G II THIệU MạN MáY TíN HÍ
3.2.1 Chức năng của gói trong giao tiếp mang
Dữ liệu thờng tồn tại dới dạng các file lớn. Tuy nhiên mạng không thể hoạt động nếu máy tính gửi số lợng lớn dữ liệu trên cáp cùng một lúc. Để có thể cho phép nhiều ngời cùng gửi dữ liệu một cách nhanh chóng và dễ dàng trên mạng thì dữ liệu phỉa chia thành các gói nhỏ hơn. Khi hệ điều hành mạng tại máy tính gửi chia dữ liệu thành các gói nhỏ thì nó thêm một số thông tin đIều khiển để có thể:
- Tập hợp lại dữ liệu từ các gói nhỏ
- Tập hợp lại theo một thứ tự thích hợp
- Kiểm tra lỗi sau khi đã tập hợp
Cấu trúc của một gói
Gói có thể chứa một vài loại dữ liệu bao gồm:
- Thông tin(chính là dữ liệu hay file)
- Loại máy tính đIều khiển dữ liệu
- Mã điều khiển
Thành phần của một gói
Tất cả các máy tính đều chứa các loại thành phần chung đó là:
- Địa chỉ của máy nhận
- Lênh chỉ định xem mạng truyền dữ liệu nh thế nào
- Các thông tin cho phép máy tính nhận có thể tập hợp các gói thành dữ liệu
đầy đủ.
- Thông tin kiểm tra lỗi
Và các thành phần này có thể chia thành ba phần: Header,Data và Trailer
Hình 3.6 Gói dữ liệu đợc chia thành ba phần
Header bao gồm
- Tín hiêu thông báo rằng gói dữ liệu đang đợc truyền
- Địa chỉ máy gửi
- Địa chỉ máy nhận
- Thông tin đồng hồ để đồng bộ.
Data
Mô tả dữ liệu thực tế. Các phần này có kích cỡ khác nhau tuỳ thuộc vào mạng.
Trailer
Thông tin chính xác của các loại Trailer phụ thuộc vào phơng thức giao tiếp hay giao thức. Tuy nhiên Trailer thờng chứa một thành phần kiểm tra lỗi gọi là
cyclical redundancy check (CRC). CRC là một số thủ tục toán học tính toán trên gói tại nơi gửi đi. Khi gói chuyển tới đích có sự tính toán lại.Nếu kết quả là giống nhau thì gói truyền đi là đúng. Ngợc lại thì gói đã bị thay đổi khi truyền và CRC gửi một tín hiệu yêu cầu gửi lại. Một minh hoạ khi gói đợc truyên trên mạng.
Máy gửi dữ liệu thành lập một kết nối từ máy tính tới máy print server.
Hình 3.7 Thành lập một kết nối với print server
Tiếp theo máy tính chia dữ liệu thành các gói , mỗi gói chứa địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, dữ liệu và thông tin đIều khiển .
Hình 3.8 Tạo package
Card mạng trên mỗi máy tính kiểm tra địa chỉ nhận trên các gói tại đoạn mạng của nó.
Hình 3.9 Kiểm tra địa chỉ cảu nơi nhận Dữ liệu từ cáp vào card mạng của máy đích
Hình 3.10 Card mạng truyền gói dữ liệu vào máy in
của máy tính và file này đợc gửi tới máy in.
Hình 3.11 Chuyển vào bộ nhớ máy tính 3.3 Ethernet
Có rất nhiều các chuẩn mạng khác nhau Ethernet là một trong các chuẩn thông dụng cho các mạng LAN hiện nay.
3.3.1 Nguồn gốc của Ethernet
Năm 1960 trờng đại học Hawaii phát triển một mạng LAN gọi là ALOHA.Tr- ờng đại học đang sử dụng một diện tích rất lớn và đang muốn kết nối máy tính toàn bộ khu trờng.Một trong các tiêu chí là sử dụng phơng pháp truy cập CSMA/CD. Chính từ mạng này phát triển thành chuẩn Ethernet ngày nay. Năm 1972 Robert Metcalfe và David Boggs phát minh ra một loại cáp và khung tín hiệu tại Xerox Palo Alto Research Center (PARC) và tới năm 1975 giới thiệu sản phẩm Ethernet đầu tiên.phiên bản đầu tiên của Ethernet đợc thiết kế là một hệ thống 2.94Mbps để nối kết trên 100 máy tính trên 1Km cáp. Cùng với Xerox Intel Coporation và Digital Equipment Coporation đã phát triển Ethernet thành chuẩn 10Mbps . Ngày nay Ethernet 10Mbps là một trong các chuẩn thông dụng cho mạng máy tính và hệ thống dữ liệu đợc sử dụng rộng dãi.
