Giáo trình mạng máy tính (nghề kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính trình độ trung cấp)

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MÁY TÍNH

Lịch sử mạng máy tính

Mục tiêu: Trình bày được sự hình thành và phát triển của mạng máy tính

Vào giữa những năm 50, thế hệ máy tính đầu tiên hoạt động với bóng đèn điện tử có kích thước cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng Việc nhập dữ liệu vào máy tính được thực hiện qua các tấm bìa đã được đục lỗ, mỗi tấm bìa tương đương với một dòng lệnh, trong đó mỗi cột chứa các ký tự mà người viết bài trình chọn để đục lỗ Các tấm bìa này được đưa vào thiết bị đọc bìa, cho phép thông tin được truyền vào máy tính, và kết quả tính toán sẽ được in ra Thiết bị đọc bìa và máy in đóng vai trò là thiết bị vào ra (I/O) cho máy tính Qua thời gian, các thế hệ máy mới ra đời, cho phép một máy tính trung tâm kết nối với nhiều thiết bị I/O, thực hiện liên tục nhiều chương trình khác nhau.

Cùng với sự phát triển của ứng dụng máy tính, các phương pháp nâng cao khả năng giao tiếp với máy tính trung tâm đã được nghiên cứu và đầu tư nhiều Vào giữa những năm 60, một số nhà chế tạo máy tính đã thành công trong việc phát triển thiết bị truy cập từ xa Phương pháp này bao gồm việc cài đặt thiết bị đầu cuối ở vị trí xa trung tâm tính toán, kết nối qua đường dây điện thoại với hai thiết bị xử lý tín hiệu (Modem) ở hai đầu, cho phép truyền tín hiệu qua dây điện thoại thay vì trực tiếp.

Hình 1.1: Mô hình truyền dữ liệu từ xa đầu tiên

Những thiết bị đầu cuối đầu tiên bao gồm máy đọc bìa, máy in, thiết bị xử lý tín hiệu và các thiết bị cảm nhận Sự kết nối từ xa giữa các thiết bị này có thể được thực hiện qua nhiều vùng khác nhau, đánh dấu sự khởi đầu của các hệ thống mạng.

Trong quá trình giới thiệu các thiết bị đầu cuối từ xa, các nhà khoa học đã phát triển nhiều thiết bị điều khiển đặc biệt, giúp người dùng tương tác hiệu quả hơn với máy tính Một sản phẩm quan trọng trong số đó là hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM, bao gồm màn hình, hệ thống điều khiển và thiết bị truyền thông kết nối với trung tâm tính toán Được ra mắt vào năm 1971, hệ thống 3270 đã mở rộng khả năng tính toán của trung tâm máy tính tới các khu vực xa xôi Để giảm bớt gánh nặng truyền thông cho máy tính trung tâm và số lượng kết nối giữa máy tính với thiết bị đầu cuối, IBM cùng các công ty máy tính khác đã cho ra đời nhiều thiết bị hỗ trợ.

Thiết bị kiểm soát truyền thông có vai trò quan trọng trong việc nhận tín hiệu từ các kênh truyền thông, gom chúng thành byte dữ liệu và chuyển tới máy tính trung tâm để xử lý Ngoài ra, thiết bị này còn thực hiện việc chuyển tín hiệu phản hồi từ máy tính trung tâm đến các trạm xa Nhờ vào thiết bị này, thời gian xử lý trên máy tính trung tâm được giảm bớt, đồng thời hỗ trợ xây dựng các thiết bị logic đặc trưng.

Thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối cho phép quản lý đồng thời nhiều thiết bị đầu cuối chỉ thông qua một kết nối với máy tính trung tâm Điều này mang lại lợi ích lớn khi thiết bị kiểm soát được đặt xa máy tính, vì chỉ cần một đường điện thoại là có thể phục vụ cho nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau.

Hình 1.2: Mô hình trao đổi mạng của hệ thống 3270

Vào giữa những năm 1970, các thiết bị đầu cuối đã được phát triển với phương pháp kết nối qua cáp, nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và khả năng tính toán của các máy tính Đến những năm 1980, hệ thống truyền dẫn tốc độ cao đã được thiết lập tại Bắc Mỹ và Châu Âu, dẫn đến sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông với tốc độ cao vượt trội so với đường dây điện thoại Với chi phí thuê bao hợp lý, người dùng có thể kết nối máy tính và hình thành các mạng rộng khắp Các nhà cung cấp dịch vụ đã xây dựng đường truyền dữ liệu liên kết giữa các thành phố, giúp người xây dựng mạng không cần phải tạo ra hạ tầng riêng mà chỉ cần tận dụng năng lực truyền thông có sẵn.

Vào năm 1974, IBM đã ra mắt một loạt thiết bị đầu cuối dành cho ngân hàng và thương mại, cho phép truy cập đồng thời vào một máy tính dùng chung qua mạng cáp Việc kết nối các máy tính trong một khu vực nhỏ như tòa nhà giúp giảm chi phí thiết bị và phần mềm Từ đó, nghiên cứu về khả năng sử dụng chung môi trường truyền thông và tài nguyên máy tính đã nhanh chóng được đầu tư.

Vào năm 1977, Datapoint Corporation giới thiệu hệ điều hành mạng "Attached Resource Computer Network" (Arcnet), cho phép kết nối máy tính và các trạm đầu cuối qua cáp mạng Arcnet đã trở thành hệ điều hành mạng cục bộ đầu tiên, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ mạng.

Kể từ khi máy tính cá nhân trở nên phổ biến, nhiều công ty đã ra mắt sản phẩm của mình Sự gia tăng nhanh chóng số lượng máy vi tính trong văn phòng đã tạo ra nhu cầu kết nối giữa chúng, điều này không chỉ cần thiết mà còn mang lại hiệu quả cao cho người sử dụng.

Ngày nay, với sự bùng nổ thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng gia tăng 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 Ở nhiều nơi, mạng đã trở thành một nhu cầu thiết yếu Việc kết nối các máy tính thành mạng mang lại cho chúng ta những khả năng mới to lớn.

Sử dụng tài nguyên chung trong mạng cho phép mọi thành viên dễ dàng truy cập vào các thiết bị, chương trình và dữ liệu mà không cần biết vị trí cụ thể của chúng.

 Tăng độ tin cậy của hệ thống: Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc và lưu trữ

Việc sao lưu dữ liệu chung là rất quan trọng, giúp khôi phục nhanh chóng khi hệ thống gặp trục trặc Nếu một trạm làm việc gặp sự cố, người dùng có thể dễ dàng sử dụng các trạm khác để thay thế, đảm bảo công việc không bị gián đoạn.

Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin là yếu tố quan trọng, giúp người sử dụng tổ chức lại công việc hiệu quả hơn Việc sử dụng thông tin chung đáp ứng nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại, cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu và tăng cường năng lực xử lý thông qua việc kết hợp các bộ phận phân tán Đồng thời, nó cũng cải thiện khả năng truy cập đến các dịch vụ mạng đa dạng đang được cung cấp trên toàn cầu.

Với sự gia tăng nhu cầu trong xã hội, vấn đề kỹ thuật mạng trở thành mối quan tâm hàng đầu của các nhà tin học Cần tìm ra phương pháp truy xuất thông tin nhanh chóng và tối ưu, bởi việc xử lý thông tin quá tải có thể dẫn đến tắc nghẽn mạng và mất mát thông tin đáng tiếc.

Giới thiệu mạng máy tính

Mục tiêu: Mô tả được các đặc trưng cơ bản của mạng máy tính

2.1 Định nghĩa mạng máy tính và mục đích của việc kết nối mạng:

 Nhu cầu của việc kết nối mạng máy tính:

Việc nối máy tính thành mạng từ lâu đã trở thành một nhu cầu khách quan vì:

Nhiều công việc hiện nay có tính chất phân tán, liên quan đến việc xử lý thông tin hoặc truyền thông, đòi hỏi sự kết hợp giữa giao tiếp và sử dụng các phương tiện từ xa.

- Chia sẻ các tài nguyên trên mạng cho nhiều người sử dụng tại một thời điểm (ổ cứng, máy in, ổ CD ROM )

- Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ phương tiện máy tính

- Các ứng dụng phần mềm đòi hòi tại một thời điểm cần có nhiều người sử dụng, truy cập vào cùng một cơ sở dữ liệu

 Định nghĩa mạng máy tính

Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính độc lập được kết nối thông qua các đường truyền vật lý, tuân theo các quy ước truyền thông nhất định.

Khái niệm máy tính độc lập được hiểu là các máy tính không có máy nào có khả năng khởi động hoặc đình chỉ một máy khác

Các đường truyền vật lý được hiểu là các môi trường truyền tín hiệu vật lý (có thể là hữu tuyến hoặc vô tuyến)

Các quy ước truyền thông đóng vai trò quan trọng trong việc giúp các máy tính giao tiếp hiệu quả, tạo nền tảng cho công nghệ mạng máy tính.

2.2 Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính:

Một mạng máy tính có các đặc trưng kỹ thuật cơ bản như sau:

Đường truyền là thành phần thiết yếu trong mạng máy tính, đóng vai trò là phương tiện truyền tải các tín hiệu điện tử giữa các máy tính Các tín hiệu này được mã hóa dưới dạng xung nhị phân (ON_OFF) và thuộc sóng điện từ Tùy thuộc vào tần số, có thể sử dụng các loại đường truyền vật lý khác nhau Giải thông của đường truyền là đặc trưng cơ bản, thể hiện khả năng truyền tải tín hiệu hiệu quả.

Thông thường người ta hay phân loại đường truyền theo hai loại:

 Đường truyền hữu tuyến: các máy tính được nối với nhau bằng các dây cáp mạng

Đường truyền vô tuyến cho phép các máy tính truyền tín hiệu qua sóng vô tuyến, sử dụng các thiết bị điều chế và giải điều chế tại các đầu mút để đảm bảo kết nối hiệu quả.

Kỹ thuật chuyển tín hiệu giữa các nút trong mạng là đặc trưng quan trọng, giúp các nút mạng định hướng thông tin tới đích cụ thể Hiện nay, có nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau được áp dụng để tối ưu hóa quá trình truyền tải dữ liệu trong mạng.

Kỹ thuật chuyển mạch kênh thiết lập một kênh cố định giữa hai thực thể cần truyền thông, duy trì kết nối cho đến khi một trong hai bên ngắt liên lạc Dữ liệu chỉ được truyền qua con đường cố định này, đảm bảo sự ổn định trong quá trình giao tiếp.

