Tìm hiểu về mạng cục bộ

Hiện nay cùng với xu thế hội nhập toàn cầu quá trình tin học hóa đang diễn ra mạnh mẽ và từng ngày từng giờ thay đổi mạnh mẽ. Nó xâm nhập vào tất cả các nghành kinh tế trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng. Và cùng từ đó nảy sinh ra các vấn đề về mạng cục bộ. Khi được lựa chọn đề tài em đã cảm thấy đề tài này là một đề tài hết sức thú vị nên em đã chọn. Vì em được biết hiện nay mạng cục bộ đang được ứng dụng rất nhiều. Như trong các trường học, các công ty, và các tổ chức đơn vị phát triển mạnh, trong các quán cafe Internet, chat và cả các cửa hàng Games . . .

Lời mở đầu

Hiện nay cùng với xu thế hội nhập toàn cầu quá trình tin học hóa đangdiễn ra mạnh mẽ và từng ngày từng giờ thay đổi mạnh mẽ Nó xâm nhập vào tấtcả các nghành kinh tế trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng Vàcùng từ đó nảy sinh ra các vấn đề về mạng cục bộ Khi đợc lựa chọn đề tài em

đã cảm thấy đề tài này là một đề tài hết sức thú vị nên em đã chọn Vì em đợcbiết hiện nay mạng cục bộ đang đợc ứng dụng rất nhiều Nh trong các trờng học,các công ty, và các tổ chức đơn vị phát triển mạnh, trong các quán cafe Internet,chat và cả các cửa hàng Games

Em thực hiện đề tài này cũng không mong muốn gì hơn là có thể qua

đó tìm hiểu thêm về mạng cục bộ và biết đâu đó nó lại giúp ích cho quá trìnhcông tác của em sau này Đề tài đợc thực hiện dới sự giúp đỡ của thầy NguyễnBá Nghiễn và sự tạo điều kiện của Trờng trung học bán công kỹ thuật tin họcESTIH

Trong quá trình thực hiện đề tài em đã hiệu thêm về mạng cũng nh

đ-ợc tiếp xúc nhiều hơn với các tài liệu trong lĩnh vực này

Em xin trân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hớng dẫn Nguyễn BáNghiễn và các thầy cô giáo trong Trờng trung học bán công kỹ thuật tin họcESTIH đã giúp em hoàn thành tốt đề tài này

Em xin trân trọng cảm ơn!

Học sinh

Nguyễn Mạnh Hà

Phần I: Kiến thức tổng quan về mạng.

A: Tổng quan.

I Các khái niệm cơ bản:

1 Khái niệm về mạng máy tính( Computer Network )

Là một tập hợp các máy tính và thiết bị bị ngoại vi đợc kết nối vớinhau bằng phơng tiện truyền dẫn theo một tiêu chuẩn quy định trớc

2 Mục đích của mạng máy tính

Tạo khả năng làm việc phân tán

Nâng cao chất lợng hiệu quả của việc khai thác sử lý dữ liệu

Tăng độ tin cậy của hệ thống

3 Phân loại mạng

a Phân loại theo khoảng cách

Mạng cục bộ - LAN(Local Area Network): Là mạng máy tính đợc

thiết lập trong phạm vi hẹp Khoảng cách giữa các nút mạng nhỏ hơn 10km

Mạng diện rộng - WAN(Wide Area Network): Là mạng máy tính

đ-ợc thiết lập trong một nớc hoặc một châu lục

Mạng đô thị - MAN(Metropolitant Area Network): Là mạng máy

tính đợc cài đặt trong thành phố hoặc một trung tâm Khoảng cách giữa các nútmạng nhỏ hơn 100km

Mạng toàn cầu – GAN(Global Area Network) hoặc VAN(Vast

Area Network): Là mạng máy tính đợc thiết lập cho phạm vi toàn cầu.

