IV.1. Lịch sử mạng máy tính:
Lịch sử của mạng máy tính khá phức tạp. Nó liên quan đến nhiều ngời từ khắp nơi trên thế giới trong suốt 35 năm. Trình bày ở đây là cách nhìn đơn giản nhất sự phát minh ra Internet. Quá trình phát minh và thơng mại hóa là khá phức tạp, nhng điều này giúp khái quát sự phát triển cơ bản.
Vào những năm 1940 máy tính là một thiết bị cơ điện tử lớn và dễ hỏng.
Vào năm 1947 sự phát minh ra transitor bán dẫn mở ra nhiều triển vọng để làm ra chiếc máy tính nhỏ hơn và tin cậy hơn. Vào năm 1950 các máy tính mainframe, chạy bởi chơng trình phiếu đục lỗ, bắt đầu đợc dùng bởi các học viện lớn. Vào cuối thập niên 1950, mạch tích hợp (IC) chứa nhiều transistor trên một mẫu bán dẫn nhỏ đợc phát minh, đến nay IC có thể chứa đến hàng triệu transistor trên một mạch. Qua đến thập niên 1960 các mainframe với các đầu cuối phổ biến khắp mọi nơi và mạch tích hợp đã đợc sử dụng rộng rãi.
Vào cuối thập niên 1960 và đầu thập niên 1970 các máy tính nhỏ đợc gọi là minicomputer bắt đầu xuất hiện. Tuy nhiên, các máy tính gọi là nhỏ này vẫn còn rất lớn so với ngày nay. Năm 1977 công ty máy tính Apple giới thiệu máy vi tính cũng đợc gọi là máy tính cá nhân (PC). Năm 1981 IBM đa ra máy tính cá nhân đầu tiên. User-frendly Mac, open-architecture IBM PC và sự thu nhỏ ngày càng tinh vi hơn của các IC đa đến việc sử dụng rộng rãi các máy PC tại nhà và trong kinh doanh.
Vào giữa thập niên 1980 các user dùng máy tính độc lập bắt đầu chia sẻ các tập tin bằng cách dùng modem kết nối với máy tính khác. Cách thức này đợc gọi là điểm-nối-điểm, hay truyền theo kiểu quay số. Khái niệm này đợc mở rộng bằng cách dùng các máy tính là trung tâm truyền tin trong một kết nối quay số. Các máy tính này đợc gọi là sàn thông báo (bulletin boards). Các user sẽ kết nối đến các sàn thông báo này, để lại đó hay lấy đi các thông điệp, cũng nh gửi lên hay tải về các tập tin. Điểm yếu của hệ thống này là có rất ít hớng truyền tin và chỉ với những ai biết về sàn thông báo này. Một hạn chế khác là các máy tính tại sàn thông báo cần một modem cho mỗi kết nối. Nếu có năm ngời kết nối đồng thời sẽ cần đến năm modem đợc kết nối với năm đờng điện thoại tách biệt. Khi số lợng ngời muốn dùng hệ thống tăng lên, hệ thống không thể đáp ứng đợc nhu cầu. Ví dụ, giả sử có 500 ngời muốn kết nối đến cùng một lúc. Khởi đầu từ những năm 1960 và tiếp theo qua các thập niên 1970, 1980 và 1990 Bộ quốc phòng (DOD) Hoa kỳ đã phát triển các mạng diện rộng (WAN) tin cậy nhằm mục đích quân sự và khoa học. Công nghệ này khác với truyền tin điểm nối điểm đợc dùng tại sàn thông báo. Nó cho phép nhiều máy tính kết nối lại với nhau bằng các đờng dẫn khác nhau. Bản thân mạng sẽ xác định dữ liệu di chuyển từ máy tính này đến máy tính khác nh thế nào. Thay vì chỉ có thể thông tin với một máy tính tại một thời điểm, có thể thông tin với nhiều máy tính cùng lúc bằng cùng một kết nối. DOD WAN về sau trở thành Internet.