Kỹ thuật chuyển mạch thông báo là quá trình truyền tải dữ liệu qua các thông báo có khuôn dạng nhất định, trong đó mỗi thông báo chứa thông tin điều khiển xác định đích đến Thông tin này cho phép các nút trung gian chuyển tiếp thông báo đến nút tiếp theo trên đường dẫn tới đích, đảm bảo việc truyền tải diễn ra hiệu quả và chính xác.

Kỹ thuật chuyển mạch gói chia thông báo thành các gói tin nhỏ với khuôn dạng quy định trước Mỗi gói tin chứa thông tin điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gửi qua nhiều con đường khác nhau đến đích.

Kiến trúc mạng máy tính mô tả cách kết nối các máy tính và quy định các quy tắc, quy ước mà mọi thực thể tham gia truyền thông trên mạng cần tuân thủ để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của mạng.

Khi nói đến kiến trúc của mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề là hình trạng mạng (network topology) và giao thức mạng (network protocol)

 Network topology: Các kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng

Giao thức mạng là tập hợp các quy tắc truyền thông giữa các thực thể trong mạng, thường được gọi là nghi thức mạng Một số giao thức phổ biến bao gồm TCP/IP, NETBIOS và IPX/SPX.

Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức năng sau:

Quản lý tài nguyên hệ thống bao gồm hai loại chính: tài nguyên thông tin và tài nguyên thiết bị Tài nguyên thông tin liên quan đến việc quản lý tệp, bao gồm các công việc như lưu trữ, tìm kiếm, xóa, sao chép, nhóm và thiết lập thuộc tính Trong khi đó, tài nguyên thiết bị tập trung vào việc điều phối sử dụng CPU và các thiết bị ngoại vi nhằm tối ưu hóa hiệu suất sử dụng.

Quản lý người dùng và các tác vụ trên hệ thống là một chức năng quan trọng của hệ điều hành, giúp đảm bảo sự giao tiếp hiệu quả giữa người sử dụng, chương trình ứng dụng và thiết bị trong hệ thống.

Các hệ điều hành phổ biến hiện nay như Windows NT, Windows 9X, Windows 2000, Unix và Novell cung cấp nhiều tiện ích hữu ích cho việc khai thác hệ thống, bao gồm định dạng đĩa, sao chép tệp và thư mục, cũng như in ấn chung.

Phân loại mạng máy tính

Mục tiêu: Phân loại và xác định đuợc các kiểu thiết kế mạng máy tính thông dụng

Có nhiều phương pháp phân loại mạng dựa vào các yếu tố chính khác nhau Thông thường, các tiêu chí phân loại mạng bao gồm: kích thước, phạm vi địa lý, cấu trúc, và mục đích sử dụng.

 Khoảng cách địa lý của mạng

 Kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng

 Hệ điều hành mạng sử dụng

Tuy nhiên trong thực tế nguời ta thường chỉ phân loại theo hai tiêu chí đầu tiên

3.1 Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý :

Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố phân loại mạng thì ta có mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu

Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) là hệ thống mạng được thiết lập trong không gian hạn chế, chẳng hạn như trong một tòa nhà hoặc một xí nghiệp, với khoảng cách tối đa giữa các máy tính trong mạng thường chỉ vài km.

Mạng đô thị (MAN - Metropolitan Area Network) là một hệ thống mạng được triển khai trong phạm vi một đô thị hoặc trung tâm văn hóa xã hội, với bán kính tối đa khoảng 100 km.

Mạng diện rộng (WAN - Wide Area Network) là loại mạng có khả năng bao phủ một diện tích lớn, cho phép kết nối giữa các khu vực rộng rãi, vượt qua cả biên giới quốc gia và lục địa.

Mạng toàn cầu ( GAN - Global Area Network ) : là mạng có phạm vi trải rộng

3.2 Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch:

Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm yếu tố chính để phân loại sẽ có: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói

 Mạch chuyển mạch kênh (circuit switched network) :

Khi hai thực thể cần giao tiếp, một kênh cố định được thiết lập để duy trì kết nối cho đến khi ngắt liên lạc Dữ liệu chỉ được truyền qua con đường này, tuy nhiên, việc thiết lập kênh truyền cố định tốn thời gian và hiệu suất sử dụng mạng không cao.

 Mạng chuyển mạch thông báo (message switched network) :

Thông báo là đơn vị dữ liệu có cấu trúc quy định, chứa thông tin điều khiển xác định đích đến Mỗi nút trung gian phải tạm giữ thông báo để đọc thông tin điều khiển; nếu không phải là đích nhận, nó sẽ tiếp tục chuyển tiếp Tùy thuộc vào điều kiện mạng, thông báo có thể được gửi qua nhiều con đường khác nhau Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm.

 Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc quyền mà được phân chia giữa nhiều thực thể truyền thông

Mỗi nút mạng có khả năng lưu trữ thông tin tạm thời trước khi chuyển tiếp thông báo, giúp điều chỉnh và giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn trên mạng.

 Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp độ ưu tiên cho các thông báo

 Có thể tăng hiệu suất sử dụng giải thông của mạng bằng cách gắn địa chỉ quảng bá (broadcast addressing) để gửi thông báo đồng thời tới nhiều đích

Nhược điểm của phương pháp này là:

Việc không giới hạn kích thước của thông báo dẫn đến chi phí lưu giữ tạm thời cao và ảnh hưởng tiêu cực đến thời gian phản hồi yêu cầu của các trạm.

Mạng chuyển mạch gói là một hệ thống trong đó mỗi thông báo được chia thành các gói tin nhỏ, theo một khuôn dạng quy định Mỗi gói tin chứa thông tin điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Điều đặc biệt là các gói tin từ cùng một thông báo có thể được gửi qua nhiều con đường khác nhau trong mạng đến đích.

Phương pháp chuyển mạch thông báo và chuyển mạch gói có nhiều điểm tương đồng, nhưng khác biệt lớn nhất nằm ở kích thước tối đa của các gói tin Các gói tin được giới hạn kích thước để các nút mạng có thể xử lý toàn bộ gói tin trong bộ nhớ mà không cần lưu trữ tạm thời trên đĩa Do đó, mạng chuyển mạch gói truyền dữ liệu hiệu quả hơn so với mạng chuyển mạch thông báo.

Tích hợp hai kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào trong một mạng thống nhất được mạng tích hợp số ISDN (Integated Services Digital Network)

3.3 Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng:

Kiến trúc của mạng bao gồm hai vấn đề: hình trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network protocol)

Hình trạng mạng: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng

Giao thức mạng: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng

Khi phân loại theo topo mạng người ta thường có phân loại thành: mạng hình sao, tròn, tuyến tính

Phân loại theo giao thức mà mạng sử dụng người ta phân loại thành mạng : TCP/IP, mạng NETBIOS

Tuy nhiên cách phân loại trên không phổ biến và chỉ áp dụng cho các mạng cục bộ

3.4 Phân loại theo hệ điều hành mạng:

Mạng máy tính có thể được phân loại theo hệ điều hành, bao gồm các mô hình mạng ngang hàng và mạng khách/chủ, hoặc theo tên hệ điều hành mà mạng sử dụng như Windows NT, Unix và Novell.

Giới thiệu các mạng máy tính thông dụng nhất

Mục tiêu: Giới thiệu đặc trưng của một số mạng máy tính hiện nay đang được sử dụng phổ biến nhất trong nước và trên thế giới

Mạng cục bộ (LAN) là một hệ thống kết nối các máy tính và thiết bị mạng trong một khu vực địa lý hạn chế, thường là trong một tòa nhà hoặc khu văn phòng.

Mạng cục bộ có các đặc tính sau:

 Tốc độ truyền dữ liệu cao

 Phạm vi địa lý giới hạn

 Sở hữu của một cơ quan/tổ chức

4.2 Mạng diện rộng với kết nối LAN TO LAN:

Mạng diện rộng (WAN) kết nối nhiều mạng LAN, có thể mở rộng trên một vùng, quốc gia, lục địa hoặc toàn cầu.

 Tốc độ truyền dữ liệu không cao

 Phạm vi địa lý không giới hạn

 Thường triển khai dựa vào các công ty truyền thông, bưu điện và dùng các hệ thống truyền thông này để tạo dựng đường truyền

 Một mạng WAN có thể là sở hữu của một tập đoàn/tổ chức hoặc là mạng kết nối của nhiều tập đoàn/tỗ chức

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ là sự ra đời của liên mạng INTERNET,

 Là một mạng toàn cầu

 Là sự kết hợp của vô số các hệ thống truyền thông, máy chủ cung cấp thông tin và dịch vụ, các máy trạm khai thác thông tin

 Dựa trên nhiều nền tảng truyền thông khác nhau, nhưng đều trên nền giao thức TCP/IP

 Là sở hữu chung của toàn nhân loại

 Càng ngày càng phát triển mãnh liệt

Mạng nội bộ là một phiên bản thu nhỏ của INTERNET, được triển khai trong các cơ quan, công ty hoặc tổ chức với phạm vi người sử dụng hạn chế Nó sử dụng các công nghệ kiểm soát truy cập và bảo mật thông tin, phát triển từ các mạng LAN và WAN dựa trên công nghệ INTERNET.

Hiểu thế nào là mạng máy tính Hãy trình bày tóm tắt chức năng các thành phần chủ yếu của một mạng máy tính ?

2 Hãy phát biểu các lợi ích khi kết nối các máy tính thành mạng

3 Trình bày nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch kênh (Circuit Switched Networks)

4 Trình bày nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch gói (Packet Switched Networks) Vì sao nói kỹ thuật chuyển mạch gói có hiệu suất kênh truyền cao, vì sao ?

5 Vì sao mạng chuyển mạch gói có tốc độ trao đổi thông tin nhanh hơn tốc độ trao đổi thông tin trong mạch chuyển mạch tin báo?

Hình 1.3:Mạng diện rộng với kết nối LAN

6 Hiểu thế nào là mạng cục bộ LAN (Local Area Networks) và nêu các đặc trưng cơ bản của nó

7 Hiểu thế nào là mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Networks) và nêu đặc trưng cơ bản của nó

8 Hiểu thế nào là mạng diện rộng WAN và nêu những đặc trưng của mạng diện rộng ?

VPS là loại mạng gì? Trình bày ưu điểm và khuyết điểm?

