1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 7 1 1 Lịch sử phát triển 7 1 2 Mạng máy tính, mạng Internet 9 1 2 1 Khái niệm mạng máy tính 9 1 2 2 Khái niệm mạng Internet 12 1 2 3 Băng thông, thông lƣợng, tốc độ và độ trễ 13 1 2 4 Các phƣơng pháp truyền thông dữ liệu 19 1 2 5 Các vấn đề xã hội liên quan tới mạng máy tính 19 1 3 Phân loại mạng máy tính 20 1 3 1 Mạng cục bộ LAN 22 1 3 2 Mạng đô thị MAN 23 1 3 3 Mạng diện rộng WAN 24 1 3 4 So sánh mạng LAN và mạng WAN 25 1 4 Topology củ.
TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH
Lịch sử phát triển
Máy tính thập niên 1940 được biết đến như những thiết bị cơ-điện tử cồng kềnh và dễ hỏng Tuy nhiên, sự ra đời của transistor bán dẫn vào năm 1947 đã mở ra cơ hội phát triển máy tính nhỏ gọn và đáng tin cậy hơn.
Vào năm 1950, các máy tính mainframe sử dụng chương trình ghi trên thẻ đục lỗ đã được triển khai tại nhiều học viện lớn Mặc dù việc lập trình trên máy tính mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc phát triển các chương trình dựa trên thẻ đục lỗ gặp không ít khó khăn.
Cuối thập niên 1950, mạch tích hợp (IC) được phát minh, cho phép chứa nhiều transistor trên một mẫu bán dẫn nhỏ, đánh dấu bước tiến lớn trong việc phát triển máy tính mạnh mẽ, nhanh chóng và nhỏ gọn hơn Hiện nay, IC có khả năng chứa hàng triệu transistor trên một mạch.
Vào cuối thập niên 1960, đầu thập niên 1970, các máy tính nhỏ đƣợc gọi là minicomputer bắt đầu xuất hiện
Năm 1977, công ty máy tính Apple Computer giới thiệu máy vi tính cũng đƣợc gọi là máy tính cá nhân (personal computer - PC)
Năm 1981, IBM ra mắt máy tính cá nhân đầu tiên, đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc thu nhỏ công nghệ IC, dẫn đến sự phổ biến của máy tính tại nhà và trong kinh doanh Đến giữa thập niên 1980, người dùng bắt đầu chia sẻ tập tin qua modem kết nối với các máy tính khác, hình thành khái niệm truyền thông điểm nối điểm Khái niệm này được mở rộng với các máy tính hoạt động như trung tâm truyền tin, gọi là sàn thông báo (bulletin board), nơi người dùng có thể gửi, nhận thông điệp và tải lên, tải xuống tập tin Tuy nhiên, hệ thống này gặp hạn chế do số lượng hướng truyền tin ít ỏi và yêu cầu mỗi máy tính tại sàn thông báo phải có một modem cho mỗi kết nối, dẫn đến khó khăn khi số lượng kết nối gia tăng.
Trong các thập niên 1950, 1970, 1980 và 1990, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã phát triển các mạng diện rộng (WAN) đáng tin cậy để phục vụ cho mục đích quân sự và nghiên cứu khoa học Công nghệ này khác biệt so với truyền tin điểm nối điểm, cho phép nhiều máy tính kết nối và tương tác hiệu quả hơn.
Mạng cho phép truyền dữ liệu giữa nhiều máy tính cùng lúc thông qua các đường dẫn khác nhau, thay vì chỉ kết nối một máy tính tại một thời điểm Điều này giúp tối ưu hóa việc chia sẻ thông tin và dẫn đến sự phát triển của mạng WAN của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, về sau trở thành Internet.
Hình 1.1 Một số mốc phát triển của ngành công nghiệp mạng máy tính
Kể từ khi máy tính cá nhân trở nên phổ biến, nhiều công ty đã giới thiệu sản phẩm của họ Sự gia tăng nhanh chóng số lượng máy vi tính trong văn phòng và cơ quan đã làm nổi bật tầm quan trọng của việc kết nối chúng, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng cho người dùng.
Ngày nay, với sự bùng nổ thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng tăng cao Mạng máy tính đã trở nên quen thuộc trong nhiều lĩnh vực như khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ và giáo dục Hiện tại, mạng đã trở thành nhu cầu thiết yếu, mang lại cho chúng ta những khả năng mới mẻ và to lớn khi kết nối các máy tính lại với nhau.
Sử dụng chung tài nguyên mạng cho phép mọi thành viên truy cập vào các thiết bị, chương trình và dữ liệu mà không cần biết vị trí cụ thể của chúng Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ và tối ưu hóa tài nguyên trong mạng.
Tăng cường độ tin cậy của hệ thống thông qua việc bảo trì máy móc dễ dàng và lưu trữ dữ liệu an toàn Khi gặp sự cố, dữ liệu có thể được khôi phục nhanh chóng Nếu một trạm làm việc gặp trục trặc, có thể sử dụng các trạm khác làm thay thế.
Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin là rất quan trọng, vì khi thông tin có thể được sử dụng chung, người dùng sẽ có khả năng tổ chức lại công việc một cách linh hoạt hơn Những thay đổi về chất lượng thông tin sẽ giúp cải thiện quy trình làm việc và tăng cường hiệu suất.
Ðáp ứng những nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại
Cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu
Tăng cường năng lực xử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán
Tăng cường truy nhập tới các dịch vụ mạng khác nhau đang được cung cấp trên thế giới
Với sự gia tăng nhu cầu xã hội, kỹ thuật mạng trở thành mối quan tâm hàng đầu của các chuyên gia công nghệ thông tin Việc truy xuất thông tin nhanh chóng và tối ưu là rất quan trọng, nhưng đôi khi lượng thông tin quá lớn có thể gây tắc nghẽn mạng, dẫn đến mất mát dữ liệu đáng tiếc.
Hiện nay, việc xây dựng một hệ thống mạng hiệu quả, an toàn và kinh tế đang thu hút nhiều sự chú ý Có rất nhiều giải pháp công nghệ với nhiều yếu tố cấu thành, mỗi yếu tố lại có nhiều lựa chọn khác nhau Để phát triển một giải pháp hoàn chỉnh và phù hợp, cần trải qua quá trình chọn lọc dựa trên ưu điểm của từng yếu tố, kể cả những chi tiết nhỏ Việc giải quyết vấn đề cần dựa trên yêu cầu cụ thể và ứng dụng công nghệ thích hợp Tuy nhiên, công nghệ tiên tiến nhất không nhất thiết là công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt nhất là công nghệ phù hợp nhất với nhu cầu thực tế.
Mạng máy tính, mạng Internet
Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, mạng máy tính đã phát triển nhanh chóng và đa dạng về quy mô, hệ điều hành và ứng dụng, dẫn đến việc nghiên cứu chúng trở nên phức tạp hơn Tuy nhiên, các mạng máy tính vẫn có những điểm chung, giúp chúng ta có thể đánh giá và phân loại chúng một cách hiệu quả.
