Phân loại mạng máy tính
Phân loại theo phạm vi
1.1.1 Mạng cục bộ (Local Area Networks - viết tắt là LAN).
LAN là một nhóm máy tính và các thiết bị truyền thông mạng đợc liên kết trong một khu vực địa lý hạn chế (bán kính nhỏ hơn 1 Km) nh trong một toà nhà cao ốc, khu trờng học…LAN có khuynh hớng chỉ sử dụng một kiểu truyền tải là hệ đấu cáp Các LAN có các đặc tính sau:
- Chuyển giao dữ liệu với tốc độ nhanh.
- Tồn tại trong một khu vực địa lý giới hạn.
- Công nghệ tơng đối rẻ tiền.
1.1.2 Mạng đô thị (Metropolitan Area Networks _ viết tắt là MAN)
Giới hạn của MAN là khu vực cấp thành phố, thị xã hoặc một trung tâm kinh tế – xã hội (có bán kính nhỏ hơn 50 Km) MAN có các đặc tính sau:
- Chuyển giao dữ liệu với tốc độ nhanh.
- Tồn tại trong một khu vực địa lý giới hạn.
- Có thể kết hợp với nhiều LAN.
- Công nghệ tơng đối đắt tiền.
1.1.3 Mạng diện rộng (Wide Area Networks - viết tắt là WAN)
Phạm vi của mạng có thể trải rộng trên toàn quốc hay vợt qua biên giới quốc gia thậm chí cả lục địa WAN có các đặc tính sau:
- Chuyển giao dữ liệu với tốc độ nhanh.
- Tồn tại trong một khu vực không hạn chế.
- Dễ bị trục trặc bởi các quãng cách truyền dữ liệu xa.
- Có thể kết hợp nhiều MAN hoặc LAN.
1.1.4 Mạng toàn cầu (Global Area Networks - Viết tắt là GAN).
Phạm vi mạng trải rộng khắp các lục địa trái đất.
Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch
1.2.1 Mạng chuyển mạch kênh (Circuit – Switched Networks)
Khi có hai thực thể cần trao đổi thông tin với nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một kênh cố định để truyền dữ liệu và đợc duy trì cho đến khi một trong hai bên mất liên lạc. ¦u ®iÓm:
- Thông tin đợc truyền trực tiếp theo một đờng dây cố định nên sự lỗi bít truyền là ít.
- Thời gian truyền tải ngắn vì không có trễ tại các nút Còn trễ đờng dây là rất nhỏ có thể bỏ qua.
- Phải tốn thời gian thiết lập kênh và thu hồi giải phóng kênh.
- Hiệu suất thấp do kênh bị bỏ không khi cả hai bên đều hết thông tin cần truyền nhng một trong hai bên cha ngắt Trong khi các thực thể khác không đợc sử dụng kênh truyền đó.
Với kích thớc không hạn chế, mỗi thông báo đều chứa vùng thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích của thông báo Căn cứ vào thông tin này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp theo đờng dẫn tới đích Nh vậy mỗi nút cần lu trữ tạm thời để “Mạng LAN và một số phđọc” thông tin điều khiển trên thông báo để rồi sau đó chuyển tiếp thông báo đi. ¦u ®iÓm:
- Hiệu suất sử dụng đờng truyền cao.
- Giảm tình trạng tắc nghẽn mạng.
- Có thể điều khiển truyền tin bằng cách sắp xếp độ u tiên cho các thông báo.
- Vì gửi đi trong tất cả một gói nên không mất công sắp xếp lại dữ liệu.
- Do kích thớc thông báo không hạn chế nên phí tổn lu trữ tạm thời ảnh hởng đến thời gian đáp và chất lợng truyền đi.
- Có trễ do lu trữ và xử lý thông tin điều khiển tại mỗi nút nên thích hợp với các dịch vụ thông tin kiểu th điện tử (E-Mail).
1.2.3 Mạng chuyển mạch gói (Packet – Switched networks)
Mỗi thông báo đợc chia làm nhiều phần nhỏ gọi là gói (packet) có khuôn dạng quy định trớc Mỗi gói tin cũng có thông tin điều khiển và đích. ¦u ®iÓm:
Do đợc giới hạn về kích thớc tối đa nên các nút mạng (nút chuyển mạch) có thể xử lý toàn bộ gói tin trong bộ nhớ mà không cần lu trữ lên đĩa Do vậy tốc độ truyền nhanh hơn chuyển mạch thông báo.
Mỗi gói tin của một thông báo nào đó đợc gửi đi qua mạng và tới đích bằng nhiều con đờng khác nhau nên các gói tin không thể tới đích đúng thứ tự đợc Vì vậy cần phải cài đặt các cơ chế “Mạng LAN và một số phđánh dấu” gói tin và phục hồi các gói tin thất lạc hoặc truyền bị lỗi trên các nút mạng.
Do có u điểm mềm dẻo và hiệu suất cao nên hiện nay mạng chuyển mạch gói đợc dùng phổ biến hơn Việc tích hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong một mạng thống nhất gọi là mạng dịch vụ tích hợp sè ISDN (Intergrated Services Digital Networks).
Phân loại theo phơng thức xử lý thông tin bên trong mạng
Có hai loại phơng thức xử lý thông tin bên trong mạng:
1.3.1 Phơng thức xử lý tập trung
Tất cả thông tin dữ liệu toàn mạng tập trung vào 1 hoặc vài máy chủ. Các máy chủ thờng là các máy lớn chạy hệ điều hành đa nhiệm và cho phép nhiều ngời sử dụng cùng một lúc Các trạm làm việc chỉ có chức năng nhập xuất dữ liệu Máy chủ thực hiện tất cả các công tác xử lý và lu trữ quản lý thông tin cũng nh ngời sử dụng.
1.3.2 Phơng thức xử lý phân tán
Các thông tin dữ liêu phân tán nó đợc xử lý lu trữ tại các trạm làm việc là độc lập và chỉ trao đổi thông tin cho nhau thông qua mạng dới sự quản lý của máy chủ và ngời điều hành mạng.
Mô hình OSI
Sự ra đời của mô hình OSI
Để giảm sự phức tạp của thiết kế và cài đặt mạng thì hầu hết các mạng máy tính hiện có đều đợc phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng Tuy nhiên do sự đa dạng của thế giới về mặt con ngời, khu vực phát triển, tính cạnh tranh và t tởng thiết kế phong phú nhng lại có xu hớng toàn cầu hoá và hoà trộn hợp nhất các hệ thống thông tin nên việc thiết kế và xây dựng hệ thống cũng không thể tùy tiện mà cần phải có những yêu cầu và quy tắc nhất định Vì vậy tổ chức tiêu chuẩn hoá Quốc tế (International Organization forStandardization – viết tắt là ISO) đã đa ra một mô hình phân lớp mạng chuẩn cho tất cả các hệ thống thông tin nói chung gọi là mô hình liên kết các hệ thống mở (Open System Interconection – viết tắt là OSI).
Mô hình liên kết mạng đợc thiết kế theo những nguyên tắc sau:
* Mô hình có n lớp nhng chức năng của mỗi lớp phải rõ ràng-không chồng chéo, không lặp lại và tuân theo chuẩn Quốc tế.
* Tối thiểu hoá lợng thông tin đi qua giữa hai lớp để làm tăng tính độc lập trong việc thiết kế hệ thống nhng không giảm hiệu năng sử dụng mạng.
* Số lợng các lớp không quá nhiều để hệ thống không trở nên phức tạp và chức năng của các lớp trở thành vụn vặt và cũng không gộp lại quá ít để chức năng của mỗi lớp trở nên cồng kềnh.
Mô hình OSI và nguyên tắc trao đổi thông tin
Sau khi thảo luận và đi đến thống nhất Tổ chức ISO đã đ a ra mô hình phân lớp mạng gồm có 7 lớp nh hình vẽ sau:
VËt lý 1 §êng truyÒn vËt lý
Nguyên tắc trao đổi thông tin ở trên là: Đối với bên phát thông tin chuyển từ lớp trên xuống lớp dới và tại bên thu thì diễn ra theo chiều ngợc lại.
Mô hình OSI tập trung vào 3 khái niệm: Giao thức, giao diện và dịch vụ.
Nh đã nói ở phần định nghĩa giao thức là tập hợp các quy tắc, quy ớc mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo, để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt
Giữa mỗi cặp lớp liền kề có một giao diện Giao diện này xác định các thao tác và các dịch vụ nào mà lớp dới cung cấp cho lớp trên Mục đích của giao diện là giảm tới mức nhỏ nhất lợng thông tin phải truyền giữa các lớp và làm cho việc thay thế cài đặt của một lớp bằng một cài đặt hoàn toàn khác trở nên đơn giản hơn vì cài đặt mới chỉ cần cung cấp chính xác tập các dịch vụ cho lớp trên giống nh cài đặt cũ.
Một dịch vụ là một ph ơng tiện (facility) mà một lớp cung cấp cho lớp trên nó để thực hiện một khía cạnh nào đó của việc truyền thông dữ liệu. Các có thể là định hớng kết nối hoặc không kết nối Khi sử dụng dịch vụ định hớng kết nối, ngời sử dụng dịch vụ đầu tiên thiết lập một kết nối, sử dụng kết nối này và tiếp theo giải phóng kết nối Trong dịch vụ không kết nối, mỗi thông báo mạng địa chỉ nơi nhận đầy đủ và đợc quyền qua hệ thống độc lập với các thông báo khác Một dịch vụ đợc định rõ bởi một tập các hàm để ngời sử dụng truy nhập dịch vụ này Có 4 loại hàm mà ta sẽ nói ở phần sau là:Request (yêu cầu), Indication (chỉ báo), Response (trả lời), Confirm (xác nhËn).
Chức năng các lớp của mô hình OSI
Cung cấp các phơng tiện điện, cơ, chức năng, thủ tục để kích hoạt, duy trì và đình chỉ liên kết vật lý giữa các hệ thống.
+ Thuộc tính “Mạng LAN và một số phđiện” liên quan đến sự biểu diễn các bít (các mức điện thế) và tốc độ truyền các bít.
+ Thuộc tính “Mạng LAN và một số phcơ” liên quan đến các tính chất vật lý của giao diện với một đờng truyền (kích thớc, cấu hình).
+ Thuộc tính “Mạng LAN và một số phchức năng” chỉ ra các chức năng đợc thực hiện bởi các phần tử của giao diện vật lý, giữa một hệ thống và đờng truyền.
+ Thuộc tính “Mạng LAN và một số phthủ tục” liên quan đến giao thức điều khiển việc truyền các xâu bít qua đờng truyền vật lý.
Cung cấp phơng tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy là gửi các khối dữ liệu (frame) với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết.
Thực hiện các chức năng liên quan tới mạng nh lập địa chỉ các thông điệp, diễn dịch địa chỉ và tên logic thành địa chỉ vật lý Thực hiện công tác chọn đờng (hớng đi từ máy tính nguồn tới máy tính đích) Nó quyết định dữ liệu sẽ đợc truyền trên đờng nào dựa vào tình hình mạng, u tiên dịch vụ và các yếu tố khác Nó cũng quản lý lu lợng trên mạng, nh chuyển đổi gói, định tuyến và kiểm soát sự tắc nghẽn dữ liệu.
Thiết lập kênh thông tin tạo ra giữa các lớp ứng dụng, tạo ra một kết nối đầu cuối tới đầu cuối phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu.
Thực hiện thiết lập hay kết thúc kết nối các chơng trình ứng dụng.
Thể hiện khuôn dạng dữ liệu, mã hoá, giải mã thông tin.
Có chức năng giao tiếp với ngời dùng - cung cấp đến ngời dùng các dịch vụ mà mạng thông tin có thể làm.
Mô hình trao đổi thông tin
2.4.1 Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thuỷ
Hình 1.2: Sơ đồ hoạt động của các hàm nguyên thuỷ Trong đó:
Request (yêu cầu): Là hàm mà ngời sử dụng dịch vụ dùng một chức n¨ng.
Indication (chỉ thị): Là hàm mà ngời cung cấp dịch vụ dùng để gọi một chức năng hay chỉ bảo một chức năng đã đợc gọi ở một điểm truy nhập dịch vụ (service Access Point – viết tắt la SAP).
Response (trả lời): Là hàm mà ngời sử dụng dich vụ dùng để hoàn tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm Indication ở SAP đó.
Confirm (xác nhận): Là hàm mà ngời cung cấp dịch vụ dùng để hoàn tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm Request tại SAP đó.
Trong sơ đồ trên, quy trình thực hiện nh sau:
- Tầng (N+1) của A gửi xuống tầng (N) kề dới nó một hàm Request.
- Tầng (N) của A cấu tạo một đơn vị dữ liệu để gửi yêu cầu đó sang tầng (N) của B theo giao thức tầng (N) đã định.
- Nhận đợc yêu cầu, tầng (N) của B chỉ báo lên tầng (N+1) bằng hàm Indication.
- Tầng (N+1) của B trả lời bằng hàm Response gửi xuống tầng (N)
- Tầng (N) của B cấu tạo một một đơn vị dữ liệu để gửi trả lời đó trở về tầng (N) của A theo giao thức tầng (N) đã định.
- Nhận đợc trả lời, tầng (N) của A xác nhận với tầng (N+1) kề trên nó bằng hàm Confirm.
2.4.2 Nguyên tắc trao đổi thông tin giữa các lớp
User Data PCI7 SDU7 PCI6 SDU6 PCI5 SDU5 PCI4 SDU4 PCI3 SDU3
H T Dòng bít trên đ ờng truyền vật lý T
Khoa Điện tử –Viễn thông Bộ môn: Điện tử – Tin học
Hình 1.3: Mô hình trao đổi thông tin trên dới.
Thông tin trao đổi giữa các lớp là các khối dữ liệu theo nguyên tắc từ trên xuống dới.
SDU (service Data Unit): Đơn vị dữ liệu dịch vụ: Là đơn vị dữ liệu cần đợc xử lý mà n nhận đợc từ lớp n+1 bên trên nó.
PCI (Protocol Data Unit): Đơn vị dữ liệu thủ tục - Đây chính là khối thông tin dữ liệu mà lớp n đã thêm vào khi xử lý khối thông tin dữ liệu nó nhận đợc từ lớp bên trên (SDUn).
PDU = PCI + SDU (Protocol Data Unit): Đây là khối dữ liệu hoàn chỉnh tại lớp n sau khi đã xử lý xong Nó sẽ đợc chuyển xuống cho lớp bên dới và trở thành SDU của lớp dới Nh vậy PDUn = SDUn-1.
PDUn sẽ đợc chuyển cho lớp n ngang với nó trên thực thể ở xa.
ICI (information Coltrol Interface) Thông tin điều khiển giao diện - Điều khiển việc chuyển các PDU từ lớp bên trên xuống lớp bên dới.
IDU (Interface Data Unit): Đơn vị dữ liệu giao diện – là toàn bộ lợng thông tin qua giao diện giữa hai lớp Nh vậy IDUn = PDUn + ICIn.
Quá trình truyền thông tin từ lớp 7 đến lớp 1 đợc mô tả nh sau:
Hình 1.4: Quá trình truyền thông tin giữa các lớp
Khi ngời sử dụng muốn gửi khối dữ liệu Họ sẽ truyền khối dữ liệu cho lớp
7, lúc này khối dữ liệu thành SDU7 Lớp 7 sẽ xử lý và gắn thêm phần thông tin điều khiển thủ tục đợc truyền xuống lớp bên dới Quá trình cứ thế tiếp tục vậy đến lớp 2 ở đây PDU3 khi chuyển xuống lớp 2 đợc xử lý bằng cách cắt ra thành nhiều đoạn dữ liệu nhỏ, mỗi đoạn dữ liệu đợc gắn thêm phần tiếp đầu H (Header) và phần tiếp đuôi T (Trailer) Ta có thể coi PCI2 chính bằng tổng H và T ( H+T = PCI2) Tại lớp này các khối dữ liệu đợc gọi là các khung truyền, và nó sẽ đợc truyền trên đờng truyền vật lý.
Các chuẩn của hệ thống mở
ISO và CCITT là hai tổ chức Quốc tế tích cực tao ra các chuẩn cho thông tin máy tính ISO đa ra các chuẩn để sử dụng cho các nhà sản xuất máy tính chủ yếu quan tâm từ tầng 4 đến tầng 7 Trong khi đó CCITT chủ yếu quan tâm giải quyết từ tầng 1 đến tầng 3 Định nghĩa các chuẩn dùng cho kết nối các thiết bị vào kiểu mạng chuyển mạch gói công cộng Quốc gia và Quốc tế khác nhau và đã công bố khuyến nghị về họ giao thức X25 Tuy nhiên, khi mức độ xen phủ lẫn nhau giữa công nghiệp máy tính và công nghiệp viễn thông tăng lên thì mức độ cộng tác và mức độ chung nhau giữa các chuẩn đợc đa ra bởi tổ chức này cũng tăng lên.
Ngoài ra, trớc và song hành với các hoạt động chuẩn hoá của ISO, Bộ quốc phòng Mỹ cũng nghiên cứu và kết nối mạng trong nhiều năm thông qua cơ quan DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) Kết quả là sự ra đời của mạng đợc phát triển bởi các chính phủ khác Liên mạng tổ hợp đó hiện nay đợc gọi đơn giản là Internet với giao thức TCP/IP.
So sánh mô hình OSI với TCP/IP và X25 nh hình sau:
ISO - OSI TCP/IP CCITT
Hình 1.6: Mô hình OSI – TCP/IP - CCITT
Lớp dới cùng là lớp truy cập mạng đại diện cho các bộ phận kết nối vật lý, giao thức kết nối, giao thức truy cập mạng.
Lớp IP cung cấp một địa chỉ Logic cho giao diện mạng vật lý với giao thức IP.
Lớp TCP thực hiện kết nối giữa hai máy chủ trên một mạng với giao thức TCP.
Lớp tiến trình và ứng dụng đại diện cho giao diện ngời sử dụng trên chồng giao thức TCP/IP.
Mạng LAN
Đặc trng mạng LAN
Đặc trng về địa lý: Mạng thờng đợc cài đặt trong phạm vi tơng đối nhỏ nh đã nói ở phần trớc Đặc trng về tốc độ truyền: Mạng cục bộ thờng có tốc độ truyền cao hơn so với mạng diện rộng WAN Với công nghệ mạng nh hiện nay, tốc độ truyền của mạng cục bộ có thể đạt tới 100Mb/s. Đặc trng độ tin cậy: Tỷ suất lỗi trên mạng cục bộ thấp hơn nhiều so với mạng diện rộng, có thể đạt từ: 10 -8 đến 10 -10 Đặc trng quản lý: Mạng cục bộ thờng là tổ chức riêng của một nớc nào đó do vậy việc quản lý và khai thác mạng hoàn toàn tập trung, thống nhất.
Topo mạng
Topo mạng nh ta đã nói đó là cấu trúc hình học không gian Nó bố trí các phần tử của mạng cũng nh cách nối ghép chúng với nhau Thông thờng có 3 loại cấu hình của mạng cục bộ là:
Ngoài ra còn có một số dạng khác biến tớng từ 3 dạng trên nh: Mạng hình cây, mạng hình sao vòng, mạng hỗn hợp.
Dựa vào các cấu hình trên mà ta có thể xác định đợc các mạng máy tính cũng nh công dụng, kinh tế, độ an toàn… của các mạng.
Hình 1.7: Mô hình mạng hình sao
Tuỳ theo yêu cầu truyền thông trong mạng mà các thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch (Switch), bộ định tuyến (Router) hay là một thiết bị phân kênh (Hub)
Trung tâm điều khiển của mạng điều phối mọi hoạt động của mạng với các chức năng chính sau đây.
Xác định cặp ngời gửi – ngời nhận đợc ghép truyền thông tin và liên lạc với nhau.
Xác định quyền truy cập bộ nhớ trung tâm.
Cho phép theo dõi và xử lý các sai sót trong quá trình xử lý thông tin.
Thông báo các trạng thái của mạng. ¦u ®iÓm:
Vì mạng hình sao hoạt động theo nguyên lý song song nếu có một thiết bị nào đó bị sai hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thờng Với cấu trúc mạng đơn giản và thuật toán điều khiển ổn định, mạng hình sao có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ ngời dùng.
Đụng độ thông tin là không thể xảy ra vì mỗi trạm làm việc đều có đờng dây riêng của mình, dễ dàng kiểm soát lỗi và sự cố.
Lắp đặt đơn giản, dễ dàng thêm hoặc bớt trạm làm việc.
Do sử dụng liên kết điểm nên sử dụng đợc tối đa tốc độ đờng truyền vật lý.
Mạng hình sao có thể tiếp nhận tất cả các phơng pháp truy nhập đờng truyền khác nhau.
Khả năng mở rộng của mạng phụ thuộc hoàn toàn vào thiết bị trung tâm và khi thiết bị trung tâm bị hỏng thì toàn bộ mạng cũng bị ngừng hoạt động.
Chi phí mạng hình sao là rất đắt là vì nó yêu cầu mỗi trạm cần phải nối một cặp dây riêng rẽ tới thiết bị trung tâm.
Độ dài đờng truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (độ dài giới hạn trong bán kính 100m với công nghệ hiện đại).
Hình 1.8: Mô hình mạng tuyến tính Đờng truyền đợc giới hạn 2 đầu bởi 1 đầu nối đặc biệt gọi là Terminator. Với BUS 2 chiều thì mọi trạm có thể nhận trực tiếp Còn nếu BUS 1 chiều thì thì tín hiệu chỉ đi về một phía, lúc đó Terminator phải dợc thiết kế sao cho tín hiệu có thể dội lại để đầu bên kia có thể thu đợc Mạng đợc dùng phổ biến trong các mạng máy tính cục bộ Ví dụ các mạng Tran-net, Ethernet… đều sử dụng cấu trúc loại này. ¦u ®iÓm:
Các trạm (DTE) có thể thao tác độc lập, sai hỏng của một trạm không có ảnh hởng tới toàn mạng.
Việc mở rộng hoặc thu hẹp có thể thực hiện một cách đơn giản.
Dùng dây cáp ít, dễ lắp đặt bởi vì nó chỉ có một đờng cáp chính nối từ đầu tới cuối Tổng số cáp so với mạng hình sao thì nhỏ hơn rất nhiều.
Việc lắp đặt mạng dễ dàng hơn.
Lắp đặt kinh tế hơn mạng hình sao.
Nếu dữ liệu thông tin trong đờng chính tăng lên thì thì khả năng ùn tắc hay xảy ra Do vậy xảy ra hiện tợng mất mát thông tin – chất lợng truyền tin không đợc đảm bảo Nếu xảy ra trục trặc trên đờng Bus chính thì việc phát hiện ra là rất khó khăn.
Phơng pháp truy cập mạng yêu cầu phức tạp hơn để tránh đụng độ dữ liệu gây ra do nhiều trạm cùng phát dữ liệu đồng thời Thông thờng sử dụng phơng pháp CSMA/CD hay Token Bus để tránh xung đột.
Hình 1.9: Mô hình mạng RING.
Tín hiệu đợc lu chuyển trên vòng liên tiếp theo một chiều duy nhất Mỗi trạm nối với vòng thông qua bộ lặp (Repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển đến trạm kế tiếp trên vòng Nh vậy cần phải có giao thức điều khiển việc cấp phát quyền truyền dữ liệu trên vòng khi có nhu cầu. ¦u ®iÓm:
Điều khiển hệ thống đơn giản và giảm đợc tối đa khả năng đụng độ thông tin vì thông tin trên mạng chạy theo một chiều thống nhất.
Tiết kiệm dây nối hơn so với mạng hình sao.
Vì có bộ lặp nên tín hiệu khi qua thì sẽ đợc phục hồi và khuếch đại lên.
Nh vậy ta có thể tăng đợc khoảng cách giữa các nút.
Có thể làm tăng độ tin cậy của mạng bằng phơng pháp sử dụng vòng phụ dự phòng.
Nếu một nút thông tin nào đó bị hỏng nó sẽ ảnh hởng tới các nút tiếp sau đó.
Việc nối dây sẽ phức tạp hơn để đảm bảo cho các nút thông tin hoạt động tin cậy.
Phơng thức truy cập mạng vòng thờng là vòng thẻ bài (Token Ring).
Thực tế có hai loại mạng cơ bản là Ethernet và Token Ring Tuy nhiên Ethernet đợc dùng phổ biến hơn trong các mạng nhỏ và nó đợc xem nh là một chuẩn phần cứng của mạng Nó định cáp nên dùng, cách nối cáp lại với nhau, chiều dài của cáp, cách thức máy tính chuyển dữ liệu từ máy này sang máy khác bằng cáp và nhiều thứ khác Có hai loại phơng tiện truyền dẫn có thể dùng là: Hữu tuyến và vô tuyến đợc liệt kê sau đây:
Cáp đồng trục loại to.
Cáp đồng trục loại nhỏ.
Và một số phơng tiện vô tuyến nh sóng radio hoặc viba.
Cáp đồng trục loại to (Thick Coaxial Cable)
Nó không đợc dùng trong các mạng nhỏ Nhng nó có thể đợc sử dụng để đ- ợc làm cáp đờng trục (Backbone) Nó thờng đợc sử dụng trong mạng có cấu hình dạng Bus.
Loại cáp này thờng đợc sử dụng trong mạng 10Base-5 tốc độ 10 Mb/s với phơng thức điều chế là: Dải cơ sở (Baseband) với độ dài tối đa một đoạn là 500m).
Loại cáp này có màu vàng, cứ cách 2.5m thì đợc đánh dấu màu đen để chỉ thiết bị mạng nối và cáp.
Cáp đồng trục loại nhỏ
Dùng phổ biến trong các mạng nhỏ Nó có đờng kính nhỏ nên rẻ hơn cáp loại to và có thể dễ dàng uốn nắn theo ý Nó đợc dùng cho các mạng có cấu hình dạng Bus
Trạm làm việc đợc nối vào cáp thông qua một đầu nối trữ T (T-Conector) có ®Çu nèi BNC (BNC-conector) Độ dài tối đa của một đoạn cáp nối giữa hai Terminator là 185m, trên một đoạn có thể mắc 30 trạm Muốn dùng nhiều hơn 30 trạm thì phải dùng bộ lặp. Một số loại cáp đồng trục:
RG-8 và RG-11, 50 Ohm, đợc dùng cho mạng Thick Ethernet.
RG-58 50 Ohm, đợc dùng cho mạng Thin Ethernet.
RG-59 75 Ohm, đợc dùng cho truyền hình cáp.
RG-62, 93 Ohm, đợc dùng cho mạng ARCnet.
Các mạng cục bộ sử dụng cáp đồng trục thờng có dải thông từ 2.5 Mb/s(ARCnet) tíi 10Mb/s (Ethernet).
Cáp xoắn đôi
Có hai loại cáp xoắn đôi là: Cáp xoắn đôi có bọc kim STP (Shield Twisted Pair) và cáp xoắn đôi không bọc kim UTP (Unshield Twisted Pair) Nhng cáp UTP dùng phổ biến hơn cáp STP Cáp UTP rẻ hơn cáp đồng trục loại nhỏ và hệ thống cáp xoắn đôi thờng dùng với hệ thống điện thoại hiện đại.
Khi dùng cáp UTP để thiết lập mạng Ethernet, thờng là nối các trạm theo h×nh sao.
Tính năng của cáp UTP cũng giống nh cáp STP nhng chỉ kém khả năng chống nhiễu và xuy hao do không có bọc kim.
Có 5 loại cáp UTP đợc dùng đó là:
Cáp UTP loại 1 và 2 sử dụng thích hợp truyền thoại và truyền tốc độ thÊp (4 Mb/s).
Cáp loại 3 thích hợp cho việc truyền dữ liệu với tốc độ 16 Mb/s, hiện là cáp chuẩn cho hầu hết các mạng điện thoại.
Cáp UTP loại 4 thích hợp cho viêc truyền dữ liệu với tốc độ 20 Mb/s.
Cáp UTP loại 5 thích hợp cho việc truyền dữ liệu với tốc độ là 100 Mb/s.
Dù là cáp UTP hay STP thì yêu cầu chung phải s dụng Hub Độ dài tối đa từ trạm tới hub là 100m Trạm làm việc sử dụng cáp UTP nối vào Hub nhờ đầu nèi RJ-45.
Cáp sợi quang
Cáp sợi quang bao gồm một dây dẫn trung tâm (là một hoặc một bó sợi thuỷ tinh hoặc plastic có thể truyền dẫn tín hiệu quang) đợc bọc một lớp áo có tác dụng phản xạ tín hiệu trở lại để giảm bớt sự mất mát tín hiệu Bên ngoài cùng là lớp bảo vệ cáp và tín hiệu quang đợc truyền theo nguyên tắc phản xạ toàn phần Tín hiệu điện đợc chuyển đổi thành tín hiệu quang ở nơi phát còn ở nơi thu thì tín hiệu quang đợc biến đổi thành tín hiệu điện.
Nh vậy tín hiệu truyền trên cáp sợi quang hoàn toàn không bị ảnh hởng nhiễu điện từ và các hiệu ứng khác Đặc biệt là tín hiệu trên cáp sợi quang không thể bị phát hiện và thu trộm bởi các thiết bị điện tử nh vậy an toàn thông tin trên mạng đợc đảm bảo.
Cáp sợi quang cho phép truyền tín hiệu với tốc độ cao hàng Gb/s và tiến tới Tb/s với khoảng phạm vi vài Km do độ suy hao tín hiệu sợi quang là rất nhỏ khoảng 0.2 dB/Km.
Cáp sợi quang có thể hoạt động ở hai chế độ là:
Đơn mode: Chỉ duy nhất một đờng dẫn sóng Có một loại cáp hay dùng là: Cáp có đờng kính lõi sợi 8.3um đờng kính lớp ngoài 125um.
Đa mode: Có nhiều đờng dẫn sóng Có một số loại cáp hay dùng là:
- Cáp có đờng kính lõi sợi 62.5um đờng kính lớp ngoài 125um.
- Cáp có đờng kính lõi sợi 50um đờng kính lớp ngoài là 125um.
- Cáp có đờng kính lõi sợi 100um đờng kính lớp ngoài là 140um.Tóm lại trừ nhợc điểm khó lắp đặt (đấu nối cáp) và giá thành hơi cao còn nhìn chung thì cáp sợi quang là lý tởng cho mọi mạng hiện nay và cho tơng lai.
Phơng tiện vô tuyến
Cã nh÷ng b¨ng tÇn nh:
Băng LF (tần số thấp) có dải tần từ 30KHz đến 300KHz.
Băng MF (tần số trung bình) có dải tần từ 300KHz đến 3MHz.
Băng HF (tần số cao) có dải tần từ : 3MHz đến 30MHz.
Băng VHF (Tần số rất cao) có dải tần từ: 30MHz đến 300MHz.
Băng UHF (tần số siêu cao) có dải tần từ: 300MHz tới 3GHz.
Có 3 phơng pháp truyền theo tần số vô tuyến:
Công suất thấp, tần số đơn: Tốc độ thực tế từ 1Mb/s đến 10Mb/s Độ suy hao lớn do công suất thấp, chống nhiễu kém.
Công suất cao tần số đơn: Tốc độ từ 1Mb/s đến 10Mb/s Độ suy hao có giảm so với phơng pháp trên nhng khả năng chống nhiễu vẫn kém.
Trải phổ: Tất cả hệ thống 900MHz đều có phạm vi tốc độ từ 2Mb/s tới 6Mb/s Các hệ thống mới làm việc với các tần số GHz có thể đạt tốc độ cao hơn Do hoạt động ở công suất thấp nên độ suy hao cũng lớn.
Phơng pháp truyền bằng sóng Viba: Có hai loại:
Viba mặt đất: Hoạt động ở băng tần 4 đến 6GHz và 21 đến 23 GHz.
Viba vệ tinh: Hoạt động ở băng tần 11 đến 14 GHz.
Phơng pháp truyền bằng tia hồng ngoại có băng tần 100GHz đến 1000THzTốc độ của truyền sóng Viba và tia hồng ngoại là: 1-10Mb/s.
Có hai loại phơng thức truyền là Baseband và Broadband Trong đó:
Baseband: Hầu hết mạng cục bộ thuờng sử dụng phơng pháp này Tín hiệu có thể đợc truyền đi dới hai dạng là tơng tự hoặc số không cần điều chế Hai loại cáp thờng đợc sử dụng là cáp “Mạng LAN và một số phmỏng” (Thin cable) có đờng kính cáp là 0.25inch và cáp “Mạng LAN và một số phdày” (Thick cable) với đờng kính là 0.5inch Cả hai loại cáp đều làm việc ở cùng tốc độ 10Mb/s nhng cáp mỏng có độ suy hao lớn hơn cáp dày Baseband là phơng tiện truyền hai chiÒu.
Broadband: Chia dải thông (tần số) đờng truyền thành nhiều dải tần con,mỗi dải tần con ấy cung cấp một kênh truyền dữ liệu tách biệt nhờ sử dụng một cặp modem đặt biệt Đây chính là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing) Broadband là phơng tiện truyền một chiều và vậy cần có hai đờng dẫn dữ liệu.
Thiết bị sử dụng trong mạng máy tính
Card giao tiếp mạng
Card mạng là một thiết bị phối ghép giữa máy tính và cáp mạng Nó đảm nhận trách nhiệm truyền dữ liệu từ Bus dữ liệu của DTE này tới một DTE khác trong mạng.
Card mạng có thể đợc thiết kế ngay trong bảng mạch chính (main board) của máy tính hoặc ở dạng các tấm giao tiếp mạng gọi là Card giao tiếp mạng NIC (Network Interface Card) hoặc các bộ thích nghi đờng truyền.
Một NIC có thể đợc cài đặt vào một khe cắm (slot) của máy tính Trong NIC có một bộ thu phát với một số kiểu đầu nối Bộ thu phát chuyển đổi tín hiệu bên trong máy tính thành tín hiệu mà mạng đòi hỏi.
Chú ý rằng Card mạng phải có đầu nối hợp với cáp Nếu dùng cáp đồng trục loại nhỏ thì phải chắc chắn card giao tiếp mạng phải có đầu nối BNC Nếu dùng cáp xoắn đôi thì card phải có đầu nối RJ-45 Nên chọn card có 2 đầu nối BNC và RJ-4, bằng cách này có thể chuuển từ cáp đồng trục sang cáp xoắn đôi hoặc ngợc lại mà không phải thay card mới Ngày nay một số Card mạng mới hơn cho phép cấu hình cài đặt khác nhau bằng phần mềm.
Thiết bị tập trung dây (Hub)
Khi ta dùng cáp UTP thì chắc chắn rằng sẽ phải dùng thêm thiết bị Hub. Với cáp UTP sẽ dễ dàng hơn cho việc sửa chữa, di chuyển máy, thêm bớt máy tính Hub là bộ tập trung dây dùng để đấu nối mạng Có 4 loại Hub sau đây:
Không chứa các linh kiện điện tử và cũng không xử lý tín hiệu dữ liệu.
Nó có chức năng duy nhất là tổ hợp các tín hiệu từ một đoạn cáp mạng
Có các linh kiện điện tử có thể khuếch đại và xử lý tín hiệu điện tử truyền giữa các thiết bị của mạng.
Nó cũng là Hub chủ động nhng có thêm chức năng quản trị Hub Nó hỗ trợ các giao thức quản trị mạng, cho phép Hub gửi các gói tin về trạm điều khiển mạng trung tâm Cho phép trạm trung tâm quản ly Hub.
Là loại Hub mới nhất cho phép chọn đờng rất nhanh cho các tín hiệu giữa các cổng trên Hub Thay vì chuyển tiếp một gói tin tới tất cả các cổng của Hub, một Hub chuyển mạch chỉ chuyển tiếp gói tin tới cổng nối với trạm đích của gói tin Nhiều Hub chuyển mạch có khả năng chuyển mạch các gói tin theo con đờng nhanh nhất.
Một số thiết bị cho các mạng lớn
Bô lặp (Repeater)
Bộ lặp là một thiết bị nối hai đoạn cáp lại với nhau khi cần mở rộng mạng Nó đợc dùng khi độ dài tổng cộng của cáp mạng vợt quá độ dài cực đại cho phép Bộ lặp chỉ đợc dùng với các mạng Ethernet nối với cáp đồng trục Chú ý không đợc có quá 4 bộ lặp nối giữa hai đoạn cáp.
CÇu nèi (Bridge)
Cầu nối là một thiết bị làm việc ở lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI.
Nó là một thiết bị dùng để nối hai mạng sao cho chúng hoạt động nh một mạng Cầu nối có thể chuyển đi các tín hiệu có đích ở phần mạng phía bên kia Vì mỗi DTE đều có một địa chỉ duy nhất và địa chỉ đích đợc đặt trong tiêu đề của mỗi gói tin
Cầu nối có thể dùng để nối hai mạng khác nhau, ví dụ nh nối hai mạngEthernet và Token Ring, nhng chúng đợc hay dùng hơn trong việc chia một mạng lớn thành hai mạng nhỏ để nâng cao hiệu năng sử dụng mạng.
Bộ định tuyến (Router)
Khoa Điện tử –Viễn thông Bộ môn: Điện tử – Tin học router
Hình 1.10: Bộ định tuyến trong liên mạng
Là một thiết bị thông minh hơn cầu nối vì nó còn có thể thực hiện giải thuật chọn đờng đi tối u (theo một chỉ tiêu nào đó) Các cầu nối chứa địa chỉ của tất cả các máy tính ở hai bên cầu và có thể gửi các thông điệp theo đúng địa chỉ Một bộ định tuyến không những biết địa chỉ của các máy tính mà còn biết các cầu nối và các bộ định tuyến khác ở trên mạng và có thể quyết định lộ trình có hiệu quả nhất cho mỗi thông điệp.
Các bộ định tuyến cũng đợc dùng để nối các mạng cách xa nhau về mặt địa lý qua các bộ điều chế Modem mà cầu nối không thể thực hiện đợc Bộ định tuyến hoạt động ở lớp mạng và cho phép nối các kiểu mạng khác nhau thành liên mạng.
Cổng nối (Gateway)
Là một tổ hợp của phần cứng và phần mềm làm nhiệm vụ kết nối các mạng diện rộng lại với nhau Nó nối các mạng số liệu Quốc gia này với một mạng số liệu Quốc gia khác hoặc mạng Quốc tế Trong cổng nối hệ thống phần mềm đợc xây dựng thành các module để có thể thực hiện chức năng bảo mật, quản lý dịch vụ và tính cớc.
Chức năng chủ yếu của nó là: Điều chế đối với tín hiệu phát và giải điều chế đối với tín hiệu thu.
Hình 1.11: Ví dụ về đấu nối Modem qua mạng thoại.
Modem không thể nối các mạng xa với nhau và trao đổi dữ liệu trực tiếp đợc Hay nói một cách khác modem không phải là một thiết bị liên mạng nh bộ định tuyến Tuy nhiên modem có thể đợc dùng kết hợp với một bộ định tuyến để kết nối các mạng qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) Có hai loại modem là: Modem trong và modem ngoài. Modem trong đợc gắn trong bản mạch chính, còn modem ngoài là một thiết bị độc lập, nó đợc nối với máy tính thông qua cổng RS-232.
Chơng II một số phơng thức truy cập mạng và chuẩn cho chúng
Một số phơng thức truy cập mạng
CSMA/CD(Carrier – Sense Multiple-Access with Collision Detection)- Phơng pháp đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột
Mọi DTE đều có thể truy nhập vào BUS chung (đa truy nhập) 1 cách ngẫu nhiên và do vậy rất có thể dẫn đến xung đột làm hỏng dữ liệu nguồn phát đi của DTE Để giảm tình trạng này thì khi DTE cần truyền dữ liệu trớc hết phải
“Mạng LAN và một số phnghe” xem đờng truyền rỗi hay bận Nếu rỗi thì truyền còn nếu bận thì thực hiện 1 trong 3 giải thuật sau:
DTE tạm “Mạng LAN và một số phrút lui” chờ đợi trong một thời đoạn ngẫu nhiên nào đó rồi lại bắt đầu “Mạng LAN và một số phnghe” đờng truyền Với cách này thời gian trễ lớn nhng ít xảy ra xung đột.
DTE tiếp tục “Mạng LAN và một số phnghe” liên tục đến khi đờng truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất bằng 1 nên thời gian trễ nhỏ nhng dễ xảy ra xung đột.
DTE tiếp tục “Mạng LAN và một số phnghe” đến khi đờng truyền rỗi thì truyền đi với xác suất p xác định trớc (0< p