Những trọng tâm cần chú ý trong bài:

- Lợi ích khi kết nối các máy tính thành mạng

- Các loại mạng thường gặp và đặc trưng của nó

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

Kết nối các máy tính thành mạng mang lại nhiều lợi ích như chia sẻ tài nguyên, tăng cường khả năng giao tiếp và cải thiện hiệu suất làm việc Mạng chuyển mạch gói có tốc độ trao đổi thông tin nhanh hơn so với mạng chuyển mạch tin báo nhờ vào việc chia nhỏ dữ liệu thành các gói nhỏ và truyền tải song song Mạng cục bộ LAN (Local Area Networks) là một hệ thống mạng giới hạn trong một khu vực nhỏ, như văn phòng hoặc tòa nhà, với các đặc trưng cơ bản như tốc độ truyền tải cao, độ tin cậy lớn và khả năng kết nối nhiều thiết bị trong cùng một không gian.

+ Về kỹ năng: phân biệt được mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng phân biệt được các loại mạng

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

MÔ HÌNH HỆ THỐNG MỞ OSI

Mô hình tham khảo OSI

Mô hình OSI được thiết kế để giảm độ phức tạp trong việc xây dựng mạng, với cấu trúc đa tầng, mỗi tầng xây dựng dựa trên tầng trước và cung cấp dịch vụ cho tầng cao hơn Mỗi tầng có hai loại quan hệ: theo chiều ngang, cho phép các máy tính đồng tầng giao tiếp qua các giao thức, và theo chiều dọc, kết nối các tầng kề nhau thông qua giao diện ghép nối, xác định các thao tác và dịch vụ giữa các tầng Sự không tương thích giữa các mạng gây khó khăn cho người dùng, do đó, cần một mô hình chuẩn để các nhà nghiên cứu và thiết kế mạng phát triển sản phẩm mở Vào tháng 3/1977, tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế đã khởi xướng nghiên cứu kết nối hệ thống mở nhằm liên kết sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau và thúc đẩy hoạt động chuẩn hóa trong lĩnh vực viễn thông và tin học Đến năm 1984, mô hình OSI (Open System Interconnections) đã được công bố, bao gồm 7 tầng.

Tầng 1, hay còn gọi là tầng vật lý, chịu trách nhiệm cung cấp các phương tiện truyền tin và quy trình khởi động, duy trì và hủy bỏ các liên kết vật lý Tầng này cho phép truyền tải các dòng dữ liệu dưới dạng bit.

Tầng 2, hay còn gọi là tầng liên kết dữ liệu (Data Link), có nhiệm vụ thiết lập, duy trì và huỷ bỏ các liên kết dữ liệu Tầng này kiểm soát luồng dữ liệu và đảm bảo việc phát hiện cũng như khắc phục các sai sót trong quá trình truyền tin.

 Tầng 3 (tầng mạng-Network): chọn đường truyền tin trong mạng, thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu, khắc phục sai sót, cắt hợp dữ liệu

 Tầng 4 (tầng giao vận-Transport): kiểm soát giữa các nút của luồng dữ liệu, khắc phục sai sót, có thể thực hiện ghép kênh và cắt hợp dữ liệu

Tầng 5, hay còn gọi là tầng phiên (Session), có chức năng thiết lập, duy trì và huỷ bỏ các phiên truyền thông Việc liên kết phiên được thực hiện thông qua các cuộc đối thoại và các tham số điều khiển.

 Tầng 6 (tầng trình dữ liệu-Presentation): biểu diễn thông tin theo cú pháp dữ liệu của người sử dụng Loại mã sử dụng và vấn đề nén dữ liệu

Tầng 7, hay còn gọi là tầng áp dụng, đóng vai trò là giao diện giữa người dùng và hệ thống mạng Tầng này không chỉ xử lý ngữ nghĩa thông tin mà còn cho phép truy cập và quản lý việc chuyển giao tệp và thư tín điện tử.

Hình 2.1: Mô hình 7 mức OSI

Thủ tục truyền tin trên mạng dựa vào các nghi thức giao tiếp được quy định trước, với việc liên lạc diễn ra ở lớp thấp trên mỗi máy và sau đó dần dần truyền lên các lớp thích hợp Mô hình 7 mức OSI là một công cụ quan trọng để hiểu cách thức hoạt động của quá trình này Khái niệm nền tảng của mô hình OSI là dòng lưu chuyển của yêu cầu truy cập tài nguyên mạng qua bảy lớp phân biệt.

Quá trình truyền thông tin trong mô hình OSI bắt đầu từ lớp trên cùng và di chuyển xuống dưới, nơi yêu cầu ban đầu được chuyển đổi từ một lời gọi API thành một chuỗi các xung mã hóa để truyền thông tin nhị phân đến thiết bị khác trên mạng Quá trình mã hóa này cho phép các lớp cụ thể của mô hình OSI trên máy tính nguồn liên lạc với các lớp tương ứng trên máy tính đích thông qua các phương tiện truyền thông như điện, quang, từ, vi ba hoặc sóng vô tuyến.

Quá trình giao tiếp giữa hai máy tính thông qua mô hình OSI diễn ra khi các giao thức chuyển dữ liệu từ máy gửi đến máy nhận Khi dữ liệu đến đích, nó được giải mã theo chiều ngược lại và đến lớp tương ứng trên máy tính đích Kết quả là hai máy tính có thể giao tiếp độc lập, như thể chúng đang truy cập các tài nguyên tại chỗ Mô hình OSI không quy định cụ thể giao thức hay thiết bị nào được sử dụng để truyền dữ liệu, mà chỉ cung cấp khung để các thiết bị tuân theo, đảm bảo thông tin được truyền tải chính xác qua mạng Vậy, việc đóng gói dữ liệu để truyền qua mạng được thực hiện như thế nào?

Dữ liệu lưu thông trên mạng được chia thành hai nhóm: yêu cầu từ máy tính nguồn và phản hồi từ địa chỉ nhận Gói dữ liệu (packet) là đơn vị cơ bản, và thông tin cần truyền phải đi qua một chồng giao thức, trải qua quá trình đóng gói và đóng gói lại Phương thức đóng gói phụ thuộc vào các khuôn dạng và lược đồ biểu diễn của từng giao thức trong mỗi lớp của chồng giao thức Mỗi gói chứa yêu cầu hoặc phản hồi, địa chỉ mạng, cơ chế báo cáo đến đích, kiểm tra lỗi để đảm bảo tính toàn vẹn, và kiểm soát dòng để điều chỉnh tốc độ gửi Những thông tin này được chứa trong các khung dữ liệu do các lớp khác nhau của mô hình OSI tạo ra Khi gói di chuyển qua các lớp, các giao thức thêm vào phần đầu đề (header) và có thể nối thêm phần đuôi (footer) để chứa các trường thông tin cần thiết.

Trước khi truyền dữ liệu, cần thiết lập kết nối giữa hai thực thể ở cùng tầng, nơi họ thương lượng về các tham số sử dụng Dữ liệu được gửi từ lớp 7 (Application) và được chuyển xuống lớp 6 (Presentation) để bắt đầu quá trình bao gói Tại lớp này, dữ liệu được gắn một phần đầu đề chứa thông tin nhận diện để chuyển tiếp Tiếp theo, dữ liệu đi qua các lớp 5 (Session), 4 (Transport), và 3 (Network), nơi các giao thức thêm phần đầu đề mới và có thể phân chia dữ liệu thành các mảnh nhỏ hơn Khi đến lớp 2 (Data Link), dữ liệu được lắp ráp thành các khung với phần đầu và phần cuối, sau đó được truyền qua lớp 1 (Physical) Khi khung đến đích, quá trình tách bỏ liên kết diễn ra, với các phần đầu và phần cuối được tháo ra và so sánh Trong mạng chuyển mạch gói, nếu truyền theo phương pháp có liên kết, quá trình này sẽ diễn ra qua nhiều tầng, trong khi với phương pháp không liên kết, chỉ có một giai đoạn truyền dữ liệu.

20 được truyền độc lập với nhau theo một con đường xác định bằng cách trong mỗi gói dữ liệu chứa địa chỉ đích

Nghiên cứu về mô hình OSI bắt đầu từ năm 1971 tại ISO, nhằm kết nối các sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau Ưu điểm nổi bật của OSI là khả năng giải quyết vấn đề truyền thông giữa các máy tính khác nhau Hai hệ thống, dù có sự khác biệt, vẫn có thể giao tiếp hiệu quả nếu tuân thủ các điều kiện chung nhất định.

Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông

Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng các tầng đồng mức phải cung cấp các chức năng như nhau

Các tầng đồng mức khi trao đổi với nhau sử dụng chung một giao thức

Mô hình OSI phân chia các khía cạnh khác nhau của mạng máy tính thành bảy tầng, tạo ra một cấu trúc phân tầng rõ ràng Đây là một khung tiêu chuẩn mà các quy định lập mạng khác nhau có thể phù hợp với nhau Mô hình OSI xác định các lĩnh vực hoạt động của mạng có thể được điều chỉnh bởi các tiêu chuẩn mạng khác nhau, do đó, có thể coi nó như một tiêu chuẩn cho các tiêu chuẩn.

* Nguyên tắc sử dụng khi định nghĩa các tầng hệ thống mở

Sau đây là các nguyên tắc mà ISO quy định dùng trong quá trình xây dựng mô hình OSI

Không định nghĩa quá nhiều tầng để việc xác định và ghép nối các tầng không quá phức tạp

 Tạo các ranh giới các tầng sao cho việc giải thích các phục vụ và số các tương tác qua lại hai tầng là nhỏ nhất

 Tạo các tầng riêng biệt cho các chức năng khác biệt nhau hoàn toàn về kỹ thuật sử dụng hoặc quá trình thực hiên

 Các chức năng giống nhau được đặt trong cùng một tầng

 Lựa chọn ranh giới các tầng tại các điểm mà những thử nghiệm trong quá khứ thành công

 Các chức năng được xác định sao cho chúng có thể dễ dàng xác định lại, và các nghi thức của chúng có thể thay đổi trên mọi hướng

 Tạo ranh giới các tầng mà ở đó cần có những mức độ trừu tượng khác nhau trong việc sử dụng số liệu

 Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong tầng không ảnh hưởng đến các tầng khác

 Tạo các ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và dưới nó.

Các giao thức trong mô hình OSI

Mục tiêu: Trình bày các giao thức hiện có trong mô hình OSI

Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless)

Giao thức có liên kết yêu cầu thiết lập một liên kết logic trước khi truyền dữ liệu giữa hai tầng đồng mức Các gói tin được trao đổi thông qua liên kết này, giúp nâng cao độ an toàn trong quá trình truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết cho phép truyền dữ liệu mà không cần thiết lập liên kết logic trước, với mỗi gói tin được gửi độc lập, không phụ thuộc vào các gói tin trước hoặc sau.