1.2.1 Khái niệm mạng máy tính a Khái niệm
Mạng máy tính là hệ thống gồm nhiều máy tính được kết nối với nhau qua các đường truyền vật lý, cho phép chúng trao đổi thông tin một cách hiệu quả.
Đường truyền là hệ thống thiết bị truyền dẫn, bao gồm cả có dây và không dây, dùng để chuyển tín hiệu điện tử giữa các máy tính Các tín hiệu này được biểu thị dưới dạng xung nhị phân và thuộc dạng sóng điện từ Tùy thuộc vào tần số của sóng điện từ, có thể sử dụng các loại đường truyền vật lý khác nhau như cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện thoại và sóng vô tuyến Những đường truyền dữ liệu này tạo thành cấu trúc mạng, trong đó đường truyền và cấu trúc là hai đặc trưng cơ bản của mạng máy tính.
Hình 1.2 Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng
Mạng máy tính được phân biệt với các hệ thống truyền thông một chiều như truyền hình và phát sóng từ vệ tinh, bởi vì nó cho phép trao đổi thông tin hai chiều giữa các máy tính Trong khi các hệ thống một chiều chỉ truyền tải thông tin từ nguồn đến điểm nhận mà không quan tâm đến số lượng điểm nhận hay chất lượng thu, mạng máy tính tạo điều kiện cho sự tương tác và phản hồi Đặc trưng cơ bản của đường truyền vật lý trong mạng là giải thông, được định nghĩa là phạm vi tần số mà đường truyền có thể hỗ trợ, ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu.
Thông lượng của đường truyền, hay còn gọi là dữ liệu trên đường truyền, được đo bằng số lượng bit truyền đi trong một giây (Bps) và có thể được tính bằng đơn vị Baud, tên của nhà bác học Emile Baudot Baud thể hiện số lượng thay đổi tín hiệu trong một giây, nhưng không phải lúc nào Baud và Bps cũng tương đương Ví dụ, nếu có 8 mức tín hiệu khác nhau, mỗi mức tương ứng với 3 bit, thì 1 Baud sẽ tương ứng với 3 bit Chỉ khi có 2 mức tín hiệu, mỗi mức tương ứng với 1 bit, thì 1 Baud mới tương đương với 1 bit.
Trước khi có mạng máy tính, các tổ chức và doanh nghiệp phải sử dụng một lượng lớn nhân lực để xử lý công việc, dẫn đến sự phức tạp và khó khăn, tốn kém nhiều công sức và chi phí Tuy nhiên, việc áp dụng hệ thống mạng đã giúp đơn giản hóa quy trình làm việc, giảm thiểu sự phức tạp và tiết kiệm chi phí thuê nhân lực.
Nhiều người có thể dùng chung một phần mềm tiện ích
Một nhóm người làm việc chung trên một đề án có thể kết nối mạng để chia sẻ dữ liệu và tài liệu chính (master file) của dự án Việc này giúp họ dễ dàng trao đổi thông tin và hợp tác hiệu quả hơn.
Dữ liệu đƣợc quản lý tập trung nên bảo mật an toàn, trao đổi giữa những người sử dụng thuận lợi, nhanh chóng, backup dữ liệu tốt hơn
Sử dụng chung các thiết bị máy in, máy scaner, đĩa cứng và các thiết bị khác
Người dùng có thể dễ dàng giao tiếp và chia sẻ thông tin thông qua nhiều dịch vụ trực tuyến như thư điện tử (Email), dịch vụ trò chuyện (Chat), truyền tệp (FTP) và các dịch vụ web khác.
Xóa bỏ rào cản về khoảng cách địa lý giữa các máy tính trong hệ thống mạng muốn chia sẻ và trao đổi dữ liệu với nhau
Một số người sử dụng không cần phải trang bị máy tính đắt tiền (chi phí thấp mà chức năng lại mạnh)
Người lập trình tại một trung tâm máy tính có khả năng tận dụng các chương trình tiện ích và vùng nhớ từ một trung tâm máy tính khác đang không sử dụng, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho toàn bộ hệ thống.
Quản lý quyền truy cập của các tài khoản người dùng giúp bảo đảm an toàn cho dữ liệu và phần mềm, nhờ vào sự giám sát của các chuyên gia quản trị mạng.
Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu, cho phép truy cập công cộng, bao gồm các mạng máy tính liên kết với nhau Hệ thống này sử dụng phương thức truyền thông tin bằng cách chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên giao thức IP đã được chuẩn hóa Internet kết nối hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn từ doanh nghiệp, viện nghiên cứu, trường đại học, người dùng cá nhân và chính phủ trên toàn thế giới.
Internet là một mạng lưới toàn cầu kết nối hàng triệu máy tính thông qua hệ thống viễn thông, cho phép người dùng truy cập vào kho tàng dữ liệu và thông tin từ khắp nơi trên thế giới Các máy tính kết nối với nhau bằng phương thức truyền dữ liệu (packet switching) dựa trên giao thức IP chuẩn hóa Hệ thống này bao gồm nhiều mạng nhỏ hơn từ doanh nghiệp, viện nghiên cứu, trường đại học, cá nhân và chính phủ, cung cấp một lượng thông tin và dịch vụ khổng lồ trên Internet.
Hình 1.3 Mạng Internet kết nối các quốc gia trên toàn cầu lại với nhau
Internet là một mạng lưới toàn cầu kết nối hàng triệu máy tính thông qua cáp mạng và đường điện thoại, cho phép người dùng trao đổi và chia sẻ dữ liệu Trước đây, Internet chủ yếu phục vụ cho các tổ chức chính phủ và trường học, nhưng hiện nay đã trở thành công cụ thiết yếu cho hàng tỷ người, bao gồm cá nhân, doanh nghiệp lớn nhỏ, và các cơ quan nhà nước Phần quan trọng nhất của Internet chính là World Wide Web.
Mạng Internet là tài sản chung, không thuộc sở hữu cá nhân của bất kỳ ai Các phần khác nhau của mạng được quản lý bởi nhiều tổ chức khác nhau, nhưng không có một thực thể hay trung tâm máy tính nào kiểm soát toàn bộ mạng Mỗi phần của mạng được kết nối với nhau, tạo thành một mạng lưới toàn cầu.
The Internet is a global network that connects various types of local, metropolitan, and wide area networks (LAN, MAN, and WAN) across the world Each of these member networks connects to the Internet through a router.
Hình 1.4 Mô hình kết nối mạng Internet sử dụng Router
1.2.3 Băng thông, thông lƣợng, tốc độ và độ trễ a Băng thông (Bandwidth)
Phân loại mạng máy tính
Mạng máy tính có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào tiêu chí phân loại được chọn, chẳng hạn như kỹ thuật chuyển mạch hoặc quy mô và khoảng cách địa lý.
Với kiểu phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch, người ta phân loại thành:
Khi có hai trạm cần trao đổi thông tin với nhau thì giữa chúng sẽ đƣợc thiết lập một
Chuyển mạch kênh là một kỹ thuật cho phép thiết lập một kênh cố định giữa hai bên, duy trì kết nối cho đến khi một trong hai bên ngắt kết nối Dữ liệu được truyền qua con đường này, như trong các kết nối ATM và Dial-up ISDN Mạng điện thoại là một ví dụ tiêu biểu của mạng chuyển mạch kênh Ƣu điểm nổi bật của phương pháp này là kênh truyền được dành riêng trong suốt quá trình giao tiếp, đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu ổn định, điều này rất quan trọng cho các ứng dụng thời gian thực như âm thanh và video.
Một nhược điểm của việc thiết lập đường truyền cố định giữa hai trạm là tốn thời gian, đồng thời hiệu suất sử dụng đường truyền không cao Điều này xảy ra khi có những lúc kênh truyền không có dữ liệu từ hai trạm kết nối, trong khi các trạm khác lại không thể sử dụng kênh này.
Kỹ thuật chuyển mạch gói được phát triển nhằm khai thác ưu điểm và khắc phục nhược điểm của các phương pháp trước đó Trong kỹ thuật này, thông báo được chia thành các gói tin có kích thước thay đổi, mỗi gói chứa dữ liệu, địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và thông tin về các trạm trung gian Các gói tin không nhất thiết phải đi theo cùng một con đường, điều này được gọi là chọn đường độc lập, cho phép quản lý băng thông hiệu quả hơn Nếu một liên kết gặp sự cố, các gói tin còn lại có thể được chuyển qua các đường khác Sự khác biệt chính giữa chuyển mạch thông báo và chuyển mạch gói là trong kỹ thuật chuyển mạch gói, các gói tin có độ dài tối đa, giúp trạm chuyển mạch lưu giữ chúng trong bộ nhớ trong, giảm thời gian truy cập và tăng hiệu quả truyền tin Tuy nhiên, thách thức lớn nhất là tập hợp các gói tin tại nơi nhận để tái tạo thông báo ban đầu và xử lý việc mất gói tin.
Chuyển mạch thông báo khác với chuyển mạch kênh ở chỗ không thiết lập liên kết riêng giữa hai trạm giao tiếp, mà mỗi thông báo được coi là một khối độc lập với địa chỉ nguồn và đích Thông báo được truyền qua các trạm trong mạng cho đến khi đến đích, mỗi trạm trung gian sẽ nhận và lưu trữ thông báo cho đến khi sẵn sàng chuyển tiếp Do đó, mạng chuyển mạch thông báo còn được gọi là mạng lưu và chuyển tiếp Một ví dụ điển hình là dịch vụ thư điện tử (e-mail), nơi thông báo được chuyển tiếp qua các trạm cho đến khi tới đích Ưu điểm của phương pháp này là cung cấp quản lý hiệu quả hơn cho lưu thông mạng, bằng cách gán thứ tự ưu tiên cho các thông báo.
Việc lưu chuyển 22 tiên cao hơn sẽ giúp giảm tình trạng trễ do quá trình lưu thông trên mạng, từ đó giảm tắc nghẽn Các trạm trung gian có khả năng lưu giữ thông báo cho đến khi kênh truyền rảnh rỗi để gửi đi, tăng cường hiệu quả sử dụng kênh truyền Kỹ thuật này cho phép các trạm chia sẻ kênh truyền một cách hiệu quả hơn.
Một nhược điểm lớn của hệ thống là độ trễ trong việc lưu trữ và chuyển tiếp thông báo, điều này không phù hợp cho các ứng dụng thời gian thực Để đảm bảo việc chuyển tiếp hiệu quả, các trạm trung gian cần có dung lượng bộ nhớ rất lớn nhằm lưu giữ các thông báo trước khi chuyển đến trạm trung gian khác, trong khi kích thước của các thông báo lại không bị giới hạn.
Hoặc có thể phân loại theo kiểu công nghệ kết nối, người ta phân thành mạng có dây và mạng không dây (wireless network)
Tuy nhiên, trên thực tế người ta thường phân loại mạng theo quy mô của mạng và khoảng cách địa lý thành một số loại mạng chính nhƣ sau:
Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) là một hệ thống mạng cá nhân, thường được sử dụng trong các tòa nhà, trường học hoặc cơ quan, với phạm vi hoạt động từ vài mét đến vài km LAN kết nối các máy chủ và máy trạm trong văn phòng và nhà máy, cho phép chia sẻ tài nguyên và trao đổi thông tin hiệu quả Tốc độ truyền dữ liệu của mạng LAN thường dao động từ 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, đến 100 Gbps trong những năm gần đây.
Hình 1.14 Ví dụ về mạng LAN
Ba kiến trúc mạng LAN thông dụng bao gồm:
Mạng hình bus, hay còn gọi là mạng tuyến tính, là loại mạng mà các máy tính được kết nối liên tục theo một hàng từ máy này sang máy kia Một ví dụ tiêu biểu cho mạng hình bus là Ethernet, tuân theo chuẩn IEEE 802.3.
Mạng hình vòng là một cấu trúc mạng trong đó các máy tính được kết nối với nhau theo dạng vòng, với máy cuối nối ngược trở lại máy đầu tiên, tạo thành một vòng kín Ví dụ điển hình của mạng hình vòng là mạng thẻ bài IBM (IBM token ring).
Mạng đô thị (MAN - Metropolitan Area Network) là một loại mạng lớn hơn mạng cục bộ (LAN), với phạm vi hoạt động lên đến vài km Mạng này có thể kết nối các văn phòng gần nhau trong một thành phố và có thể thuộc sở hữu công cộng hoặc tư nhân.
Chỉ có tối đa hai dây cáp nối
Không dùng các kỹ thuật nối chuyển
Cáp quang (fiber optical) hiện nay được sử dụng để hỗ trợ vận chuyển dữ liệu, đàm thoại và truyền hình Công nghệ này cho phép truyền tín hiệu với tốc độ lên tới 10 Gbps.
Ví dụ của kỹ thuật này là mạng DQDB (Distributed Queue Dual Bus) hay còn gọi là bus kép theo hàng phân phối (tiêu chuẩn IEEE 802.6)
Mạng diện rộng (WAN) là một loại mạng được sử dụng trong các khu vực địa lý lớn, từ cấp quốc gia đến cả lục địa, với phạm vi hoạt động từ vài trăm đến vài ngàn km WAN bao gồm các máy chủ (host) hoặc máy đầu cuối (end system) kết nối với nhau để chạy các chương trình phục vụ người dùng Những máy này được liên kết thông qua các mạng truyền thông con (communication subnet), có nhiệm vụ chuyển tải thông điệp từ máy chủ này sang máy chủ khác.
Hình 1.15 Ví dụ về mạng WAN
Mạng con thường có hai thành phần chính:
Các đường dây vận chuyển còn gọi là mạch (circuit), kênh (channel), hay đường trung chuyển (trunk)
Các thiết bị nối chuyển là máy tính chuyên biệt dùng để kết nối hai hoặc nhiều đường trung chuyển, giúp di chuyển dữ liệu giữa các máy Khi dữ liệu đến các đường vào, thiết bị này sẽ chọn một đường dây ra để gửi dữ liệu đi, dựa trên thuật toán đã định.
Packet switching nodes, also known as intermediate systems, are essential components in data transmission The computers used for routing this data are referred to as routers.
Topology của mạng
Topology mạng là cấu trúc hình học không gian thể hiện cách bố trí và kết nối các thiết bị trong mạng Ví dụ, router thường được đặt trên rack, switch layer 2 được bố trí tại các phòng ban trung tâm, và thiết bị phát sóng không dây được lắp đặt trong các phòng người dùng.
-Topology vật lý của một mạng mô tả con đường các cáp mạng được định tuyến
Bài viết này nói về việc không xác định kiểu thiết bị, phương pháp kết nối hay địa chỉ mạng trong thiết kế mạng Nó đơn giản hóa việc sắp đặt thiết bị mạng và cách kết nối dây cáp, có thể đi trên tường, dưới đất hoặc trên mái nhà Tất cả sự sắp xếp này được thể hiện qua bản vẽ chi tiết trong thiết kế mạng, ví dụ như khoảng cách từ các máy trạm đến router và vị trí cụ thể trong các phòng.
Topology luận lý của một mạng định nghĩa cách thức truyền thông tin giữa các thiết bị trong mạng Nó mô tả cách dữ liệu được truyền dựa trên mô hình vật lý, chỉ tập trung vào các thiết bị sẽ được sử dụng trong thiết kế mạng mà không cần đề cập đến các yếu tố khác như độ cao của tòa nhà hay cách đi dây.
Thông thường mạng có 3 dạng cấu trúc là: Mạng dạng hình sao (Star Topology), mạng dạng vòng (Ring Topology) và mạng dạng tuyến (Linear Bus Topology) Ngoài 3
28 dạng cấu hình kể trên còn có một số dạng khác biến tướng từ 3 dạng này như mạng dạng cây, mạng dạng hình sao - vòng, mạng hỗn hợp, v.v
1.4.1 Mạng hình sao (Star Network)
Tất cả các trạm trong mạng được kết nối với một thiết bị trung tâm, có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích Thiết bị trung tâm có thể là hub, switch, router hoặc máy chủ trung tâm, tùy thuộc vào yêu cầu truyền thông Vai trò chính của thiết bị này là thiết lập các liên kết Point-to-Point để đảm bảo việc truyền tải dữ liệu hiệu quả.
Mạng đơn giản với cấu hình linh hoạt cho phép dễ dàng thêm hoặc bớt các trạm, đồng thời giúp người dùng dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố Hệ thống này tận dụng tối đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý, mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý mạng.
- Khuyết điểm là độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (bán kính khoảng 100m với công nghệ hiện nay)
Hình 1.16 Ví dụ về mạng có kết nối dạng hình sao
1.4.2 Mạng tuyến tính (Bus Network)
Mạng Bus bao gồm nhiều trạm phân chia được kết nối trên một đường truyền chung, với hai đầu được giới hạn bởi các đầu nối đặc biệt gọi là terminator Mỗi trạm kết nối với trục chính thông qua đầu nối chữ T (T-connector) hoặc thiết bị thu phát (transceiver) Mô hình này hoạt động theo cơ chế Point-to-Multipoint hay Broadcast, cho phép truyền tải dữ liệu hiệu quả giữa các trạm.
- Ƣu điểm: Dễ thiết kế và chi phí thấp
- Khuyết điểm: Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động
Hình 1.17 Ví dụ về mạng có kết nối dạng hình Bus
1.4.3 Mạng hình vòng (Ring Network)
Tín hiệu trong mạng được truyền theo một chiều duy nhất, với mỗi trạm được kết nối thông qua bộ chuyển tiếp (repeater) Bộ chuyển tiếp nhận tín hiệu và chuyển tiếp đến trạm tiếp theo, tạo thành một chuỗi liên kết Point-to-Point giữa các repeater.
- Ưu điểm: Mạng hình vòng có ưu điểm tương tự như mạng hình sao
- Nhƣợc điểm: Một trạm hoặc cáp hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động, thêm hoặc bớt một trạm khó hơn, giao thức truy nhập mạng phức tạp
Hình 1.18 Ví dụ về mạng có kết nối dạng Ring Network
Mạng kết hợp hình sao và tuyến tính (Star Bus Network) sử dụng bộ phận tách tín hiệu (splitter) làm thiết bị trung tâm, kết hợp giữa Star Topology và Linear Bus Topology Lợi ích của cấu hình này là cho phép nhiều nhóm làm việc ở khoảng cách xa nhau, như trong mạng ARCNET Cấu hình này mang lại sự linh hoạt trong việc bố trí đường dây, dễ dàng thích ứng với bất kỳ tòa nhà nào.
Mạng lưới hình sao và vòng (Star Ring Network) là cấu hình kết hợp, trong đó một "thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển quanh một HUB trung tâm Mỗi trạm làm việc được kết nối với HUB, đóng vai trò là cầu nối giữa các trạm và giúp tăng khoảng cách cần thiết trong hệ thống.
Hình 1.19 Tổng hợp các loại topo mạng máy tính
Mô hình ứng dụng mạng
1.5.1 Mô hình mạng ngang hàng (Peer–to–Peer Network)
Mạng peer-to-peer là một dạng mạng LAN đơn giản, cho phép mỗi nút mạng vừa là client yêu cầu dịch vụ, vừa là server cung cấp dịch vụ Trong mô hình này, người dùng trên từng máy tính chịu trách nhiệm quản lý và chia sẻ tài nguyên của mình Mô hình này phù hợp với các tổ chức nhỏ, không quá chú trọng đến vấn đề bảo mật Phần mềm mạng peer-to-peer được thiết kế để các thực thể ngang hàng thực hiện các chức năng tương tự nhau.
Hình 1.20 Mô hình mạng ngang hàng
Mạng peer-to-peer, còn gọi là mạng workgroup, thường được sử dụng cho các nhóm làm việc với tối đa 10 người dùng Đặc điểm nổi bật của mạng này là không cần người quản trị mạng, mỗi người dùng tự quản lý trạm làm việc của mình Họ có quyền lựa chọn tài nguyên và dữ liệu nào sẽ được chia sẻ, cũng như quyết định ai có thể truy cập vào những tài nguyên và dữ liệu đó.
− Ưu điểm là đơn giản cho việc cài đặt và chi phí tương đối rẻ
Một nhược điểm đáng chú ý là việc không quản trị tập trung, đặc biệt khi một người dùng có nhiều tài khoản truy cập vào các trạm làm việc khác nhau Điều này có thể dẫn đến vi phạm bảo mật mạng, nhất là khi nhiều người dùng chia sẻ cùng tên đăng nhập và mật khẩu để truy cập vào các tài nguyên giống nhau Hơn nữa, việc sao chép dữ liệu dự phòng không thể thực hiện một cách tập trung, vì dữ liệu được lưu trữ phân tán trên từng trạm làm việc.
1.5.2 Mô hình mạng khách chủ (Client – Server Network/Server Based Network)
Mạng khách chủ xác định vai trò của các thực thể truyền thông trong hệ thống, xác định rõ thực thể nào có khả năng tạo ra yêu cầu dịch vụ và thực thể nào có thể đáp ứng những yêu cầu đó.
Hình 1.21 Mô hình mạng khách/chủ
Các máy tính được tổ chức thành các miền (domain), trong đó an ninh được quản lý bởi các máy chủ đặc biệt gọi là domain controller Mỗi miền có một Primary Domain Controller (PDC) làm chủ và một Backup Domain Controller (BDC) để đảm bảo tính dự phòng khi PDC gặp sự cố.
Hệ điều hành mạng
Hệ điều hành là phần mềm quan trọng giúp người dùng quản lý hệ thống và chạy các ứng dụng khác Nó không chỉ bao gồm phần lõi tương tác trực tiếp với phần cứng mà còn chứa các thư viện cần thiết để điều hành và quản lý hệ thống hiệu quả.
Các máy tính đầu tiên không sử dụng hệ điều hành, mà người điều hành phải tải và chạy chương trình một cách thủ công Khi các chương trình được phát triển để tự động tải và chạy các chương trình khác, chúng đã thay thế nhiều công việc của con người.
Cấp thấp nhất của hệ điều hành là phần lõi, hay còn gọi là nhân, là lớp phần mềm đầu tiên được khởi động khi hệ thống khởi động Các phần mềm khác được tải vào sau đó phụ thuộc vào phần lõi này.
Dịch vụ cốt lõi của hệ thống 34 bao gồm truy xuất ổ đĩa, quản lý bộ nhớ và truy xuất tới thiết bị phần cứng, mang lại hiệu suất và tính ổn định cho người dùng.
1.6.1 Khái niệm hệ điều hành
Hệ điều hành là phần mềm thiết yếu trên máy tính, có nhiệm vụ điều hành và quản lý các thiết bị phần cứng cũng như tài nguyên phần mềm.
Hệ điều hành là cầu nối giữa người dùng và phần cứng máy tính, tạo ra một môi trường thuận lợi cho việc phát triển và thực hiện các ứng dụng một cách dễ dàng.
1.6.2 Khái niệm hệ điều hành máy chủ
Để quản lý hiệu quả các máy tính trong mạng, cần có một hệ thống phần mềm chuyên dụng để quản lý tài nguyên, tính toán và xử lý truy cập một cách đồng bộ Từng tài nguyên mạng như tập tin, đĩa và thiết bị ngoại vi đều được quản lý bởi một tiến trình cụ thể, trong khi hệ điều hành máy chủ điều phối sự tương tác giữa các tiến trình và quyền truy cập vào chúng.
Dựa vào cách truy cập tài nguyên trên mạng, các thực thể được phân chia thành hai loại: máy chủ (Server) và máy khách (Client) Máy khách có khả năng truy cập tài nguyên mạng nhưng không nhất thiết phải chia sẻ tài nguyên của mình, trong khi máy chủ là máy tính kết nối với mạng và chia sẻ tài nguyên cho người dùng khác.
Hiện nay, hệ điều hành máy chủ được phân loại thành hai loại chính: hệ điều hành mạng ngang hàng (Peer-to-peer) và hệ điều hành mạng phân biệt (client/server).
Hệ điều hành mạng ngang hàng cho phép mỗi máy tính trên mạng đảm nhận vai trò vừa là chủ vừa là khách, nghĩa là chúng có khả năng sử dụng và chia sẻ tài nguyên của mạng một cách linh hoạt.
Trong hệ điều hành mạng, máy tính được phân chia thành hai loại: máy chủ (server) và máy khách (client) Máy chủ đóng vai trò quản lý và cung cấp tài nguyên, trong khi máy khách gửi yêu cầu truy cập tài nguyên đến máy chủ Khi người dùng cần truy cập, các trạm máy khách sẽ tạo và gửi yêu cầu tới máy chủ, sau đó máy chủ sẽ thực hiện yêu cầu và gửi phản hồi lại cho máy khách.
1.6.3 Chức năng chính của hệ điều hành
Theo nguyên tắc, hệ điều hành cần thỏa mãn hai chức năng chính yếu sau:
Quản lý chia sẻ tài nguyên
Giả lập một máy tính mở rộng
Ngoài ra có thể chia chức năng của hệ điều hành theo bốn chức năng sau:
Quản lý quá trình (process management)
Quản lý bộ nhớ (memory management)
Quản lý hệ thống lưu trữ
Giao tiếp với người dùng (user interaction)
1.6.4 Nhiệm vụ của hệ điều hành Điều khiển và quản lý trực tiếp các phần cứng nhƣ bo mạch chủ, bo mạch đồ họa và bo mạch âm thanh,…
Thực hiện các thao tác cơ bản trên máy tính bao gồm đọc và viết tập tin, quản lý hệ thống tập tin và các kho dữ liệu.
Cung cấp một hệ thống giao diện cơ bản cho các ứng dụng thường được thực hiện thông qua một thư viện các hàm chuẩn, cho phép điều khiển phần cứng mà từ đó các ứng dụng có thể truy cập và sử dụng.
Cung ứng một hệ thống lệnh cơ bản để điều hành máy Các lệnh này gọi là lệnh hệ thống (system command)
Hệ điều hành không chỉ quản lý phần cứng mà còn cung cấp các dịch vụ cơ bản cho các phần mềm ứng dụng thông thường như trình duyệt web và chương trình soạn thảo văn bản.
1.6.5 Các thành phần của hệ điều hành
Quản lý tiến trình (Process Management )
Các chương trình thực hiện theo các tiến trình để hoàn thành công việc đồng thời chịu trách nhiệm đối với việc quản lý tiến trình nhƣ:
Tạo và xoá process của người sử dụng và của hệ thống
Tạm ngừng và tiếp tục lại process
Cung cấp cơ chế cho sự đồng bộ hoá process và sự giao tiếp process
Quản lý và phân phối tài nguyên
Quản lý bộ nhớ chính là quá trình điều phối và kiểm soát việc sử dụng bộ nhớ tạm thời, nơi lưu trữ dữ liệu trong khi hệ thống hoạt động Bộ nhớ chính sẽ mất toàn bộ nội dung khi hệ thống ngừng hoạt động, do đó việc quản lý hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của hệ thống.
Phần mềm mạng máy tính
Phần mềm mạng là yếu tố thiết yếu giúp mạng máy tính hoạt động hiệu quả, vượt xa vai trò của phần cứng Nó được phát triển dựa trên ba khái niệm chính: giao thức (protocol), dịch vụ (service) và giao diện (interface).
- Giao thức (Protocol): Mô tả cách thức hai thành phần giao tiếp trao đổi thông tin với nhau
- Dịch vụ (Services): Mô tả những gì mà một mạng máy tính cung cấp cho các thành phần muốn giao tiếp với nó
Giao diện là yếu tố quan trọng giúp khách hàng truy cập và sử dụng các dịch vụ mạng một cách hiệu quả Nó mô tả cách thức mà người dùng có thể tương tác với dịch vụ, đảm bảo rằng việc tiếp cận và sử dụng các tính năng trở nên dễ dàng và thuận tiện.
Thuật ngữ mạng máy tính
Nút là thiết bị được kết nối trong một mạng lưới truyền thông, mỗi nút cần có địa chỉ MAC hoặc địa chỉ khống chế liên kết dữ liệu nếu đạt tiêu chuẩn mô hình OSI tầng 2 Các nút có thể bao gồm máy tính, thiết bị kỹ thuật số cá nhân, điện thoại di động và các thiết bị mạng như bộ định tuyến.
Các thiết bị chuyển mạch (switches) và máy chủ truy cập (hubs) đóng vai trò quan trọng trong việc định tuyến và truyền tải dữ liệu cho các thiết bị mạng khác Những nút này, được gọi là siêu nút (supernodes), không chỉ chịu trách nhiệm cho việc truyền dữ liệu mà còn phục vụ cho chính bản thân chúng.
Máy chủ, hay còn gọi là hệ thống cuối, là một máy tính được kết nối mạng với IP tĩnh và khả năng xử lý mạnh mẽ Trên máy chủ, người ta cài đặt các phần mềm nhằm cung cấp dịch vụ và tài nguyên cho các máy tính khác, được gọi là máy trạm, khi chúng gửi yêu cầu truy cập.
Máy chủ thường là những thiết bị chuyên dụng chỉ thực hiện các nhiệm vụ dịch vụ của mình Tuy nhiên, trên các hệ điều hành đa xử lý, một máy tính có khả năng chạy nhiều chương trình cùng lúc Trong trường hợp này, máy chủ có thể yêu cầu các chương trình quản lý tài nguyên thay vì cần một hệ thống máy tính hoàn chỉnh.
Máy khách (Client) và mô hình Khách/Chủ:
Client là một chương trình hoặc máy tính yêu cầu thông tin từ máy khác trong mạng lưới, ví dụ như khi trình duyệt web Internet Explorer yêu cầu một trang web từ máy chủ, trình duyệt đó đóng vai trò là client Mô hình client-server, một trong những mô hình phổ biến trong mạng máy tính, được áp dụng rộng rãi cho mọi trang web hiện có Trong mô hình này, máy khách gửi yêu cầu đến máy chủ, và máy chủ sẽ xử lý yêu cầu đó và trả kết quả về cho máy khách.
Mô hình master-slaver là một cấu trúc trong đó máy chủ (master) gửi dữ liệu đến máy con (slaver) mà không cần quan tâm đến nhu cầu của máy con.
Trong lĩnh vực khoa học máy tính, virus máy tính, thường được gọi tắt là virus, là các chương trình hoặc đoạn mã được lập trình nhằm tự nhân bản và lây lan sang các đối tượng khác như tệp tin, ổ đĩa và máy tính.
Trước đây, virus máy tính thường được tạo ra bởi những lập trình viên có kỹ năng, nhằm thể hiện khả năng của họ Những virus này thường thực hiện các hành động như làm hỏng dữ liệu hoặc gây rối hệ thống, thể hiện sự sáng tạo và kỹ thuật của người viết.
39 trình không hoạt động đúng, xóa dữ liệu, làm hỏng ổ cứng, hoặc gây ra những trò đùa khó chịu
Các virus mới hiện nay không chỉ đơn thuần gây rối hay phá hoại máy tính mà chủ yếu tập trung vào việc đánh cắp thông tin cá nhân nhạy cảm, như mã số thẻ tín dụng Chúng tạo ra lỗ hổng bảo mật để tin tặc có thể chiếm quyền điều khiển hệ thống hoặc thực hiện các hành động có lợi cho người phát tán virus.
Nhận diện DTE và DCE:
DTE, viết tắt của Data Terminal Equipment (Thiết bị cuối xử lý số liệu), là thiết bị dùng để chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu truyền thông và ngược lại DTE tương tác với thiết bị kết cuối kênh số liệu, được gọi là DCE (Data Circuit-terminating Equipment), để đảm bảo việc truyền tải thông tin hiệu quả.
Hacker là những cá nhân có khả năng viết và chỉnh sửa phần mềm, phần cứng máy tính, bao gồm lập trình, quản trị và bảo mật Họ hiểu rõ cách thức hoạt động của hệ thống và mạng máy tính, sử dụng kiến thức của mình để thực hiện những thay đổi với nhiều mục đích khác nhau, cả tích cực lẫn tiêu cực.
Hacking, trong tiếng Anh, đề cập đến hành động xâm nhập vào hệ thống máy tính, phần mềm hoặc mạng để điều chỉnh chúng theo ý muốn của hacker.
Bài tập, thảo luận chương 1
- Bài tập về phần mềm bắt gói tin Wireshark
- Tìm hiểu, thực hành một số phần mềm mô phỏng mạng nhƣ: Packet Tracer, GNS3, Visio, Dynamic,…
- Thảo luận về các mặt tiêu cực có liên quan tới mạng máy tính (nghiện game, nghiện mạng xã hội,…) và đề xuất hướng giải quyết
KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ CÁC MÔ HÌNH CHUẨN HÓA
Giới thiệu kiến trúc phân tầng
Để đơn giản hóa quá trình thiết kế và cài đặt mạng, các máy tính thường được phân tích theo mô hình phân tầng Mỗi hệ thống mạng được cấu trúc thành nhiều tầng, trong đó mỗi tầng được xây dựng dựa trên tầng trước đó.
Số lượng và chức năng của các tầng trong mạng được xác định bởi nhà thiết kế, với mỗi tầng cung cấp dịch vụ cụ thể cho tầng cao hơn Điều này cho phép các tầng hoạt động độc lập mà không cần người dùng phải quan tâm đến các thao tác chi tiết của dịch vụ.
Hình 2.1 Kiến trúc phân tầng tổng quát
2.1.1 Nguyên tắc của kiến trúc mạng phân tầng
Mỗi hệ thống trong một mạng đều có cấu trúc tầng nhƣ nhau (số lƣợng tầng, chức năng của mỗi tầng)
Dữ liệu không được truyền trực tiếp giữa các tầng cùng cấp của hệ thống, ngoại trừ tầng thấp nhất Thay vào đó, bên gửi dữ liệu sẽ chuyển thông tin cùng với các thông tin điều khiển xuống từng tầng một cho đến khi đến tầng thấp nhất.
Đường truyền vật lý là yếu tố quan trọng trong việc truyền tin, nơi mà thông tin được chuyển giao một cách thực sự Đối với bên nhận, các thông tin sẽ được truyền từ các tầng dưới lên tầng i của hệ thống nhận.
Giữa hai hệ thống kết nối chỉ ở tầng thấp nhất mới có liên kết vật lý còn ở tầng cao hơn chỉ là liên kết logic hay liên kết ảo
2.1.2 Các vấn đề cần phải giải quyết khi thiết kế các tầng
Mỗi tầng trong mạng cần một cơ chế để thiết lập kết nối, bao gồm việc đánh địa chỉ tất cả các máy trong mạng Đồng thời, cũng cần có cơ chế để kết thúc kết nối khi không còn cần thiết nữa.
Các quy tắc truyền dữ liệu: Trong các hệ thống khác nhau dữ liệu có thể truyền theo một số cách khác nhau:
Truyền theo cả hai hướng không đồng thời
Truyền hai hướng đồng thời
Kiểm soát lỗi là một yếu tố quan trọng trong truyền thông dữ liệu, vì đường truyền vật lý thường không hoàn hảo Cần thiết phải thỏa thuận về mã phát hiện, kiểm tra và sửa lỗi Bên nhận phải có khả năng thông báo cho bên gửi về tình trạng của các gói tin, bao gồm gói tin nào đã được nhận đúng và gói tin nào cần phát lại.
Không phải tất cả các quá trình đều cho phép độ dài gói tin tùy ý; do đó, cần thiết phải có cơ chế để chia bản tin thành các gói tin nhỏ hơn.
Các kênh truyền có thể không đảm bảo thứ tự của các gói tin, nhưng chúng có cơ chế để bên nhận có thể tái sắp xếp các gói tin về đúng thứ tự ban đầu.
Tốc độ phát và thu dữ liệu cần được cân bằng, bởi bên phát có tốc độ cao có thể gây ra tình trạng "lụt" cho bên thu có tốc độ thấp Do đó, cần thiết phải thiết lập cơ chế để bên thu có thể thông báo cho bên phát về tình trạng này.
2.1.3 Một số khái niệm cơ bản về kiến trúc phân tầng a Tầng (layer)
Mọi quá trình trao đổi thông tin giữa hai đối tượng A đều diễn ra qua nhiều bước tương đối độc lập với nhau.
Phát tin: Thông tin chuyển từ tầng cao → tầng thấp
Nhận tin: Thông tin chuyển từ tầng thấp → tầng cao
Quá trình trao đổi thông tin trực tiếp qua đường truyền vật lý (thực hiện ở tầng cuối cùng) b Giao diện, dịch vụ, đơn vị dữ liệu
Mối quan hệ giữa hai tầng kề nhau được gọi là giao diện, trong khi mối quan hệ giữa hai tầng đồng mức của hai hệ thống khác nhau được gọi là giao thức.
Thực thể (entity) là thành phần chủ chốt trong mỗi tầng của hệ thống, có thể là một tiến trình trong hệ đa xử lý hoặc là một trình con của các thực thể ở cùng một tầng trong các hệ thống khác nhau, được gọi là thực thể ngang hàng Mỗi thực thể có khả năng truyền thông với tầng trên hoặc tầng dưới thông qua giao diện (interface), bao gồm một hoặc nhiều điểm truy nhập dịch vụ (Service Access Point - SAP) Ở các điểm truy nhập dịch vụ, tầng trên chỉ có thể sử dụng các dịch vụ mà tầng dưới cung cấp.
Thực thể đƣợc chia làm hai loại: thực thể cung cấp dịch vụ và sử dụng dịch vụ
Thực thể cung cấp dịch vụ (service provide): là các thực thể ở tầng N cung cấp dịch vụ cho tầng N +1
Thực thể sử dụng dịch vụ (service user): đó là các thực thể ở tầng N sử dụng dịch vụ do tầng N - 1 cung cấp
- Đơn vị dữ liệu sử dụng giao thức (Protocol Data Unit - PDU)
- Đơn vị dữ liệu dịch vụ (Service Data Unit - SDU)
- Thông tin điều khiển (Protocol Control Information - PCI)
- Một đơn vị dữ liệu mà 1 thực thể ở tầng N của hệ thống A gửi sang thực thể ở tầng
N ở một hệ thống B không bằng đường truyền trực tiếp mà phải truyền xuống dưới để truyền bằng tầng thấp nhất thông qua đường truyền vật lý
Dữ liệu từ tầng N được truyền xuống tầng N-1 và gọi là SDU Mỗi tầng có phần thông tin điều khiển được gọi là PCI Tại tầng N-1, PCI được thêm vào đầu SDU để tạo thành PDU Nếu SDU quá dài, nó sẽ được chia thành nhiều đoạn nhỏ, mỗi đoạn sẽ được bổ sung phần PCI, từ đó tạo thành nhiều PDU.
Hệ thống nhận trình tự diễn ra theo chiều ngược lại, trong đó mỗi tầng PCI sẽ được phân tích và loại bỏ khỏi PDU trước khi truyền lên tầng trên.
Mô hình tham chiếu OSI và bộ giao thức TCP/IP
ISO (the International Standards Organization) là một tổ chức đƣợc thành lập năm
Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) được thiết lập vào năm 1971 nhằm tạo ra các tiêu chuẩn quốc tế cho truyền thông mạng Mô hình này cho phép hai hệ thống khác nhau giao tiếp mà không cần quan tâm đến kiến trúc bên dưới của chúng Thông thường, các giao thức riêng biệt của từng nhà sản xuất có thể gây cản trở việc truyền thông giữa các hệ thống khác kiểu Tuy nhiên, OSI được phát triển để đảm bảo khả năng giao tiếp giữa bất kỳ hai hệ thống nào mà không cần thay đổi phần cứng hoặc phần mềm bên dưới Cần lưu ý rằng OSI không phải là một giao thức mà là một mô hình để nhận diện và thiết kế kiến trúc mạng linh hoạt, vững chắc và có khả năng tương tác Đồng thời, cần phân biệt giữa ISO, một tổ chức, và OSI, một mô hình.
Mô hình OSI được thiết kế với 7 tầng riêng biệt nhưng liên quan chặt chẽ, nhằm hỗ trợ việc truyền thông qua các hệ thống máy tính khác nhau Mỗi tầng trong mô hình này định nghĩa một phần của quá trình truyền thông tin trên mạng, giúp người dùng hiểu rõ hơn về các quy tắc cơ bản trong truyền thông dữ liệu Việc nắm vững mô hình OSI cung cấp nền tảng vững chắc cho việc khám phá và phát triển các hệ thống mạng hiệu quả.
Trong cuộc sống, chúng ta thường thấy ví dụ về phân tầng, như khi người A gửi thư cho người B A viết thư, cho vào phong bì, dán tem và gửi qua bưu điện, trong đó bức thư là dữ liệu thực sự, còn phong bì là tiêu đề chứa thông tin điều khiển Hệ thống bưu điện, với các bưu cục là trạm trung gian, đảm nhận việc chuyển thư tới B Tầng dưới (hệ thống bưu điện) cung cấp dịch vụ cho tầng trên (A và B), trong khi A và B chỉ quan tâm đến nội dung và hình thức thư mà không cần biết cách thức chuyển thư Đây là ưu điểm của phân tầng, giúp tầng trên sử dụng dịch vụ của tầng dưới mà không phải lo lắng về quy trình thực hiện.
Trong bối cảnh thông tin giữa các thiết bị trong hệ thống ngày càng gia tăng, yêu cầu về độ chính xác và độ tin cậy cũng trở nên cao hơn Do đó, các hệ thống thông tin cần tuân thủ một số quy định liên quan đến tốc độ truyền, phương pháp mã hóa, quy tắc gán địa chỉ và các biện pháp xử lý lỗi Tập hợp các quy định này được gọi là giao thức (protocols), cho phép các hệ thống không tương thích giao tiếp với nhau Trong trường hợp hệ thống chỉ có hai phần tử, giao thức khá đơn giản, nhưng khi số lượng hệ thống và phần tử tăng lên, vấn đề trở nên phức tạp hơn.
Hệ thống mở (operating system) là một tập hợp các giao thức cho phép hai hệ thống bất kỳ giao tiếp với nhau, không phụ thuộc vào cấu trúc nội bộ của chúng Mô hình OSI là một mô hình phân tầng được xây dựng dựa trên các nguyên tắc cụ thể, giúp chuẩn hóa quá trình truyền thông giữa các hệ thống.
Số tầng càng hạn chế càng tốt
Ranh giới giữa các tầng bảo đảm việc tương tác và mô tả các dịch vụ là tối thiểu và có thể chuẩn hóa giao diện tương ứng
Các chức năng khác nhau và các công nghệ sử dụng khác nhau phải đƣợc tách biệt trong các tầng khác nhau
Khi thay đổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không ảnh hưởng đến các tầng khác
Mỗi tầng chỉ có ranh giới và giao diện với tầng ngay trên và dưới nó
Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết Và các tầng con cũng có thể được hủy bỏ trong trường hợp không cần nữa
Kết quả ta có đƣợc một mô hình OSI gồm 7 tầng: o Tầng vật lý (Physical layer) o Tầng liên kết dữ liệu
(Datalink layer) o Tầng mạng (Network layer) o Tầng giao vận (Transport layer) o Tầng phiên (Session layer) o Tầng trình diễn
(Presentation layer) o Tầng ứng dụng
Hình 2.2 bên dưới minh họa mối quan hệ giữa các tầng khi một thông điệp được gửi từ thiết bị A đến thiết bị B
Khi thông điệp được truyền từ A đến B, nó có thể đi qua nhiều nút trung gian, chủ yếu liên quan đến 3 tầng đầu của mô hình OSI Các nhà thiết kế đã phân tích quá trình truyền dữ liệu thành những yếu tố cơ bản và phân loại các chức năng mạng có liên quan, từ đó nhóm chúng thành các tầng Mỗi tầng đảm nhận một chức năng và nhiệm vụ cụ thể Việc xác định và phân chia các chức năng trong mô hình đã giúp các nhà thiết kế xây dựng một kiến trúc vừa toàn diện vừa linh hoạt.
46 hoạt Quan trọng nhất, mô hình OSI tạo ra tính trong suốt hoàn toàn giữa hai hệ thống không tương thích với nhau
Về cơ bản, đặc điểm các tầng của mô hình tham chiếu OSI đó là:
Tầng vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải luồng bit dữ liệu qua các môi trường vật lý, giải quyết các vấn đề liên quan đến đặc điểm kỹ thuật của card ghép nối và môi trường truyền dẫn Nó cũng xác định các thủ tục và chức năng mà thiết bị vật lý và thiết bị giao tiếp cần tuân thủ Hình 2.3 minh họa mối quan hệ giữa tầng vật lý, môi trường truyền dẫn và tầng kết dữ liệu.
Hình 2.3 Vị trí, vai trò của tầng vật lý
Trong quá trình chuyển thư, tầng vật lý sử dụng các phương tiện như xe đạp, máy bay, tàu hỏa và tàu thủy để vận chuyển các túi thư Tầng liên kết dữ liệu đảm nhận vai trò chuyển lá thư đến tầng vật lý, với hy vọng rằng tầng vật lý sẽ chuyển gói tin đến bên kia của kênh truyền.
Tầng vật lý liên quan đến:
Tầng vật lý của các phương tiện giao tiếp và truyền thông xác định các đặc điểm và tính chất giao diện giữa các thiết bị cũng như phương tiện truyền dẫn Nó đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kiểu dáng của phương tiện truyền tải thông tin.
Tầng vật lý trong mạng truyền thông chịu trách nhiệm về việc biểu diễn dữ liệu dưới dạng luồng bit liên tục, bao gồm các chuỗi 0 và 1 Để truyền tải thông tin, các bit này cần được mã hóa thành các tín hiệu điện hoặc quang Phương thức mã hóa, tức là cách thức chuyển đổi các bit 0 và 1 thành tín hiệu, được xác định bởi tầng vật lý.
Tốc độ dữ liệu, hay tốc độ truyền dẫn, được xác định bởi tầng vật lý, phản ánh số lượng bit được gửi trong một giây Điều này có nghĩa là tầng vật lý quyết định thời gian cần thiết để truyền một bit dữ liệu.
Đồng bộ hóa các bit là quá trình quan trọng, trong đó máy gửi và máy nhận cần phải có sự đồng bộ hóa ở mức bit Điều này có nghĩa là đồng hồ của cả hai thiết bị phải được đồng bộ hóa để đảm bảo truyền tải dữ liệu chính xác.
Cấu hình đường truyền trong tầng vật lý liên quan đến việc kết nối các thiết bị vào môi trường truyền thông Trong cấu hình điểm-điểm, hai thiết bị được kết nối trực tiếp với nhau, tạo ra một kênh truyền thông hiệu quả và ổn định.
48 nối với nhau qua một đường truyền dành riêng Trong cấu hình điểm-nhiều điểm (multipoint), một đường truyền được nhiều thiết bị dùng chung
Topo vật lý trong mạng xác định cách kết nối các thiết bị để tạo thành một hệ thống liên lạc hiệu quả Có nhiều loại topo, bao gồm topo dạng lưới (mesh topology) cho phép mỗi thiết bị kết nối với tất cả các thiết bị khác, topo dạng sao (star topology) với một thiết bị trung tâm kết nối các thiết bị khác, topo dạng vòng (ring topology) nơi mỗi thiết bị kết nối với thiết bị bên cạnh để tạo thành vòng, và topo dạng bus (bus topology) với tất cả thiết bị kết nối vào một đường truyền chung.
Tầng vật lý xác định hướng truyền dữ liệu giữa hai thiết bị thông qua ba chế độ: đơn công, bán song công và song công Chế độ đơn công cho phép một thiết bị chỉ có thể gửi hoặc nhận dữ liệu, tức là truyền thông một chiều Trong khi đó, chế độ bán song công cho phép một thiết bị gửi và nhận dữ liệu, nhưng không thể thực hiện cả hai cùng lúc Cuối cùng, chế độ song công cho phép hai thiết bị gửi và nhận dữ liệu đồng thời.
Tầng liên kết dữ liệu
Bài tập, thảo luận chương 2
Để bắt đầu, bạn cần cài đặt phần mềm mô phỏng mạng Packet Tracer Sau khi cài đặt xong, hãy tạo một topo mạng LAN đơn giản Tiếp theo, cấu hình các máy tính trong mạng để chúng có thể truyền thông với nhau một cách hiệu quả.
Sử dụng công cụ có sẵn trong phần mềm để phân tích đường đi của gói tin qua từng tầng của mô hình OSI?
- Bài 2: thực hiện thành thạo các phép tính AND, OR; cộng-trừ-nhân-chia số nhị phân; các kỹ thuật chuyển đổi các hệ số
- Bài 3: Tìm hiểu một số mô hình chuẩn hóa mạng mà em biết?