Mạng máy tính ban đầu được sử dụng để truyền dữ liệu qua đường dây điện thoại và bị hạn chế về mặt ứng dụng thương mại cũng nhưkhoa học.. Trong mạng máy tính phủ, các nút được liên kết ả
CƠ BẢN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ CÁC THIẾT BỊ KẾT NỐI
Nhu cầu kết nối mạng
Mạng máy tính thực hiện nhiệm vụ gì?
Mạng máy tính ra đời vào cuối những năm 1950, chủ yếu phục vụ cho quân đội và quốc phòng, với chức năng truyền dữ liệu qua đường dây điện thoại Ban đầu, mạng này có hạn chế về ứng dụng thương mại và khoa học Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ Internet đã biến mạng máy tính thành một yếu tố thiết yếu cho các doanh nghiệp hiện nay.
Giải pháp mạng hiện đại không chỉ đơn thuần là kết nối, mà còn đóng vai trò then chốt trong chuyển đổi kỹ thuật số và thành công của doanh nghiệp Các tính năng cơ bản của mạng ngày càng trở nên dễ lập trình, tự động hóa và bảo mật hơn.
Mạng máy tính hiện đại có thể:
Cơ sở hạ tầng vật lý là nền tảng cho việc phân vùng hợp lý để tạo ra nhiều mạng phủ Trong mạng máy tính phủ, các nút được kết nối ảo, cho phép dữ liệu được truyền qua nhiều đường dẫn vật lý khác nhau Chẳng hạn, nhiều mạng doanh nghiệp hiện nay đã được phủ rộng rãi trên Internet.
Tích hợp trên quy mô lớn
Dịch vụ kết nối mạng hiện đại cho phép kết nối các mạng máy tính phân tán về mặt vật lý, tối ưu hóa chức năng mạng thông qua tự động hóa và giám sát Điều này giúp tạo ra một mạng hiệu suất cao trên quy mô lớn, đồng thời cho phép mở rộng hoặc thu hẹp quy mô dịch vụ dựa trên nhu cầu.
Nhanh chóng phản hồi lại các điều kiện thay đổi
Nhiều mạng máy tính được định nghĩa bởi phần mềm, cho phép lưu lượng được định tuyến và kiểm soát một cách tập trung qua giao diện kỹ thuật số Những mạng này hỗ trợ hiệu quả trong việc quản lý lưu lượng ảo.
Cung cấp khả năng bảo mật dữ liệu
Tất cả các giải pháp kết nối mạng đều bao gồm tính năng bảo mật như mã hóa và kiểm soát quyền truy cập Để tăng cường bảo mật cho mạng, có thể tích hợp các giải pháp từ bên thứ ba như phần mềm diệt vi-rút, tường lửa và phần mềm chống mã độc.
Hình 1.1 Vai trò của internet
Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính
Là phương tiện truyền tín hiệu điện tử giữa các máy tính, các tín hiệu này được thể hiện dưới dạng xung nhị phân (ON_OFF) Mọi tín hiệu truyền giữa các máy tính đều thuộc sóng điện từ, và tùy thuộc vào tần số, có thể sử dụng các đường truyền vật lý khác nhau.
Hình 2.1 Đường truyền xung quanh đời sống Đặc trưng cơ bản của đường truyền là giải thông nó biểu thị khả năng truyền tải tín hiệu của đường truyền.
Đường truyền được phân loại thành hai loại chính: đường truyền hữu tuyến, trong đó các máy tính kết nối với nhau qua dây dẫn tín hiệu, và đường truyền vô tuyến, cho phép các máy tính truyền tín hiệu qua sóng vô tuyến thông qua thiết bị điều chế và giải điều chế tại các đầu mút.
Kỹ thuật chuyển mạch kênh thiết lập một kênh cố định giữa hai thực thể cần giao tiếp, duy trì kết nối cho đến khi một trong hai bên ngắt liên lạc Dữ liệu sẽ được truyền tải qua con đường cố định này, đảm bảo sự ổn định trong quá trình truyền thông.
Kỹ thuật chuyển mạch thông báo là một phương pháp truyền dữ liệu hiệu quả, trong đó thông báo được định nghĩa là một đơn vị dữ liệu có cấu trúc quy định trước Mỗi thông báo bao gồm thông tin điều khiển, chỉ rõ đích đến của nó Dựa vào thông tin này, các nút trung gian có khả năng chuyển tiếp thông báo đến nút kế tiếp, đảm bảo thông tin được truyền đạt chính xác tới đích cuối cùng.