 Như vậy với giao thức có liên kết, quá trình truyền thông phải gồm 3 giai đoạn phân biệt:

Thiết lập liên kết logic giữa hai thực thể đồng cấp trong các hệ thống thương lượng là quá trình thảo luận về các tham số sẽ được sử dụng trong giai đoạn truyền dữ liệu tiếp theo.

Truyền dữ liệu là quá trình diễn ra với các cơ chế kiểm soát và quản lý đi kèm, bao gồm kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, và cắt/hợp dữ liệu Những cơ chế này nhằm nâng cao độ tin cậy và hiệu quả trong việc truyền tải thông tin.

Hủy bỏ liên kết là quá trình giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên kết, giúp sử dụng chúng cho các liên kết khác Đối với giao thức không liên kết, chỉ có một giai đoạn truyền dữ liệu duy nhất.

Gói tin trong giao thức mạng là đơn vị thông tin quan trọng dùng để liên lạc và chuyển giao dữ liệu giữa các máy tính Khi một thông điệp được gửi từ máy nguồn, nó sẽ được chia thành các gói tin, và tại đích, những gói tin này sẽ được kết hợp lại để tái tạo thông điệp ban đầu Mỗi gói tin có thể chứa yêu cầu phục vụ, thông tin điều khiển và dữ liệu cần thiết cho quá trình truyền tải.

Hình 2.3: Phương thức xác lập các gói tin trong mô hình OSI

+ Hdr : phần đầu cảu gói tin

+ Trl (Trailer) : Phần kiểm tra lỗi (Tầng liên kết dữ liệu)

+ Data: Phần dữ liệu của gói tin

Trong mô hình mạng phân tầng, mỗi tầng chỉ thực hiện chức năng nhận dữ liệu từ tầng trên và chuyển giao xuống tầng dưới, và ngược lại Chức năng này chủ yếu liên quan đến việc gắn thêm hoặc gỡ bỏ phần đầu (header) của các gói tin trước khi chuyển tiếp Mỗi gói tin bao gồm phần đầu và phần dữ liệu; khi đến một tầng mới, gói tin sẽ được thêm một phần đầu mới và được coi là gói tin của tầng đó Quá trình này tiếp tục cho đến khi gói tin được truyền qua mạng tới bên nhận.

Tại bên nhận, các gói tin sẽ được gỡ bỏ phần đầu ở từng tầng tương ứng, điều này phản ánh nguyên lý cơ bản của mọi mô hình phân tầng.

Chú ý: Trong mô hình OSI phần kiểm lỗi của gói tin tầng liên kết dữ liệu đặt ở cuối gói tin.

Các chức năng chủ yếu của các tầng của mô hình OSI

Mục tiêu: Trình bày được nguyên tắc hoạt động và chức năng của từng lớp trong mô hình OSI

Tầng vật lý trong mô hình OSI là tầng cơ sở, chịu trách nhiệm mô tả các đặc điểm vật lý của mạng như loại cáp kết nối thiết bị, loại đầu nối sử dụng và chiều dài tối đa của cáp Tầng này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự kết nối và truyền tải dữ liệu hiệu quả giữa các thiết bị trong mạng.

Các đặc trưng điện của tín hiệu truyền dữ liệu trên cáp giữa các máy trong mạng bao gồm kỹ thuật nối mạch điện và tốc độ truyền dẫn của cáp.

Tầng vật lý chỉ định các tín hiệu dưới dạng nhị phân 0 và 1 mà không quy định ý nghĩa cụ thể Ý nghĩa của các bit này sẽ được xác định ở các tầng cao hơn trong mô hình OSI.

Tiêu chuẩn Ethernet 10 baseT quy định các đặc điểm điện của cáp xoắn đôi, kích thước và hình dạng của đầu nối, cùng với độ dài tối đa cho phép của cáp.

Tầng vật lý khác biệt với các tầng khác ở chỗ không có gói tin riêng và không có phần đầu chứa thông tin điều khiển; dữ liệu được truyền đi dưới dạng dòng bit Giao thức tầng vật lý quy định phương thức truyền (đồng bộ hoặc phi đồng bộ) và tốc độ truyền giữa các tầng vật lý.

Các giao thức tầng vật lý được chia thành hai loại chính: giao thức sử dụng phương thức truyền thông dị bộ (asynchronous) và giao thức sử dụng phương thức truyền thông đồng bộ (synchronous).

Phương thức truyền dị bộ cho phép gửi dữ liệu mà không cần tín hiệu đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận Trong quá trình truyền, máy gửi sử dụng các bit đặc biệt START và STOP để phân tách các chuỗi bit biểu diễn ký tự Điều này cho phép truyền một ký tự bất kỳ mà không cần quan tâm đến tín hiệu đồng bộ trước đó.

Phương thức truyền đồng bộ yêu cầu sự đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận, sử dụng các ký tự đặc biệt như SYN (Synchronization) và EOT (End Of Transmission) để đánh dấu các dữ liệu Những ký tự này hoặc một "cờ" (flag) được chèn vào giữa các dữ liệu nhằm giúp máy nhận nhận biết được thông tin đang được truyền tải hoặc đã hoàn tất.

3.2 Tầng 2: Liên kết dữ liệu (Data link)

Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) là tầng mà tại đó các bít được truyền trên mạng được gán ý nghĩa cụ thể Tầng này quy định các dạng thức, kích thước, địa chỉ của máy gửi và nhận cho mỗi gói tin Nó cũng xác định cơ chế truy cập thông tin trên mạng và phương tiện gửi gói tin để đảm bảo gói tin đến đúng người nhận đã định.

Tầng liên kết dữ liệu có hai phương thức kết nối máy tính: "một điểm - một điểm" và "một điểm - nhiều điểm" Phương thức "một điểm - một điểm" thiết lập các đường truyền riêng biệt giữa từng cặp máy tính, trong khi phương thức "một điểm - nhiều điểm" cho phép tất cả các máy chia sẻ chung một đường truyền vật lý.

Tầng liên kết dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện và sửa lỗi cơ bản, đảm bảo rằng dữ liệu nhận được hoàn toàn giống với dữ liệu gửi đi Khi một gói tin gặp lỗi không thể sửa chữa, tầng này cần thông báo cho nơi gửi để thực hiện việc gửi lại gói tin đó.

Các giao thức tầng liên kết dữ liệu được chia thành hai loại chính: giao thức hướng ký tự và giao thức hướng bit Giao thức hướng ký tự dựa trên các ký tự đặc biệt từ các bộ mã chuẩn như ASCII hoặc EBCDIC, trong khi giao thức hướng bit sử dụng cấu trúc nhị phân để xây dựng các phần tử của giao thức Khi dữ liệu được nhận, giao thức hướng bit tiếp nhận từng bit một một cách tuần tự.

Tầng mạng (network layer) chịu trách nhiệm kết nối các mạng bằng cách tìm đường (routing) cho các gói tin từ mạng này sang mạng khác Nó xác định hướng đi và lộ trình cho các gói tin, có thể phải trải qua nhiều chặng trước khi đến đích cuối cùng Tầng mạng luôn tìm kiếm các tuyến truyền thông không bị tắc nghẽn để đảm bảo gói tin được gửi đến đúng nơi.

Tầng mạng cung cấp các phương tiện để truyền gói tin qua nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng của mạng (network of network) Hai chức năng chính của tầng mạng là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying), rất quan trọng khi kết nối các mạng khác nhau như Ethernet và Token Ring Đối với mạng chuyển mạch gói, các gói dữ liệu được truyền từ hệ thống này sang hệ thống khác thông qua một chuỗi các nút, mỗi nút thực hiện chức năng nhận gói từ đường vào và chuyển tiếp tới đường ra hướng đến đích.

Việc chọn đường là quá trình xác định con đường truyền tải dữ liệu, như một gói tin, từ trạm nguồn đến trạm đích Kỹ thuật chọn đường cần thực hiện hai chức năng chính: xác định lộ trình tối ưu và đảm bảo tính khả thi của việc truyền tải dữ liệu.

 Quyết định chọn đường tối ưu dựa trên các thông tin đã có về mạng tại thời điểm đó thông qua những tiêu chuẩn tối ưu nhất định

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Trình bày tổng quát về khái niệm kiến trúc đa tầng và các quy tắc phân tầng Hiểu thế nào là quan hệ ngang và quan hệ dọc trong kiến trúc N tầng?

2 Trình bày các nguyên tắc truyền thông đồng tầng?

3 Giao diện tầng, quan hệ các tầng kề nhau và dịch vụ

4 Trình bày vai trò & chức năng tầng mạng (Network Layer)

5 Trình bày vai trò & chức năng tầng vận chuyển (Transport Layer)

6 Trình bày vai trò & chức năng tầng liên kết dữ liệu (Data link Layer)

7 Trình bày tóm tắt tắt quá trình yêu cầu thiết lập liên kết của các thực thể đồng

Giao thức tầng vật lý khác với giao thức các tầng khác như thế nào ?

Những trọng tâm cần chú ý trong bài:

- Kiến trúc đa tầng và các quy tắc phân tầng

- Các nguyên tắc truyền thông đồng tầng

- Vai trò & chức năng từng tầng trong mô hình

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

+ Về kiến thức: Trình bày được vai trò & chức năng tầng mạng, vai trò & chức năng tầng vận chuyển, vai trò & chức năng tầng liên kết dữ liệu

+ Về kỹ năng: vẽ được sơ đồ mô hình OSI

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng vẽ sơ đồ OSI

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

TÔ PÔ MẠNG

Mạng cục bộ

Mục tiêu: Trình bày được kiến trúc dùng để xây dựng một mạng cục bộ

Mạng cục bộ, được xác định chủ yếu qua quy mô, không chỉ có đặc điểm này mà còn nhiều yếu tố khác Quy mô của mạng ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính và công nghệ mà mạng cục bộ sử dụng Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật của mạng cục bộ.

Mạng cục bộ thường có quy mô nhỏ, với bán kính dưới vài km, giúp đơn giản hóa việc kết nối mà không cần thiết bị dẫn đường phức tạp.

Mạng cục bộ thường thuộc sở hữu của một tổ chức, điều này tuy có vẻ không quan trọng nhưng thực tế lại rất cần thiết cho việc quản lý mạng một cách hiệu quả.