IV.2. các thiết bị networking:
Phơng tiện kết nối một cách trực tiếp vào một segment mạng đợc gọi là một thiết bị networking. Các thiết bị này đợc chia làm hai loại. Loại thứ nhất là thiết bị cuối ở user (End-user devices). Các thiết bị cuối ở user bao gồm máy tính, máy in, máy scanner và các thiết bị khác phục vụ trực tiếp cho user. Loại thứ hai là thiết bị mạng (network devices). Thiết bị mạng bao gồm tất cả các thiết bị kết nối các thiết bị cuối ở user lại với nhau giúp chúng có thể truyền tin. Các end-user device cung cấp cho user một kết nối đến mạng còn đợc gọi là host. Các thiết bị này cho phép user chia sẻ, tạo lập và lấy thông tin. Thiết bị host có thể tồn tại mà không cần đến mạng, nhng nếu không có mạng thì khả năng của host suy giảm rất nhiều. Thiết bị host đợc kết nối một cách vật lý đến môi trờng mạng thông qua các NIC. Chúng dùng kết nối này để thực hiện các tác vụ nh gửi e-mail, in báo cáo, quét hình ảnh hay truy xuất cơ sở dữ liệu. NIC là một bản mạch cắm vào khe mở rộng trên bản mạch chính của PC, hoặc nó cũng có thể là một thiết ngoại vi. Nó cũng đợc gọi là card thích nghi (adapter card). Các NIC của máy tính xách tay th- ờng có kích thớc của PCMCIA card. Mỗi NIC có một mã duy nhất, đợc gọi là địa chỉ MAC. Địa chỉ này đợc dùng để kiểm soát hoạt động truyền số liệu của host trên mạng. Nh bao hàm trong tên gọi của NIC, NIC điều khiển host truy cập vào môi trờng mạng.
Không có tiêu chuẩn ký hiệu cho các end-user device trong công nghệ networking.
Chúng xuất hiện nh các thiết bị thực tế để giúp nhận diện nhanh chóng.
Các thiết bị mạng cung cấp phơng tiện vận chuyển dữ liệu giữa các end - user device. Các thiết bị mạng mở rộng các kết nối cáp, tập trung các kết nối, chuyển đổi kiểu dữ liệu và quản lý hoạt động truyền dữ liệu. Ví dụ về các thiết bị mạng nh repeater, hub, bridge, switch và router.
Card giao tiếp mạng (NIC)
Card giao tiếp mạng là một bản mạch cung cấp khả năng truyền thông mạng cho một máy tính cá nhân. Nó cũng đợc gọi là bộ thích nghi LAN (LAN adapter), đợc cắm trong một khe (slot) của bản mạch chính và cung cấp một giao tiếp kết nối đến môi trờng mạng. Chủng loại NIC phải phù hợp với môi trờng truyền và giao thức đợc dùng trên mạng cục bộ.
NIC truyền thông với mạng qua một cầu nối nối tiếp và với máy tính qua một cầu nối song song. NIC dùng một IRQ, một địa chỉ I/O và một không gian địa chỉ trên để làm việc với hệ điều hành: Một IRQ là một tín hiệu thông báo với CPU rằng đang có một sự kiện cần phục vụ. Một IRQ đợc truyền qua một dây ở phần cứng nối đến bộ vi xử lý khi có một phím đợc ấn Khi đó CPU cho phép truyền ký tự từ bàn phím đến RAM. Một địa chỉ I/O là một vị trí trong bộ nhớ đợc dùng để nhập dữ liệu hay lấy dữ liệu ra từ máy tính bởi một thiết bị phụ trợ. Bộ nhớ trên là vùng nhớ giữa 640 KB và l MB của RAM.
Khi chọn một NIC cần xem xét các yếu tố sau: Các giao thức - ethernet, Token Ring, hay FDDI.
Loại BUS - PCI hay ISA.
Hình 1.a. Nic gắn trong
Hình 1.b. PCMCIA NIC
Một repeater là một thiết bị mạng đợc dùng để tái sinh tín hiệu. Các repeater tái sinh tín hiệu tơng tự hay tín hiệu số đã bị suy thoái do tổn thất năng lợng trong khi truyền. Repeater không đủ thông minh để chọn đờng nh bridge và router.
Thuật ngữ repeater đã có từ những ngày đầu của hoạt động truyền thông đờng dài. Thuật ngữ mô tả công việc khi một ngời ở trên một ngọn đồi lặp lại tín hiệu mà họ vừa nhận đợc từ một ngời trên ngọn đồi phía trớc. Quá trình này cứ lặp lại cho đến khi thông điệp đợc chuyển tới đích. Truyền thông telegraph, telephone, microwave và quang dùng các repeater để tăng cờng tín hiệu đợc truyền qua các cự ly xa. Một repeater tiếp thu một tín hiệu, tái sinh nó và chuyển đi. Nó có thể tái sinh và định thời lại cho các tín hiệu mạng tại mức bit để cho phép các tín hiệu này di chuyển đợc xa hơn trên đờng truyền. Luật bốn repeater cho 10 Mbps Ethernet sẽ đợc dùng nh là một tiêu chuẩn để mở rộng các segment của LAN. Luật này qui định rằng không đợc phép có nhiều hơn bốn repeater giữa các host trên một LAN. Luật này đợc dùng để hạn chế độ tăng trễ bởi mỗi repeater đối với frame chạy qua chúng. Quá trễ trên LAN sẽ làm gia tăng số lợng xung đột sau đó và khiến cho hiệu suất LAN giảm sút.