Chú ý: Ngoài vấn đề khác nhau về phạm vi thì các mạng máy tính trên toàn cầucòn khác nhau về thiết bị sử dụng

b Phân loại theo ph ơng pháp chuyển mạch (Phơng pháp truyền dữ liệu):

Mạng chuyển mạch kín CSN(Cirrcuit Swiched NetWork) Khi hai

trạm cần liên lạc trên mạng thì một kênh truyền cứng bị thiết lập và duy trì cho

đến khi hai bên bắt đợc liên lạc

Nhận xét: Mạng máy tính chuyển đổi kênh có tốc độ truyền cao và an toàn nhnghiệu suất sử dụng kênh thấp(đờng truyền) Có lúc đờng truyền bị bỏ không

Mạng chuyển mạch bản tin MSN(Message Switched NetWork):

Mạng tin là một đơn vị thông tin của ngời sử dụng có khuôn dạng quy định trớc.Mỗi mạng chuyển mạch bản tin chứa một vùng thông tin điều khiển trên đó ghi

rõ địa chỉ các bản tin đợc gửi và nơi nhận

Nhận xét: Tận dụng đợc hiệu suất đờng truyền Nhng lại có nhợc điểm là khibản tin dài quá và lỗi dẫn đến phải truyền lại toàn bộ thì tốn thời gian và kinhphí đờng truyền

Mạng chuyển mạch gói(Packet Swithched NetWork): Dữ liệu đợc

chia thành gói nhỏ có độ dài khoảng 256 bytes Trên các gói ghi số lợng và thểtích của các gói Chúng đợc chuyển đi trên các đờng truyền bằng nhau và đợctập chung tại nơi nhận

Nhận xét: Mạng chuyển mạch dạng gói thì mềm dẻo đạt hiệu suất cao trong quátrình truyền Nhng việc tái tạo lại bản tin thì khá phức tạp

c Phân loại gói theo cấu trúc(Tology):

Mạng kiểu

điểm - điểm(Point to

Point): Là đờng

truyền nối từng cặp nút với nhau Các nút này đều có dữ kiện lu trữ và chuyểntiếp dữ liệu.

Mạng kiểu điểm – nhiều

điểm(Point to MutilPoint):

Các nút mạng đợc nối vào một đờng

truyền chung Dữ liệu đợc gửi đi từ

một nút thì tất cả các nút đều nhân

đ-ợc

II: Các mô hình mạng.

1 Mô hình mạng tập trung:

Cấu trúc: Bao gồm máy tính lớn

MainFrame và các thiết bị đầu cuối đợc

ghép nối trực tiếp để tận dụng khả năng và

công suất tính toán của MainFrame

Cơ chế hoạt động: MainFrame

đóng vai trò xử lý chính Cấp chơng trình,

phân chia tài nguyên, phân chia dữ liệu và

điều khiển việc truy cập dữ liệu

Terminal: Đảm nhận chức năng ghép nối với ngời sử dụng Tiếp nhận

và hiển thị dữ liệu

2 Mô hình phân tán:

Trách nhiệm sử lý đợc phân bố công bằng cho các máy tính trongmạng Các thiết bị đầu cuối(Terminal) đợc thay thế bởi các máy tính cá nhân

Mạng phân tán có hai mô

hình:

Ngang hàngKhách chủ

a Mạng ngang hàng(Peer to Peer):

Là một nhóm các máy tính đợc kết nối với nhau Trong mạng nganghàng thì vai trò của các máy tính nh nhau(vừa là chủ vừa là khách) Ngời sửdụng ngồi tại chỗ quyết định chia sẻ tài nguyên của mình

Là các máy tính thông thờng cho phép ngời sử dụng đăng nhập truyxuất nguồn tài nguyên trên mạng

Trong mô hình Client – Server tồn tại các Server chuyên trách chạycác phần mềm đặc biệt để cung cấp tài nguyên và các dịch vụ cho máy khác.Tạo các khả năng chuyên biệt hóa xử lý

Ưu:

Tài nguyên trên mạng đợc quản lý tập chung dẫn tới kiểm soát đợcviệc truy xuất nguồn tài nguyên.

Cơ chế an ninh bảo mật cao

Giảm nhẹ công việc xử lý, làm tăng hiệu suất thi hành

Giảm độ phức tạp trong thiết kế và cài đặt mạng Các mạng máy tính

đợc thiết kế, phân tích theo cấu trúc phân tầng

2 Nguyên tắc:

Các hệ thống trong cùng mạng thì có cùng số lợng tầng và chức năngcủa các tầng tơng ứng là nh nhau

Giữa hai tầng trong cùng một hệ thống tồn tại một giao diệnmạng(NetworkInterface) Xác định dịch vụ tầng dới cấp cho tầng trên

Giữa hai tầng đồng mức của hai hệ thống tồn tại một giao thứcmạng(Network Protocol) thể hiện các quy tắc, quy ớc trong giao tiếp