Kỹ thuật chuyển mạch gói chia nhỏ mỗi thông báo thành các gói tin có khuôn dạng quy định trước, mỗi gói tin chứa thông tin điều khiển bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Các gói tin này 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 cần thiết mà các thực thể tham gia truyền thông phải tuân thủ, nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho mạng.
Khi nói đến kiến trúc của mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề là hình trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network protocol)
Network Topology: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng
Các hình trạng mạng cơ bản đó là: hình sao, hình bus, hình vòng
Hình 2.2 Các hình mạng cơ bản
Network Protocol: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng
Các giao thức thường gặp nhất là : TCP/IP, NETBIOS, IPX/SPX,
Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức năng sau:
Quản lý tài nguyên của hệ thống, các tài nguyên này gồm:
Tài nguyên thông tin, từ góc độ lưu trữ, chủ yếu liên quan đến việc quản lý tệp Những công việc này bao gồm lưu trữ tệp, tìm kiếm, xóa, sao chép, nhóm và thiết lập các thuộc tính cho tệp.
+ Tài nguyên thiết bị Điều phối việc sử dụng CPU, các ngoại vi để tối ưu hoá việc sử dụng
Hệ điều hành đảm bảo giao tiếp giữa người sử dụng, chương trình ứng dụng với thiết bị của hệ thống.
Cung cấp các tiện ích cho việc khai thác hệ thống thuận lợi (ví dụ FORMAT đĩa, sao chép tệp và thư mục, in ấn chung )
Các hệ điều hành mạng thông dụng nhất hiện nay là: WindowsNT, Windows9X, Windows 2000, Unix, Novell.
Phân loại mạng
Trong lĩnh vực mạng máy tính, có nhiều cách tiếp cận để phân loại mạng dựa trên các tiêu chí khác nhau Việc lựa chọn phương pháp phân loại phù hợp phụ thuộc vào mục đích và yêu cầu cụ thể của hệ thống, bao gồm môi trường truyền tín hiệu, băng thông, giao thức truyền thông, quy mô mạng, sơ đồ kết nối thiết bị, cơ chế kiểm soát luồng, và kỹ thuật chuyển mạch Trong số các phương pháp này, phân loại mạng dựa trên khoảng cách địa lý, loại hình kết nối, hệ điều hành mạng, và kiến trúc mạng sử dụng được coi là phổ biến nhất.
1 Tiêu chí khoảng cách địa lý
Mạng máy tính có thể được phân bố trên một lãnh thổ nhất định, bao gồm cả phạm vi quốc gia và quốc tế Dựa vào phạm vi phân bổ, có thể phân loại các loại mạng khác nhau.
Mạng cục bộ (LAN: Local Area Network) kết nối các tài nguyên máy tính trong một khu vực địa lý hạn chế, có thể là một phòng, nhiều phòng trong một tòa nhà, hoặc vài tòa nhà trong khu vực nhất định LAN cho phép kết nối từ hai đến hàng trăm máy tính qua đường truyền tốc độ cao và băng thông rộng Phạm vi của mạng LAN không được xác định cụ thể, nhưng thường được hiểu là bán kính từ vài chục mét đến dưới 10km, theo tiêu chuẩn của IEEE Một số công nghệ mạng LAN phổ biến bao gồm Ethernet/802.3, Token Ring và FDDI (Fiber Distributed Data Interface).
Hình 3.1 Kết nối mạng cục bộ LAN
Mạng diện rộng (WAN) kết nối các tài nguyên máy tính trên một vùng địa lý rộng lớn, thường trên 100km, bao gồm thị xã, thành phố, tỉnh/bang và quốc gia WAN có thể được coi là sự kết hợp của nhiều mạng LAN khác nhau, với kết nối thường thông qua mạng viễn thông hoặc vệ tinh Giao thức TCP/IP được sử dụng trong mạng WAN, với băng thông thay đổi tùy thuộc vào vị trí lắp đặt Ưu điểm của mạng WAN bao gồm khả năng kết nối rộng lớn, không bị giới hạn tín hiệu, và dễ dàng chia sẻ thông tin, lưu trữ dữ liệu Tốc độ truyền tải có thể khác nhau tùy thuộc vào khu vực và thiết bị truyền dẫn Một số công nghệ mạng WAN phổ biến bao gồm ISDN, frame relay, SMDS và ATM.
Hình 3.2 Kết nối mạng diện rộng(MAN).
Mạng MAN (mạng đô thị) là hệ thống mạng được triển khai trong một đô thị hoặc trung tâm kinh tế-xã hội, thường phục vụ cho doanh nghiệp với khả năng cung cấp đa dạng dịch vụ như kết nối thoại, dữ liệu và video Ưu điểm của mạng MAN bao gồm phạm vi kết nối rộng, giúp tương tác giữa các bộ phận doanh nghiệp trở nên dễ dàng và hiệu quả, đồng thời tiết kiệm chi phí, đảm bảo tốc độ truyền tải ổn định và bảo mật thông tin Một mạng MAN thường kết nối hai hoặc nhiều mạng LAN trong cùng một khu vực địa lý thông qua các đường dây truyền dẫn riêng, có thể là cáp quang hoặc công nghệ không dây.
Hình 3.3 Kết nối mạng đô thị/thành phố (MAN).
Mạng toàn cầu (GAN: Global Area Network) là một mạng lưới bao gồm các mạng WAN, trải rộng trên toàn thế giới Các công ty xuyên quốc gia hoạt động tại nhiều quốc gia thường kết nối mạng của các chi nhánh, tạo thành mạng GAN Đặc biệt, mạng Internet toàn cầu cũng được xem là một dạng mạng GAN.
Hình 3.4 Mô hình mạng toàn cầu (GAN).
2 Tiêu chí loại hình kết nối.
Mạng có dây, hay còn gọi là Wired network, sử dụng cáp mạng để kết nối các thiết bị, mang lại tốc độ truyền dữ liệu ổn định và đáng tin cậy hơn so với mạng không dây Các loại mạng có dây phổ biến bao gồm Ethernet và Fast Ethernet.
Hình 3.6 Cấu trúc mô hình mạng có dây
Mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến để kết nối các thiết bị, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt trong việc di chuyển Tuy nhiên, mạng không dây có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu sóng, dẫn đến gián đoạn trong việc truyền tải dữ liệu Các loại mạng không dây phổ biến bao gồm Wi-Fi và Bluetooth.
Hình 3.7 Cấu trúc mô hình mạng không dây.
3 Tiêu chí hệ điều hành mạng.
Hệ điều hành mạng (NOS) là phần mềm máy tính được thiết kế để hỗ trợ kết nối giữa các máy tính cá nhân, máy trạm và thiết bị cũ hơn với mạng LAN hoặc mạng cục bộ Nó bao gồm các phần mềm cho phép các thiết bị giao tiếp và chia sẻ tài nguyên Dựa trên hệ điều hành cụ thể được sử dụng để quản lý mạng, NOS có thể được phân loại thành các loại cơ bản khác nhau.
Windows Server là hệ điều hành mạng nổi bật do Microsoft phát triển, lý tưởng cho các mạng quy mô lớn Hệ điều hành này cung cấp đa dạng dịch vụ mạng, bao gồm chia sẻ tập tin, máy in và cung cấp dịch vụ web.
Hình 3.8 Hệ điều hành Window
Linux Server là hệ điều hành mạng mã nguồn mở, miễn phí, và có khả năng tùy chỉnh cao, lý tưởng cho các mạng yêu cầu bảo mật nghiêm ngặt Nó hỗ trợ đa dạng giao thức mạng và dịch vụ, cho phép người dùng tùy chỉnh linh hoạt để đáp ứng nhu cầu cụ thể của hệ thống.
Hình 3.9 Hệ điều hành Linux
Cisco IOS là hệ điều hành mạng do Cisco phát triển, được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị mạng của hãng Hệ điều hành này hỗ trợ đa dạng các giao thức mạng, giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng quản lý cho các thiết bị mạng.
Hình 3.10 Hệ điều hành Cisco IOS
4 Tiêu chí mô hình kiến trúc mạng
Mô hình mạng máy tính bao gồm các quy tắc, chuẩn mực và giao thức cần thiết để thiết kế, triển khai và quản lý hệ thống mạng Dưới đây là bốn mô hình mạng máy tính phổ biến nhất.
Mô hình mạng máy tính Peer-to-Peer (P2P):
Trong mô hình mạng ngang hàng (P2P), tất cả các thiết bị đều có vai trò như nhau mà không có thiết bị nào kiểm soát toàn bộ mạng Các thiết bị này có khả năng chia sẻ tài nguyên và trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhau mà không cần thông qua máy chủ trung tâm Mô hình P2P thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như chia sẻ tệp, chia sẻ media và trò chơi trực tuyến.
Hình 3.11 Cấu trúc mô hình mạng Peer-to-Peer (P2P).
Mô hình mạng máy tính Client-Server:
Trong mô hình mạng, thiết bị được phân thành hai loại chính: máy khách và máy chủ Máy chủ cung cấp dịch vụ và tài nguyên như lưu trữ dữ liệu, máy in và dịch vụ web cho các máy khách Các máy khách sử dụng các giao thức như HTTP, FTP và SMTP để yêu cầu tài nguyên và dịch vụ từ máy chủ.
Hình 3.12 Cấu trúc mô hình mạng Client-Server.
Mô hình mạng máy tính Ring:
Chuẩn hóa mô hình mạng máy tính
Mô hình OSI được thiết kế với cấu trúc phân tầng nhằm tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể giao tiếp hiệu quả Gồm 7 tầng liên kết chặt chẽ, mỗi tầng đảm nhiệm một phần quan trọng trong quá trình truyền thông tin Những quy tắc cơ bản của mô hình OSI là nền tảng thiết yếu cho việc nghiên cứu sâu về truyền thông dữ liệu.
Hình 4.1 Mô hình OSI được sử dụng trong lĩnh vực phát triển ứng dụng hiện đại.
Application Layer ( Tầng ứng dụng)
Tầng ứng dụng là tầng gần gũi nhất với người dùng, cung cấp các phương tiện để truy cập thông tin và dữ liệu qua chương trình ứng dụng Đây là giao diện chính cho người dùng tương tác với ứng dụng và mạng Một số ví dụ về ứng dụng trong tầng này bao gồm HTTP, Telnet, FTP và các giao thức truyền thư điện tử như SMTP, IMAP, và X.400 Mail.
Presentation Layer (Tầng trình diễn)
Tầng trình diễn đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu trên mạng, hoạt động như một lớp trung gian Tầng này chuyển đổi dữ liệu từ định dạng của tầng ứng dụng sang định dạng chung trước khi gửi đi, và tại máy tính nhận, nó lại chuyển đổi dữ liệu từ định dạng chung trở về định dạng của tầng ứng dụng Các chức năng của tầng trình diễn đảm bảo sự tương thích và hiệu quả trong việc truyền tải thông tin.
- Dịch các mã ký tự từ ASCII sang EBCDIC.
- Chuyển đổi dữ liệu, ví dụ từ số interger sang số dấu phảy động
- Nén dữ liệu để giảm lượng dữ liệu truyền trên mạng
- Mã hoá và giải mã dữ liệu để đảm bảo sự bảo mật trên mạng.
Tầng phiên kiểm soát các hội thoại giữa các máy tính, chịu trách nhiệm thiết lập, quản lý và kết thúc kết nối giữa trình ứng dụng địa phương và trình 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 xảy ra Ngoài ra, tầng phiên còn đảm nhận các nhiệm vụ như trì hoãn, kết thúc giao thức kiểm soát giao vận TCP và kiểm tra, phục hồi phiên, mặc dù đây là phần ít được sử dụng trong bộ giao thức TCP/IP.
Transport Layer (Tầng giao vận)
Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyển dữ liệu chuyên dụng giữa các người dùng, giúp các tầng trên không phải lo lắng về việc truyền tải dữ liệu hiệu quả và đáng tin cậy Tầng này kiểm soát độ tin cậy của kết nối, với một số giao thức có định hướng trạng thái và kết nối, cho phép theo dõi các gói tin và truyền lại những gói bị thất bại.
Tầng mạng đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải chuỗi dữ liệu từ nguồn đến đích qua nhiều mạng, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ yêu cầu Tầng này thực hiện chức năng định tuyến, với các thiết bị như router và switch tầng 3 (chuyển mạch IP) hoạt động để gửi dữ liệu trên mạng mở rộng Hệ thống định vị địa chỉ lôgic, được thiết kế bởi kỹ sư mạng, có cấu trúc phả hệ, trong đó giao thức IP là ví dụ tiêu biểu của giao thức tầng 3.
Data Link Layer (Tầng liên kết)
Tầng liên kết dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc truyền dữ liệu giữa các thực thể mạng, cung cấp các phương tiện và quy trình cần thiết để truy cập đường truyền và đưa dữ liệu vào mạng Nó cũng có khả năng phát hiện và sửa chữa lỗi trong tầng vật lý Địa chỉ trong tầng này được mã hóa cứng vào thẻ mạng (địa chỉ MAC) và sử dụng hệ thống xác định địa chỉ không có đẳng cấp Một ví dụ tiêu biểu về giao thức liên kết dữ liệu là Ethernet, bên cạnh đó còn có các giao thức HDLC, ADCCP cho mạng điểm-tới-điểm và mạng chuyển mạch gói, cũng như giao thức Aloha cho mạng cục bộ.
Hình 4.7 Tầng liên kết dữ liệu
Physical Layer (Tầng vật lý)
Tầng vật lý định nghĩa các đặc tả về điện và vật lý cho thiết bị, bao gồm bố trí chân cắm, hiệu điện thế và đặc tả cáp nối Các thiết bị thuộc tầng vật lý gồm Hub, bộ lặp, thiết bị chuyển đổi tín hiệu, thiết bị tiếp hợp mạng và thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ (HBA) trong mạng lưu trữ Chức năng và dịch vụ cơ bản của tầng vật lý là thiết lập kết nối vật lý và truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng.
Thiết lập hoặc ngắt mạch kết nối điện (electrical connection) với một môi trường truyền dẫn phương tiện truyền thông (transmission medium)
Tham gia vào quy trình chia sẻ hiệu quả tài nguyên truyền thông giữa nhiều người dùng, giúp giải quyết tranh chấp tài nguyên một cách hợp lý và nhanh chóng.
Điều chế (modulation) là quá trình chuyển đổi giữa dữ liệu số (digital data) của các thiết bị người dùng và các tín hiệu tương ứng được truyền qua kênh truyền thông (communication channel), giúp kiểm soát lưu lượng và đảm bảo tính chính xác trong việc truyền tải thông tin.
2 Các chuẩn kết nối thông dụng IEE 802.X và 8802.X
IEEE 802.X và 8802.X là hai bộ tiêu chuẩn mạng quan trọng, nền tảng cho sự phát triển mạng cục bộ (LAN) hiện nay Được phát triển bởi Viện Kỹ sư Điện và Điện tử Hoa Kỳ (IEEE), các tiêu chuẩn này đảm bảo khả năng tương tác và kết nối hiệu quả giữa các thiết bị mạng từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.
Bộ tiêu chuẩn IEEE 802.X định nghĩa các lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI Lớp vật lý có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu điện hoặc quang giữa các thiết bị mạng, trong khi lớp liên kết dữ liệu đảm bảo truy cập kênh truyền và kiểm soát lỗi dữ liệu Một số tiêu chuẩn 802.X phổ biến nhất hiện nay bao gồm 802.11, 802.3 và 802.15.
802.3: Ethernet - Chuẩn kết nối mạng phổ biến nhất sử dụng cáp xoắn đôi
Bluetooth 802.15 là chuẩn kết nối tầm ngắn, lý tưởng cho các thiết bị di động như điện thoại thông minh, tai nghe Bluetooth và loa Bluetooth Tốc độ truyền tải và phạm vi hoạt động của Bluetooth phụ thuộc vào phiên bản được sử dụng.
802.16: WiMAX là chuẩn kết nối mạng không dây tầm xa, cung cấp truy cập internet tốc độ cao cho các khu vực rộng lớn Công nghệ này thường được áp dụng cho các khu vực nông thôn hoặc những nơi có địa hình khó khăn, nơi việc kéo cáp internet truyền thống gặp nhiều trở ngại.
Bộ tiêu chuẩn 8802.X được phát triển bởi Tổ chức
Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) và các tiêu chuẩn IEEE 802.X nhằm mục đích thiết lập một bộ tiêu chuẩn thống nhất, giúp tăng cường sự tương thích và khả năng vận hành chung giữa các thiết bị mạng trên toàn cầu.
8802.3: ISO/IEC 8802-3 - Chuẩn quốc tế tương ứng với IEEE 802.3
8802.11: ISO/IEC 8802-11 - Chuẩn quốc tế tương ứng với IEEE 802.11
8802.15: ISO/IEC 8802-15 - Chuẩn quốc tế tương ứng với IEEE 802.15
Hình 4.9 Bảng so sánh các chuẩn kết nối 802.X và 8802.X.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH - ĐỊNH TUYẾN
TỔNG QUAN
Lịch sử phát triển của Mạng máy tính
Vào giữa những năm 50, máy tính đầu tiên với bóng đèn điện tử có kích thước cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng đã được đưa vào hoạt động Dữ liệu được nhập vào máy tính thông qua các tấm bìa đã được đục lỗ, mỗi tấm bìa tương ứng với một dòng lệnh Các tấm bìa này được đưa vào thiết bị đọc bìa, từ đó thông tin được truyền vào máy tính và kết quả được in ra Thiết bị đọc bìa và máy in đóng vai trò là thiết bị vào ra (I/O) cho máy tính Qua thời gian, các thế hệ máy tính mới ra đời, cho phép một máy tính trung tâm kết nối với nhiều thiết bị và thực hiện liên tục các chương trình khác nhau Đồng thời, nghiên cứu về các phương pháp nâng cao khả năng giao tiếp với máy tính trung tâm cũng được đầu tư phát triển mạnh mẽ.
Vào giữa những năm 60, các nhà chế tạo máy tính đã phát triển thành công thiết bị truy cập từ xa, cho phép người dùng kết nối với máy tính của họ Một trong những phương pháp này là cài đặt thiết bị đầu cuối ở vị trí xa trung tâm tính toán, kết nối qua đường dây điện thoại Hai thiết bị xử lý tín hiệu, thường được gọi là modem, được gắn ở hai đầu để truyền tín hiệu một cách hiệu quả.
Các thiết bị đầu cuối ban đầu bao gồm máy đọc bia, máy in, thiết bị xử lý tín hiệu và các cảm biến Sự kết nối từ xa giữa chúng có thể diễn ra qua nhiều khu vực khác nhau, đánh dấu sự ra đời của hệ thống mạng máy tính đầu tiên.
Các nhà khoa học đã phát triển nhiều thiết bị đầu cuối từ xa, giúp người dùng tương tác hiệu quả hơn với máy tính Một sản phẩm nổi bật 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 các trung tâm tính toán.
Hệ thống 3270, ra mắt vào năm 1971, đã được phát triển nhằm mở rộng khả năng tính toán của trung tâm máy tính đến các khu vực xa xôi Để giảm bớt gánh nặng truyền thông cho máy tính trung tâm và số lượng kết nối giữa máy tính trung tâm với các thiết bị đầu cuối, IBM cùng nhiều công ty máy tính khác đã cho ra đời một loạt thiết bị hỗ trợ.
Thiết bị kiểm soát truyền thông có chức năng nhận tín hiệu từ các kênh truyền thông, gom chúng thành các byte dữ liệu và chuyển tới máy tính trung tâm để xử lý Ngoài ra, thiết bị này cũng thực hiện việc chuyển tín hiệu trả lời từ máy tính trung tâm tới các trạm xa Nhờ vào thiết bị này, thời gian xử lý trên máy tính trung tâm được giảm bớt,
Thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối cho phép quản lý đồng thời nhiều thiết bị đầu cuối chỉ với một kết nối Máy tính trung tâm chỉ cần liên kết với một thiết bị kiểm soát để phục vụ tất cả các thiết bị đầu cuối được kết nối 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 phục vụ cho nhiều thiết bị đầu cuối cùng lúc.
Vào giữa những năm 1970, các thiết bị đầu cuối đã được phát triển với phương pháp kết nối qua cáp, giúp nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và khả năng tính toán của các máy tính Đến những năm 1980, hệ thống đường truyền tốc độ cao đã được thiết lập tại Bắc Mỹ và Châu Âu, dẫn đến sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông với đường truyền nhanh hơn nhiều so với điện thoại Với chi phí thuê bao hợp lý, người dùng có thể kết nối máy tính và hình thành các mạng lưới rộng khắp Các nhà cung cấp dịch vụ đã xây dựng hệ thống đường truyền dữ liệu liên kết giữa các thành phố, cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu cho những người xây dựng mạng.
Người xây dựng mạng không cần tái thiết lập đường truyền mà chỉ cần tận dụng năng lực truyền thông của các nhà cung cấp Năm 1974, IBM giới thiệu thiết bị đầu cuối cho ngân hàng và thương mại, cho phép nhiều thiết bị truy cập vào máy tính dùng chung qua mạng cáp Việc kết nối máy tính trong khu vực nhỏ giúp giảm chi phí thiết bị và phần mềm, thúc đẩy nghiên cứu về sử dụng chung môi trường truyền thông Năm 1977, Datapoint Corporation ra mắt hệ điều hành "Attached Resource Computer Network" (ARCNet), mạng cục bộ đầu tiên cho phép kết nối máy tính và trạm đầu cuối bằng cáp Sự phát triển của máy tính cá nhân đã làm tăng nhu cầu kết nối trong văn phòng, mang lại hiệu quả cao cho người sử dụng.
Hình 5.1: Lịch sử hình thành internet
2.Khái niệm chung về mạng máy tính
Mạng máy tính (MMT) là một hệ thống bao gồm nhiều máy tính được liên kết thông qua các phương tiện truyền dẫn theo một kiến trúc mạng cụ thể, cho phép chúng trao đổi thông tin một cách hiệu quả.
Mây tỉnh là một loại máy tính mà không có thiết bị nào có khả năng khởi động hoặc ngừng hoạt động của thiết bị khác Các thiết bị trong mây tỉnh bao gồm PC, laptop, PDA, máy in, máy quét, điện thoại IP và các thiết bị chạy ứng dụng mạng.
• Phương tiện truyền dẫn: Sử dụng để truyền tải tín hiệu vật lý (có thể là hữu tuyển hoặc vỡ tuyên)
Kiến trúc mạng bao gồm hai thành phần chính: hình trạng mạng (topo mạng) và giao thức mạng Topo mạng đề cập đến cấu trúc hình học của các thực thể mạng khi chúng kết nối với nhau, trong khi giao thức mạng là tập hợp các quy tắc và chuẩn mực mà các thực thể tham gia vào hoạt động truyền thông cần tuân thủ.
Mục tiêu của việc kết nối
Việc kết nối các máy tỉnh thành mạng từ lâu đã trở thành nhu cầu khách quan, vi những lý do sau:
• Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin thông qua các máy tỉnh
Nhu cầu chia sẻ tài nguyên, bao gồm cả phần cứng và phần mềm, ngày càng tăng cao khi nhiều người cùng lúc cần truy cập vào các tài nguyên chung như máy in, ổ cứng, tệp dữ liệu và ổ DVD.
Nhiều công việc có tính chất phân tán, liên quan đến thông tin và xử lý, yêu cầu sự kết hợp giữa truyền thông và việc sử dụng các phương tiện từ xa.
• Có các ứng dụng phần mềm đòi hỏi tại một thời điểm cần đáp ứng truy cập của nhiều người sử dụng cùng một cơ sở dữ liệu.
Vì vậy, việc thiết lập mạng máy tính nhằm giải quyết các nhu cầu trên và cần đạt được các mục tiêu cơ bản sau đây:
Tất cả người dùng đều có quyền truy cập và sử dụng các tài nguyên chung của mạng, không bị ràng buộc bởi vị trí địa lý của họ.
Nâng cao độ tin cậy của hệ thống là điều quan trọng, đặc biệt khi một số thành phần của mạng gặp sự cố kỹ thuật Nhờ khả năng thay thế linh hoạt, hệ thống có thể duy trì hoạt động bình thường, đảm bảo sự liên tục và ổn định trong quá trình vận hành.
Tạo ra một môi trường giao tiếp thuận lợi giữa con người, giúp họ dễ dàng trao đổi và thảo luận mà không bị giới hạn bởi khoảng cách, ngay cả khi ở xa hàng nghìn km.
Tóm lại, mục tiêu kết nối các MMT là cung cấp các dịch vụ mạng đa dạng, giảm bớt các chi phí về đầu tư trang thiết bị
Hình 5.2: Mục tiêu của kết nối internet
Các thành phần của mạng máy tính
Mạng máy tính cơ bản bao gồm ba thành phần chính: hệ thống thiết bị đầu cuối (End system), phương tiện truyền dẫn và giao thức mạng (Network Protocol), như được minh họa trong Hình 1.1.
Hình 5.3 Mô hình mạng máy tính cơ bản
Các ký hiệu biểu tượng cho thiết bị và phương tiện truyền trong mạng máy tính được sử dụng rộng rãi trong giáo trình, tài liệu phổ biến và các công cụ thiết kế mạng Những ký hiệu này được mô tả chi tiết trong bảng dưới đây.
Phần mềm Cisco packet tracer
Cisco Packet Tracer 8 là phần mềm mô phỏng mạng do Cisco Systems phát triển, cho phép người dùng tạo ra các mô hình mạng thực tế Nó hỗ trợ cấu hình bộ định tuyến và chuyển mạch thông qua lệnh Cisco IOS, đồng thời cho phép nhiều người dùng tương tác với nhau qua nền tảng đám mây.
Trình mô phỏng thực hiện một loạt các bộ định tuyến Cisco 800, 1800, 1900, 2600,
Bài viết đề cập đến các thiết bị mạng như Cisco Catalyst 2800, 2900, 2950, 2960, 3560 và tường lửa ASA 5505 Ngoài ra, các thiết bị không dây bao gồm bộ định tuyến Linksys WRT300N, các điểm truy cập và tháp di động Hệ thống còn có các máy chủ DHCP, HTTP, TFTP, FTP, DNS, AAA, SYSLOG, NTP và EMAIL, cùng với các máy trạm và mô-đun cho máy tính và bộ định tuyến Mạng sử dụng nền IP, điện thoại thông minh, trung tâm và đám mây giả lập mạng WAN Các thiết bị mạng được kết nối qua nhiều loại cáp khác nhau, bao gồm dây nối thẳng và dây nối ngược.
Hình 5.5: Giao diện phần mềm Cisco Packet Tracer
Kết nối các thiết bị khác nhau với nhau.
Router giúp xác định nơi gửi thông tin từ thiết bị này sang thiết bị khác.
Lọc và chuyển tiếp gói dữ liệu.
Router luôn đảm bảo rằng thông tin sẽ đến được đích đã định.
Sử dụng Router để kết nối với VPN.
Kết nối các thiết bị khác nhau với nhau.
Router giúp xác định nơi gửi thông tin từ thiết bị này sang thiết bị khác.
Lọc và chuyển tiếp gói dữ liệu.
Router luôn đảm bảo rằng thông tin sẽ đến được đích đã định.
Sử dụng Router để kết nối với VPN.
Router
Router là thiết bị mạng quan trọng, có chức năng chuyển các gói dữ liệu đến các thiết bị đầu cuối Nói một cách đơn giản, router giúp chia sẻ kết nối Internet đến nhiều thiết bị khác nhau trong cùng một mạng.
Router chuyển đổi mạng có dây thành mạng không dây, giúp kết nối dễ dàng hơn giữa các thiết bị di động Nó cho phép nhiều người trong gia đình sử dụng Internet đồng thời mà không bị giới hạn như mạng có dây Bên cạnh đó, việc sử dụng kết nối có dây cũng giúp không gian sống trở nên gọn gàng hơn.
Một vài ứng dụng quan trong của Router có thể kể đến như: chia kết nối Internet của bạn với tất cả các thiết bị.
Kết nối các thiết bị khác nhau với nhau.
Router giúp xác định nơi gửi thông tin từ thiết bị này sang thiết bị khác.
Lọc và chuyển tiếp gói dữ liệu.
Router luôn đảm bảo rằng thông tin sẽ đến được đích đã định.
Sử dụng Router để kết nối với VPN.
Switch
Switch hay switch mạng là thiết bị chuyển mạch quan trọng trong hệ thống mạng, có khả năng kết nối các đoạn mạch theo mô hình sao (Star) Thiết bị này giúp gửi và nhận thông tin cũng như tài nguyên một cách hiệu quả.
1 cách hiệu quả, trơn tru, bảo mật cao.
Switch là thiết bị trung tâm trong hệ thống mạng, cho phép các thiết bị đầu cuối như máy tính, máy quét, máy in kết nối và giao tiếp với nhau Tất cả các thiết bị này đều nằm trong cùng một mạng, giúp việc truyền nhận dữ liệu trở nên dễ dàng và hiệu quả.
Switch là thiết bị mạng quan trọng trong các hệ thống mạng doanh nghiệp, cho phép kết nối nhiều thiết bị đầu cuối như máy tính, máy in, điện thoại, đèn, máy chủ và các phần cứng khác.
Switch hoạt động như một cầu nối nhiều cổng, cho phép kết nối các mạng khác nhau thành một mạng lớn duy nhất Ngoài ra, switch còn có khả năng chuyển dữ liệu thông qua thông tin, với việc truyền các gói tin dựa trên các khung và hoàn toàn phụ thuộc vào địa chỉ MAC có trong gói.
SRouter là thiết bị giúp kết nối với VPN, cho phép người dùng truy cập mạng an toàn và bảo mật Đặc biệt, switch có khả năng kết nối nhiều segment khác nhau tùy thuộc vào số cổng (port) mà nó sở hữu Switch nhận tín hiệu vật lý và chuyển đổi chúng thành dữ liệu, khác với Hub, chỉ đơn giản nhận tín hiệu từ một cổng và chuyển tiếp tới các cổng còn lại.
Switch hỗ trợ công nghệ Full Duplex, cho phép mở rộng băng thông của đường truyền Đây là một trong những ưu điểm nổi bật của thiết bị, điều mà Repeater hay Hub không thể thực hiện.
Switch đóng vai trò vô cùng quan trọng, là thiết bị mạng không thể thiếu trong hầu hết các mạng cục bộ (LAN) Ethernet hiện đại.
Cho phép chia kết nối Internet của bạn với tất cả các thiết bị.
PHẦN MỀM CISCO PACKET TRACER THIẾT KẾ MẠNG MÁY TÍNH
Quá trình thực hiện
Bước 1: sử dụng 3 router sẽ sử dụng bằng dây nối serial
Bước 2: sử dụng switch nối với router qua cổng FastEthernet
Bước 3: sử dụng máy tính để kết nối với switch qua cổng FastEthernet.
Hình 6.1: Mô hình lắp đặt mạng máy tính
Chọn địa chỉ IP gốc là 192.168.12.0/24
Ta thấy có tám đường mạng > chia làm 8 mạng con
Bước 4: Cấu hình cho các router
Nhấp đúp vào router cofig
Nhấp đúpvào máy tính chọn Destop chọn IP configuration
Hình 6.6: Cấu hình cho các máy tính
Bước 6: Định tuyến dường đi cho router
Nhấp đúp vào router ROUTING Static
Hình 6.7: Định tuyến đường đi cho router
Cài đặt và thử nghiệm
Giả sử ta gửi tin từ máy tính PC5( 192.168.12.64/27 ) đến máy tính PC8(192.168.12.224/27)
Ta định tuyến đường đi như sau :
Hình 6.8: Định tuyến đường đi từ máy tính PC5 đến máy tính PC8