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, những thế hệ máy tính đầu tiên với bóng đèn điện tử có kích thước cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng Dữ liệu được nhập vào máy tính thông 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 cần thiết Các tấm bìa được đưa vào thiết bị đọc bìa để truyền thông tin vào máy tính, và kết quả tính toán được in ra bằng máy in Thiết bị đọc bìa và máy in hoạt động như các thiết bị vào ra (I/O) cho máy tính Theo thời gian, các thế hệ máy mới được phát triển, cho phép một máy tính trung tâm kết nối với nhiều thiết bị I/O, thực hiện liên tục các bài trình khác nhau.
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 đáng kể 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 tại vị trí xa trung tâm tính toán, kết nối qua đường dây điện thoại và sử dụng hai thiết bị xử lý tín hiệu, thường gọi là Modem, để truyền tín hiệu qua dây điện thoại thay vì kết nối 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 này 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 nâng cao khả năng tương tác 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 của máy tính trung tâm và số lượng kết nối giữa máy tính trung tâm và các thiết bị đầu cuối, IBM cùng với các công ty máy tính khác đã phát triển một số thiết bị bổ sung.
Thiết bị kiểm soát truyền thông nhận tín hiệu từ các kênh truyền, gom thành byte dữ liệu và chuyển đến máy tính trung tâm để xử lý Ngoài ra, nó cũng truyền tín hiệu phản hồi từ máy tính trung tâm đến các trạm xa Thiết bị này giúp giảm thời gian xử lý trên máy tính trung tâm và 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, giúp máy tính trung tâm chỉ cần kết nối với một thiết bị kiểm soát để phục vụ cho tất cả các thiết bị gắn liền Điều này đặc biệt hữu ích khi thiết bị kiểm soát ở xa máy tính, vì chỉ cần một đường điện thoại là có thể kết nối và phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối.
Hình 1.2: Mô hình trao đổi mạng của hệ thống 3270
Vào giữa những năm 1970, các thiết bị đầu cuối đã ra đời với phương pháp kết nối qua cáp, nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và khả năng tính toán của máy tính Đến những năm 1980, hệ thống đường truyền tốc độ cao được thiết lập tại Bắc Mỹ và Châu Âu, dẫn đến sự xuất hiện của các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông với tốc độ cao hơn nhiều so với đường dây điện thoại Với chi phí thuê bao hợp lý, người dùng có thể kết nối máy tính và hình thành mạng lưới rộng khắp Các nhà cung cấp đã xây dựng đường truyền dữ liệu giữa các thành phố và khu vực, cung cấp dịch vụ cho những người xây dựng mạng, giúp họ không cần phải xây dựng lại đường truyền mà chỉ cần sử dụng năng lực truyền thông có sẵn.
Vào năm 1974, IBM đã ra mắt một loạt thiết bị đầu cuối dành cho lĩnh vực ngân hàng và thương mại, cho phép nhiều thiết bị 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 cho thiết bị và phần mềm Điều này đã thúc đẩy nhanh chóng việc nghiên cứu và đầu tư vào khả năng sử dụng chung môi trường truyền thông và tài nguyên máy tính.
Năm 1977, Datapoint Corporation ra mắt hệ điều hành mạng "Attached Resource Computer Network" (viết tắt là Arcnet), cho phép kết nối máy tính và trạm đầu cuối qua cáp mạng Arcnet đã trở thành hệ điều hành mạng cục bộ đầu tiên trên thị trường.
Kể từ khi máy tính cá nhân trở nên phổ biến, nhiều công ty đã giới thiệu sản phẩm của mình để đáp ứng nhu cầu này Sự gia tăng nhanh chóng số lượng máy vi tính trong các văn phòng và cơ quan đã làm cho việc kết nối chúng trở nên thiết yếu, mang lại hiệu quả cao cho người sử dụng.
Ngày nay, với sự gia tăng khối lượng thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng trở nên cấp thiết Mạng máy tính đã trở thành một phần quen thuộc trong nhiều lĩnh vực như khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ và giáo dục Ở nhiều nơi, mạng internet đã trở thành nhu cầu thiết yếu, mang lại cho chúng ta những khả năng to lớn thông qua việc kết nối các máy tính.
Sử dụng chung tài nguyên mạng cho phép mọi thành viên truy cập vào các thiết bị, bài trình và dữ liệu mà không cần quan tâm đến vị trí của chúng Điều này tạo ra sự thuận tiện và hiệu quả trong việc chia sẻ tài nguyên trong một mạng lưới.
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 là rất quan trọng để đảm bảo rằng thông tin chung có thể được khôi phục nhanh chóng khi xảy ra sự cố trong hệ thống Nếu một trạm làm việc gặp trục trặc, người dùng có thể dễ dàng sử dụng các trạm khác để thay thế, giúp duy trì hiệu suất làm việc liên tục.
Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, bao gồm khả năng tổ chức lại công việc để đáp ứng 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 thông qua việc kết hợp các bộ phận phân tán, và cải thiện truy cập tới các dịch vụ mạng toàn cầu.
Với nhu cầu ngày càng cao trong xã hội, vấn đề kỹ thuật mạng trở thành mối quan tâm hàng đầu của các chuyên gia công nghệ thông tin Một trong những thách thức lớn là làm sao để truy xuất thông tin nhanh chóng và tối ưu, trong khi khối lượng dữ liệu lớn trên mạng có thể dẫn đến tắc nghẽn 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 kếtnối 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 thông tin hoặc xử lý, và thường yêu cầu sự kết hợp giữa truyền thông và việc 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 hệ thống bao gồm các máy tính độc lập được kết nối 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 cho phép các máy tính giao tiếp với nhau, và chúng là yếu tố then chốt trong 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 quan trọng trong mạng máy tính, dùng để truyền tín hiệu điện tử giữa các máy tính Tín hiệu này biểu thị thông tin và dữ liệu dưới dạng xung nhị phân (ON_OFF) Tất cả tín hiệu truyền giữa các máy tính đều thuộc sóng điện từ, và tùy theo 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 của nó.
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 giao tiếp với nhau thông qua sóng vô tuyến, sử dụng các thiết bị điều chế và giải điều chế ở các đầu mút để truyền tải tín hiệu hiệu quả.
Kỹ thuật chuyển tín hiệu giữa các nút trong mạng là một 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 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 tính ổn định trong quá trình giao tiếp.
Kỹ thuật chuyển mạch thông báo là phương pháp truyền tải dữ liệu trong đó thông báo được định nghĩa là một đơn vị dữ liệu có cấu trúc cụ thể Mỗi thông báo bao gồm thông tin điều khiển, cho phép xác định đích đến của nó Dựa vào thông tin này, các nút trung gian có khả năng chuyển tiếp thông báo tới nút tiếp theo trên đường dẫn đến đích cuối cùng.
Kỹ thuật chuyển mạch gói cho phép mỗi thông báo được chia thành nhiều gói tin nhỏ, có cấu trúc quy định trước Mỗi gói tin chứa thông tin điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Điều đặc biệt là các gói tin thuộc cùng một thông báo có thể được gửi đến đích qua nhiều con đường khác nhau trong mạng.
Kiến trúc mạng máy tính định nghĩa cách kết nối các máy tính và thiết lập các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể trong mạng cần tuân thủ để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
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 ước truyền thông giữa các thực thể trong mạng, được gọi là giao thức hoặc nghi thức 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 đặt 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 công việc trên hệ thống là một chức năng quan trọng của hệ điều hành, giúp đảm bảo giao tiếp hiệu quả giữa người sử dụng, ứng dụng và thiết bị trong hệ thống.
Hệ thống khai thác cần được trang bị các tiện ích thuận lợi như FORMAT đĩa, sao chép tệp và thư mục, cũng như in ấn chung Hiện nay, các hệ điều hành phổ biến nhất bao gồm Windows NT, Windows 9X, Windows 2000, Unix và Novell.
Phân loại mạng máy tính
Mục tiêu: Phân loại và xác định đuợc các kiểu thiết kế mạng máy tính thông dụng
Mạng có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, tùy thuộc vào yếu tố chính được lựa chọn Thông thường, người ta phân loại mạng dựa trên các tiêu chí như 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 một không gian hạn chế, chẳng hạn như trong một tòa nhà hoặc một xí nghiệp, với khoảng cách tối đa giữa các máy tính không vượt quá vài km.
Mạng đô thị (MAN - Metropolitan Area Network) là loại mạng được thiết lập 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 khu vực rộng lớn, vượt qua cả biên giới quốc gia và lục địa.
Mạng toàn cầu ( GAN - Global Area Network ) : là mạng có phạm vi trải rộng toàn cầu
3.2 Phân loại theo kỹ thuậtchuyển 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 một bên ngắt liên lạc Dữ liệu chỉ được truyền qua con đường này, dẫn đến nhược điểm là mất thời gian để thiết lập kênh và hiệu suất sử dụng mạng không cao.
Mạng chuyểnmạch thông báo (message switched network) :
Thông báo là đơn vị dữ liệu có cấu trúc quy định trước, chứa thông tin điều khiển xác định đích đến Dựa vào thông tin này, các nút trung gian có thể chuyển tiếp thông báo đến nút tiếp theo trên đường dẫn tới đích Mỗi nút cần tạm giữ thông báo để đọc thông tin điều khiển; nếu không phải là đích nhận, nó sẽ tiếp tục chuyển tiếp Tùy vào điều kiện mạng, thông báo có thể được chuyển qua nhiều con đường khác nhau, mang lại ưu điểm cho phương pháp này.
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 kiểm soát kích thước thông báo gây ra chi phí lưu trữ tạm thời cao, đồng thời ảnh hưởng tiêu cực đến thời gian phản hồi yêu cầu từ các trạm.
Mạng chuyển mạch gói (packet switched network) là hệ thống trong đó mỗi thông báo được phân chia thành các gói tin nhỏ hơn, mỗi gói có cấu trúc quy định sẵn Mỗi gói tin bao gồm thông tin điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) Điều đặc biệt là các gói tin từ cùng một thông báo có thể được gửi đến đích thông qua nhiều lộ trình khác nhau trong mạng.
Phương pháp chuyển mạch thông báo và chuyển mạch gói có nhiều điểm tương đồng, nhưng khác biệt chính nằm ở kích thước tối đa của các gói tin Kích thước này được quy định 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 như mạng ngang hàng, mạng khách/chủ, hoặc dựa trên tên hệ điều hành sử dụng, chẳng hạn 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 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 công sở.
Mạng cục bộcó 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) là sự kết nối giữa các mạng LAN, có thể mở rộng trên một vùng, quốc gia, lục địa hoặc thậm chí 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 (intranet) là một phiên bản thu nhỏ của Internet, được triển khai trong các cơ quan, công ty, tổ chức hoặc bộ/ngành, với phạm vi người sử dụng được giới hạn Nó sử dụng các công nghệ kiểm soát truy cập và bảo mật thông tin, phát triển từ các mạng LAN và WAN với 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?
6 Hiểu thế nào là mạng cục bộ LAN (Local Area Networks) và nêu các đặc trưng cơ bản của nó
Hình 1.3:M ạ ng di ệ n r ộ ng v ớ i k ế t n ố i LAN
7 Hiểu thế nào là mạng đô thịMAN (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 ưuđiểm 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 vềđánh giá kết quả học tập:
Kết nối các máy tính thành mạng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng chia sẻ tài nguyên và thông tin hiệu quả 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, cho phép truyền tải song song Mạng cục bộ LAN (Local Area Networks) là một loại mạng giới hạn trong một khu vực nhỏ, như văn phòng hay tòa nhà, với các đặc trưng cơ bản như tốc độ cao, chi phí thấp 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 kỹnăng: Đánh giá kỹnăng 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 cung cấp dịch vụ cho tầng cao hơn Mỗi tầng có hai mối quan hệ: theo chiều ngang, cho phép các máy tính đồng tầng giao tiếp thông qua các giao thức, và theo chiều dọc, liên kết các tầng kề nhau thông qua giao diện ghép nối, xác định các dịch vụ mà tầng dưới cung cấp cho tầng trên Sự không tương thích giữa các mạng gây khó khăn cho người dùng, do đó, việc xây dựng mô hình chuẩn là cần thiết để tạo ra các sản phẩm mạng mở Vào tháng 3/1977, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã bắt đầu nghiên cứu kết nối hệ thống mở nhằm kết nối các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau và vào năm 1984, họ công bố mô hình OSI (Open System Interconnections) với 7 tầng.
Tầng 1, hay còn gọi là tầng vật lý, cung cấp các phương tiện truyền tin và quy trình khởi động, duy trì, cũng như 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 rằng các sai sót trong quá trình truyền tin được phát hiện và khắc phục kịp thời.
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), chịu trách nhiệm 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 cần thiết.
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 quan trọng trong việc kết nối người dùng với môi trường 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 cũng như thư tín điện tử.
Mô hình 7 mức OSI là cơ sở cho việc truyền tin trên mạng, dựa vào các giao thức đã được quy định Quá trình giao tiếp diễn ra từ các lớp thấp trên mỗi máy và dần dần được truyền lên các lớp cao hơn Mô hình này mô tả cách thức hoạt động của việc truy cập tài nguyên mạng thông qua bảy lớp phân biệt, mỗi lớp đảm nhiệm một vai trò riêng trong việc xử lý thông tin.
Yêu cầu bắt đầu từ lớp trên cùng của mô hình OSI và được chuyển đổi thành một lời gọi API bên trong ứng dụng Khi di chuyển xuống dưới, yêu cầu này trở thành chuỗi xung mã hoá, truyền tải thông tin nhị phân đến thiết bị khác qua mạng Những xung này có thể là điện, quang, từ, vi ba hoặc tần số sóng mang vô tuyến Quá trình mã hoá cho phép các lớp cụ thể của mô hình OSI trên máy tính nguồn giao tiếp với các lớp tương tự.
Quá trình truyền dữ liệu qua mạng diễn ra thông qua các giao thức, khi chúng đến máy tính đích, chúng sẽ chuyển ngược lên các lớp của mô hình OSI và được giải mã cho đến khi đạt được lớp tương đương Kết quả là hai máy có thể giao tiếp độc lập như thể chúng đang truy cập vào các tài nguyên tại chỗ Mô hình OSI không xác định giao thức cụ thể nào để truyền dữ liệu, cũng như không chỉ định thiết bị sử dụng, mà chỉ cung cấp một khung để các thiết bị tuân theo nhằm đảm bảo thông tin được truyền tải chính xác Vậy, việc đóng gói dữ liệu để truyền qua mạng thực hiện như thế nào?
Dữ liệu lưu thông trên mạng được chia thành hai nhóm: yêu cầu từ máy tính nguồn và hồi đáp từ đích Gói dữ liệu (packet) là đơn vị cơ bản của dữ liệu mạng, và thông tin cần truyền phải đi qua một chồng giao thức, trải qua quá trình đóng gói Cách đóng gói phụ thuộc vào các khuôn dạng và lược đồ biểu diễn của từng giao thức trong mỗi lớp Mỗi gói chứa yêu cầu hoặc hồi đáp, địa chỉ mạng, cơ chế kiểm tra lỗi để đảm bảo gói đến đích nguyên vẹn, và kiểm soát dòng để tránh gửi quá nhanh Các thông tin này được quản lý qua 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 và có thể nối thêm phần đuôi với các trường thông tin.
Trước khi truyền dữ liệu, cần thiết lập kết nối giữa hai thực thể ở cùng tầng, nơi họ thương lượng về tập tham số sử dụng Dữ liệu được gửi từ lớp 7 (Application) xuống lớp 6 (Presentation), nơi bắt đầu quá trình bao gói Tại đây, dữ liệu được bao lại trong phần đầu đề chứa thông tin nhận diện và hỗ trợ chuyển tiếp Khi dữ liệu đi qua các lớp 5 (Session), 4 (Transport), và 3 (Network), các giao thức tại mỗi lớp gắn thêm phần đầu đề và có thể chia dữ liệu thành các mảnh nhỏ hơn Đến lớp 2 (Data Link), dữ liệu được lắp ráp thành các khung với phần đầu và phần cuối, sau đó được truyền xuống lớp 1 (Physical) để gửi đi Khi khung đến đích, quá trình tách bỏ liên kết diễn ra, với các phần đầu và cuối được tháo ra và so sánh Trong mạng chuyển mạch gói, việc truyền dữ liệu có thể diễn ra theo phương pháp có liên kết hoặc không có liên kết, với chỉ một giai đoạn truyền cho phương pháp không có liên kết.
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, với mục tiêu kết nối các sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau Điểm mạnh của OSI là khả năng cung cấp giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các máy tính khác nhau Hai hệ thống khác biệt có thể giao tiếp hiệu quả nếu chúng tuân thủ những 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 mô hình phân tầng rõ ràng Đây là một khung tiêu chuẩn giúp các quy chuẩn mạng khác có thể được áp dụng và tương thích với nhau Mô hình OSI xác định các lĩnh vực hoạt động của mạng mà các tiêu chuẩn khác nhau có thể nhắm tới, do đó, có thể coi nó như một tiêu chuẩn cho các tiêu chuẩn mạng.
* 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 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 mức 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 mà trong đó dữ liệu được chuyển giao 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 tăng cường độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền tải thông tin.
Hủy bỏ liên kết trong hệ thống là quá trình giải phóng tài nguyên đã được cấp phát cho liên kết, cho phép tài nguyên này được sử dụng 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 các máy tính trao đổi thông điệp, chúng được đóng gói thành các gói tin tại máy nguồn Tại điểm đến, những gói tin này sẽ được kết hợp lại để phục hồi 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 bao gồm việc gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu (header) của các gói tin trước khi chuyển tiếp Mỗi gói tin bao gồm phần đầu và phần dữ liệu, và khi đến một tầng mới, gói tin sẽ được bổ sung một phần đầu mới, trở thành gói tin của tầng đó Quá trình này tiếp diễn cho đến khi gói tin được truyền qua mạng đến bên nhận.
Tại bên nhận, các gói tin sẽ được gỡ bỏ phần đầu ở từng tầng tương ứng, 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 (Physical layer) là tầng đầu tiên trong mô hình OSI, chịu trách nhiệm mô tả các đặc điểm vật lý của mạng, bao gồm các loại cáp kết nối thiết bị, các loại đầu nối sử dụng, và độ dài tối đa của dây cáp Tầng này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự truyền tải dữ liệu hiệu quả giữa các thiết bị.
Các tín hiệu điện có 23 đặc trưng quan trọng được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các máy trong mạng, bao gồm kỹ thuật nối mạch điện và tốc độ cáp truyền dẫn.
Tầng vật lý trong mô hình OSI không quy định ý nghĩa cho các tín hiệu, chỉ đơn thuần thể hiện các giá trị nhị phân 0 và 1 Ý nghĩa của các bit được truyền ở tầng vật lý sẽ được xác định ở các tầng cao hơn của mô hình này.
Tiêu chuẩn Ethernet 10 baseT quy định các đặc tính điện của cáp xoắn đôi, kích thước và hình dạng của đầu nối, cũng như độ dài tối đa cho phép của cáp.
Tầng vật lý khác 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 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 phân 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 tải ký tự bất kỳ lúc nào mà không cần chú ý 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), hoặc đơn giản là một "cờ" (flag) để đánh dấu giữa các dữ liệu Điều này giúp máy nhận nhận biết được thời điểm dữ liệu đang đến hoặc đã đến.
3.2 Tầng 2: Liên kết dữ liệu (Data link)
Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) là tầng quan trọng trong mạng, nơi các bít được truyền đi có ý nghĩa cụ thể Tầng này quy định các dạng thức, kích thước, và địa chỉ của máy gửi và nhận cho mỗi gói tin Ngoài ra, nó cũng xác định cơ chế truy cập thông tin trên mạng và phương tiện gửi gói tin, đảm bảo rằng gói tin được chuyển đến đúng người nhận.
Tầng liên kết dữ liệu có hai phương thức liên kết chính: "một điểm - một điểm" và "một điểm - nhiều điểm" Phương thức "một điểm - một điểm" thiết lập các đường truyền riêng biệt để kết nối từng cặp máy tính, trong khi phương thức "một điểm - nhiều điểm" cho phép tất cả các máy tính chia sẻ một đường truyền vật lý chung.
Tầng liên kết dữ liệu đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu bằng cách phát hiện và sửa lỗi cơ bản, giúp dữ liệu nhận được hoàn toàn giống với dữ liệu gửi đi Nếu phát hiện gói tin có lỗi không thể sửa, tầng này sẽ thông báo cho nơi gửi để thực hiện việc gửi lại gói tin.
Các giao thức tầng liên kết dữ liệu được phân thành hai loại chính: giao thức hướng ký tự và giao thức hướng bit Giao thức hướng ký tự sử dụng các ký tự đặc biệt từ các bộ mã chuẩn như ASCII hoặc EBCDIC, trong khi giao thức hướng bit dựa trên các cấu trúc nhị phân, nơi dữ liệu được tiếp nhận từng bit một.
Tầng mạng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các mạng bằng cách tìm đường cho các gói tin từ mạng này đến mạng khác Nó xác định cách chuyển hướng và vạch đường cho các gói tin, cho phép chúng đi qua nhiều chặng trước khi đến đích cuối cùng Luôn tìm kiếm các tuyến truyền thông không tắc nghẽn, tầng mạng đảm bảo rằng các gói tin được chuyển đến đúng nơi một cách hiệu quả.
Tầng mạng cung cấp các phương tiện để truyền gói tin qua mạng, bao gồm cả mạng của mạng (network of network), và cần đáp ứng nhiều kiểu mạng cũng như dịch vụ khác nhau Hai chức năng chính của tầng mạng là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying) Tầng mạng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối hai loại mạng khác nhau, như mạng Ethernet và mạng Token Ring, thông qua bộ tìm đường để chuyển gói tin giữa các mạng Trong mạng chuyển mạch gói, các nút chuyển mạch được kết nối qua các liên kết dữ liệu, và gói dữ liệu được truyền từ hệ thống này sang hệ thống khác phải đi qua một chuỗi các nút, mỗi nút thực hiện chức năng chọn đường và chuyển tiếp gói dữ liệu từ đường vào đến đường ra.
Việc chọn đường là quá trình xác định con đường tối ưu để truyền dữ liệu, như gói tin, từ trạm nguồn đến trạm đích Kỹ thuật chọn đường cần thực hiện hai chức năng chính: xác định lộ trình hiệu quả và đảm bảo tính chính xác trong việc truyền tải thông tin.
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 vềđánh 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 kỹnăng: vẽđược 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
Mạ ng c ụ c b ộ
Mục tiêu: Trình bày được kiến trúc dùng để xây dựng một mạng cục bộ
Mạng cục bộ, hay còn gọi là LAN, được xác định chủ yếu dựa trên quy mô của nó, nhưng không chỉ có vậy Quy mô mạng ảnh hưởng đến nhiều đặc tính và công nghệ liên quan Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật của mạng cục bộ.
Mạng cục bộ có quy mô nhỏ, thường có bán kính dưới vài km, cho phép loại bỏ sự cần thiết của các thiết bị dẫn đường phức tạp.
Mạng cục bộ thường thuộc quyền sở hữu của một tổ chức, điều này mặc dù có vẻ không quan trọng nhưng thực sự rất cần thiết cho việc quản lý mạng một cách hiệu quả.
Mạng cục bộ (LAN) cung cấp tốc độ cao và độ tin cậy cao với xác suất lỗi rất thấp Trong khi mạng rộng (WAN) thường chỉ đạt vài Kbit/s, tốc độ trên mạng cục bộ có thể đạt 10 Kb/s, 100 Kb/s, và hiện nay với công nghệ Gigabit Ethernet, tốc độ có thể lên tới 1 Gb/s.
Kiến trúc m ạ ng c ụ c b ộ
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)
Mạng kiểu điểm - điểm kết nối từng cặp nút với nhau, trong đó mỗi nút có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời và chuyển tiếp dữ liệu đến đích Chính vì cơ chế hoạt động này, mạng được gọi là mạng "lưu và chuyển tiếp" (store and forward).
Theo kiểu điểm - nhiều điểm, tất cả các nút trong mạng chia sẻ một đường truyền vật lý chung Dữ liệu từ một nút sẽ được gửi đến tất cả các nút khác, vì vậy cần chỉ định địa chỉ đích để các nút xác định xem dữ liệu có phải gửi đến 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 dạng hình học của các bộ dẫn đường và kênh viễn thông được gọi là tô pô mạng rộng, trong khi tô pô của mạng cục bộ liên quan đến sự liên kết giữa các máy tính trong cùng một mạng.
Mạng hình sao kết nối tất cả các trạm với một thiết bị trung tâm, có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích Tùy thuộc vào yêu cầu truyền thông, thiết bị trung tâm có thể là bộ chuyển mạch, bộ chọn đường hoặc bộ phân kênh Vai trò của thiết bị này là thiết lập các liên kết điểm-điểm giữa các trạm, mang lại nhiều ưu điểm trong việc quản lý và tối ưu hóa lưu lượng dữ liệu.
Thiết lập mạng đơn giản giúp dễ dàng cấu hình lại mạng bằng cách thêm hoặc bớt các trạm, đồng thời cho phép kiểm soát và khắc phục sự cố hiệu quả Điều này tối ưu hóa tốc độ truyền của đường truyền vật lý, mang lại hiệu suất cao cho hệ thống mạng.
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, tất cả các trạm kết nối với một đường truyền chung gọi là Bus, được giới hạn bởi hai 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).
Khi một trạm truyền dữ liệu tín hiệu được quảng bá trên cả hai chiều của bus, mọi trạm còn lại đều có thể thu được tín hiệu đó trực tiếp Đối với các bus một chiều, tín hiệu chỉ đi về một phía, do đó 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 Như vậy, trong topo mạng, dữ liệu được truyền qua các liên kết điểm-đa điểm hoặc quảng bá Ưu điểm của hệ thống này là khả năng truyền tải thông tin hiệu quả và đồng bộ giữa các trạm.
Dễ thiết kế, chi phí thấp
Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động
Trên mạng hình vòng tín hiệu được truyền đi trên vòng theo một chiều duy nhất
Mỗi trạm trong mạng được kết nối qua một bộ chuyển tiếp (repeater), có chức năng nhận và chuyển tiếp tín hiệu đến trạm tiếp theo Tín hiệu di chuyển trên vòng qua các liên kết điểm-điểm giữa các repeater, do đó cần có giao thức điều khiển quyền truyền dữ liệu cho các trạm Để nâng cao độ tin cậy của mạng, có thể lắp đặt thêm các vòng dự phòng, giúp đảm bảo hoạt động liên tục khi vòng chính gặp sự cố.
Mạng hình vòng có những ưu điểm và nhược điểm giống như mạng hình sao, nhưng yêu cầu giao thức truy cập mạng của nó phức tạp hơn so với mạng hình sao.
Hình 3.3: Kết nối kiểu vòng Hình 3.2: Kết nối kiểu bus
Cấu trúc mạng kết hợp nhiều kiểu kết nối khác nhau, ví dụ như hình cây với cấu trúc phân tầng, cho phép các HUB kết nối theo kiểu bus và từ các HUB này kết nối tới các máy 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 Sựkhác 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
Sử dụng 3 cấu trúc mạng BUS, RING, STAR để vẽ sơ đồ mạng tối ưu nhất cho công ty trên
Hình 3.4: Kết nối hỗn hợp
Những việc cần lưu ý khi thiết kếsơ 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 cách thành phố hiện tại khoảng 100km, nhằm mở rộng hoạt động kinh doanh Để kết nối hai chi nhánh, công ty đã thiết kế cấu trúc mạng sử dụng đường truyền vật lý, đảm bảo hiệu suất và độ ổn định trong quá trình truyền tải dữ liệu.
Yêu cầu vềđánh 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
Kiến thức sẽ được đánh giá thông qua các hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm và phỏng vấn Đối với kỹ năng, việc đánh giá sẽ tập trung vào khả năng lựa chọn cấu trúc mạng phù hợp và cách kết hợp các cấu trúc mạng một cách hiệu quả.
+ 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 d ụ ng
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 đôi dây khác và có thể kéo dài tới vài km mà không cần khuyếch đại Giải tần của cáp dây xoắn đạt khoảng 300–4000Hz, với tốc độ truyền dữ liệu từ vài kbps đến vài Mbps Cáp xoắn được chia thành hai loại chính.
Cáp STP (Shielded Twisted Pair) là loại cáp được bọc kim loại nhằm tăng cường khả năng chống nhiễu Trong vỏ bọc kim loại này, có thể chứa nhiều đôi dây Mặc dù lý thuyết cho rằng tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt 500 Mb/s, nhưng thực tế tốc độ thường thấp hơn nhiều.
Cáp không bọc kim loại (UTP - UnShield Twisted Pair) có chất lượng kém hơn so với cáp bọc (STP) nhưng lại có giá thành rẻ Cáp UTP được phân loại thành 5 hạng dựa trên tốc độ truyền dữ liệu Trong đó, cáp loại 3 thường được sử dụng cho điện thoại, trong khi cáp loại 5 có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 100Mb/s, rất phổ biến trong các mạng cục bộ nhờ vào tính tiện lợi và giá cả hợp lý Cáp này bao gồm 4 đôi dây xoắn bên 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
Là cáp mà hai dây của nó có lõi lồng nhau, lõi ngoài là lưới kim loại Khả năng
Cáp chống nhiễu rất hiệu quả, 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 của cáp, với khoảng cách 1 km có thể đạt tốc độ truyền từ 1–2 Gbps Cáp băng tần cơ sở thường được sử dụng cho các mạng cục bộ và có thể được nối bằng các 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 khác biệt so với cáp gầy ở chỗ không sử dụng đầu nối chữ T mà kết nối qua các kẹp bấm vào dây Mỗi khoảng 2,5 mét có đánh dấu để hỗ trợ việc nối dây khi cần thiết Từ các kẹp này, người dùng có thể gắn các tranceiver và 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 là thuật ngữ của ngành truyền hình còn trong ngành truyền số liệu điều này chỉ có nghĩa là cáp loại này cho phép truyền thông tin tương tự (analog) mà thôi Các hệ thống dựa trên cáp đồng trục băng rộng có thể truyền song song nhiều kênh Việc khuyếch đại tín hiệu chống suy hao có thể làm theo kiểu khuyếch đại tín hiệu tương
Hình 4.3: K ế t n ố i b ằ ng Traceiver Hình 4.2: Cáp đồ ng tr ụ c
37 tự (analog) Để truyền thông cho máy tính cần chuyển 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
Đèn LED và diod laser được sử dụng để phát xung ánh sáng, trong khi các photo diode nhận diện xung ánh sáng và tạo ra xung điện Mặc dù công nghệ này có hiệu suất cao, nhưng nó gặp hai nhược điểm chính: khó khăn trong việc nối dây và chi phí cao.
Cáp quang cũng có hai loại
Sợi quang đa mode (multimode fiber) cho phép nhiều tia sáng truyền cùng lúc khi góc tới của chúng đủ lớn để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần Đường kính của các sợi đa mode thường khoảng 50 micromet.
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 một tia sáng đi qua Loại cáp này có cường kính khoảng 8 micron và yêu cầu sử dụng diode laser Trong khi đó, cáp quang đa mode cho phép truyền tín hiệu xa tới hàng trăm km mà không cần khuyếch đại, mang lại hiệu suất cao trong việc truyền tải dữ liệu.
Các th iế t b ị ghép nố i
Mục tiêu: Bấm được các đầu cáp để kết nối mạng theo các chuẩn thông dụng
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
Hình 4.4: Truy ề n tín hi ệ u b ằ ng cáp quang
Các loại đầu nối cho cáp mạng rất đa dạng Đối với cáp gầy, cần sử dụng đầu nối BNC, trong khi cáp UTP yêu cầu giắc điện thoại K5 Cáp dày thường sử dụng đầu nối AUI, và cáp quang cần có các transceiver để chuyển đổi tín hiệu điện thành xung ánh sáng và ngược lại Để thuận tiện cho việc kết nối, nhiều card mạng có thể trang bị nhiều loại đầu nối như BNC cho cáp gầy, K45 cho UTP, và AUI cho cáp dày.
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 có thể bị suy giảm, do đó, các repeater đóng vai trò quan trọng trong việc hồi phục tín hiệu để truyền tiếp đến các trạm khác Một số repeater chỉ đơn thuần khuyếch đại tín hiệu, dẫn đến việc cả tín hiệu bị méo cũng sẽ bị khuyếch đại Tuy nhiên, một số repeater hiện đại có khả năng điều chỉnh tín hiệu, giúp 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 với các loại ổ cắm như RJ45, AUI hay BCN, cho phép nối dây theo kiểu hình sao Ưu điểm của kiểu nối này là tăng độ độc lập cho các máy, đảm bảo rằng sự cố 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 pháp chuyển mạch: store-and-forward và on-the-fly Tuy nhiên, sự cố tại trung tâm có thể gây ra vấn đề, do đó, việc khử lỗi đã trở thành một xu hướng phát triển quan trọng nhằm nâng cao độ tin cậy của HUB.
HUB thụ động (passive HUB) chỉ đảm bảo chức năng kết nối mà không xử lý tín hiệu, do đó không thể sử dụng HUB để tăng khoảng cách giữa hai máy trong mạng.
HUB chủđộng (active HUB) là HUB có chức năng khuyếch đại tín hiệu để chống suy hao Với HUB này có thể tăng khoảng cách truyền giữa các máy
HUB thông minh là một thiết bị chủ động, có khả năng tạo ra các gói tin chứa thông tin về hoạt động của nó Những gói tin này được gửi lên mạng, giúp người quản trị 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 gửi đến tất cả các cổng Điều này làm cho switch trở thành một yếu tố quan trọng trong các mạng cục bộ lớn, giúp phân đoạn mạng và giảm thiểu va chạm dữ liệu Hiện nay, switch là những thiết bị mạng thiết yếu, cho phép tùy biến mạng, bao gồm việc thiết lập mạng ảo.
Switch là một loại bridge với độ trễ tối thiểu, khác biệt so với bridge truyền thống Trong khi bridge phải đợi hoàn tất việc nhận frame trước khi truyền, switch chỉ cần nhận địa chỉ đích của frame và ngay lập tức truyền đi Điều này cho phép frame được gửi tới mạng LAN đích trước khi switch hoàn tất việc nhận toàn bộ dữ liệu.
Modem, viết tắt từ 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 tín hiệu tương tự trở lại thành tín hiệu số khi nhận Modem có thể được sử dụng để kết nối từ xa qua đường 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 để chọn đường cho các gói tin Khác với repeaters và bridges, router là thiết bị độc lập về phần cứng, 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 ra khả năng tìm đường đi hợp lý và linh hoạt.
M ộ t s ố ki ểu nố i mạ ng thông dụ ng và các chu ẩ n
Mục tiêu: Trình bày được các kiểu nối mạng và chuẩn kết nối
3.1.Các thành phần thông thường trên một mạng cục bộ gồm có
Các máy chủ cung cấp dịch vụ (server)
Hình 4.5: LAN Switch n ố i hai Segment m ạ ng
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 nhất khi thiết lập mạng cục bộ là tốc độ mạng và bán kính phủ sóng Các loại mạng sử dụng giao thức CSMA/CD phản ánh rõ những yếu tố 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
The CSMA/CD standard operates at a speed of 10 Mbps and supports a maximum radius of 500 meters This configuration utilizes thick Ethernet coaxial cables, commonly referred to as thicknet, along with transceivers for connectivity within the network.
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
Chiều dài tối đa của đoạn cáp của một phân đoạn (segment) 500 m
Hình 4.8: K ế t n ố i t ối đa 3 phân đoạ n m ạ ng
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)
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 10BASE-2 có tốc độ 10Mb và bán kính tối đa 200 mét Loại chuẩn này sử dụng cáp đồng trục thin ethernet với đầu nối BNC, cho phép kết nối khoảng 30 máy vào mạng.
Hình 4.9: N ố i theo chu ẩ n 10BASE2 v ới cáp đồ ng tr ục và đầ u n ố i BNC
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 là một đoạn kết nối với hai phân đoạn hoặc hai đoạn kết nối với ba phân đoạn, không vượt quá 1000 m.
Tổng số trạm + các bộ lặp Repeater Không quá 1024
Hệ thống nối HUB sử dụng các ổ nối K45 cho cáp UTP cho phép mở rộng mạng bằng cách thêm nhiều HUB Tuy nhiên, cần lưu ý không nên tăng quá nhiều tầng, vì điều này có thể dẫn đến độ trễ lớn và làm giảm hiệu quả hoạt động của mạng.
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 tới 100 Mbps Để đạt được hiệu suất này, các thiết bị như card mạng, cáp mạng và hub đều cần tuân theo 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 vềcác 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: N ố i m ạ ng theo ki ể u 10BASE-T v ớ i 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 cốđịnh chắc chắn
- Dọn vệ sinh tại vị trí thực hiện và bảo đảm an toàn khi thực hành
Yêu cầu vềđánh giá kết quả học tập:
Bài viết trình bày các đặc trưng cơ bản của đường truyền mạng, bao gồm băng thông (bandwidth), thông lượng (throughput) và suy hao (attenuation) Băng thông đề cập đến khả năng tối đa mà đường truyền có thể hỗ trợ, trong khi thông lượng là lượng dữ liệu thực tế được truyền tải trong một khoảng thời gian nhất định Suy hao là mức độ giảm tín hiệu trong quá trình truyền tải Ngoài ra, bài viết cũng nhấn mạnh chức năng của các thiết bị kết nối liên mạng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của đường truyền.
+ Về kỹnăng: 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 thông qua các hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm và phỏng vấn Kỹ năng được kiểm tra qua khả năng bấm dây mạng theo hai chuẩn T568A và T568B Năng lực tự chủ và trách nhiệm được thể hiện qua sự tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và ngăn nắp trong công việc.