Quy tắc truyền dữ liệu: Trên thực tế dữ liệu không trực tiếp truyền từtầng thứ i của hệ thống này sang tầng thứ i của hệ thống kia Mà đợc truyền từtầng thứ i xuống tầng thứ 1 rồi qua môi trờng truyền đi tới tầng 1 của hệ thốngkia sau đó đợc truyền tới tầng thứ i của hệ thống kia(tầng nhận)

Tập hợp các tầng, các giao thức, giao diện mạng đợc gọi là kiến trúcmạng: Network Architecture

Năm 1984 tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO(International Standard

Organization) đa ra mô hình tham chiếu OSI để đảm bảo tính tơng thích giữa

Tầng vật lý: Cung cấp các phơng tiện truyền dẫn dữ liệu Các thủ tục

khởi động, duy trì và hủy bỏ các liên kết vật lý Cho phép truyền dữ liệu dớidạng dòng Bits

Tầng liên kết: Thiết lập duy trì và hủy bỏ

các liên kết dữ liệu Kiểm soát luồng dữ liệu và khắc

phục sai sót hoặc cắt hợp dữ liệu nếu cần

Vận tải: Kiểm soát dữ liệu từ nơi gửi tới

nơi nhận Ngoài ra nó có thể thực hiện việc ghép

kênh, đóng gói và tổ hợp dữ liệu

Phiên: Thiết lập, duy trì, đồng bộ

hóa(Synchronous) và hủy bỏ các phiên làm việc Ngoài ra nó còn cung cấp cácthông số điều khiển, quản lý quá trình truyền dữ liệu

Thể hiện: Biến đổi dữ liệu theo phơng pháp ngời nhận Cung cấp các

phơng tiện để mã hóa và nén dữ liệu

ứng dụng: Cung cấp các phơng tiện để ngời sử dụng giao tiếp trên

môi trờng mạng và các dịch vụ thông tin phân tán

4 Hệ điều hành mạng(NOS - Network Operating System):

Là phần mềm hệ thống đợc cài đặt trên các máy chủ hoặc các máykhách có chức năng điều hành hoạt động của toàn hệ thống mạng

Hệ điều hành cho mạng gồm có hai loại:

Hệ điều hành cho mạng ngang hàng(Network Operating System Peer

to Peer): Là hệ thống đợc cài đồng nhất trên các máy trạm Có chức năng quản

lý chơng trình của ngời sử dụng tại các máy trạm

Hệ điều hành cho mạng khách chủ(Network Operating System Client

- Server): Là hệ điểu hành chỉ cài trên các máy chủ có chức năng quản lý thông

tin, dữ liệu, chơng trình của ngời sử dụng trên toàn mạng

5 Giao thức mạng(Network Protocol):

Là các quy tắc để truyền dữ liệu giữa hai máy tính trên cùng mộtmạng

Nguyên tắc hoạt động của giao thức:

Tại trạm gửi:

Chia dữ liệu thành các gói nhỏ(Packet)

Gói đợc đánh địa chỉ nhận, số thứ tự và tham số truyền

Mã hóa dữ liệu và đa lên mạng

TCP/IP(Transmission Contool Protocol/Internet Protocol): Đây là

một họ giao thức cung cấp các khả năng nối mạng con thành liên mạng và điềukhiển đờng truyền dữ liệu trên liên mạng đó

Network BEUI(Network Bios Extended User Interface): Là giao

thức cung cấp khả năng liên kết hoạt động giữa các hệ thống mạng hiện tại và hệthống mạng cũ

NW Link IPX/SPX Compatible Transport(NetWare Link Internet

Packet Exchange/Sequence Packet Exchange): Cung cấp tính tơng thích giữa

hệ thống mạng của Microsoft và NoWell

Nó cho phép có thể truyền trên khoảng cách xa hơn

Interlligent HUB(HUB thông minh):

Tơng tự nh Active HUB nhng đợc bổ xung thêm hai chức năng quảntrị và chọn đờng

b Bộ ch yển tiếp (Repeater):

Nhận tín hiệu suy thoái từ một đoạn mạng, tái tạo lại tín hiệu đó vàtruyền lên trên đoạn mạng kế tiếp

Chú ý: Bộ chuyển tiếp không lọc hoặc biến đổi dữ liệu nên hai đoạn mạng phải

Tĩnh(Static): Xác định lộ trình cho dữ liệu do ngời quản trị.