Các đặc điểm của Ethernet
Ethernet là một kiến trúc mạng LAN rất phổ biến dựa trên phơng pháp truy cập CSMA/CD. Mạng ethernet sử dụng bus physical topology. Tuy nhiênmột vài loại nh ( 10BASE-T sử dụng start physical topology và bus logical topology). Mạng Ethernet sử dụng băng thông cơ sở (baseband) và băng thông 10 hoặc 100Mbps. Cáp sử dụng cho mạng Ethernet: Mạng Ethernet truyền
Ethernet chia dữ liệu thành các gói nhỏ với định dạng khác với các mạng khác.Một ethernet frame có đọ dài từ 64 đến 1518 byte. Nhng mỗi frame tự nó cần ít nhất 18 byte vì vậy dữ liệu trong một frame từ 46 đến 1500 byte.Mọi frame đều chứa các thông tin điều khiển và các thông tin chung khác.
Hình 3.12 Định dạng của một ethernet frame
Các trờng Mô tả
Preamble Đánh dấu bắt đầu một frame
Destination and source Địa chỉ nguồn và đích
Type Đợc sử dụng để xác định giao thức trong tầng
mạng Cyclical redundancy check
(CRC)
Kiểm tra lỗi
Bảng 3.1 Định dạng của Ethernet Frame
Một số loại mạng Ethernet - 10BASE2 - 10BASE5 - 10BASE-T - 10BASE-FL - 100VG-AnyLAN - 100BASE-X 10BASE2 Hình 3.13 10BASE2
10BASE2 sử dụng cáp đồng trục (Thin) và đầu nối BCN T-connector nối trực tiếp vào card mạng.nh hình vẽ .Cuối mỗi cáp mạng có một thiết bị cuối (Terminator) và
phải sử dụng một đầu là terminator nối đất. Ưu điểm của mạng 10BASE2 là giá thành thấp và rất dễ nối . Một số nguyên tắc cần nhớ khi nối mạng 10BASE2:
- Khoảng cách ngắn nhất giữa hai máy là 0.5m
- T-connector phải nối trực tiếp vào card mạng
- Không vợt quá 4 segment trong giới hạn 185m
- Toàn bộ cáp mạng không vợt quá 935m
- Số node tối đa trong một đoạn mạng là 30
- Thiết bị đầu cuối 50ohm phải đợc sử dụng cuối mỗi bus với chỉ một đầu nối đất
Không có hơn 5 segment trong một mạng. Mỗi segment có thể nối tối đa 4 repeater và chỉ có 3 trong 5 segment có node mạng ( nguyên tắc 5-4-3).Minh hoạ nguyên tắc 5-4-3 nh hình dới:
Hình 3.14 Nguyên tắc 5-4-3
10BASE5
Mạng 10BASE5 sử dụng cáp đồng trục (Thick) .cáp AUI (Attachment Universal Interface) chạy từ DIX connector tới phía sau của card mạng .Cũng giống mạng 10BASE2 cuối mỗi segment phải đợc kết thúc bởi terminator nh hình vẽ. Ưu điểm chính của mạng 10BASE5 là vợt qua hạn chế cáp của mạng 10BASE2 .
Hình 3.15 10BASE5
- Cuối của mỗi đoạn mạng phải đợc nối đất.
- Đoạn cáp từ Transceiver đến card mạng không vợt quá 50m
- Số node tối đa trong một đoạn là 100
10BASE-T
Mạng 10BASE-T sử dụng cáp xoắn (UPT) là loại mạng ethernet thông dụng nhất. Nó dựa trên chuẩn IEEE 802.3 sử dụng băng cơ sở và băng thông 10Mbps. Mạng 10Base-T sử dụng star physical topology,các node đợc nối vào một hub trung tâm. Nó sử dụng bus logical topology và sử dụng RJ-45 connector. 10Base-T segment có thể đợc nối với backbone(xơng sống) segment sử dụng cáp đồng trục hay cáp quang. Sử dụng cấu trúc hình sao mạng 10Base-T có nhiều u điểm đặc biệt cho các mạng lớn là tin cậy và dễ quản lý vì nó sử dụng một hub tâp trung. Mạng 10BASE- T rất mền dẻo dễ mở rộng mạng và giá thành không đắt.Một số nguyên tắc khi nối mạng 10BASE-T:
Hình 3.16 10BASE-T
- Số máy tính tối đa trên mạng là 1024
- Nên sử dụng cáp xoắn UTP loại 3 và 5 hay có thể sử dụng cáp STP thay thế
- Chiều dài tối đa của cáp từ Hub tới transceiver là 100m
- Khoảng cách giữa hai máy tính là 2.5m
10BASE-FL
Là một loại mạng Ethernet đặc biệt sử dụng cáp quang băng thông cơ sở và 10Mbps. Mạng có u điểm là sử dụng cáp quang nên khắc phục hạn chế về khoảng cách và độ suy giảm của tín hiệu truyền.
100BASE-X
100Base-x tơng tự nh 10base-t nhng tốc độ 100Mbps và sử dụng băng cơ sở. Đôi khi 100Base-X còn đợc gọi là Fast Ethernet.
Kiến trúc Token ring đợc phát triển vào giữa năm 1980 bởi IBM. Cấu trúc dây của mạng token ring là cáp xoắn. Năm 1985 phiên bản token ring của IBM trở thành một chuẩn của hiệp hội tiêu chuẩn quốc gia hoa kỳ (ANSI ). ANSI đợc thành lập năm 1918 nhằm phát triển thông qua chuẩn thơng mại và giao tiếp của Mỹ.
3.4.1 Kiến trúc
Kiến trúc của mạng Token ring ban đầu là một vòng vật lý.Tuy nhiên trong thiết kế của IBM đa ra với một cấu trúc hình sao.May tính trên mạng đợc nối với một Hub trung tâm. Một mạng Token ring bao gồm các đặc tính sau:
- Ring Topology
- Sử dụng phơng pháp truy cập token passing
- Sử dụng cáp STP,UTP loại 1,2,3
- Tốc độ 4-16Mbps
- Truyền băng thông cơ sở
Định dạng của một Frame
Định dạng cơ bản của một frame dữ liệu trong Token ring đợc mô tả nh hình 3.17
Frame control Chứa thông tin truy cập cáp của máy tính
Destination address Xác định địa chỉ của máy tính nhận dữ liệu
Source address Xác định địa chỉ của máy tính gửi
Information, or data Chứa dữ liệu đợc gửi đi
Frame check
sequence
Chứa thông tin kiểm tra lỗi
End delimiter Xác định kết thúc Frame
Frame status Xác định frame đã đợc copy hay địa chỉ của máy tính
đích không có
Bảng 3.2 Token ring data frame
Mạng token ring làm việc nh thế nào?
Khi máy tính đầu tiên nối vào mạng token ring thì mạng tạo ra một thẻ(token).Thẻ này Định dạng dữ liệu để cho phép truyền trên mạng.Thẻ này chạy một vòng quang các máy tính trên mạng cho tới khi một máy tính muốn truyền tín hiệu và chiếm quyền điều khiển.Sau khi máy tính chiếm quyền điều khiển thẻ nó truyền khung tín hiệu trên mạng . Frame truyền quang vòng cho tới khi tới máy tính nhận, khi đó máy tính gửi sẽ loại bỏ frame và trao quyền điều khiển cho máy tính khác.
Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI
4.1 Kiến trúc phân tầng
Hầu hết các mạng máy tính hiên tại đều thiết kế theo mô hình phân tầng. Mỗi hệ thống thành phần của mạng đợc xem nh là một cấu trúc đa tầng,trong đó mỗi tầng đợc xây dựng trên tầng trớc nó. Số lợng các tầng cũng nh tên các tầng là không giống nhau phụ thuộc vào các nhà thiết kế. Tuy nhiên trong hầu hết các mạng mục đích của mỗi tầng là để cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng tiếp theo. Nguyên tắc của kiến trúc phân tầng là mỗi hệ thống trong một mạng đều có cùng cấu trúc tầng. Và giữa các tầng có định nghĩa các giao diện cho phép giao tiếp với nhau.
4.2 Mô hình OSI
Khi thiết kế các nhà thiết kế tự do chọn kiến trúc mạng riêng của mình. Từ đó dẫn đến tình trạng không tơng thích giữa các mạng: Phơng pháp truy cập khác
nhau, họ giao thức sử dụng khác nhau dẫn đến sự không t… ơng tác giữa
những ngời sử dụng trên mạng. Sự cần thiết đó khiến các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu và các tổ chức chuẩn hoá phải tìm kiếm một sự hội tụ cho tất cả các sản phẩm trên mạng. Để làm đợc điều đó trớc hết cần xây dựng một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm về mạng.
Năm 1984 tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO đã xây dựng xong mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Reference Model for Open System Interconnection. Mô hình này đợc dùng để kết nối các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán. Để xây dựng mô hình OSI cũng xuất phát từ kiến trúc phân tầng dựa trên các nguyên tắc chủ yếu sau:
- Để đơn giản cần hạn chế số tầng
- Tạo ranh giới các tầng sao cho các tơng tác và mô tả về dịch vụ là tối thiểu.
- Chia các tầng sao cho các chức năng khác nhau đợc tách riêng biệt với
nhau,và các tầng sử dụng các loại công nghệ khác nhau cũng đợc tách riêng.
- Các chức năng giống nhau đợc đặt cùng một tầng.
- Các chức năng đợc định vị sao cho có thể thiết kế lại mà ảnh hởng ít nhất
- Mỗi tầng chỉ có một ranh giới với tầng ở trên và dới nó.Các nguyên tắc t- ơng tự áp dụng cho các tầng con.
- Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết.
Và kết quả là mô hình OSI gồm 7 tầng với các chức năng và tên gọi nh sau:
Hình 4.1 Mô hình OSI
4.2.1 Physical layer (Tầng vật lý)
Physical layer là lớp thấp nhất trong mô hình OSI. Tầng này điều khiển dữ liệu thô, không có cấu trúc, gửi và nhận các dòng bits dữ liệu qua các thiết bị truyền dẫn vật lý. Tầng vật lý định nghĩa cách cáp nối với NIC nh thế nào. Ví dụ nó định nghĩa connector có bao nhiêu chân và chức năng của mỗi chân cắm. Nó cũng định nghĩa kỹ thuật truyền dẫn đợc sử dụng để truyền dữ liệu trên mạng. Tầng này cung cấp các chức năng mã hoá và đồng bộ dữ liệu đảm bảo rằng các bits 0 và 1 truyền đi khi nhận vẫn là các bits 0 và 1. Nó cũng đợc gọi là tầng “Hardware”.
4.2.2 Data-Link Layer (Tầng liên kết dữ liệu)
Tầng data link có nhiệm vụ truyền các khung dữ liệu từ máy tính này sang máy tính khác qua tầng vật lý. Tầng data link thực hiện các chức năng sau: 1. Thành lập và kết thúc liên kết logic (Vitual cuicuit connection) giữa hai
máy tính
2. Đóng gói dữ liệu thô từ tầng vật lý thành các frame
3. Điều khiển các frame dữ liệu: Phân tích các tham số của frame dữ liệu, phát hiện lỗi và gửi lại dữ liệu nếu có lỗi
4. Quản lý quyền truy cập cáp, xác định khi nào thì máy tính có quyền truy cập cáp.
4.2.3 Network layer (Tầng mạng)
Tầng mạng có trách nhiệm địa chỉ hoá, dịch từ địa chỉ logic sang địa chỉ vậ lý, định tuyến dữ liệu từ nơi gửi tới nơi nhận. Nó xác định đờng truyền nào tốt dụ trên điều kiện mạng, quyền u tiên dịch vụ. Nó cũng quản lý các vấn đề giao thông trên mạng nh chuyển mạch, định tuyến và điều khiển sự tắc nghẽn của dữ liệu.
4.2.4 Transport layer (Tầng vận chuyển)
Tầng vận chuyển đảm bảo rằng dữ liệu đợc truyền đi không bị mất và không trùng. Chức năng của tầng vận chuyển gồm:
1. Nhận các thông tin từ tầng trên và chia nhỏ thành các đoạn dữ liệu nếu cần. 2. Cung cấp sự vận chuyển tin cậy (End to End) với các thông báo
(cknowledgments)
3. Chỉ dẫn cho máy tính truyền không truyền dữ liệu khi buffer là không có sẵn
4.2.5 Session layer (Tầng phiên)
Tầng phiên thành lập một phiên kết nối giữa các tiến trình đang chạy trên các máy tính khác nhau. Các chức năng của tầng phiên gồm:
1. Cho phép tiến trình ứng dụng đăng ký một địa chỉ duy nhất nh là NetBIOS name. Tầng session lu các địa chỉ đó để chuyển sang địa chỉ của NIC từ địa chỉ của tiến trình.
2. Thành lập, theo dõi, kết thúc virtual-circuit session giữa hai tiến trình dựa trên địa chỉ duy nhất của nó
3. Định danh thông báo, thêm các thông tin xác định bắt đầu và kết thúc thông báo.
4. Đồng bộ dữ liệu và kiểm tra lỗi
4.2.6 Presentation layer (Tầng trình diễn)
Tầng trình diễn hoạt động nh tầng dịch dữ liệu trên mạng. Tầng này trên máy tính truyền dữ liệu dịch dữ liệu đợc gửi từ tầng Application sang dạng format chung. Và tầng này tại máy tính nhận lại chuyển từ format chung sang định dạng của tầng Application. Tầng trình diễn thực hiện các chức năng sau:
3. Nén dữ liệu để giảm lợng dữ liệu truyền trên mạng
4. Mã hoá và giải mã dữ liệu để đảm bảo sự bảo mật trên mạng
4.2.7 Application layer (Tầng ứng dụng)
Tầng mạng nh là giao diện của ngời sử dụng và các tiến trình ứng dụng để truy cập các dịch vụ mạng. Tầng ứng dụng cung cấp các chức năng sau: