Qua các thập niên 1950, 1970, 1980 và 1990, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã phát triển các mạng diện rộng WAN có độ tin cậy cao, nhằm phục vụ các mục đích quân sự và khoa học. Công nghệ này khác truyền tin điểm nối điểm. Nó cho phép nhiều máy tính kết nối lại với nhau bằng các đường dẫn khác nhau. Bản thân mạng sẽ xác định dữ liệu di chuyển từ máy tính này đến máy tínhkhác như thế nào. Thay vì chỉ có thể thông tin với một máy tính tại một thời điểm, nó có thể thông tin với nhiều máy tính cùng lúc bằng cùng một kết nối. Sau này, WAN của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã trở thành Internet.
Lịch sử ra đời mạng máy tính
Máy tính thập niên 1940 là các thiết bị cơ-điện tử cồng kềnh và dễ hỏng hóc Tuy nhiên, sự ra đời của transistor bán dẫn vào năm 1947 đã mở ra cơ hội phát triển những chiếc máy tính nhỏ gọn và đáng tin cậy hơn.
Vào năm 1950, các máy tính mainframe được vận hành bởi chương trình ghi trên thẻ đục lỗ đã được áp dụng tại các học viện lớn Mặc dù việc lập trình máy tính mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc phát triển chương trình dựa trên thẻ đục lỗ cũng gặp nhiều thách thức.
Cuối thập niên 1950, mạch tích hợp (IC) đã được phát minh, cho phép chứa nhiều transistor trên một mẫu bán dẫn nhỏ, đánh dấu bước tiến lớn trong việc chế tạo máy tính mạnh mẽ, nhanh chóng và nhỏ gọn hơn Hiện nay, các IC có khả năng chứa hàng triệu transistor trên một mạch.
Vào cuối thập niên 1960, đầu thập niên 1970, các máy tính nhỏ được gọi là minicomputer bắt đầu xuất hiện.
Năm 1977, công ty máy tính Apple Computer giới thiệu máy vi tính cũng được gọi là máy tính cá nhân (personal computer - PC).
Năm 1981, IBM ra mắt máy tính cá nhân đầu tiên, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ Sự phát triển tinh vi của các mạch tích hợp (IC) đã thúc đẩy việc sử dụng máy tính cá nhân rộng rãi, cả trong gia đình và môi trường kinh doanh.
Vào giữa thập niên 1980, người dùng máy tính độc lập bắt đầu chia sẻ tập tin qua modem kết nối với các máy tính khác, được gọi là truyền theo kiểu quay số Khái niệm này đã được mở rộng với việc sử dụng các máy tính làm trung tâm truyền tin, gọi là sàn thông báo (bulletin board), nơi người dùng có thể kết nối, để lại hoặc lấy đi thông điệp, cũng như gửi và tải về tập tin Tuy nhiên, hệ thống này có hạn chế về hướng truyền tin và chỉ phục vụ cho những người biết đến sàn thông báo, đồng thời yêu cầu một modem cho mỗi kết nối, khiến hệ thống không thể đáp ứng nhu cầu khi số lượng kết nối tăng lên.
Trong các thập niên 1950 đến 1990, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã phát triển các mạng diện rộng (WAN) đáng tin cậy phục vụ cho mục đích quân sự và khoa học Công nghệ này cho phép nhiều máy tính kết nối qua các đường dẫn khác nhau, tự động xác định cách dữ liệu di chuyển giữa các máy tính Thay vì chỉ có thể giao tiếp với một máy tính tại một thời điểm, hệ thống này cho phép thông tin được truyền đến nhiều máy tính cùng lúc qua một kết nối duy nhất Cuối cùng, các mạng WAN của Bộ Quốc phòng đã trở thành nền tảng cho Internet ngày nay.
Khái niệm mạng máy tính
Hình 1 : Mô hình mạng máy tính
Mục tiêu mạng máy tính
Mục tiêu kết nối mạng máy tính
Tài nguyên mạng được chia sẻ chung, cho phép mọi người dùng khai thác và sử dụng mà không bị giới hạn bởi vị trí địa lý.
Nâng cao độ tin cậy của hệ thống thông qua khả năng thay thế các thành phần gặp sự cố kỹ thuật, giúp duy trì hoạt động bình thường của toàn bộ mạng.
- Tạo môi trường giao tiếp giữa người với người Chinh phục khoảng cách, con người có thể trao đổi , thảo luận với nhau cách xa hàng nghìn km.
Lợi ích kết nối mạng
Giảm số lượng máy in, đĩa cứng và các thiết bị khác giúp tiết kiệm chi phí đầu tư cho hệ thống tin học của cơ quan, xí nghiệp và doanh nghiệp.
Sử dụng tài nguyên chung như máy in và phần mềm giúp tiết kiệm chi phí và tránh lãng phí dữ liệu cũng như tài nguyên mạng Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức và triển khai các dự án lớn một cách hiệu quả và dễ dàng.
Đảm bảo tính bảo mật và an toàn dữ liệu là điều cần thiết khi nhiều người cùng sử dụng các thiết bị đầu cuối khác nhau để làm việc trên hệ cơ sở dữ liệu.
Mục tiêu chính của việc kết nối các máy tính thành mạng là cung cấp dịch vụ mạng đa dạng, chia sẻ tài nguyên chung và giảm thiểu chi phí đầu tư thiết bị.
Phân loại mạng máy tính
Phân loại theo phạm vi địa lý
1.4.1.1 Mạng cục bộ LAN ( Local Area Network )
Mạng LAN (Local Area Network) là hệ thống kết nối các máy tính trong một khu vực nhỏ như nhà ở, văn phòng hoặc trường học Các thiết bị trong mạng LAN có khả năng chia sẻ tài nguyên như tập tin, máy in, máy quét và nhiều thiết bị khác, tạo điều kiện thuận lợi cho việc làm việc nhóm và quản lý dữ liệu hiệu quả.
A minimal Local Area Network (LAN) requires a server, connecting devices such as repeaters, hubs, switches, and bridges, client computers, a Network Interface Card (NIC), and cables to link the computers together LANs typically exhibit the following characteristics.
- Băng thông lớn có khả năng chạy các ứng dụng trực tuyến như xem phim, hội thảo qua mạng, truyền file…
- Kích thước mạng bị giới hạn bởi các thiết bị.
- Chi phí các thiết bị mạng LAN tương đối rẻ.
1.4.1.2.Mạng đô thị MAN ( Metropolotan Area Network )
Mạng MAN, tương tự như mạng LAN, nhưng có phạm vi rộng hơn, bao phủ một thành phố hoặc một quốc gia Mạng này kết nối các mạng LAN với nhau thông qua nhiều phương tiện truyền dẫn khác nhau, bao gồm cáp quang, cáp đồng, sóng và các phương thức truyền thông khác.
Hình 3 : Mô hình mạng WAN Đặc điểm của mạng MAN :
Băng thông mức trung bình đáp ứng nhu cầu cho các ứng dụng quy mô thành phố hoặc quốc gia, bao gồm chính phủ điện tử, thương mại điện tử, cũng như các ứng dụng trong lĩnh vực ngân hàng và giáo dục đào tạo.
Do MAN kết nối hay hay nhiều LAN với nhau nên độ phức tạp cũng tăng đồng thời việc quản lý sẽ khó khăn hơn.
Chi phí các thiết bị mạng MAN tương đối đắt tiền.
1.4.1.3.Mạng diện rộng WAN ( Wide Area Network )
Mạng WAN (Wide Area Network) có khả năng bao phủ một khu vực địa lý rộng lớn, từ một quốc gia, lục địa cho đến toàn cầu Thường được sử dụng bởi các công ty đa quốc gia, mạng WAN điển hình là mạng Internet Với phạm vi rộng lớn, mạng WAN thường được hình thành từ sự kết hợp của nhiều mạng LAN (Local Area Network) và MAN (Metropolitan Area Network), kết nối với nhau thông qua các phương tiện như vệ tinh, sóng viba, cáp quang và cáp điện thoại.
Hình 4 : Mô hình mạng WAN Đặc điểm của mạng WAN :
- Băng thông thấp, dễ mất kết nối thường chỉ phù hợp với các ứng dụng online như e-mail, web, ftp.
- Phạm vi hoạt động rộng lớn không giới hạn.
Mạng toàn cầu rất phức tạp do sự kết nối giữa nhiều mạng LAN và MAN, vì vậy thường có các tổ chức quốc tế đảm nhận việc quy định và quản lý.
- Chi phí cho các thiết bị và các công nghệ mạng WAN rất đắt tiền.
Mạng Internet là một dạng đặc biệt của mạng WAN, cung cấp các dịch vụ toàn cầu như email, web, chat và FTP, phục vụ miễn phí cho người dùng.
Phân loại theo phương pháp chuyển mạch ( truyền dữ liệu )
1.4.2.1 Mạng chuyển mạch kênh ( Circuit – Switched network )
Khi hai trạm cần trao đổi thông tin, một kênh cố định sẽ được thiết lập giữa chúng và duy trì cho đến khi một trong hai bên ngắt liên lạc Dữ liệu chỉ được truyền qua con đường cố định này.
Hình 5 : Mạng chuyển mạch kênh
Mạng chuyển mạch kênh cung cấp tốc độ truyền cao và an toàn, tuy nhiên hiệu suất sử dụng đường truyền lại thấp do có những thời điểm kênh bị bỏ không khi cả hai bên không còn thông tin cần truyền Điều này dẫn đến việc các trạm khác không thể sử dụng kênh truyền này và phải mất thời gian để thiết lập một con đường cố định giữa hai trạm.
Mạng điện thoại là ví dụ điển hình của mạng chuyển mạch kênh
1.4.2.2 Mạng chuyển mạch bản tin ( Message switched network )
Thông tin được truyền tải qua một dạng cấu trúc đặc biệt gọi là bản tin, trong đó ghi rõ địa chỉ nơi nhận Các nút mạng sử dụng địa chỉ này để chuyển bản tin đến đích Tùy thuộc vào điều khiển mạng, thông tin có thể được gửi đi qua nhiều con đường khác nhau.
- Hiệu xuất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc quyền mà được phân chia giữa các trạm.
Mỗi nút mạng, hay còn gọi là nút chuyển mạch bản tin, có khả năng lưu trữ thông báo cho đến khi kênh truyền sẵn sàng, giúp giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn mạng.
- Có điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp ưu tiên cho các thông báo.
- Có thể tăng hiệu xuất sử dụng giải thông của mạng bằng cách gán địa chỉ quảng bá để gửi thông báo đồng thời đến nhiều đích.
Phương pháp chuyển mạch bản tin không giới hạn kích thước thông báo, dẫn đến chi phí lưu trữ tạm thời cao và ảnh hưởng đến thời gian phản hồi cũng như chất lượng truyền tải Mạng chuyển mạch bản tin phù hợp hơn với các dịch vụ thông tin kiểu thư điện tử thay vì các ứng dụng yêu cầu thời gian thực, do có độ trễ nhất định từ việc lưu trữ và xử lý thông tin điều khiển tại mỗi nút.
Phương pháp này chia thông báo thành các phần nhỏ gọi là gói tin (pachet) với khuôn dạng quy định Mỗi gói tin chứa thông tin điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn (người gửi) và đích (người nhận) Các gói tin có thể được gửi qua mạng đến đích bằng nhiều con đường khác nhau, và dựa vào số thứ tự, chúng được tái tạo thành thông tin ban đầu.
Phương pháp chuyển mạch bản tin và chuyển mạch gói đều có sự tương đồng, nhưng khác biệt chính nằm ở kích thước tối đa của các gói tin Kích thước này được giới hạn để các nút mạng có thể xử lý toàn bộ thông tin trong bộ nhớ mà không cần lưu trữ tạm thời trên đĩa Do đó, mạng chuyển mạch gói truyền tải các gói tin nhanh hơn và hiệu quả hơn so với mạng chuyển mạch bản tin.
Phân loại máy tính theo TOPO
Topology mạng đề cập đến cấu trúc hình học không gian, thể hiện cách bố trí và kết nối các phần tử trong mạng Thông thường, có ba dạng cấu trúc mạng chính: mạng hình sao, mạng vòng và mạng tuyến Ngoài ba dạng cơ bản này, còn tồn tại nhiều dạng biến thể như mạng hình cây, mạng hình sao – vòng và mạng hình hỗn hợp.
1.4.3.1 Mạng hình sao ( Star topology )
Mạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm và các nút, trong đó các nút đại diện cho các trạm đầu và cuối, máy tính cùng các thiết bị khác Bộ nối trung tâm đóng vai trò điều phối mọi hoạt động trong mạng, đảm bảo sự liên lạc hiệu quả giữa các nút.
Mạng hình sao là giải pháp kết nối trực tiếp các máy tính với bộ trung tâm (Hub) thông qua cáp, giúp loại bỏ sự cần thiết của trục Bus và giảm thiểu các yếu tố gây ngưng trệ mạng.
Mô hình kết nối mạng hình sao đang ngày càng phổ biến nhờ vào khả năng mở rộng thông qua việc sử dụng các bộ tập trung hoặc chuyển mạch Cấu trúc mạng này cho phép tổ chức nhiều mức phân cấp, từ đó dễ dàng quản lý và vận hành.
- Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường.
- Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định
- Mạng có thể dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp
- Khả năng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng của thiết bị
- Trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngưng hoạt động
- Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm , khoảng cách từ máy trung tâm rất hạn chế (100 m)
1.4.3.2 Mạng dạng vòng ( Ring topology )
Mạng xoay vòng được thiết kế với đường dây cáp tạo thành một vòng kín, cho phép tín hiệu di chuyển theo một chiều nhất định Trong mạng này, tại mỗi thời điểm chỉ có một nút truyền tín hiệu cho các nút khác, và dữ liệu truyền đi cần có địa chỉ cụ thể của từng trạm tiếp nhận Ưu điểm của mạng này bao gồm tính tổ chức cao và khả năng kiểm soát tín hiệu hiệu quả.
- Mạng dạng vòng có thuận lợi là nó có thể mở rộng mạng ra xa hơn, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với hai kiểu trên.
- Mỗi trạm có thể đạt được tốc độ tối đa khi truy nhập.
- Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một thời điểm nào dó thì toàn hệ thống cũng bị ngưng.
1.4.3.3 Mạng hình tuyến Bus ( Bus topology )
Theo cách bố trí hành lang, các máy tính và thiết bị khác được kết nối với nhau thông qua một đường dây cáp chính, giúp chuyển tải tín hiệu Tất cả các nút mạng đều chia sẻ đường dây cáp này để đảm bảo việc truyền thông hiệu quả.
Hai đầu dây cáp được trang bị thiết bị gọi là terminator, giúp ngăn chặn tín hiệu phản xạ Khi dữ liệu được truyền qua dây cáp, nó sẽ mang theo địa chỉ của điểm đến, đảm bảo thông tin được gửi đến đúng nơi.
Hình 9 : Mạng hình tuyến Bus Ưu điểm :
- Loại hình mạng này dùng dây ít nhất, dễ lắp đặt, giá rẻ.
- Sự ùn tắc giao thông khi di chuyển dữ liệu với dung lượng lớn.
- Khi có sự hỏng hóc ở một bộ phận nào đó thì rất khó phát hiện
- Ngừng trên đường dây để sửa chữa thì phải ngưng toàn bộ hệ thống nên cấu trúc này ngày nay ít được sử dụng
Kết hợp hình sao và tuyến (Star/Bus topology) là một cấu hình mạng trong đó bộ phận tách tín hiệu (Splitter) đóng vai trò thiết bị trung tâm Hệ thống cáp mạng có thể lựa chọn giữa Ring topology hoặc Linear Bus topology Lợi ích của cấu hình này là cho phép nhiều nhóm làm việc ở khoảng cách xa nhau, như trong mạng ARCNE Cấu hình này mang lại sự linh hoạt trong việc bố trí các đường dây, dễ dàng tương thích với bất kỳ tòa nhà nào.
Kết hợp hình sao và vòng (Star/ Ring topology) Cấu hình dạng kết hợp
Trong cấu trúc mạng hình sao/vòng (Star/Ring topology), một thẻ bài liên lạc (Token) được truyền qua lại quanh một Hub trung tâm Mỗi trạm làm việc (Workstation) được kết nối với Hub, đóng vai trò là cầu nối giữa các trạm và giúp tăng khoảng cách cần thiết trong mạng.
Phân loại theo chức năng
1.4.4.1 Mạng theo mô hình Client – Server
Máy tính được cấu hình để cung cấp các dịch vụ như file server, mail server, web server và printer server được gọi là server, trong khi các máy tính truy cập và sử dụng các dịch vụ này được gọi là Client Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống server là khả năng lưu trữ dữ liệu tập trung, giúp dễ dàng bảo mật, sao lưu và đồng bộ hóa Ngoài ra, việc tập trung tài nguyên và dịch vụ cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ và quản lý, phục vụ hiệu quả cho nhiều người dùng cùng lúc.
Nhược điểm : các server chuyên dụng rất đắt tiền, phải có nhà quản trị cho hệ thống.
1.4.4.2 Mạng ngang hàng ( Peer – to – Peer )
Các máy tính trong mạng có thể hoạt động vừa như một Client vừa như mộtServer.
Mô hình tham chiếu OSI
Chức năng của các lớp trong mô hình tham chiếu OSI
1.5.1.1 Tầng vật lí ( Physical Layer )
Tầng vật lý định nghĩa các đặc tả về điện và vật lý cho thiết bị mạng, bao gồm bố trí chân cắm, hiệu điện thế và đặc tả cáp nối Các thiết bị trong tầng vật lý như Hub, bộ lặp (repeater), thiết bị tiếp hợp mạng (network adapter) và thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ (Host Bus Adapter - HBA) trong mạng lưu trữ (Storage Area Network) đóng vai trò quan trọng Chức năng và dịch vụ cơ bản của tầng vật lý bao gồm việc truyền tải dữ liệu và đảm bảo kết nối giữa các thiết bị.
-Thiết lập hoặc ngắt mạch kết nối điện (electrical connection) với một phương tiện truyền thông ( transmission medium ).
Tham gia vào quy trình chia sẻ hiệu quả tài nguyên truyền thông giữa nhiều người dùng là rất quan trọng Điều này bao gồm việc giải quyết tranh chấp tài nguyên và kiểm soát lưu lượng để đảm bảo hoạt động mượt mà và tối ưu hóa hiệu suất.
Điều biến (modulation) là quá trình chuyển đổi giữa biểu diễn dữ liệu số của các thiết bị người dùng và các tín hiệu tương ứng được truyền qua kênh truyền thông.
Cáp SCSI hoạt động ở tầng vật lý, nơi có nhiều tiêu chuẩn Ethernet khác nhau Ethernet kết hợp tầng vật lý với tầng liên kết dữ liệu, tạo thành một lớp duy nhất Tương tự, các mạng cục bộ như Token Ring, FDDI và IEEE 802.11 cũng có sự tích hợp giữa các tầng này.
1.5.1.2.Tầng liên kết dữ liệu ( Data Link Layer )
Tầng liên kết dữ liệu là nơi hoạt động của các cầu nối và thiết bị chuyển mạch, cung cấp kết nối giữa các nút mạng trong nội bộ Mặc dù chúng thường được phân loại vào tầng 2, có ý kiến cho rằng các thiết bị này thực chất thuộc về tầng 2,5.
Tầng mạng cung cấp chức năng và quy trình truyền dữ liệu từ nguồn đến đích qua nhiều mạng, đảm bảo chất lượng dịch vụ yêu cầu Tầng này thực hiện định tuyến, với các thiết bị như router và switch tầng 3, cho phép gửi dữ liệu trên mạng mở rộng Hệ thống địa chỉ lôgic được thiết lập bởi kỹ sư mạng, có cấu trúc phả hệ, trong đó giao thức IP là ví dụ điển hình của giao thức tầng 3.
1.5.1.4 Tầng giao vận ( Transport Layer )
Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyển dữ liệu chuyên dụng giữa các người dùng, giúp các tầng trên không cần lo lắng về việc truyền dữ liệu hiệu quả và đáng tin cậy Tầng này kiểm soát độ tin cậy của kết nối và sử dụng các giao thức định hướng trạng thái và kết nối, cho phép theo dõi và truyền lại các gói tin bị thất bại Một ví dụ điển hình là giao thức TCP, nơi các thông điệp được chuyển thành các gói tin TCP hoặc UDP Tại tầng giao vận, địa chỉ được đánh dấu bằng address ports, giúp phân biệt các ứng dụng trao đổi dữ liệu.
Tầng phiên kiểm soát các hội thoại giữa các máy tính, thiết lập và quản lý kết nối giữa ứng dụng địa phương và ứng dụng từ xa Tầng này hỗ trợ hoạt động song công, bán song công và đơn công, đồng thời thiết lập quy trình đánh dấu điểm hoàn thành để phục hồi truyền thông nhanh chóng khi có lỗi Mô hình OSI giao cho tầng này trách nhiệm "ngắt mạch nhẹ nhàng" các phiên giao dịch và kiểm tra, phục hồi phiên, mặc dù chức năng này ít được sử dụng trong bộ giao thức TCP/IP.
1.5.1.6 Tầng trình diễn ( Presentation Layer )
Tầng trình diễn là một phần quan trọng trong việc biến đổi dữ liệu, cung cấp giao diện tiêu chuẩn cho tầng ứng dụng Tầng này thực hiện các tác vụ như mã hóa dữ liệu sang định dạng MIME, nén dữ liệu, và các thao tác tương tự để định hình dữ liệu theo yêu cầu của các chuyên viên phát triển giao thức hoặc dịch vụ Ví dụ, nó có thể chuyển đổi tệp văn bản từ mã EBCDIC sang mã ASCII, hoặc thực hiện tuần tự hóa các đối tượng và cấu trúc dữ liệu.
1.5.1.7 Tầng ứng dụng ( Application Layer )
Tầng ứng dụng là tầng gần gũi nhất với người sử dụng, cung cấp phương tiện cho việc truy cập thông tin và dữ liệu qua các chương trình ứng dụng Đây là giao diện chính cho người dùng tương tác với ứng dụng và mạng Một số ví dụ nổi bật trong tầng này bao gồm Telnet, Giao thức truyền tập tin FTP, Giao thức truyền thư điện tử SMTP, HTTP và X.400 Mail remote.
Các giao thức trong OSI
Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng : Giao thức liên kết ( Connection – Oriented ) và giao thức không liên kết ( Connection Less )
Trước khi tiến hành truyền dữ liệu giữa hai tầng đồng mức, việc thiết lập một liên kết logic là rất cần thiết Các gói tin sẽ được trao đổi qua liên kết này, giúp nâng cao tính an toàn trong quá trình truyền dữ liệu.
Giao thức không liên kết cho phép truyền dữ liệu mà không cần thiết lập một kết nối logic trước đó Mỗi gói tin được gửi đi độc lập, không phụ thuộc vào các gói tin trước hoặc sau nó.
Như vậy với giao thức liên kết, quá trình truyền thông phải gồm ba giao đoạn phân biệt :
Thiết lập liên kết logic giữa hai thực thể đồng mức trong hệ thống thương lượng là quá trình quan trọng, nơi các bên thảo luận và thống nhất về các tham số sẽ được sử dụng trong giai đoạn truyền dữ liệu tiếp theo.
Truyền dữ liệu là quá trình chuyển giao thông tin 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 (logic) giúp giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên kết, cho phép sử dụng lại 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 thiết yếu cho việc liên lạc và chuyển giao dữ liệu giữa các máy tính Các thông điệp được chia thành gói tin tại nguồn và sau đó được kết hợp lại tại đích để tạo thành thông điệp ban đầu Mỗi gói tin không chỉ chứa dữ liệu mà còn bao gồm yêu cầu phục vụ và thông tin điều khiển, đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền tải thông tin hiệu quả.
Hình 11 : Phương thức xác lập gói tin trong mô hình OSI
Theo mô hình mạng phân tầng, mỗi tầng thực hiện chức năng nhận dữ liệu từ tầng trên và chuyển giao xuống tầng dưới Chức năng này bao gồm việc gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu của các gói tin trước khi chuyển đi Cụ thể, mỗi gói tin bao gồm phần đầu và phần dữ liệu, và khi đến một tầng mới, gói tin sẽ được thêm một phần đầu mới, trở thành gói tin của tầng đó Quá trình này tiếp tục cho đến khi gói tin được truyền qua mạng đến bên nhận.
Tại bên nhận, các gói tin được xử lý bằng cách gỡ bỏ phần đầu ở từng tầng tương ứng, điều này phản ánh nguyên lý cơ bản của mọi mô hình phân tầng.
THIẾT KẾ MẠNG LAN
Các phương pháp truy nhập đường truyền
Khi cài đặt trong mạng máy tính, các máy trạm cần tuân thủ các quy tắc đã định để sử dụng đường truyền, gọi là phương thức truy cập đường truyền Phương thức này được định nghĩa là các thủ tục hướng dẫn máy trạm về cách và thời điểm thâm nhập vào đường dây cáp để gửi hoặc nhận gói thông tin Có ba phương thức cơ bản để thực hiện việc này.
2.1.1 Giao Giao thức CSMA/CD (carrier Sense Multiple Access with
Giao thức này thường được áp dụng cho mạng hình tuyến, nơi các máy trạm chia sẻ một kênh truyền thông chung Tất cả các trạm đều có cơ hội truy cập đường truyền một cách công bằng (Multiple Access).
Chỉ có một trạm được phép truyền dữ liệu tại một thời điểm Trước khi bắt đầu truyền, mỗi trạm phải lắng nghe để đảm bảo đường truyền đang rỗi (carrier sense) Chỉ khi xác định được đường truyền rỗi, trạm mới tiến hành truyền dữ liệu.
Khi hai trạm truyền dữ liệu đồng thời, khả năng xảy ra xung đột dữ liệu rất cao Các trạm phải phát hiện xung đột và thông báo cho các trạm khác (Collision Detection) Ngay lập tức, các trạm cần ngừng truyền dữ liệu và chờ đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi tiếp tục truyền tiếp.
Khi lưu lượng dữ liệu trên mạng tăng cao, xung đột có thể xảy ra nhiều hơn, dẫn đến việc giảm tốc độ truyền thông tin của hệ thống.
2.1.2.Giao thức truyền thẻ bài
Giao thức này thường được áp dụng trong các mạng LAN có cấu trúc vòng, sử dụng kỹ thuật chuyển thẻ bài (token) để quản lý quyền truy cập vào đường truyền dữ liệu.
Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, với kích thước và nội dung được quy định cho từng giao thức Trong mạng, thẻ bài này di chuyển liên tục trong dây cáp, mang theo các thông tin điều khiển cần thiết.
Thẻ bài có một bít để biểu thị trạng thái sử dụng (Bận hoặc Rỗi) Mỗi thẻ bài chứa địa chỉ đích và mạng dạng xoay vòng, do đó, trật tự truyền thẻ bài tương ứng với trật tự vật lý của các trạm xung quanh vòng.
Khi một trạm muốn truyền dữ liệu, nó cần chờ đến khi có một thẻ bài rỗi Sau đó, trạm sẽ đánh dấu thẻ bài là bận, nén gói dữ liệu kèm theo địa chỉ nhận vào thẻ bài và truyền đi theo vòng Lúc này, thẻ bài trở thành khung mang dữ liệu Trạm đích nhận khung mang dữ liệu, sao chép dữ liệu vào bộ đệm và tiếp tục truyền khung theo vòng với thông tin xác nhận Cuối cùng, trạm nguồn nhận lại khung của mình, xác nhận đã nhận đúng, đánh dấu thẻ bài là rỗi và truyền thẻ bài đi tiếp.
Mô hình thiết kế mạng LAN
2.2.1 Mô hình phân cấp ( Hierarchical Models )
Hình 12 : Mô hình phân cấp
Lớp lõi (Core Layer) là trục xương sống của mạng (Backbone), sử dụng các bộ chuyển mạch với tốc độ cao Lớp này có đặc tính đáng tin cậy, công suất dư thừa, khả năng tự khắc phục lỗi và khả năng lọc gói cũng như các tiến trình đang chuyển trong mạng.
Lớp phân tán (Distribution Layer) đóng vai trò quan trọng trong mạng, là ranh giới giữa lớp truy cập và lớp lõi Nó thực hiện nhiều chức năng thiết yếu như đảm bảo việc gửi dữ liệu đến từng phân đoạn mạng, bảo mật và an toàn cho các phân đoạn mạng theo nhóm công tác Lớp này cũng chia miền Broadcast/Multicast, định tuyến giữa các VLAN, chuyển đổi môi trường truyền dẫn, cũng như định tuyến giữa các miền trong các tuyến định tuyến tĩnh và động Ngoài ra, lớp phân tán thực hiện các bộ lọc gói theo địa chỉ và số hiệu cổng, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho mạng.
- Lớp truy nhập (Access Layer) lớp truy nhập cung cấp các khả năng truy nhập cho người dùng cục bộ hay từ xa truy nhập vào mạng.
Thường được thực hiện bằng các bộ tuyển mạch (Switch) Trong môi trường campus, hay các công nghệ WAN Đánh giá mô hình :
Hệ thống tường lửa ba phần đóng vai trò thiết yếu trong thiết kế mạng WAN, và sẽ được trình bày chi tiết trong chương 3 Bài viết này chỉ đề cập đến một khía cạnh tổng quát về cấu trúc của mô hình được áp dụng trong thiết kế mạng LAN.
Hình 13 : Mô hình tường lửa 3 phần
- LAN cô lập làm vùng đệm giữa mạng công tác với bên ngoài (LAN cô lập được gọi là khu phi quân sự hay vùng DMZ)
- Thiết bị định tuyến trong có cài đặt bộ lọc gói được đặt giữa DMZ và mạng công tác.
- Thiết bị định tuyến ngoài có cài đặt bộ lọc gói được đặt giữa DMZ và mạng ngoài.
2.3.Các kỹ thuật chuyển mạch trong mạng LAN
2.3.1 Mục đích của phân đoạn mạng LAN
Phân chia băng thông hợp lý là cần thiết để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng trong mạng và tối ưu hóa việc sử dụng băng thông hiện có Để thực hiện điều này hiệu quả, cần nắm vững các khái niệm về miền xung đột (Collision domain) và miền quảng bá (Broadcast domain).
Miền xung đột (còn gọi là miền băng thông – Bandwith domain)
Hiện tượng xung đột trong mạng Ethernet xảy ra khi hai trạm cùng lúc truyền khung, tạo thành miền xung đột Miền xung đột được định nghĩa là khu vực mà các khung phát ra có khả năng gây xung đột Số lượng trạm trong miền xung đột càng nhiều thì xung đột càng tăng, dẫn đến giảm tốc độ truyền tải dữ liệu Do đó, miền xung đột cũng được gọi là miền băng thông, vì các trạm trong cùng miền này phải chia sẻ băng thông.
Khi sử dụng các thiết bị kết nối khác nhau, ta sẽ phân chia mạng thành các miền xung đột và miền quảng bá khác nhau.
2.3.2 Phân đoạn mạng bằng Repeater
Thực chất repeater không phân đoạn mạng mà chỉ mở rộng đoạn mạng về mặt vật lý Nói chính xác thì repeater cho phép mở rộng miền xung đột.
Hình 14: Kết nối mạng Ethernet 10 Base T sử dụng Hub
Hệ thống mạng 10 Base T sử dụng Hub như là một bộ repeater nhiều cổng Các máy trạm cùng nối một Hub sẽ thuộc cùng một miền xung đột.
Giả sử có 8 trạm kết nối với một Hub 10 Base T với tốc độ 10Mb/s, băng thông trung bình mỗi trạm sẽ là 1,25 Mbps, vì chỉ một trạm có thể truyền dữ liệu tại một thời điểm.
Hình sau minh hoạ miền xung đột và miền quảng bá khi sử dụng repeater:
Hình 15: Miền xung đột và miền quảng bá khi phân đoạn mạng bằng Repeater
Khi sử dụng repeater để mở rộng mạng, cần lưu ý rằng khoảng cách tối đa giữa hai trạm sẽ bị giới hạn Trong hoạt động của Ethernet trong cùng một miền xung đột, giá trị slotTime quyết định cách kết nối các thiết bị Việc sử dụng nhiều repeater có thể làm tăng độ trễ truyền khung, vượt quá giá trị cho phép, dẫn đến sự cố trong hoạt động của mạng.
Hình 16: Quy định việc sử dụng Repeater để liên kết mạng
2.3.3 Phân đoạn mạng bằng cầu nối
Cầu nối hoạt động ở tầng 2 trong mô hình OSI, nơi nó thực hiện việc kiểm tra phần địa chỉ MAC trong khung dữ liệu Dựa vào địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, cầu nối sẽ quyết định có nên chuyển tiếp khung dữ liệu hay không, giúp đảm bảo việc truyền dữ liệu hiệu quả và chính xác.
Khung này cho phép liên kết các miền xung đột trong cùng một không gian quảng bá, trong khi vẫn giữ cho các miền này độc lập với nhau.
Hình 17: Việc truyền tin diễn ra bên A không diễn ra bên B
Khác với việc sử dụng repeater, băng thông trong cầu nối chỉ bị chia sẻ trong từng miền xung đột, giúp mỗi máy tính trạm có thể sử dụng nhiều băng thông hơn Một lợi ích khác của cầu nối là tạo ra hai miền xung đột riêng biệt, cho phép mỗi miền có giá trị slottime riêng, từ đó tối đa hóa khả năng mở rộng cho từng miền.
Hình 18: Miền xung đột và miền quảng bá với việc sử dụng Bridge
Việc sử dụng cầu nối bị giới hạn bởi quy tắc 80/20, theo đó cầu nối chỉ hoạt động hiệu quả khi chỉ 20% tải của phân đoạn đi qua cầu.
Hình 19: Quy tắc 80/20 đối với việc sử dụng Bridge
2.3.4 Phân đoạn mạng bẳng Router
Router hoạt động ở tầng 3 trong mô hình OSI, cho phép kiểm tra header của gói IP để đưa ra quyết định Đơn vị dữ liệu mà các bộ định tuyến xử lý là các gói IP, đồng thời tạo ra các miền xung đột và miền quảng bá riêng biệt.
Hình 20: Phân đoạn mạng bằng Router
2.3.5 Phân đoạn mạng bằng bộ chuyển mạch
Bộ chuyển mạch là thiết bị phức tạp với nhiều cổng, cho phép cấu hình theo nhiều cách khác nhau Thiết bị này có thể được cấu hình để hoạt động như nhiều cầu ảo, mang lại sự linh hoạt trong việc kết nối và quản lý mạng.
Hình 21: Có thể cấu hình bộ chuyển mạch thành nhiều cấu hình ảo
Bảng tổng kết thực hiện phân đoạn mạng bằng các thiết bị kết nối khác nhau
Thiết bị Miền xung đột Miền quảng bá
Switch Nhiều Một hoặc Nhiều
Bảng 1 : Bảng thống kê phân đoạn mạng bằng các thiết bị kết nối khác nhau
Các bước thiết kế mạng LAN
Chức năng và nhiệm vụ
Khó khăn cần giải quyết
Phân tích và đánh giá
Thiết kế sơ đồ mạng ở mức logic
Các yêu cầu của hệ thống
Thiết kế sơ đồ mạng vật lý
Chọn hệ điều hành và các phần mềm ứng dụng
Đưa ra các phương án và giá thành
Phương án thiết kế đường trục chính (vẽ sơ đồ mạng Logic và vật lý)
Thiết kế phòng Server (vẽ sơ đồ mạng Logic và vật lý)
Kết nối hệ thống mạng nhiều tầng lầu (vẽ sơ đồ mạng Logic và vật lý)
Tổ chức Subnet và VLAN (vẽ sơ đồ mạng Logic và vật lý)
Hệ thống điện, chống sét, tiếp đất (vẽ sơ đồ mạng Logic và vật lý)
Hệ điều hành cho máy chủ
Hệ điều hành cho máy trạm
Chí phú mua hệ điều hành và các ứng dụng có bản quyền
Triển khai các dịch vụ mạng và ứng dụng
Các dịch vụ khác (DNS , FTP, SharePoint …)
Các ứng dụng cần thiết ( Microsoft Office, Photoshop, Antivirus …)
Tính toán chi phí dự án
Một số điểm lưu ý khi trang bị các thiết bị
Kiểm tra hệ thống mạng, kiểm tra tính ổn định của các dịch vụ, ứng dụng.
2.4.5 Bảo trì – Tối ưu hóa
Giải quyết các sự cố
Tài liệu hướng dẫn sử dụng
Hướng phát triển của hệ thống
Đánh giá hiệu quả mạng
KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ
Khảo sát hệ thống
CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ ĐIỆN MÁY VÀ XÂY DỰNG BẠCH ĐẰNG vừa khai trương chi nhánh mới tại Thị Trấn Khoái Châu, Hưng Yên Chi nhánh chuyên cung cấp và sửa chữa các thiết bị, linh kiện vi tính và văn phòng Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ qua điện thoại: 03213911997.
- Tham quan và chụp ảnh cơ sở
- Tìm hiểu nhu cầu sử dụng mạng và máy tính của nhân viên trong công ty
- Tìm hiểu về cơ sở vật chất của công ty
- Nắm bắt được cơ sở hạ tầng của công ty
- Nắm bắt được chức năng hoạt động của hệ thống
- Nắm bắt được thực trạng thiết bị
- Thiết kế được mô hình mạng mới cho công ty
- Cơ sở hạ tầng và vật chất
- Ban lãnh đạo cũng như nhân viên trong công ty là những người trực tiếp sử dụng hệ thống, thiết bị.
- Khảo sát trực tiếp : đặt câu hỏi, phỏng vấn nhân viên, ban lãnh đạo.
- Tham quan cơ sở vật chất.
- Tìm kiếm tài liệu qua Internet
Kết quả khảo sát
3.2.1 Giới thiệu về công ty
CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ ĐIỆN MÁY VÀ XÂY DỰNG
Doanh nghiệp trẻ và năng động này, được hỗ trợ bởi hội đồng quản trị và ban lãnh đạo, luôn thể hiện khát vọng hòa nhập và phát triển cùng với sự tiến bộ của đất nước.
Trong quá trình phát triển, ban lãnh đạo doanh nghiệp đã quyết tâm xây dựng thương hiệu BẠCH ĐẰNG nhằm khẳng định và duy trì uy tín trong giai đoạn mới.
Hiện nay, công ty có 1 trụ sở chính ở TP.Hải Dương và 3 chi nhánh ở Hà Nội,
Công ty đang phát triển mạnh mẽ và có kế hoạch mở thêm chi nhánh tại Huyện Khoái Châu, Hưng Yên Đây cũng là địa điểm mà đề tài "Thiết kế hệ thống mạng cho công ty" được khởi xướng.
Sơ đồ tổ chức của công ty như sau :
Hình 22 : Sơ đồ bộ máy công ty
- Ban giám đốc : chỉ đạo và quyết định các hoạt động của công ty
- Phòng Giao Dịch Khách Hàng : Tiếp khách , tư vấn , giải đáp mọi
- Phòng Kế Hoạch : Đưa ra các mục tiêu, kế hoạch cho công ty.
- Phòng Kế Toán : Thực hiện thu, chi tài chính cho các hoạt động của công ty, chi trả lương cho cán bộ, công nhân viên.
- Phòng Kinh Doanh : Tìm các đối tác kinh doanh
- Phòng Hành Chính – Nhân sự : Quản lý nhân viên, tuyển dụng…
- Ngoài ra còn có Phòng Server, Phòng họp và WC.
3.2.2.Sơ đồ cấu trúc các phòng của tòa nhà :
Cấu trúc tòa nhà của công ty gồm 2 tầng : 1 tầng trệt và 1 tầng lầu Trong đó tầng trệt được chia làm 5 phòng Tầng lầu được chia làm 2 phòng.
- Phòng Giao dịch khách hàng : Tiếp đón, giải đáp, cung cấp các yêu cầu của khách hàng
- Phòng Kỹ Thuật : Xử lý tất cả các vấn đề về kỹ thuật.
- Phòng Xuất Kế Hoạch : Lên kế hoạch cho công ty.
- Phòng Kinh Doanh : lập kế hoạch kinh doanh và triển khai thực hiện.
- Phòng Kế Toán : thu thập, xử lý, kiểm tra, phân tích và cung cấp thông tin kinh tế, tài chính cho công ty.
- Phòng Server : Nơi đặt máy server cho công ty.
Hình 23 : Sơ đồ cấu trúc tầng 1
- Phòng Giám Đốc : chỉ đạo và quyết định mọi hoạt động của công ty
- Phòng Hành Chính – Nhân Sự : đảm bảo tuyển dụng và xây dựng , phát triển đội ngũ Cán Bộ Công Nhân Viên theo yêu cầu, chiến lược công ty.
- Phòng Họp 24m2 : Nơi ban lãnh đạo và nhân viên họp.
Hình 24 : Sơ đồ cấu trúc tầng 2
3.2.3 Đặc điểm hệ thống hiện tại
Vì là chi nhánh mới đang trong quá trình xây dựng nên chưa có bất kì thiết bị nào Phải thiết kế, xây dựng mới hoàn toàn.
Phân tích yêu cầu
3.3.1 Phân tích yêu cầu của khách hàng
- Xây dựng được hệ thống mạng và số lượng máy Client như sau :
Thực trạng Đầu Tư Hệ Thống Mới Hoàn Toàn
Phòng Giao Dịch Khách Hàng
Phòng Hành Chính - Nhân Sự
Bảng 2 : Thống kê thiết bị máy tính, máy in, máy photo trong công ty
Yêu cầu chung của công ty :
- Tất cả các nhân viên trong công ty đều được sử dụng Internet.
- Chia sẻ được máy in, ,máy Fax, ổ CD-ROM…
- Tất cả các máy tính trong công ty đều liên lạc được với nhau.
- Tổng băng thông yêu cầu cho cả 1 tầng liên lạc nội bộ là 8MB/s Đường truyền phải hợp lý và đảm bảo được băng thông theo yêu cầu.
- Chi phí thi công tạm chấp nhận được.
- Đảm bảo thẩm mỹ, đi dây gọn đẹp, tiện lợi.
- Ngoài ra, công ty yêu cầu có hệ thống mạng không dây phục vụ cho khách hàng và nhân viên.
Công ty cần thiết lập một máy chủ chuyên dụng dành riêng cho nhân viên, đảm bảo an toàn tuyệt đối với các yếu tố bên ngoài Vị trí của máy chủ có thể linh hoạt tùy thuộc vào nhu cầu, đồng thời cần phải thực hiện việc đồng bộ hóa dữ liệu với các cơ sở khác để duy trì tính liên kết và hiệu quả trong công việc.
- Cài đặt các chương trình ứng dụng phục vụ cho công việc của các nhân viên.
3.3.2 Phân tích các yếu tố để thiết bị, cách cài đặt
Qua khảo sát, mỗi phòng có chức năng khác nhau, dẫn đến cấu hình máy trạm và thiết bị cũng khác biệt Phòng Kỹ Thuật yêu cầu cấu hình cao để xử lý các
Sử dụng một đường truyền internet, kết nối LAN có tốc độ đường truyền 100Mb/s
Mỗi phòng ban sẽ cần 1 máy in Công ty sẽ có hệ thống Wireless để phục vụ nhân viên và khách hàng
Công ty cần triển khai một máy chủ để cài đặt các dịch vụ như DHCP, Active Directory (AD) và DNS, nhằm tối ưu hóa quản lý dữ liệu và tài khoản người dùng, đồng thời tiết kiệm chi phí hiệu quả.
Một mô hình mạng có thể được triển khai trên nhiều hệ điều hành khác nhau, bao gồm Windows XP và Linux Các giao thức phổ biến như TCP/IP và IPX/SPX cũng được hầu hết các hệ điều hành hỗ trợ.
Các giải pháp phần mềm chính cho hệ thống mạng được lựa chọn như sau:
- Hệ điều hành windows xp
- Các phần mềm cần thiết cho phòng kỹ thuật ( Teamviewr, máy ảo… )
Sử dụng windows 2003 để cài đặt và quản lý các dịch vụ của công ty
DHCP,AD server quản lý dữ liệu và quản lý người dùng tập chung và cấp phát địa chỉ IP động cho toàn bộ vùng mạng trong LAN.
Backup và restor để khôi phục lại dữ liệu khi có sự cố.
Remote Desktop: để truy cập các máy từ xa giúp giải quyết vấn đề khi các máy tính người dùng có sự cố.
Thiết kế
3.4.1 Thiết kế sơ đồ Logic
Hình 25 : Sơ đồ Logic mạng của công ty
3.4.2 Sơ đồ vật lý của công ty
3.4.3.1.Cấu hình máy trạm tại các phòng ban
Phòng Kỹ Thuật sẽ có cấu hình cao hơn so với các phòng ban khác do nhu cầu sử dụng cao hơn.
Hình 26 : Cấu hình máy trạm phòng ban
Hình 27 : Cấu hình máy trạm phòng Kỹ Thuật