Động(Dynamic): Tự động xác định lộ trình cho dữ liệu.

e Bộ chọn đ ờng cầu (Browter):

Kết hợp tối u giữa bộ chọn đờng và cầu nối

f Cổng giao tiếp(GateWay):

Truyền thông giữa các kiến trúc và môi trờng mạng khác nhau

Đóng gói lại, biến đổi dữ liệu

g Bộ dồn kênh(MultipPlexer):

Tổ hợp một số kênh truyền vào đờng truyền duy nhất Tách ra tại nơinhận

h Bộ điều chế và giải điều chế(Modulation/Đemoulation - Modem):

Cho phép biến đổi giữa tín hiệu Digital và Analog

Máy tính có thể kết nối mạng qua đờng điện thoại

i CSU/DSU(Chanel Service Unit/Digital Service Unit):

Cho phép kết nối mạng cục bộ thành mạng diện rộng thông qua đờng

điện thoại

B Mạng cục bộ.

Tốn kinh phí đờng truyền.

Khoảng cách từ trạm tới thiết bị trung tâm giới hạn trong 100m

b Mạng xa lộ(BUS):

Các trạm đợc kết nối vào một đờng truyền chung thông qua đầu nốichữ T hoặc một bộ thu phát(TransCeiven)

Hai đầu đờng truyền chung đợc giới hạn bởi hai thiết Terminator thực

chất là hai điện trở(75Ω hoặc 50Ω)

Terminator là thiết bị có trách nhiệm triệt tiêu tín hiệu dữ liệu khitruyền tới cuối BUS thông báo điểm kết thúc của mạng

Khi một trạm truyền tín hiệu dữ liệu thì tất cả các trạm còn lại có thểnhận đợc tín hiệu một cách trực tiếp Dẫn tới dữ liệu truyền theo kiểu điểmnhiều điểm(Point to MultiPoint)

Các trạm trên mạng đợc kết nối vào một vòng truyền khép kín, thôngqua bộ chuyển tiếp dữ liệu Bộ chuyển tiếp có nhiệm vụ nhận dữ liệu sau đóchuyển đến trạm kế tiếp theo một chiều duy nhất.

Trong mạng vòng thì dữ liệu từ nơi gửi tới nơi nhận thông qua mộtchuỗi các liên

II Các ph ơng pháp điều khiển truy nhập Cable

1 CSMA - Carrer Sence Multi Access(Đa truy nhập truyền tải sóng mang):

CSMA: Dựa trên nguyên tắc LBT(Listen Before Talk Nghe sau–

khi nói) Khi một trạm truyền dữ liệu thì nó phải kiểm tra đờng truyền Nếu

đ-ờng truyền rỗi thì trạm đợc phép truyền theo quy định Ngợc lại thì trạm phải

đợi

None Persistent: Trạm tạm thời rút lui chờ đợi khoảng thời gian ngẫu

nhiên sau đó lại kiểm tra lại đờng truyền

Ưu:

Tránh xung đột

Nh

ợc:

Nhng hiệu suất sử dụng đờng truyền thấp(Có thời gian chết)

1 Persistent: Trạm tiếp tục kiểm tra cho tới khi rỗi thì truyền dữ liệu

P Persistent: Trạm tiếp tục kiểm tra đờng truyền cho tới khi rỗi thì

truyền dữ liệu với xác suất P(0<P<1)

P nếu đợc lựa chọn hợp lý thì có thể tận dụng đợc hiệu suất, giảmxung đột

2 CSMA/CD - Carrier Sence Multi Access With Collission Detect(Đa truy

nhập truyền tải sóng mang có kiểm tra xung đột):

LWT(Listen While Talk): Khi một trạm đang truyền dữ liệu mà nó

phát hiện xung đột trên đờng truyền thì nó sẽ ngừng ngay việc truyền dữ liệu

nh-ng vẫn gửi tín hiệu báo xunh-ng đột tới các trạm còn lại sau đó trạm chờ đợi tronh-ngmột khoảng thời gian ngẫu nhiên và thực hiện một trong 3 giải thuật CSMA

3 TOKEN BUS(BUS sử dụng thẻ bài):

Giữa các trạm có nhu cầu truyền dữ liệu đợc thiết lập vòng Logic Mỗitrạm trong vòng thì biết đợc địa chỉ của trạm đứng trớc và sau nó

TOKEN là một đơn vị dữ liệu đặc biệt đợc lu chuuyển trên vòng

Logic

Khi một trạm nhận đợc TOKEN thì nó đợc phép truyền dữ liệu trongmột khoảng thời gian nhất định

TOKEN có chức năng dùng để cấp phát quyền truy nhập đờng truyền.