Hình 2. Repeater
Hub
Hub tập trung các kết nối. Nói cách khác, chúng gom một nhóm host và cho phép mạng nhận thấy chúng cứ nh là một chủ thể đơn lẻ. Điều này đợc thực hiện một cách thụ động mà không ảnh hởng đến hoạt động truyền số liệu. Các active hub không chỉ tập trung các host mà chúng còn có khả năng tái sinh tín hiệu.
Hub thực sự là các repeater đa port. Trong nhiều trờng hợp, sự khác biệt giữa hai loại thiết bị này chính là số port mà mỗi chúng cung cấp. Trong khi một repeater tiêu biểu chỉ có hai port, một hub thờng có từ bốn đến hai mơi bốn port. Các hub đợc dùng phổ biến trong các mạng Ethernet 10BASE-T hay 100BASE-T, mặc dù cũng có các kiến trúc mạng khác cũng sử dụng chúng.
Sử dụng hub thay đổi to po mạng từ dạng bus thẳng, ở đó mỗi thiết bị đợc gắn trực tiếp vào trong bus, sang dạng sao (star). Đối với hub, số liệu di qua cáp đến port đợc lặp lại trên tất cả các port khác ngoại trừ port mà số liệu này đến hub.
Hub có ba loại cơ bản:
Thụ động (Passive): Một passive hub phục vụ chỉ với vai trò là một điểm kết nối vật lý. Nó không thao tác hay nhận biết lu lợng di qua nó. Nó không khuếch đại hay làm sạch tín hiệu này. Một passive hub chỉ đợc dùng để chia sẻ đờng truyền vật lý. Nh vậy, passive hub không cần nguồn cung cấp điện.
Tích cực (Active): Một active hub phải đợc cung cấp nguồn điện bởi nó cần năng lợng để khuếch đại tín hiệu đến trớc khi chuyển ra các port khác.
và các khả năng chẩn đoán. Các hub thông minh đắt tiền hơn các active hub nhng hữu hiệu hơn trong các tình huống sửa chữa.
Các thiết bị nối đến một hub nhận đợc tất cả lu lợng đi qua hub. Càng có nhiều thiết bị nối đến hub sẽ càng có nhiều đụng độ xảy ra. Một đụng độ xảy ra khi hai hay nhiều trạm truyền số liệu qua mạng cùng một thời điểm. Tất cả số liệu đều bị hỏng khi xảy ra đụng độ. Mỗi thiết bị nối đến cùng một segment mạng đợc gọi là một thành viên của một miền đụng độ.
Đôi khi các hub đợc gọi là bộ tập trung, bởi các hub đóng vai trò nh một điểm nối trung tâm cho một Ethernet LAN.
Hình 3. Hub có 8 cổng
Bridge
Bridge chuyển đổi dạng dữ liệu truyền cũng nh quản lý hoạt động truyền dữ liệu cơ bản. Các bridge nh bao hàm trong tên của nó, cung cấp các cầu nối giữa các LAN. Không chỉ bắc cầu cho các LAN, chúng còn thực hiện kiểm tra trên dữ liệu để xác định có nên cho dữ liệu xuyên qua cầu hay là không. Điều này làm cho mỗi phần của mạng hoạt động hiệu quả hơn.
Đôi khi cần chia một LAN lớn thành các phần nhỏ hơn, dễ quản lý. Điều này làm giảm lu lợng trên một LAN đơn và có thể mở rộng phạm vi địa lý mà một LAN có thể hỗ trợ. Các thiết bị đợc dùng để kết nối các segment mạng nhỏ lại với nhau bao gồm bridge, switch, router và gateway. Các switch và bridge hoạt động tại lớp data link (lớp 2) của mô hình OSI.
Chức năng của bridge là đa ra một quyết định thông minh liên quan đến việc có chuyển hay không chuyển các tín hiệu lên segment kế tiếp của mạng.
Khi một bridge nhận một frame, nó dò địa chỉ MAC với bảng để quyết định lọc, truyền flooding hay sao chép frame này lên segment khác. Quá trình này xảy ra nh sau:
• Nếu thiết bị đích là trên cùng segment với frame thì bridge chặn frame không cho chuyển lên các port dẫn đến các segment khác. Quá trình này đợc coi nh là lọc frame.
• Nếu thiết bị đích ở trên các segment khác, bridge chuyển frame lên segment thích hợp. • Nếu bridge không thể biết đợc địa chỉ đích, nó chuyển frame lên tất cả các segment ngoại
trừ segment mà frame đến từ đó. Quá trình này đợc gọi là truyền flooding.
Nếu đợc lắp đặt một cách có tính toán, một bridge có thể cải thiện hiệu suất mạng rất đáng kể.
Hình 4. Bridge
Switch
Switch thêm vào nhiều tính năng thông minh để quản lý hoạt động truyền dữ liệu. Không chỉ có thể xác định có nên duy trì dữ liệu trên một LAN hay không, switch còn có khả năng chỉ chuyển dữ liệu đến đúng kết nối thật sự cần dữ liệu này. Khác biệt nữa so với bridge là switch không chuyển đổi kiểu dữ liệu truyền.
Một switch đôi khi đợc mô tả nh một bridge đa port. Một bridge thông thờng chỉ có hai port liên kết với hai segment mạng, switch có thể có nhiều port tùy vào số lợng segment mạng đ- ợc liên kết. Giống nh bridge, các switch học các thông tin nào đó về các gói số liệu mà nó nhận đợc từ các máy tính mạng. Các switch dùng thông tin này để xây dựng bảng tìm đờng để xác định đích của mỗi số liệu đang đợc gửi từ một máy tính này đến máy tính khác trên mạng.
Mặc dù có vài điểm tơng đồng giữa hai thiết bị, nhng một switch là thiết bị phức tạp hơn bridge. Một bridge xác định có chuyển frame lên segment khác hay không dựa vào địa chỉ MAC của đích. Một switch có nhiều port với nhiều segment mạng nối đến chúng. Một switch chọn một port kết nối đến thiết bị đích. Các Ethernet switch đang trở thành giải pháp kết nối phổ biến bởi vì cũng tơng tự nh bridge các switch cải thiện hiệu suất mạng bằng cách cải thiện đợc tốc độ và băng thông.
Switching là một kỹ thuật làm giảm mức độ nghẽn xảy ra trong các Ethernet LAN bằng cách giảm lu lợng và tăng băng thông. Các switch thay thế dễ dàng cho các hub bởi switch làm việc với hạ tầng cáp đã đó. Điều này cải thiện đợc hiệu suất mạng chỉ với một tác động tối thiểu vào mạng đang tồn tại.
Trong tất cả các hoạt động truyền số liệu ngày nay, tất cả các switch đều thực hiện hai hoạt động cơ bản. Hoạt động thứ nhất đợc gọi là chuyển mạch cho frame số liệu. Việc chuyển mạch cho frame số liệu là một quá trình mà qua đó một frame đợc tiếp nhận từ đầu vào và đợc truyền đi trên một ngõ ra. Hoạt động thứ hai là hỗ trợ hoạt động chuyển mạch. ở đó các switch xây dựng và duy trì các bảng chuyển mạch và tìm kiếm theo vòng.
Hình 5. Switch
Router
Router có tất cả các khả năng đã đề cập ở trên. Router có thể tái sinh tín hiệu, tập trung nhiều kết nối, chuyển đổi kiểu dữ liệu truyền và quản lý hoạt động truyền dữ liệu. Chúng cũng có thể kết nối đến WAN, qua đó cho phép chúng kết nối giữa các LAN tách biệt bởi khoảng cách khá xa. Không có thiết bị nào khác có thể cung cấp loại kết nối nh vậy.
Router vừa đợc sử dụng để phân đoạn mạng LAN vừa là thiết bị chính trong mạng WAN. Do đó, trên router có cả cổng giao tiếp LAN và WAN. Thực chất là các kỹ thuật WAN đợc sử dụng để kết nối các router, router này giao tiếp với router khác qua đờng liên kết WAN. Router là thiết bị xơng sống của mạng Intranet lớn và mạng lnternet. Router hoạt động ở lớp 3 và thực hiện chuyển gói dữ liệu dựa trên địa chỉ mạng. Router có hai chức năng chính là: chọn đờng đi tốt nhất và chuyển mạch gói dữ liệu. Để thực hiện hai chức năng này, mỗi router phải xây dựng một bảng định tuyến và thực hiện trao đổi thông tin định tuyến với nhau.
Ngời quản trị mạng có thể duy trì bảng định tuyến bằng cách cấu hình định tuyến tĩnh, nhng thông thờng thì bảng định tuyến đợc lu giữ động nhờ các giao thức định tuyến thực hiện trao đổi thông tin mạng giữa các router.