Mạng cục bộ cung cấp tốc độ cao và độ tin cậy tốt hơn so với mạng rộng, với tốc độ thông thường đạt từ 10 đến 100 Kb/s, và hiện nay có thể lên đến 1Gb/s nhờ vào Gigabit Ethernet Xác suất lỗi trên mạng cục bộ rất thấp, đảm bảo hiệu suất truyền tải dữ liệu ổn định.

Kiến trúc mạng cục bộ

Mục tiêu: Xác định mô hình mạng cần dùng để thiết kế mạng

Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng

Có hai kiểu nối mạng chủ yếu đó là :

 Nối kiểu điểm - điểm (point - to - point)

 Nối kiểu điểm - nhiều điểm (point - to - multipoint hay broadcast)

Trong mạng kiểu điểm - điểm, các đường truyền kết nối từng cặp nút, với mỗi nút có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời và chuyển tiếp dữ liệu đến đích Chính vì cách hoạt động này, mạng được gọi là mạng "lưu và chuyển tiếp" (store and forward).

Theo kiểu điểm - nhiều điểm, tất cả các nút trên mạng chia sẻ một đường truyền vật lý chung Khi dữ liệu được gửi từ một nút, tất cả các nút khác trong mạng đều nhận được dữ liệu đó Do đó, việc chỉ định địa chỉ đích của dữ liệu là cần thiết để các nút có thể xác định xem dữ liệu có phải gửi cho mình hay không.

* Phân biệt kiểu tô pô của mạng cục bộ và kiểu tô pô của mạng rộng

Tô pô của mạng rộng thường đề cập đến sự kết nối giữa các mạng cục bộ thông qua các bộ dẫn đường Hình trạng hình học của các bộ dẫn đường và kênh viễn thông xác định tô pô của mạng rộng, trong khi tô pô của mạng cục bộ tập trung vào sự liên kết giữa các máy tính trong cùng một mạng.

Mạng hình sao bao gồm nhiều trạm kết nối với một thiết bị trung tâm, có nhiệm vụ nhận tín hiệu và chuyển tiếp đến trạm đích Tùy thuộc vào yêu cầu truyền thông, thiết bị trung tâm có thể là bộ chuyển mạch (switch), bộ chọn đường (router) hoặc bộ phân kênh (hub) Thiết bị này thực hiện việc thiết lập các liên kết điểm-điểm giữa các trạm, mang lại nhiều ưu điểm cho mạng.

Thiết lập mạng đơn giản giúp dễ dàng cấu hình lại, cho phép thêm hoặc bớt các trạm một cách linh hoạt Việc kiểm soát và khắc phục sự cố trở nên thuận tiện hơn, đồng thời tối ưu hóa tốc độ truyền của đường truyền vật lý.

Nhược điểm: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100m, với công nghệ hiện nay)

2.2 Mạng trục tuyến tính (Bus):

Trong mạng trục tuyến tính, các trạm kết nối với nhau thông qua một đường truyền chung gọi là Bus Đường truyền này được ngăn cách ở hai đầu bằng các đầu nối đặc biệt có tên là Terminator Mỗi trạm được kết nối với trục chính thông qua đầu nối hình chữ T, hay còn gọi là T-Connector.

Hình 3.1: Kết nối hình sao

32 hoặc một thiết bị thu phát (Transceiver)

Khi một trạm truyền dữ liệu tín hiệu được quảng bá trên cả hai chiều của bus, mọi trạm còn lại có thể thu nhận tín hiệu trực tiếp Đối với bus một chiều, tín hiệu chỉ di chuyển theo một hướng, vì vậy các terminator cần được thiết kế để dội lại tín hiệu trên bus, giúp tất cả các trạm trong mạng đều có thể nhận tín hiệu Do đó, trong cấu trúc mạng, dữ liệu được truyền theo các liên kết điểm-đa điểm hoặc quảng bá Ưu điểm của phương pháp này là khả năng truyền tải hiệu quả và đồng thời đến nhiều trạm trong mạng.

Dễ thiết kế, chi phí thấp

Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động

Trong mạng hình vòng, tín hiệu được truyền theo một chiều duy nhất và mỗi trạm kết nối với vòng qua bộ chuyển tiếp (repeater) Bộ chuyển tiếp có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp tín hiệu đến trạm kế tiếp, tạo thành chuỗi liên kết điểm-điểm Do đó, cần có giao thức điều khiển việc cấp phát quyền truyền dữ liệu cho các trạm Để nâng cao độ tin cậy, có thể lắp đặt thêm các vòng dự phòng, cho phép sử dụng vòng phụ khi vòng chính gặp sự cố.

Mạng hình vòng có những ưu và nhược điểm tương tự như mạng hình sao, nhưng yêu cầu về giao thức truy cập mạng của nó phức tạp hơn so với mạng hình sao.

Hình 3.3: Kết nối kiểu vòngHình 3.2: Kết nối kiểu bus

Sự kết hợp giữa các kiểu kết nối khác nhau, chẳng hạn như cấu trúc hình cây với phân tầng kiểu hình sao, cho phép các HUB được kết nối theo kiểu bus, trong khi các máy tính được kết nối với các HUB theo hình sao.

1 Hãy trình bày cấu trúc kiểu điểm - điểm (Point to Point), kiểu quảng bá (Point to Multipoint, Broadcast)

2 Những khác biệt cơ bản giữa kiểu điểm - điểm và quảng bá?

3 Hãy trình bày cấu trúc mạng hình BUS, RING và STAR

4 Sự khác nhau cơ bản giữa mạng hình BUS và mạng hình RING ?

PHẦN THỰC HÀNH

Thiết kế cấu trúc mạng có sự kết hợp của 3 trúc mạng BUS, RING, STAR để thỏa mãn yêu cầu sau:

Công ty ABC có trụ sở là 1 tòa nhà 3 tầng, trong đó:

- Tầng 1: có 2 phòng ban, mỗi phòng ban có 4 máy vi tính

- Tầng 2: có 1 phòng ban gồm có 10 máy vi tính

- Tầng 3: có 2 phòng, mỗi phòng có 2 máy vi tính

Hình 3.4: Kết nối hỗn hợp

Sử dụng 3 cấu trúc mạng BUS, RING, STAR để vẽ sơ đồ mạng tối ưu nhất cho công ty trên

Những việc cần lưu ý khi thiết kế sơ đồ:

- Số lượng thiết bị sử dụng phải vừa đủ không quá dư, đồng thời phải đảm bảo có thể mở rộng trong vòng 3 năm tiếp theo

- Không cần phải áp dụng cả 3 cấu trúc mạng

Bài mở rộng nâng cao:

Công ty ABC vừa khai trương chi nhánh mới tại một thành phố cách xa 100km so với trụ sở hiện tại Để đảm bảo kết nối hiệu quả giữa hai chi nhánh, công ty đã thiết kế cấu trúc mạng sử dụng đường truyền vật lý.

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

+ Về kiến thức: Trình bày được cấu trúc kiểu điểm - điểm (Point to Point), kiểu quảng bá (Point to Multipoint, Broadcast), cấu trúc mạng BUS, RING, STAR

+ Về kỹ năng: sử dụng và kết hợp các cấu trúc mạng theo nhu cầu thực tế, xác định mô hình mạng cần dùng để thiết kế mạng

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp

+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng lựa chọn cấu trúc mạng và cách kết hợp các cấu trúc mạng với nhau

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

CÁP MẠNG VÀ VẬT TẢI TRUYỀN

Các thiết bị mạng thông dụng

Mục tiêu: Xác định được các thiết bị dùng để kết nối các máy tính thành một hệ thống mạng

1.1.1 Cáp đ ôi dây x oắ n (Twisted pair cable)

Cáp đôi dây xoắn là loại cáp bao gồm hai dây đồng xoắn, giúp giảm thiểu nhiễu cho các cặp dây khác và có thể kéo dài lên đến vài km mà không cần khuyếch đại Giải tần của cáp dây xoắn dao động từ 300 đến 4000Hz, với tốc độ truyền đạt từ vài kbps đến vài Mbps Cáp xoắn được chia thành hai loại chính.

Cáp STP (Shielded Twisted Pair) là loại cáp có bọc kim loại nhằm tăng cường khả năng chống nhiễu, thường bao gồm nhiều đôi dây bên trong Mặc dù lý thuyết cho rằng tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt 500 Mb/s, nhưng thực tế tốc độ này thường thấp hơn nhiều.

Cáp không bọc kim UTP (UnShield Twisted Pair) có chất lượng kém hơn STP nhưng giá thành rẻ UTP được phân loại thành 5 hạng dựa trên tốc độ truyền Cáp loại 3 thường được sử dụng cho điện thoại, trong khi cáp loại 5, với tốc độ truyền đạt 100Mb/s, rất phổ biến trong các mạng cục bộ nhờ vào tính tiện lợi và giá cả hợp lý Cáp loại 5 bao gồm 4 đôi dây xoắn nằm trong một vỏ bọc chung.

1.1.2 Cáp đồ ng tr ụ c (Coaxial cable) b ă ng t ầ n c ơ sở

Cáp với hai dây lõi lồng nhau và lõi ngoài bằng lưới kim loại có khả năng chống nhiễu tốt, cho phép sử dụng ở khoảng cách từ vài trăm mét đến vài km Hai loại cáp phổ biến nhất là loại có trở kháng 50 ohm và loại có trở kháng 75 ohm.

Dải thông của cáp đồng trục phụ thuộc vào chiều dài, với tốc độ truyền đạt từ 1–2 Gbps ở khoảng cách 1 km Cáp băng tần cơ sở thường được sử dụng cho các mạng cục bộ và có thể được nối bằng đầu nối BNC hình chữ T Tại Việt Nam, loại cáp này thường được gọi là cáp gầy, dịch từ tên tiếng Anh "Thin Ethernet".

Cáp Thick Ethernet, hay còn gọi là cáp béo, thường có màu vàng và không sử dụng đầu nối chữ T như cáp gầy Thay vào đó, cáp được nối qua các kẹp bấm vào dây với các đánh dấu cách nhau 2,5 mét để thuận tiện cho việc nối dây khi cần thiết Từ các kẹp này, người dùng có thể gắn các tranceiver để kết nối với máy tính.