Khi hết thời gian hoặc hết dữ liệu thì trạm phải truyền TOKEN chotrạm kế tiếp ở trên vòng

Chú ý: Các trạm không thuộc vòng Logic thì chỉ có quyền nhận dữ liệu chứkhông có quyền nhận TOKEN

Một số vấn đề của TOKEN BUS:

Bổ xung các trạm vào vòng Logic: Các trạm trong vòng định kỳ gửithông báo tới các trạm ngoài vòng Nếu các trạm ngoài vòng có nhu cầu thì nó

sẽ gửi thông báo trả lòi đồng ý Khi đó trạm mời sẽ chuyển thẻ bài đến trạm đợcmời trong chu kỳ kế tiếp

Loại bỏ một trạm của vòng Logic: Khi một trạm không còn nhu cầutruyền dữ liệu thì nó sẽ gửi thông báo đến trạm đứng trớc nó trong vòng đề nghịtách khỏi vòng Khi đó thẻ bài sẽ đợc chuyển trực tiếp tới trạm sau nó trong chu

kỳ kế tiếp

Mất thẻ bài: Nếu sau một khoảng thời gian khống chế trớc mà trạm

phát hiện BUS không hoạt động dẫn tới tình trạng mất thẻ bài Khi đó trạm sẽyêu cầu trạm điều khiển cấp thẻ bài mới và thiết lập lại vòng Logic

4 TOKEN RING(Vòng sử dụng thẻ bài):

Thẻ bài đợc lu chuyển trực tiếp trên vòng vật lý

Trên thẻ bài có 1byte trạng thái(Status byte):

Free (0)

Busy (1)

Cơ chế truyền dữ liệu:

Tại trạm gửi: Khi nhận đợc thẻ bài ở trạng thái Free nó đổi thành

Busy và gửi kèm theo một đơn vị dữ liệu cùng thẻ theo chiều của vòng

Tại trạm nhận: Phần dữ liệu đợc sao chép lại sau đó cùng thẻ bài

quay lại trạm gửi Trạm gửi xóa dữ liệu đổi Busy thành Free cho thẻ luân chuyểntiếp trên vòng

Chú ý:

Việc quay trở về trạm nguồn của dữ liệu Để đảm bảo sự công bằng vàtạo ra cơ chế báo nhận Trạm nhận có thể gửi kèm theo dữ liệu một thông tinnhận dữ liệu

Một số vấn đề TOKEN RING:

Thẻ bài luôn bận: Để máy phát hiện thẻ bài bận trên mạng quy định

một trạm điều khiển và trên thẻ bài có thêm một byte dấu Khi gặp thẻ bài bận

đi qua trạm điều khiển thì byte dấu đợc gán giá trị là 1 Nếu gặp lại thẻ bài bậnvới byte 1 đợc đánh dấu dẫn tới thẻ bài luôn bận thì trạm khi tới trạm điều khiển

sẽ xóa thẻ bài đó đi và thiết lập một thẻ bài mới

Mất thẻ bài: Bằng cơ chế Time Out khi trạm điều khiển có trách

nhiệm phát sinh thẻ bài mới cho lu chuyển trên vòng

So sánh phơng pháp truy nhậpNgẫu nhiên(Random) Có điều khiển(Control)

Phù hợp với mạngnhỏ

Phù hợp với mạng lớn

Phù hợp với dữ liệuphát ngầu nhiên có kích thớc

gói tin nhỏ

Phù hợp với dữ liệu có kíchthớc gói tin lớn

III Ethernet và IEEE 802.3

1 Giới thiệu:

Đợc phát triển bởi ba công ty Xerol, Digital và Intel vào cuối thập kỷ70.

Vào đầu những năm 80 viện công nghệ điện và điênj tử(Intitus ò

Electrical and Electronic Engineer) đa ra đời tập tiêu chuẩn 802.3 làm cho

Ethernet là mạng đợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay

2 Đặc điểm chính:

Cấu trúc(Topology): Star, Bus, Ring.

Phơng pháp truyền dẫn: Dải cơ sở(Base Band)

Dải rộng(Booad Band): Hai hay nhiều kênh truyền trên một băngthông đờng truyền

Phơng pháp truy nhập đờng truyền:CSMA/CD

Tiêu chuẩn kỹ thuật: Dựa trên nguyên tắc của chuẩn IEEE 802.3.Tốc độ truyền: