing ........................................................................ 42 3.3.3. Tấn công DNS spoofing .......................................................................... 44 3.4. Đánh giá, kết luận .......................................................................................... 46 3.4.1. Đánh giá ................................................................................................... 46 3.4.2. Kết luận .................................................................................................... 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 48 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Modem và việc kết nối với các thiết bị khác ............................................. 4 Hình 1.2. Dồn kênh và phân tín hiệu ......................................................................... 5 Hình 1.3. Mô hình liên kết mạng sử dụng Repeater .................................................. 5 Hình 1.4. Đầu nối mạng qua Hub .............................................................................. 6 Hình 1.5. Bộ chuyển mạch (Switch) .......................................................................... 6 Hình 1.6. Cầu (Bridge) ............................................................................................... 7 Hình 1.7. Router trong việc kết nối mạng .................................................................. 7 Hình 1.8. Kết nối mạng sử dụng Brouter ................................................................... 8 Hình 1.9. Lay 3 Switch............................................................................................... 8 Hình 1.10. Cấu trúc mạng hình sao ............................................................................ 9 Hình 1.11. Cấu trúc mạng hình tuyến. ..................................................................... 10 Hình 1.12. Cấu trúc mạng dạng vòng. ..................................................................... 11 Hình 1.13. Cấu trúc khung tin Ethernet. .................................................................. 12 Hình 2.1. Các giai đoạn tấn công ............................................................................. 18 Hình 2.2. Vị trí của ARP .......................................................................................... 21 Hình 2.3. Cách thức hoạt động của ARP ................................................................. 22 Hình 2.4. Cách thức tấn công ARP spoofing ........................................................... 23 Hình 2.5. Hoạt động của DNS ................................................................................. 25 Hình 2.6. Tấn công giả mạo DNS bằng phương pháp giả mạo DNS ID ................. 26 Hình 2.7. Hoạt động của DHCP ............................................................................... 28 Hình 2.8. Firewall cứng ............................................................................................ 30 Hình 2.9. Firewall mềm............................................................................................ 30 Hình 3.1. Giao diện chính Backtrack 5 R3 .............................................................. 34 iii Hình 3.2. Các công cụ trong Backtrack 5 R3 ........................................................... 34 Hình 3.3. Mô hình thử nghiệm tấn công phòng thủ ................................................. 36 Hình 3.4. Địa chỉ MAC bên máy nạn nhân .............................................................. 37 Hình 3.5. Địa chỉ MAC bên máy tấn công ............................................................... 37 Hình 3.6. Chọn Network interface ........................................................................... 38 Hình 3.7. Giao diện sau khi chọn cổng interface ..................................................... 38 Hình 3.8. Danh sách các Hosts sau khi quét ............................................................ 39 Hình 3.9. Chọn kiểu tấn công ARP poisoning ......................................................... 39 Hình 3.10. Bắt đầu tấn công ARP poisonning ......................................................... 40 Hình 3.11. Kiểm tra địa chỉ MAC bên máy nạn nhân ............................................. 40 Hình 3.12. Telnet vào Server từ máy nạn nhân ....................................................... 41 Hình 3.13. Thông tin bắt được bên máy tấn công bằng tấn công arp spoofing ....... 41 Hình 3.14. Telnet đến Server bằng máy tấn công .................................................... 42 Hình 3.15. Chọn chức năng tấn công Dhcp spoofing .............................................. 43 Hình 3.16. Điền thông tin Server ............................................................................. 43 Hình 3.17. Thông tin bắt được bên máy tấn công bằng tấn công Dhcp spoofing ... 44 Hình 3.18. Sửa tập tin etter.dns ................................................................................ 45 Hình 3.19. Khởi động dns_spoof ............................................................................. 45 Hình 3.20. Trang web thegioitinhoc.vn đã bị điều hướng ....................................... 46 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các loại mạng Ethernet ............................................................................ 14 Bảng 3.1. Thời gian phát hành các phiên bản Backtrack ......................................... 33 v LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập, nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ quý báu của các thầy giáo, cô giáo, em đã hoàn thành bài báo cáo đề tài kết thúc học phần môn Thực tập chuyên đề. Hoàn thành bài báo cáo này, cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn tới thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Kỹ thuật - Hậu cần CAND đã giúp đỡ em hoàn thiện bài báo cáo. Đồng thời, em gửi lời cảm ơn đặc biệt về sự chỉ dẫn tận tình của thầy Bùi Hồng Đại trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tuy vậy, do thời gian có hạn cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên trong bài báo cáo này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế nhất định. Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức của bản thân. Em xin chân thành cảm ơn! Bắc Ninh, ngày 22 tháng 06 năm 2016 SINH VIÊN THỰC HIỆN Đoàn Minh Toàn vi PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của chuyên đề Công nghệ thông tin ngày càng đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống nói chung và các mặt công tác của lực lượng Công an nói riêng. Với nhu cầu trao đổi thông tin, bắt buộc các cơ quan, tổ chức phải hoà mình vào mạng toàn cầu Internet. An toàn và bảo mật thông tin là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu, khi thực hiện kết nối mạng nội bộ của các cơ quan, doanh nghiệp, tổ chức với Internet. Ngày nay, các biện pháp an toàn thông tin cho máy tính cá nhân cũng như các mạng nội bộ đã được nghiên cứu và triển khai. Tuy nhiên, vẫn thường xuyên có các mạng bị tấn công, có các tổ chức bị đánh cắp thông tin,...gây nên những hậu quả vô cùng nghiêm trọng. Không chỉ các vụ tấn công tăng lên nhanh chóng mà các phương pháp tấn công cũng liên tục được hoàn thiện. Điều đó một phần do các nhân viên quản trịhệ thống ngày càng đề cao cảnh giác. Vì vậy việc kết nối mạng nội bộ của cơ quan tổ chức mình vào mạng Internet mà không có các biện pháp đảm bảo an ninh thì cũng được xem là tự sát. Trong công tác Công an, việc nghiên cứu các kỹ thuật tấn công, phòng thủ, giải pháp đảm bảo an toàn trong mạng nôi bộ có vai trò rất quan trọng. Qua kiểm tra các hệ thống trên mạng máy tính Bộ Công an, bộ phận an toàn thông tin đã phát hiện được nhiều thiết bị kết nối trên mạng có lỗ hổng an ninh cho phép hacker hoặc phần mềm gián điệp xâm nhập được. Sự tồn tại của những lỗ hổng an ninh này có thể gây ra những hậu quả như: làm mất hoặc lộ lọt thông tin, là điểm yếu để hacker hoặc phần mềm gián điệp tấn công các máy tính khác trên mạng.v.v... Ngoài ra, nhiều đơn vị hiện nay đang sử dụng các đường điện thoại để tổ chức kết nối mạng cho các máy tính ở xa, tạo ra những lỗ hổng an ninh lớn trên mạng máy tính Bộ Công an. Xuất phát từ những lý do trên em đã quyết định lựa chọn đi sâu phân tích và nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật tấn công mạng LAN và xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn mạng LAN”. 2. Mục tiêu của chuyên đề - Tìm hiểu tổng quan về mạng LAN - Nghiên cứu một số kỹ thuật tấn công mạng LAN và xây dựng cách phòng chống tấn công. - Đề xuất một số giải pháp đảm bảo an toàn mạng LAN - Xây dựng mô hình thử nghiệm và triển khai một số biện pháp tấn công và phòng chống. 3. Phạm vi nghiên cứu của chuyên đề 1 Tổng quan về mạng LAN, một số kỹ thuật tấn công mạng LAN và cách phòng chống. 4. Đối tượng nghiên cứu Kỹ thuật tấn công mạng LAN, cách phòng chống và giải pháp đảm bảo an toàn. Để có thể phục vụ quá trình nghiên cứu cần áp dụng các phương pháp sau: + Nghiên cứu tài liệu. + Khai thác sử dụng phần mềm máy tính. + Phương pháp thực nghiệm. 5. Nội dung nghiên cứu của chuyên đề gồm - Nghiên cứu tổng quan về mạng LAN - Nghiên cứu một số kỹ thuật tấn công mạng LAN phổ biến. - Nghiên cứu cách phòng chống và xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn mạng LAN. - Xây dựng thử nghiệm một số kỹ thuật tấn công và phòng chống. 6. Cấu trúc báo cáo gồm 3 chương: Chương 1. Tổng quan về mạng cục bộ. Chương 2. Một số kỹ thuật tấn công mạng LAN và cách phòng chống. Chương 3. Thử nghiệm tấn công mạng cục bộ. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CỤC BỘ 1.1. Giới thiệu mạng cục bộ 1.1.1. Khái niệm về mạng cục bộ - Định nghĩa mạng cục bộ: LAN (Local Area Network) hay còn gọi mạng máy tính cục bộ là một hệ thống mạng dùng để kết nối các máy tính trong một phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường học,). Các máy tính trong mạng LAN có thể chia sẻ tài nguyên với nhau, mà điển hình là chia sẻ tập tin, máy in, máy quét và một số thiết bị khác. [1] - Mục đích của mạng cục bộ: + Liên lạc với nhau + Chia sẻ thông tin + Chia sẻ tài nguyên 1.1.2. Lịch sử phát triển của mạng cục bộ Vào những năm 80, cùng với sự xuất hiện của PC, người sử dụng thấy rằng họ có thể thỏa mãn một phần lớn nhu cầu tính toán của họ mà không cần tới máy tính lớn. Việc tính toán và xử lý độc lập ngày càng phát triển và vai trò xử lý tập trung ngày càng giảm dần. Trong vòng 15 năm qua, LAN đã trở thành một công cụ có ý nghĩa chiến lược trong hoạt động của hầu như mọi tổ chức, nhất là các doanh nghiệp. Sau đó, LAN và các tiêu chuẩn cho phép nối các PC khác nhau để cùng hoạt động vì lợi ích chung đã xuất hiện. - LAN thế hệ thứ nhất: LAN thế hệ thứ nhất nối các máy để bàn với nhau để chia sẻ tài nguyên. Tiếp theo đó, các LAN được nối với nhau để tạo thành liên mạng bằng cách sử dụng Hub, Bridge hoặc Router. Mạng doanh nghiệp với các chi nhánh ở xa nhau được hình thành thông qua việc sử dụng Router với các đường xa có tốc độ 64 Kbps, các đường truyền này có thể là Leased Line (đường thuê riêng) hoặc X.25. Các mạng LAN đều là loại sử dụng chung môi trường truyền, có nghĩa là một đường cáp duy nhất được dùng để truyền dữ liệu giữa các máy tính. - LAN thế hệ thứ hai: Thế hệ này được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch và đa dịch vụ (Multimedia) trước đây được hiểu là các phương tiện truyền dẫn khác nhau như cáp đồng xoắn, cáp đồng trục, cáp quang. Gần đây, multimedia mới được hiểu là đa dịch vụ: dữ liệu, thoại và hình ảnh. 3 Vấn đề khó khăn ngày nay là làm cách nào để nâng cấp mạng thế hệ thứ nhất lên mạng thế hệ thứ hai khi mà các ứng dụng mới và sự phát triển của mạng yêu cầu điều đó. 1.1.3. Những thiết bị cấu thành và các mô hình thực thi 1.1.3.1. Những thiết bị cấu thành - Modem (Bộ điều chế và giải điều chế) Modem (Modulation/ Demodulation) là thiết bị có chức năng chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại (Digital Analog) để kết nối các máy tính qua đường điện thoại. Hình 1.1. Modem và việc kết nối với các thiết bị khác - Multiplexor (Bộ phân kênh) Multiplexor là thiết bị có chức năng tổ hợp một tín hiệu để chúng có thể được truyền với nhau và sau đó khi nhận lại được tách ra trở lại các tín hiệu gốc (chức năng phục hồi lại các tín hiệu gốc như thế gọi là phân kênh). 4 Hình 1.2. Dồn kênh và phân tín hiệu - Bộ lặp tín hiệu (Repeater) Repeater là loại thiết bị phần cứng đơn giản nhất trong các thiết bị liên kết mạng, nó được hoạt động trong tầng vật lý của mô hình OSI. Khi Repeater nhận được một tín hiệu từ một phía của mạng thì nó sẽ phát tiếp vào phía kia của mạng. Hình 1.3. Mô hình liên kết mạng sử dụng Repeater 5 - Bộ tập trung (Hub) Hub là bộ chia (hay cũng được gọi là Bộ tập trung – Concentrator) là một trong những yếu tố quan trọng nhất của LAN, đây là điểm kết nối dây trung tâm của mạng, tất cả các trạm trên mạng LAN được kết nối thông qua Hub. Hình 1.4. Đầu nối mạng qua Hub - Bộ chuyển mạch (Switch) Bộ chuyển mạch là sự tiến hoá của cầu (Bridge), nhưng có nhiều cổng và dùng các mạch tích hợp nhanh để giảm độ trễ của việc chuyển khung dữ liệu. Switch giữa bảng địa chỉ MAC của mỗi cổng và thực hiện giao thức Spanning Tree. Switch cũng hoạt động ở tầng Data Link và trong suốt với các giao thức ở tầng trên. Hình 1.5. Bộ chuyển mạch (Switch) - Cầu nối (Bridge) Bridge là một thiết bị có xử lý dùng để nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, nó có thể được dùng với các mạng có các giao thức khác nhau. 6 Hình 1.6. Cầu (Bridge) - Bộ định tuyến (Router). Router là một thiết bị hoạt động trên tầng mạng, nó có thể tìm được đường đi tốt nhất cho các gói tin qua nhiều kết nối để đi từ trạm gửi thuộc mạng đầu đến trạm nhận thuộc mạng cuối. Router có thể được sử dụng trong việc nối nhiều mạng với nhau và cho phép các gói tin có thể đi theo nhiều đường khác nhau để tới đích. Hình 1.7. Router trong việc kết nối mạng - Brouter Brouter là thiết bị có thể đóng vai trò của cả Router lẫn Bridge. Khi nhận các gói tin, Brouter chọn đường cho các gói tin mà nó “hiểu” (giao thức) và bắc cầu cho tất cả các gói tin mà nó không hiểu. 7 Hình 1.8. Kết nối mạng sử dụng Brouter - Bộ chuyển mạch có định tuyến (Layer 3 Switch). Switch L3 có thể chạy giao thức định tuyến ở tầng mạng, tầng 3 của mô hình 7 tầng OSI. Switch L3 có thể có các cổng WAN để nối các LAN ở khoảng cách xa. Thực chất nó được bổ sung thêm tính năng của Router. Hình 1.9. Lay 3 Switch 1.1.3.2. Các mô hình thực thi a. Mạng dạng hình sao (Star Topology) Mạng dạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm và các nút. Các nút này là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng. Bộ kết nối trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng. [1] Mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (Hub) bằng cáp, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với Hub không cần thông qua trục Bus, tránh được các yếu tố gây ngưng trệ mạng. 8 Hình 1.10. Cấu trúc mạng hình sao Mô hình kết nối hình sao ngày nay đã trở nên hết sức phổ biến. Với việc sử dụng các bộ tập trung hoặc chuyển mạch, cấu trúc hình sao có thể được mở rộng bằng cách tổ chức nhiều mức phân cấp, do vậy dễ dàng trong việc quản lý và vận hành. - Các ưu điểm của mạng hình sao: + Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường. + Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định. + Mạng có thể dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp. - Những nhược điểm của mạng dạng hình sao: + Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm. + Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động. + Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm. Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m). b. Mạng hình tuyến (Bus Topology) Thực hiện theo cách bố trí hành lang, các máy tính và các thiết bị khác - các nút, đều được nối về với nhau trên một trục đường dây cáp chính để chuyển tải tín hiệu. Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này. Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi một thiết bị gọi là Terminator. Các tín hiệu và dữ liệu khi truyền đi trên dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơi đến. [1] 9 Hình 1.11. Cấu trúc mạng hình tuyến. - Ưu điểm: Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt, giá thành rẻ. - Nhược điểm: + Sự ùn tắc giao thông khi di chuyển dữ liệu với lưu lượng lớn. + Khi có sự hỏng hóc ở đoạn nào đó thì rất khó phát hiện, một sự ngừng trên đường dây để sửa chữa sẽ ngừng toàn bộ hệ thống. Cấu trúc này ngày nay ít được sử dụng. c. Mạng dạng vòng (Ring Topology). Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được thiết kế làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó. Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗi thời điểm chỉ được một nút mà thôi. Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận. [1] - Ưu điểm: + Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với hai kiểu trên. + Mỗi trạm có thể đạt được tốc độ tối đa khi truy nhập. - Nhược điểm: Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng. 10 Hình 1.12. Cấu trúc mạng dạng vòng. d. Mạng dạng kết hợp. - Kết hợp hình sao và tuyến (Star/Bus Topology): Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu (Spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệ thống dây cáp mạng có thể chọn hoặc Ring Topology hoặc Linear Bus Topology. Lợi điểm của cấu hình này là mạng có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau, ARCNet là mạng dạng kết hợp Star/Bus Topology. Cấu hình dạng này đem lại sự uyển chuyển trong việc bố trí đường dây, tương thích dễ dàng đối với bất cứ toà nhà nào. - Kết hợp hình sao và vòng (Star/Ring Topology): Cấu hình dạng kết hợp Star/Ring Topology, có một "thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một cái Hub trung tâm. Mỗi trạm làm việc (Workstation) được nối với Hub - là cầu nối giữa các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách cần thiết. 1.2. Công nghệ Ethernet 1.2.1. Khái niệm công nghệ Ethernet Ethernet là công nghệ khu vực nội bộ được sử dụng để kết nối các thiết bị ở khoảng cách gần, được vận hành chỉ trong một toà nhà. Ở mức tối đa ,người ta có thể sử dụng hàng trăm mét để kết nối các thiết bị Ethernet. Nhưng để kết nối các thiết bị ở khoảng cách địa lý xa thì không thể. Ngày nay, nhờ những tiến bộ về mặt công nghệ, người ta có thể xem xét lại trở ngại về mặt địa lý này, cho phép mạng lưới Ethernet mở rộng đến hàng chục kilomet. 11 1.2.2. Lịch sử phát triển của công nghệ Ethernet - Năm 1972: + Thí nghiệm về hệ thống đầu tiên được thực hiện tại Xerox PARC ( Palo Alto Research Center ). + Hệ thống mạng truyền 2,94Mbps dựa trên Ethernet. - Năm 1979: Xây dựng chuẩn Ethernet II, tốc độ 10Mbps - Năm1981: + Chuẩn IEEE 802.3 được chính thức được sử dụng + Digital Equipment, Intel, và Xerox cùng phát triển và đưa ra phiên bản Ethernet Version 2.0, Ethernet II => chuẩn quốc tế. - Năm 1995: Được IEEE chuẩn hóa thành Fast Ethernet 1.2.3. Các đặc tính chung của Ethernet 1.2.3.1. Cấu trúc khung tin Ethernet Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI vì thế đơn vị dữ liệu mà các trạm trao đổi với nhau là các khung (Frame). Cấu trúc khung tin Ethernet như sau: Hình 1.13. Cấu trúc khung tin Ethernet. - Các trường quan trọng trong phần mào đầu sẽ được mô tả dưới đây: + Preamble: Trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị 10101010. Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz. + SFD (Start Frame Delimiter): Trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của 1 khung. Nó luôn mang giá trị 10101011. + Các trường Destination và Source: Mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xác định khung được gửi từ đâu và sẽ được gửi tới đâu. + LEN: Giá trị của trường nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo. + FCS mang CRC (Cyclic Redundancy Checksum): Phía gửi sẽ tính toán trường này trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo 12 cách tương tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ. 1.2.3.2. Cấu trúc địa chỉ Ethernet Mỗi giao tiếp mạng Ethernet được định danh duy nhất bởi 48 bit địa chỉ (6 Octet). Đây là địa chỉ được ấn định khi sản xuất thiết bị, gọi là địa chỉ MAC ( Media Access Control Address ). Địa chỉ MAC được biểu diễn bởi các chữ số Hexa ( hệ cơ số 16 ). Ví dụ: 00:60:97:8F:4F:86 hoặc 00-60-97-8F-4F-86. - Khuôn dạng địa chỉ MAC được chia làm 2 phần: + 3 Octet đầu xác định hãng sản xuất, chịu sự quản lý của tổ chức IEEE. + 3 Octet sau do nhà sản xuất ấn định. Kết hợp ta sẽ có một địa chỉ MAC duy nhất cho một giao tiếp mạng Ethernet. Địa chỉ MAC được sử dụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong khung Ethernet. 1.2.3.3. Các loại khung Ethernet - Các khung Unicast Giả sử trạm 1 cần truyền khung tới trạm 2. Khung Ethernet do trạm 1 tạo ra có địa chỉ: MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1, MAC đích : 00-60-08- 93-AB-12. Đây là khung Unicast. Khung này được truyền tới một trạm xác định. Tất cả các trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này, nhưng: + Chỉ có trạm 2 thấy địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nên tiếp tục xử lý các thông tin khác trong khung. + Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không tiếp tục xử lý khung nữa. - Các khung Broadcast Các khung Broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 bit 1). Khi nhận được các khung này, mặc dù không trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nhưng các trạm đều phải nhận khung và tiếp tục xử lý. Giao thức ARP sử dụng các khung Broadcast này để tìm địa chỉ MAC tương ứng với một địa chỉ IP cho trước. Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng các khung Broadcast để các Router trao đổi bảng định tuyến. - Các khung Multicast 13 Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả. Địa chỉ MAC đích của khung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ các trạm trong cùng nhóm mới chấp nhận các khung gửi tới địa chỉ này. 1.2.3.4. Hoạt động của Ethernet - Phương thức điều khiển truy nhập CSMA/CD quy định hoạt động của hệ thống Ethernet. Một số khái niệm cơ bản liên quan đến quá trình truyền khung Ethernet: + Khi tín hiệu đang được truyền trên kênh truyền, kênh truyền lúc này bận và ta gọi trạng thái này là có sóng mang – Carrier. + Khi đường truyền rỗi: không có sóng mang – Absence Carrier. + Nếu hai trạm cùng truyền khung đồng thời thì chúng sẽ phát hiện ra sự xung đột và phải thực hiện lại quá trình truyền khung. + Khoảng thời gian để một giao tiếp mạng khôi phục lại sau mỗi lần nhận khung được gọi là khoảng trống liên khung (InterFrame Gap) – ký hiệu IFG. Giá trị của IFG bằng 96 lần thời gian của một bit. • Ethernet 10Mbps: IFG = 9,6 us • Ethernet 100Mbps: IFG = 960 ns • Ethernet 1000Mbps: IFG = 96 ns 1.2.3.5. Các loại mạng Ethernet Bảng 1.1. Các loại mạng Ethernet 14 1.3. Các kỹ thuật chuyển mạch trong mạng LAN 1.3.1. Khái niệm về chuyển mạch Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin 1.3.2. Lịch sử phát triển của hệ thống chuyển mạch Vào khoảng thập niên 60 của thế kỷ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện tử số là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính. Trong những năm 70 hàng loạt các tổng đài thương mại điện tử số ra đời Khoảng năm 1996 khi mạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới công nghệ thông tin, nó đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu hướng hội tụ các mạng máy tính, truyền thông, điều khiển. Hạ tầng mạng viễn thông đã trở thành tâm điểm quan tâm trong vai trò hạ tầng xã hội. Một mạng có thể truyền băng rộng với các loại hình dịch vụ thoại và phi thoại, tốc độ cao và đảm bảo được chất lượng dịch vụ QoS (Quality Of Service) đã trở thành cấp thiết trên nền tảng của một kỹ thuật mới: Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode). Sự tăng trưởng của các dịch vụ truy nhập đã tạo nên sức ép và đặt ra 3 vấn đề chính đối với hệ thống chuyển mạch băng rộng đa dịch vụ: Truy nhập băng thông rộng, sự thông minh của thiết bị biên và truyền dẫn tốc độ cao tại mạng lõi. Các hệ thống chuyển mạch phải có độ mềm dẻo lớn nhằm tương thích và đáp ứng các yêu cầu tăng trưởng lưu lượng từ phía khách hàng. Vì vậy, cơ chế điều khiển các hệ thống chuyển mạch đã được phát triển theo hướng phân lớp và module hóa nhằm nâng cao hiệu năng chuyển mạch và đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối. 1.3.3. Các chế độ chuyển mạch trong LAN 1.3.3.1. Chuyển mạch lưu và chuyển ( Store and Forward Switching ) Các bộ chuyển mạch lưu và chuyển hoạt động như cầu nối. Trước hết, khi có khung tin gửi tới, bộ chuyển mạch sẽ nhận toàn bộ khung tin, kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu của khung tin, sau đó mới chuyển tiếp khung tin tới cổng cần chuyển. Khung tin trước hết phải được lưu lại để kiểm tra tính toàn vẹn do đó sẽ có một độ trễ nhất định từ khi dữ liệu được nhận tới khi dữ liệu được chuyển đi.