1.1.3 Cáp đồ ng tr ụ c bă ng r ộ ng (Broadband Coaxial Cable) Đây là loại cáp theo tiêu chuẩn truyền hình (thường dùng trong truyền hình cap) có giải thông từ 4 – 300 Khz trên chiều dài 100 km Thuật ngữ “băng rộng” vốn

Hình 4.3: Kết nối bằng Traceiver Hình 4.2: Cáp đồng trục

Thuật ngữ "37" trong ngành truyền hình chỉ ra rằng cáp này cho phép truyền thông tin tương tự (analog) Hệ thống cáp đồng trục băng rộng có khả năng truyền song song nhiều kênh Việc khuyếch đại tín hiệu để chống suy hao có thể được thực hiện theo phương pháp khuyếch đại tín hiệu tương tự Để truyền thông tin cho máy tính, cần phải chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự.

Dùng để truyền các xung ánh sáng trong lòng một sợi thuỷ tinh phản xạ toàn phần Môi trường cáp quang rất lý tưởng vì

 Xung ánh sáng có thể đi hàng trăm km mà không giảm cuờng độ sáng

 Giải thông rất cao vì tần số ánh sáng dùng đối với cáp quang cỡ khoảng

 An toàn và bí mật

 Không bị nhiễu điện từ

Chỉ có hai nhược điểm chính là khó khăn trong việc nối dây và giá thành cao Để phát xung ánh sáng, người ta sử dụng đèn LED hoặc diod laser, trong khi các photodiode được sử dụng để nhận tín hiệu, tạo ra xung điện khi tiếp nhận xung ánh sáng.

Cáp quang cũng có hai loại

Cáp quang đa mode (multimode fiber) cho phép nhiều tia sáng truyền cùng lúc khi góc tới của chúng đạt một mức nhất định, dẫn đến hiện tượng phản xạ toàn phần Đường kính của các cáp đa mode thường khoảng 50 micron.

Cáp quang đơn mode (singlemode fiber) có đường kính dây dẫn tương đương với bước sóng, hoạt động như một ống dẫn sóng mà không xảy ra hiện tượng phản xạ, chỉ cho phép truyền một tia sáng duy nhất Với cường kính khoảng 8 micron, loại cáp này yêu cầu sử dụng diode laser Ngược lại, cáp quang đa mode cho phép truyền tín hiệu xa tới hàng trăm km mà không cần khuyếch đại.

Các thiết bị ghép nối

Mục tiêu: Bấm được các đầu cáp để kết nối mạng theo các chuẩn thông dụng

Hình 4.4: Truyền tín hiệu bằng cáp quang

2.1 Card giao tiếp mạng (Network Interface Card viết tắt là NIC) Đó là một card được cắm trực tiếp vào máy tính Trên đó có các mạch điện giúp cho việc tiếp nhận (receiver) hoặc/và phát (transmitter) tín hiệu lên mạng Người ta thường dùng từ tranceiver để chỉ thiết bị (mạch) có cả hai chức năng thu và phát Transceiver có nhiều loại vì phải thích hợp đối với cả môi trường truyền và do đó cả đầu nối Ví dụ với cáp gầy card mạng cần có đường giao tiếp theo kiểu BNC, với cáp UTP cần có đầu nối theo kiểu giắc điện thoại K5, cáp dày dùng đường nối kiểu AUI , với cáp quang phải có những transceiver cho phép chuyển tín hiệu điện thành các xung ánh sáng và ngược lại Để dễ ghép nối, nhiều card có thể có nhiều đầu nối ví dụ BNC cho cáp gầy, K45 cho UTP hay AUI cho cáp béo

Trong máy tính thường để sẵn các khe cắm để bổ sung các thiết bị ngoại vi hay cắm các thiết bị ghép nối

Tín hiệu truyền qua khoảng cách lớn thường bị suy giảm, và nhiệm vụ của các repeater là phục hồi tín hiệu để tiếp tục truyền đến các trạm khác Một số repeater chỉ đơn giản là khuyếch đại tín hiệu, nhưng điều này cũng có thể làm tăng độ méo của tín hiệu Trong khi đó, một số repeater tiên tiến có khả năng điều chỉnh tín hiệu để cải thiện chất lượng truyền tải.

2.3 Các bộ tập trung (Concentrator hay HUB)

HUB là thiết bị kết nối nhiều đầu cáp mạng, hỗ trợ các loại ổ cắm như RJ45, AUI và BCN Việc sử dụng HUB cho phép nối dây theo kiểu hình sao, mang lại lợi ích lớn về độ độc lập cho các máy, bởi vì sự cố kết nối ở một máy không ảnh hưởng đến các máy khác HUB hoạt động như một hệ thống chuyển mạch trung tâm trong mạng hình sao, với hai phương thức chuyển mạch: store-and-forward và on-the-fly Tuy nhiên, sự phụ thuộc vào trung tâm chuyển mạch có thể gây ra vấn đề khi xảy ra lỗi, do đó, việc khử lỗi đã trở thành xu hướng phát triển chính nhằm nâng cao độ tin cậy của HUB.

HUB thụ động (passive HUB) chỉ đảm bảo chức năng kết nối mà không xử lý lại tín hiệu Do đó, HUB không thể được sử dụng để tăng khoảng cách giữa hai máy trên mạng.

HUB chủ động là thiết bị có khả năng khuyếch đại tín hiệu, giúp chống suy hao và tăng khoảng cách truyền tín hiệu giữa các máy.

HUB thông minh là một thiết bị chủ động, có khả năng tạo ra và gửi các gói tin chứa thông tin về hoạt động của nó lên mạng Điều này giúp quản trị viên mạng thực hiện quản lý tự động một cách hiệu quả.

2.4 Switching Hub (hay còn gọi tắt là switch)

Switch là thiết bị chuyển mạch thực sự, khác với HUB thông thường, vì nó chỉ chuyển tín hiệu đến cổng có trạm đích thay vì phát tín hiệu đến tất cả các cổng Điều này giúp giảm thiểu đụng độ trong mạng, làm cho switch trở thành một phần quan trọng trong các mạng cục bộ lớn để phân đoạn mạng Ngày nay, switch còn cho phép tùy biến mạng, ví dụ như lập mạng ảo, nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt của hệ thống mạng.

Switch là một loại bridge với độ trễ tối thiểu trong truyền tải dữ liệu Khác với bridge, switch không cần chờ đến khi nhận xong toàn bộ frame mới tiến hành truyền, mà sẽ ngay lập tức gửi frame đi khi nhận được địa chỉ đích Điều này cho phép frame được gửi tới mạng LAN trước khi switch hoàn tất việc nhận.

Modem, viết tắt của điều chế (MOdulation) và giải điều chế (DEModulation), là thiết bị chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự để truyền qua đường điện thoại Nó cũng có khả năng biến đổi ngược tín hiệu tương tự nhận được thành tín hiệu số, cho phép kết nối từ xa hiệu quả qua mạng điện thoại.

Bộ dồn kênh có chức năng tổ hợp nhiều tín hiệu để cùng gửi trên một đường truyền Đương nhiên tại nơi nhận cần phải tách kênh

Router là thiết bị kết nối các mạng cục bộ thành mạng rộng, hoạt động như một máy tính chọn đường cho các gói tin Khác với repeaters và bridges, router là thiết bị kết nối mạng độc lập về phần cứng, sử dụng để kết nối các mạng cùng giao thức Chức năng chính của router là cung cấp môi trường chuyển mạch gói đáng tin cậy để lưu trữ và truyền dữ liệu Nó thiết lập thông tin về các đường truyền trong mạng và cung cấp nhiều đường truyền giữa các mạng con, tạo khả năng tìm đường tối ưu.

Một số kiểu nối mạng thông dụng và các chuẩn

Mục tiêu: Trình bày được các kiểu nối mạng và chuẩn kết nối

Hình 4.5: LAN Switch nối hai Segment mạng

3.1.Các thành phần thông thường trên một mạng cục bộ gồm có

 Các máy chủ cung cấp dịch vụ (server)

 Các máy trạm cho người làm việc (workstation)

 Card giao tiếp giữa máy tính và đường truyền (network interface card)

 Các thiết bị nối (connection device)

Hai yếu tố quan trọng khi thiết lập mạng cục bộ là tốc độ mạng và bán kính phủ sóng Các loại mạng sử dụng giao thức CSMA/CD cũng phản ánh điều này Dưới đây là một số kiểu kết nối phổ biến với tốc độ 10 Mb/s và các thông số kỹ thuật liên quan.

Kiểu cáp Cáp đồng trục Cáp đồng trục Cáp UTP

Tốc độ 10 Mb/s Độ dài cáp tối đa 500 m/segment 185 m/segment 100 m kể từ HUB

Số các thực thể truyền thông 100 host /segment 30 host / segment Số cổng của HUB

Hình 4.6: Cấu hình của một mạng cục bộ

Chuẩn CSMA/CD với tốc độ 10Mb và bán kính 500m sử dụng cáp đồng trục loại thick ethernet (cáp đồng trục béo) kết hợp với tranceiver, cho phép kết nối khoảng 100 máy vào mạng.

Tranceiver:Thiết bị nối giữa card mạng và đường truyền, đóng vai trò là bộ thu-phát Đặc điểm của chuẩn 10BASE 5

Tốc độ tối đa 10 Mbps

Hình 4.7: Kết nối theo chuẩn 10BASE5

Hình 4.8: Kết nối tối đa 3 phân đoạn mạng

Chiều dài tối đa của đoạn cáp của một phân đoạn (segment) 500 m

Số trạm tối đa trên mỗi đoạn 100

Khoảng cách giữa các trạm

>=2,5 m (bội số của 2,5 m (giảm thiểu hiện tượng giao thoa do sóng đứng trên các đoạn ?))

Khoảng cách tối đa giữa máy trạm và đường trục chung 50 m

Số đoạn kết nối tối đa 2 (=>tối đa có 3 phân đoạn)

Tổng chiều dài tối đa của đoạn kết nối có thể được xác định khi có hai phân đoạn, hoặc khi có ba phân đoạn thì sẽ có hai đoạn kết nối.

Tổng số trạm + các bộ lặp Repeater Không quá 1024

Chuẩn CSMA/CD có tốc độ 10Mb và bán kính tối đa 200 m, sử dụng cáp đồng trục loại thin ethernet với đầu nối BNC Kiểu kết nối này cho phép khoảng 30 máy tính tham gia vào mạng.

43 Đặc điểm của chuẩn 10BASE 2

Tốc độ tối đa 10 Mbps

Chiều dài tối đa của đoạn cáp của một phân đoạn (segment) 185 m

Số trạm tối đa trên mỗi đoạn 30

Khoảng cách giữa các trạm >=0,5 m

Khoảng cách tối đa giữa máy trạm và đường trục chung 0 m

Số đoạn kết nối tối đa 2 (=>tối đa có 3 phân đoạn)

Chiều dài tối đa của đoạn kết nối có thể được xác định khi có hai phân đoạn, hoặc khi có ba phân đoạn thì sẽ có hai đoạn kết nối.

Tổng số trạm + các bộ lặp Repeater Không quá 1024

Hình 4.9: Nối theo chuẩn 10BASE2 với cáp đồng trục và đầu nối BNC

Hệ thống mạng sử dụng HUB với các ổ nối kiểu K45 cho cáp UTP cho phép mở rộng mạng bằng cách tăng số lượng HUB Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tăng quá nhiều tầng HUB có thể làm giảm hiệu quả hoạt động của mạng do độ trễ gia tăng.

Tốc độ tối đa 10 Mbps

Chiều dài tối đa của đoạn cáp nối giữa máy tính và bộ tập trung HUB 100 m

Mô hình 100BASE-T đang ngày càng phổ biến, cho phép tốc độ truyền dữ liệu lên đến 100 Mbps Để đạt được hiệu suất này, các thiết bị như card mạng, cáp mạng và hub đều cần tuân thủ tiêu chuẩn 100BASE-T.

Dùng cab quang (Fiber cab), chủ yếu dùng nối các thiết bị xa nhau, tạo dựng đường trục xương sống (backborn) để nối các mạng LAN xa nhau (2-10 km)

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Khái quát các đặc trưng cơ bản của các phương tiện truyền: Cáp đồng trục (Coaxialcable), cáp xoắn đôi (Twisted pair cable), cáp sợi quang (Fiber optic cable)

2 Hãy trình bày khái quát về các đặc trưng cơ bản của đường truyền: Băng thông (bandwidth), thông lượng (throughput) và suy hao (attenuation)

3 Trình bày chức năng của các thiết bị kết nối liên mạng

Hình 4.10: Nối mạng theo kiểu 10BASE-T với cáp UTP và HUB

4 Trình bày ưu và nhược điểm của thiết bị SWITCH

5 Nêu chức năng của bộ định tuyến ROUTER.

BÀI THỰC HÀNH

Pin 1 White green (Trắng xanh lá cây)

Pin 2 Green (xanh lá cây)

Pin 3 White Orange (trắng cam)

Pin 5 White Blue (Trắng xanh sẫm)

Pin 7 White Brown (Trắng nâu)

Pin 6 Green (xanh lá cây)

 Đối với cáp thẳng thì hai đầu cùng bấm theo cùng một chuẩn T568A hoặc T568B

 Đối với cáp chéo thì một đầu bấm theo chuẩn T568A còn một đầu còn lại bấm theo chuẩn T568B

Những điều cần lưu ý khi bấm đầu mạng

- Khi bấm đầu mạng phải cắt dây vừa đủ, sao cho khi bấm sẽ có 1 phần vỏ bên trong đầu mạng để cố định chắc chắn

- Dọn vệ sinh tại vị trí thực hiện và bảo đảm an toàn khi thực hành

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

Đường truyền mạng có ba đặc trưng cơ bản cần nắm rõ: băng thông (bandwidth) xác định khả năng truyền tải dữ liệu tối đa, thông lượng (throughput) phản ánh lượng dữ liệu thực tế được truyền tải trong một khoảng thời gian nhất định, và suy hao (attenuation) là mức độ giảm tín hiệu khi truyền qua môi trường Ngoài ra, việc hiểu chức năng của các thiết bị kết nối liên mạng cũng rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất mạng.

+ Về kỹ năng: bấm được dây mạng theo 2 chuẩn T568A và T568B

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

Kiến thức được đánh giá qua các hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm và phỏng vấn Kỹ năng được kiểm tra thông qua khả năng bấm dây mạng theo hai chuẩn T568A và T568B Năng lực tự chủ và trách nhiệm thể hiện qua sự tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và ngăn nắp trong công việc.

GIỚI THIỆU GIAO THỨC TCP/IP

Giao thức IP

Mục tiêu của bài viết là trình bày cấu trúc địa chỉ mạng, xác định gói dữ liệu IP và cách thức truyền tải các gói dữ liệu trên mạng Đồng thời, bài viết cũng sẽ xây dựng phương thức định tuyến trên IP để tối ưu hóa quá trình truyền tải thông tin.

1.1 Họ giao thức TCP/IP

The emergence of the TCP/IP protocol is closely linked to the development of the Internet, which originated from the ARPAnet (Advanced Research Projects Agency Network) created by the Department of Defense.

Mỹ đã phát triển bộ giao thức TCP/IP, được sử dụng rộng rãi nhờ tính mở của nó Điều này cho phép bất kỳ thiết bị nào sử dụng giao thức TCP/IP đều có thể kết nối với Internet Hai giao thức chính trong bộ này là TCP.

Giao thức Điều khiển Truyền tải (TCP) và Giao thức Internet (IP) đã được các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp máy tính nhanh chóng tiếp nhận và phát triển nhằm xây dựng một mạng truyền thông toàn cầu, được gọi là Internet Ngày nay, Internet không còn chỉ phục vụ cho mục đích quân sự như ARPAnet mà đã mở rộng ra cho mọi đối tượng sử dụng, với tỷ lệ người dùng chủ yếu là trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và giáo dục.

Giao thức (protocol) là khái niệm cốt lõi trong mạng thông tin máy tính, được hiểu là tập hợp các quy tắc cần thiết cho việc trao đổi thông tin một cách chính xác và an toàn Hiện nay, có nhiều loại giao thức đang được sử dụng, như IEEE 802.X cho mạng cục bộ, CCITT X25 cho mạng diện rộng, và giao thức chuẩn ISO dựa trên mô hình tham chiếu bảy tầng để kết nối các hệ thống mở Sự phát triển của Internet tại Việt Nam đã giới thiệu giao thức TCP/IP, mặc dù nó đã tồn tại hơn 20 năm trước.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là một tập hợp các giao thức được phát triển từ những năm 70, nhằm cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng Năm 1981, phiên bản 4 của TCP/IP đã hoàn tất và trở nên phổ biến trên các máy tính sử dụng hệ điều hành UNIX Sau đó, Microsoft đã tích hợp TCP/IP thành một trong những giao thức cơ bản trong hệ điều hành Windows 9x Đến năm 1994, phiên bản IPv6 đã được hình thành thông qua sự hợp tác của nhiều nhà khoa học từ các tổ chức Internet toàn cầu, nhằm cải thiện những hạn chế của IPv4.

Khác với mô hình ISO/OSI tầng liên mạng sử dụng giao thức kết nối mạng

IP "không liên kết" là hạt nhân của Internet, cho phép kết nối linh hoạt giữa các mạng vật lý khác nhau như Ethernet, Token Ring và X.25 Các thuật toán định tuyến như RIP, OSPF và BGP đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình này, giúp đảm bảo khả năng kết nối hiệu quả và mềm dẻo.

Giao thức TCP, hoạt động ở tầng vận chuyển, đảm bảo tính chính xác và tin cậy trong việc trao đổi dữ liệu Điều này được thực hiện dựa trên kiến trúc kết nối "không liên kết" của tầng liên mạng IP.

Các giao thức hỗ trợ ứng dụng như telnet, FTP, HTTP, SMTP và DNS ngày càng trở nên phổ biến và được cài đặt rộng rãi trong các hệ điều hành thông dụng như UNIX, Windows 9x/NT và Novell Netware Những giao thức này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các dịch vụ truy cập từ xa, chuyển tệp, duyệt web và gửi thư điện tử.

TCP hoạt động tại lớp 4 của mô hình OSI, đồng thời tích hợp một số chức năng từ lớp 5 Trong khi đó, IP tương ứng với lớp 3 của mô hình này.

Trong cấu trúc bốn lớp của TCP/IP, dữ liệu được truyền từ lớp ứng dụng đến lớp vật lý, với mỗi lớp thêm vào phần điều khiển gọi là header để đảm bảo truyền dữ liệu chính xác Mỗi lớp coi thông tin nhận từ lớp trên là dữ liệu và đặt header của mình trước phần thông tin này Quá trình thêm header được gọi là encapsulation, trong khi quá trình nhận dữ liệu ngược lại, mỗi lớp sẽ tách header ra trước khi truyền dữ liệu lên lớp trên.

Mỗi lớp trong hệ thống có cấu trúc dữ liệu độc lập, không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu của lớp trên hoặc lớp dưới Dưới đây là giải thích về một số khái niệm phổ biến liên quan đến cấu trúc dữ liệu trong các lớp.

Stream là dòng số liệu được truyền trên cơ sở đơn vị số liệu là Byte

Số liệu được trao đổi giữa các ứng dụng dùng TCP được gọi là stream, trong khi dùng UDP, chúng được gọi là message

Mỗi gói số liệu TCP được gọi là segment còn UDP định nghĩa cấu trúc dữ liệu của nó là packet

Lớp Internet xử lý dữ liệu dưới dạng các khối gọi là datagram Giao thức TCP/IP hỗ trợ nhiều loại lớp mạng khác nhau, mỗi loại mang những đặc điểm riêng.

Hình 5.1: Mô hình OSI và mô hình kiến trúc của TCP/IP

50 một thuật ngữ khác nhau để truyền dữ liệu

Phần lớn các mạng kết cấu phần dữ liệu truyền đi dưới dạng các packets hay là các frames

Network Access Layer là lớp thấp nhất trong cấu trúc phân bậc của TCP/IP

Các giao thức ở lớp này cho phép hệ thống truyền dữ liệu qua các tầng vật lý khác nhau của mạng, xác định cách thức truyền các khối dữ liệu IP Để định dạng chính xác các gói dữ liệu cho từng loại mạng cụ thể, các giao thức này cần nắm rõ chi tiết về cấu trúc vật lý mạng bên dưới, bao gồm cấu trúc gói số liệu và cấu trúc địa chỉ.

So với cấu trúc OSI, lớp này của TCP/IP tương đương với hai lớp Datalink và Physical Chức năng chính của lớp này là định dạng dữ liệu, bao gồm việc nhúng các gói dữ liệu IP vào các frame để truyền trên mạng và ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ vật lý sử dụng cho mạng.

Một số giao thức điều khiển

Mục tiêu: Nắm được các giao thức điều khiển

ICMP (Internet Control Message Protocol) là giao thức điều khiển trong mức IP, có chức năng trao đổi thông tin điều khiển, thông báo lỗi và trạng thái của bộ giao thức TCP/IP.

Điều khiển lưu lượng dữ liệu là quá trình quản lý tốc độ gửi gói dữ liệu giữa các thiết bị Khi các gói dữ liệu đến quá nhanh, thiết bị đích hoặc thiết bị định tuyến sẽ gửi thông điệp ICMP trở lại thiết bị gửi, yêu cầu tạm thời ngừng việc gửi dữ liệu để tránh tình trạng quá tải.

 Thông báo lỗi: trong trường hợp địa chỉ đích không tới được thì hệ thống sẽ gửi một thông báo lỗi "Destination Unreachable"

Định hướng lại các tuyến đường là quá trình mà một thiết bị định tuyến gửi thông điệp ICMP "định tuyến lại" để thông báo cho trạm nguồn sử dụng thiết bị định tuyến khác nhằm đến thiết bị đích Thông điệp này chỉ áp dụng khi trạm nguồn và cả hai thiết bị định tuyến nằm trên cùng một mạng.

 Kiểm tra các trạm ở xa: một trạm có thể gửi một thông điệp ICMP

Hình 5.7: Định tuyến giữa hai hệ thống

"Echo" để kiểm tra xem một trạm có hoạt động hay không

Sau đây là mô tả một ứng dụng của giao thức ICMP thực hiện việc định tuyến lại (Redirect):

Khi host gửi một gói dữ liệu IP tới Router R1, router này sẽ quyết định tuyến vì nó là router mặc định của host Sau khi nhận gói dữ liệu, R1 tìm trong bảng định tuyến và phát hiện có tuyến đến R2 Khi gửi gói dữ liệu tới R2, R1 nhận thấy rằng gói dữ liệu đang được gửi ra ngoài qua cùng một giao diện mà nó đã nhận Do đó, R1 sẽ gửi thông báo ICMP Redirect Error tới host, khuyến nghị host nên gửi các gói dữ liệu tiếp theo trực tiếp đến R2 để tối ưu hóa quá trình truyền tải.

ICMP Redirect giúp một host cải thiện bảng định tuyến của mình theo thời gian với sự nhận biết tối thiểu Host bắt đầu với một tuyến mặc định (ví dụ R1 hoặc R2) và khi tuyến này được sử dụng để kết nối đến R2, router sẽ gửi thông báo Redirect Thông báo này cho phép host cập nhật bảng định tuyến của mình một cách hiệu quả hơn Khuôn dạng của thông điệp ICMP Redirect rất quan trọng trong quá trình này.

0 7 8 15 16 31 type (5) Code(0-3) Checksum Địa chỉ IP của Router mặc định

Hình 5.8: Mô tả một ứng dụng của giao thức ICMP thực hiện việc định tuyến lại

IP header (gồm option) và 8 bytes đầu của gói dữ liệu IP nguồn

Có bốn loại thông báo ICMP redirect khác nhau với các giá trị mã (code) như bảng sau:

Redirect chỉ xảy ra khi cả hai Router R1 và R2 cùng nằm trên một mạng với host nhận direct đó

2.2 Giao thức ARP và giao thức RARP Địa chỉ IP được dùng để định danh các host và mạng ở tầng mạng của mô hình OSI, chúng không phải là các địa chỉ vật lý (hay địa chỉ MAC) của các trạm đó trên một mạng cục bộ (Ethernet, Token Ring, ) Trên một mạng cục bộ hai trạm chỉ có thể liên lạc với nhau nếu chúng biết địa chỉ vật lý của nhau Như vậy vấn đề đặt ra là phải thực hiện ánh xạ giữa địa chỉ IP (32 bits) và địa chỉ vật lý (48 bits) của một trạm Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) đã được xây dựng để chuyển đổi từ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý khi cần thiết Ngược lại, giao thức RARP (Reverse Address Resolution Protocol) được dùng để chuyển đổi địa chỉ vật lý sang địa chỉ IP Các giao thức ARP và RARP không phải là bộ phận của IP mà IP sẽ dùng đến chúng khi cần

Giao thức TCP/IP sử dụng ARP để xác định địa chỉ vật lý của trạm đích Khi gửi gói dữ liệu IP đến một hệ thống khác trên cùng mạng Ethernet, hệ thống gửi cần biết địa chỉ Ethernet của hệ thống đích để tầng liên kết dữ liệu có thể tạo khung gói dữ liệu.

Hệ thống thường lưu trữ và cập nhật bảng thích ứng địa chỉ IP-MAC tại chỗ, hay còn gọi là bảng ARP cache Bảng này được cập nhật bởi người quản trị hệ thống hoặc tự động thông qua giao thức ARP mỗi khi có ánh xạ địa chỉ mới Hình ảnh mô tả định dạng của gói dữ liệu ARP.

2 Redirect cho loại dịch vụ (TOS) và mạng

3 Redirect cho loại dịch vụ và host

Hình 5.9: Dạng thông điệp ICMP redirect

Hình 5.10: Các loại định hướng lại của gói dữ liệu ICMP

Data link type Network type Hlen plen Opcode Sender data link (6byte for Ethernet) Sender network (4 byte for IP) Tagret data link (6 byte) Tagret network (4 byte)

Check sume Hình 5.11: Mô tả khuôn dạng của gói ARP

 Data link type: cho biết loại công nghệ mạng mức liên kết (ví dụ đối với mạng Ethernet trường này có giá trị 01)

 Network type: cho biết loại mạng (ví dụ đối với mạng IPv4, trường này có giá trị 080016)

 Hlen (hardware length): độ dài địa chỉ mức liên kết (6 byte)

 Plen (Protocol length): cho biết độ dài địa chỉ mạng (4 byte)

 Opcode (operation code): mã lệnh yêu cầu: ; mã lệnh trả lời

 Sender data link: địa chỉ mức liên kết của thiết bị phát gói dữ liệu này

 Sender network : địa chỉ IP của thiết bị phát

Trong yêu cầu, địa chỉ mức liên kết cần tìm được gọi là tagret data link, thường được điền là 0 bởi thiết bị gửi yêu cầu Trong phản hồi, đây là địa chỉ mức liên kết của thiết bị đã gửi yêu cầu.

Mạng mục tiêu: Trong yêu cầu, địa chỉ IP mà bạn cần tìm là địa chỉ mức liên kết tương ứng; trong phản hồi, địa chỉ IP của thiết bị gửi yêu cầu sẽ được cung cấp.

Khi cần xác định địa chỉ IP - MAC, trước tiên bạn có thể tra cứu địa chỉ MAC tương ứng với địa chỉ IP trong bảng địa chỉ IP - MAC của hệ thống Nếu không tìm thấy thông tin cần thiết, hãy sử dụng giao thức ARP để thực hiện việc này.

Trạm làm việc gửi yêu cầu ARP (ARP_Request) để tìm kiếm sự tương ứng giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC đến máy chủ ARP Máy chủ ARP sẽ tìm kiếm trong bảng tương ứng địa chỉ để trả về kết quả.

Khi một trạm làm việc gửi yêu cầu ARP để tìm địa chỉ MAC tương ứng với địa chỉ IP của nó, máy chủ sẽ kiểm tra xem địa chỉ IP đó có thuộc về mình hay không Nếu có, máy chủ sẽ gửi phản hồi ARP_Response trở lại trạm làm việc Nếu không, máy chủ sẽ chuyển tiếp yêu cầu dưới dạng quảng bá đến tất cả các trạm làm việc trong mạng Trạm nào có địa chỉ IP trùng khớp sẽ phản hồi bằng địa chỉ MAC của mình Tóm lại, quy trình ARP diễn ra như sau.

1 IP yêu cầu địa chỉ MAC

2 Tìm kiếm trong bảng ARP

3 Nếu tìm thấy sẽ trả lại địa chỉ MAC

4 Nếu không tìm thấy, tạo gói ARP yêu cầu và gửi tới tất cả các trạm

5 Tuỳ theo gói dữ liệu trả lời, ARP cập nhật vào bảng ARP và gửi địa chỉ MAC đó cho IP

Reverse ARP (Giao thức giải thích địa chỉ ngược) là một giao thức dùng để xác định địa chỉ IP tương ứng với địa chỉ MAC đã biết Quá trình này ngược lại với ARP, nơi mà địa chỉ IP được sử dụng để tìm địa chỉ MAC Reverse ARP cho phép thiết bị mạng tìm kiếm địa chỉ IP dựa trên địa chỉ mức liên kết, giúp tối ưu hóa việc giao tiếp trong mạng.

2.3 Giao thức lớp chuyển tải (Transport Layer)

TCP (Transmission Control Protocol) is a connection-oriented protocol, meaning that a logical link must be established between a pair of TCP entities before they can exchange data.

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Hãy trình bày tổng quát mô hình kiến trúc TCP/IP

Hình 5.16: Quá trình kết nối theo 3 bước

2 Hãy nêu vai trò và chức năng các tầng trong mô hình TCP/IP

3 Trình bày quá trình đóng và phân mảnh gói dữ liệu

4 Trình bày các đặc điểm, vai trò và chức năng của TCP

5 Hãy nêu các chức năng chính của IP

6 Hãy nêu khái niệm về cấu trúc địa chỉ IP Cho ví dụ.

BÀI THỰC HÀNH

Một công ty có 1000 cái máy tính thì dùng IP thuộc lớp nào thì phù hợp nhất Cho ví dụ về 1000 IP đó

Bài mở rộng nâng cao:

Để một công ty có 1000 máy tính, lớp IP phù hợp nhất là lớp C, vì nó cho phép tối đa 254 địa chỉ IP Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu 1000 IP, cần sử dụng subnetting Ví dụ, nếu sử dụng subnet mask 255.255.252.0, công ty có thể tạo ra 1024 địa chỉ IP trong dải 192.168.0.0 đến 192.168.3.255, đáp ứng đủ số lượng máy tính mà vẫn đảm bảo tính hiệu quả trong quản lý địa chỉ IP.

- Khi tiến hành cấp IP cho máy tính phải chú ý đến mặt nạ mạng để xác định đúng địa chỉ mạng

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

+ Về kiến thức: Trình bày được mô hình kiến trúc TCP/IP, đóng và phân mảnh gói dữ liệu

+ Về kỹ năng: sử dụng và kết hợp các lớp IP để xác định lớp nào phù hợp cho nhu cầu sử dụng thực tế

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc

Kiến thức được đánh giá qua các hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm và vấn đáp, trong khi kỹ năng được đánh giá thông qua khả năng lựa chọn lớp IP và subnet mask phù hợp.

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc