Khi chúng ta đã có các thiết bị để tạo nên cấu hình mạng (máy tính, cáp, thiết bị ngoại vi ) thì chúng ta cần một hệ điều hành để kết nối các thành… phần mạng với nhau, đồng thời chúng còn trợ giúp và quản trị hoạt động mạng.
Mỗi máy tính cá nhân khi đợc nối mạng chúng có thể chạy trên hệ điều hành độc lập lẫn hệ điều hành mạng. Tuy nhiên ngày nay trong trong những hệ điều hành mạng bậc cao nh Windows NT Server, Windows NT Workstation, Windows 95, Windows 98 đã tích hợp hệ điều hành mạng và hệ điều hành độc lập vào làm một.
1.Các yêu cầu của một hệ điều hành:
Trớc đây, các hệ điều hành mạng chỉ cung cấp các dịch vụ quản lý tập tin đơn giản và có đôi chút tính bảo mật. Ngày nay, các hệ điều hành mạng phải cung cấp rất nhiều dịch vụ.
+ Hỗ trợ các loại card giao tiếp mạng và các loại cáp khác nhau.
Các hệ điều hành mạng phải chứa rất nhiều trình điều khiển thiết bị (driver) để hỗ trợ cho các loại card mạng thông dụng nhất và có cơ chế để sử dụng các trình điều khiển thiết bị khác khi cần thiết.
+ Hệ thống định danh có tính toàn cục.
Hệ thống định danh có tính toàn cục cung cấp phơng tiện để mọi ngời dùng có thể xem xét và truy xuất đến các tài nguyên mạng mà không cần biết chính xác tài nguyên đó nằm ở đâu. Ngời dùng chỉ việc lựu chọn danh sách các tài nguyên hoặc danh sách ngời dùng do hệ điều hành mạng cung cấp.
+ Dịch vụ tập tin và th mục.
Trên một máy tính, mọi ngời dùng mạng đều có quyền truy xuất đến các chơng trình và tập tin trên một trạm phục vụ trung ơng. Nhng vì mọi ngời dùng đều đặt các tập tin riêng của mình trên trạm phục vụ dùng chung đó nên vấn đề bảo mật và toàn vẹn dữ liệu cho mỗi ngời dùng là rất quan trọng. Các tác vụ truy xuất th mục trên mạng phải đợc kiểm soát để ngăn ngừa những ng- ời dùng không đợc phép tìm hiểu hoặc thay đổi nội dung file hay th mục của ngời khác.
+ Khả năng chịu đựng lỗi của hệ thống mạng STF (System Fault Tolerance).
Một hệ thống chịu đợc lỗi của hệ thống mạng giúp mạng có thể hoạt động bình thờng khi một số thành phần nào đó của mạng bị trục trặc. Một đĩa cứng thứ 2 có thể đợc sao lu từ ổ cứng của server. ổ cứng đó có thể đợc gắn vào cùng một card điều khiển hoặc vào card điều khiển thứ 2 nhằm đảm bảo an toàn hơn cho việc toàn vẹn về phần cứng.
+ Sử dụng bộ nhớ đệm đĩa.
Tạo bộ nhớ đệm đĩa sẽ cải thiện hiệu năng sử dụng của đĩa cứng bằng cách dùng một phần bộ nhớ của máy nh một khu vực chứa tạm thời các khối l- ợng dữ liệu đọc đợc từ đĩa mà có thể chơng trình truy xuất đến một lần nữa. Tốc độ truy xuất từ bộ nhớ đệm nhanh hơn nhiều so với đĩa cứng. Ngoài ra, việc sử dụng bộ nhớ đệm còn giúp kéo dài tuổi thọ của đĩa cứng.
+ Hệ thống theo dõi giao dịch.
Một giao dịch có thể đợc xem nh là một sự thay đổi trong các tập tin trong một tập tin cơ sở dữ liệu. Hệ thống này dùng để bảo vệ các tập tin cơ sở Nguyễn văn Lãng Trang 35
dữ liệu khỏi bị h hại nếu một trạm làm việc hoặc một trạm phục vụ đang làm việc với tập tin đó. Khi giao dịch cha hoàn thành mà xảy ra sự cố thì cơ sở dữ liệu đợc phục hồi lại nguyên trạng nh trớc khi giao dịch.
+ Bảo mật khi đăng nhập vào mạng,
Hệ điều hành mạng có thể khoá hoặc giới hạn quyền truy xuất của ngời dùng vào server hay thậm chí cả th mục tập tin của họ trên server. Hệ điều hành mạng cũng có thể thời gian đăng nhập vào mạng của ngời dùng.
+ Hỗ trợ hoạt động của bridge, router, gateway.
Với bridge, router cho phép kết nối liên mạng nhờ cài đặt một NIC cho mỗi mạng bên trong 1 server. Còn gateway cho phép các mạng dị biệt giao tiếp với nhau.
+ Cung cấp các phần mềm công cụ quản lý.
Để quản lý các mạng MAN,WAM. Các nhà quản lý mạng con trong MAN, WAN đợc tập trung lại một nơi và đợc giao cho các công cụ quản lý server và các trạm làm việc từ xa.
Hệ điều hành kiểm soát, điều khiển sự phân phối và sử dụng các tài nguyên:
+ Bộ nhớ. + CPU.
+ Thiết bị ngoại vi.
Hệ điều hành phối hợp sự tơng tác giữa máy tính với những chơng trình ứng dụng mà máy đang chạy.
Một phần mềm mạng có hai thành phần chính:
+ Phần mềm mạng đợc cài trên các máy khách (client). + Phần mềm mạng đợc cài trên các máy phục vụ (server).
1. Phần mềm khách
* Bộ đổi hớng
Khi ngời dùng đa ra yêu cầu sử dụng một tài nguyên đang tồn tại trên một máy phục vụ bất kỳ, yêu cầu này đợc chuyển tiếp từ bus cục bộ lên mạng, đến máy phục vụ có chứa tài nguyên. Tiến trình chuyển tiếp do một bộ đổi h- ớng (redirectior) thực hiện.
Chức năng của nó là:
+ Chặn các yêu cầu trong máy tính.
+ Quyết định để chúng tiếp tục truyền đến bus cục bộ hay đổi hớng truyền lên mạng và truyền đến máy phục vụ.
Bộ đổi hớng cho phép ngời dùng không cần lo lắng về vị trí thật của dữ liệu, thiết bị ngoại vi. Chỉ cần ngời dùng gõ địa chỉ, bộ đổi hớng sẽ hoàn thành việc còn lại.
2. Phần mềm phục vụ
Cho phép ngời dùng ở các máy tính khác nhau có thể chia sẻ dữ liệu và thiết bị ngoại vi cũng nh mức độ dùng chung.
Quản lý ngời dùng: ban phát hoặc tớc bỏ đặc quyền của ngời dùng mạng. Quản lý mạng: Hỗ trợ nhà quản trị mạng trong việc điều hành quản lý,
kiểm soát ngời dùng và các tình huống xảy ra trên mạng.
Chơng IV: Các kiến trúc mạng tiêu biểu
I. Ethernet
Mạng Ethernet dùng cấu hình bus là truyền thống, ngoài ra còn có cấu hình star bus, kiểu kiến trúc này truyền dữ liệu ở băng tần gốc. Dùng phơng pháp CSMA/CD để đa dữ liệu từ card lên cáp, tốc độ truyền dữ liệu 10Mbps. Mạng Ethernet mạng tính thụ động lấy năng lợng từ máy tính và máy tính không chịu trách nhiệm chuyển dữ liệu giữa các máy tính.
Dạng khung trong Ethernet:
Ethernet chia dữ liệu thành nhiều khung và khung cũng là đơn vị thông tin duy nhất.
Chiều dài khung từ 64 đến 1518 byte nhng do bản thân khung đã sử dụng ít nhất 18 byte nên chiều dài dữ liệu trong khung Ethernet từ 46 đến 1500 byte.
Hình 1.17 Dạng khung trong Ethernet
+ Preamable: Đánh dấu điểm bắt đầu khung. + Destination: Địa chỉ đích.
+ Source: Địa chỉ nguồn.
+ Type: Dùng nhận diện giao thức tầng mạng (IP hay IPX) + CRC: Trờng kiểm soát lỗi.
Các tiêu chuẩn Ethernet:
1.10BaseT
* Các thông số trong 10BaseT:
+ 10: Tốc độ truyền dữ liệu 10Mbps. + Base: tín hiệu đợc truyền trên dải gốc. + T: loại cáp xoắn đôi.
Nguyễn văn Lãng Trang 38 Data Preamble Destination Source Type CRC
HUB
Hình vẽ 1.18 Mạng 10Base-T nối
thành topo dạng sao
Đa số loại mạng này đợc lập theo cấu hình star nhng bên trong dùng hệ thống truyền tín hiệu bus. Mỗi máy tính sử dụng một đoạn dây cáp nối với HUB. Mỗi máy tính có hai cặp dây dẫn, một cặp dùng để truyền dữ liệu và một cặp dùng để nhận
dữ liệu.
Chiều dài tối đa của một phân đoạn 10BaseT là 100m, chiều dài cáp tối thiểu giữa các máy tính 2,5m.
Khoảng cách tối thiểu giữa máy tính - HUB , HUB - HUB là 0,5m.
10BaseT hoạt động logic nh là một bus tuyến tính. HUB lặp lại các tín hiệu đến tất cả các nút, các nút tranh giành quyền truy nhập nh thể chúng đợc nối dọc theo một bus tuyến tính.
Các đoạn mạng 10BaseT có thể nối cáp đồng trục hay cáp quang. Bằng cách gắn các máy thu phát 10BaseT với cổng AUI của card mạng chúng ta có thể dùng cấu hình trong máy tính cho cáp Thicknet trên mạng 10BaseT.
Kiểu nối sao của 10BaseT có một số ích lợi, đặc biệt là ở các mạng có quy mô lớn. Do việc sử dụng các HUB có khả năng dò tìm các đoạn cáp có khuyết điểm và dẫn đờng lu thông trên mạng qua các đoạn cáp đó, mạng dễ quản lý và đáng tin cậy hơn. Ngoài ra khả năng phát hiện các loại cáp h hỏng thuận lợi cho việc định vị và sửa chữa. Cấu hình máy hình sao còn tạo ra sự linh hoạt trong quá trình mở rộng mạng.
Giá cả mạng 10BaseT là hợp lý hơn so với những mạng khác. Loại cáp đ- ợc dùng là UTP loại 3,4,5.
2. 10Base2.
Chữ số 2 trong 10Base2 là dây dẫn có thể mang tín hiệu đi xa 200m trớc khi nó suy yếu (chính xác là 185m). Sử dụng cáp Thinnet. Các thành phần cáp mảnh gồm:
+ Bộ nối NBC trục tròn: Dùng để nối 2 đoạn cáp. + Bộ nối NBC chữ T: Dùng để nối cáp với card mạng. + Bộ nối cuối NBC.
Topo có dạng hình bus. Mỗi đầu cáp phải có một Terminal và phải nối Terminal với đất. Ưu điểm chính của 10Base2 là đơn giản trong lắp đặt và rẻ tiền.
Các quy tắc cơ bản trong 10Base2:
+ Chiều dài tối thiểu giữa các máy khách là 0,5m.
+ Bộ đấu nối chữ T phải đợc nối trực tiếp với card mạng. + Chiều dài phân đoạn mạng tối đa là 185m.
+ Tổng chiều dài cáp nhỏ hơn 925m.
+ Số nút tối đa trong mỗi phân đoạn mạng là30 (máy tính và bộ lặp). + Tuân thủ theo nguyên tắc 5-4-3 tức là có thể kết hợp 5 phân đoạn mạng đợc nối bởi 4 bộ chuyển tiếp nhng chỉ có 3 phân đoạn mạng đợc nối với máy tính.
+ Số máy tính tối đa trên mỗi mạng theo quy cách kỹ thuật là1024.
3. 10Base5
Đây là kiến trúc Ethernet tiêu chuẩn, sử dụng cáp đồng trục dày. Chiều dài phân đoạn cáp tối đa là 500m. 10Base5 sử dụng cấu hình bus, dùng một
Hình 1.19 Một mạng Ethernet dày tiêu biểu.
bộ phát ngoài gắn với card mạng, một dây AUI (Attachment Universal Interface) nối từ bộ phát đến một đầu DIX ở mặt sau card mạng. Mỗi phân đoạn mạng đều có 2 đầu nối với Terminal và đợc nối với đất.
Nguyễn văn Lãng Trang 40 Cáp thu phát Terminal nối đất Bộ lặp Bộ thu phát
Lợi ích chính của 10Base5 là kéo dài khoảng cách giữa các máy tính trong một mạng. Các quy tắc cơ bản trong 10Base5:
+ Tuân thủ theo nguyên tắc 5-4-3.
+ Khoảng cách tối thiểu của cáp giữa các bộ phát là 2,5m. + Tổng chiều dài mạng nhỏ hơn 2500m.
+ Khoảng cách tối đa từ máy thu phát đến máy tính là 50m. + Mỗi đầu kết thúc phân đoạn mạng phải đợc nối đất.
+ Số nút tối đa trong mỗi phân đoạn mạng là 100 (máy tính và bộ lặp). Chú ý: Chiều dài từ máy thu phát đến máy tính không đợc tính vào chiều dài phân đoạn mạng cũng nh chiều dài toàn bộ mạng.
4. 100VG-AnyLAN.
Là chuẩn cho việc truyền các gói tin của mạng Token-Ring và Ethernet ở tốc độ 100Mbps. 100VG-AnyLAN đôi khi còn đợc gọi là 100Base-VG (Voice Grade). Mạng 100VG-AnyLAN dùng 4 cặp cáp xoắn sử dụng phơng pháp truy nhập theo yêu cầu cho phép 2 mức u tiên cao và thấp.
100VG-AnyLAN sử dụng cấu trúc hình sao phân tầng. Các máy tính đợc nối vào HUB con, các HUB con lại đợc nối vào các HUB ở cấp độ cao hơn gọi là HUB mẹ.
Hai đoạn cáp dài nhất từ HUB đến máy tính không vợt quá 250m. Loại cáp đợc chỉ định dùng là cáp xoắn đôi loại 3,4,5 hay cáp quang.
Hình 1.20 Một HUB mẹ với 3 HUB con. 5. 100BaseX (Fast Ethernet).
Nguyễn văn Lãng Trang 41 HUB HUB HUB HUB HUB con HUB mẹ HUB con HUB con
Cả Fast Ethernet và 100VG-AnyLAN đều tơng thích với hệ thống cáp 10BaseT. Tiêu chuẩn này dùng cáp UTP hạng 5 và phơng pháp truy nhập đờng truyền CSMA/CD. Cấu hình này cũng là hình sao nhiều tầng.
Tiêu chuẩn 100BaseX bao gồm 3 đặc điểm kỹ thuật về phơng diện kết nối:
+ 100Base-TX: Dùng 2 cặp cáp xoắn UTP hoặc STP hạng 5. + 100Base-FX: Dùng dây cáp quang 2 sợi.
+ 100Base-T4: Dùng 4 cặp cáp UTP loại 3,4,5.
Vài hệ điều hành mạng Ethernet: Microsoft Windows 95, Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows NT Server, Novell NetWare..
II. Token-Ring
Sử dụng kiến trúc Token passing. Topo có dạng hình sao nhng mạng Token-Ring dùng một mạng vòng logic để chuyển thẻ bài từ trạm này sang trạm khác. Mỗi nút phải đợc gắn vào một bộ tập trung gọi là MSAU hay MSA (Multistation Access Unit).
Dạng khung dữ liệu Token-Ring:
Hình 1.21.Hình dạng khung Token-Ring,
+ Giới hạn đầu (start delimiter): Cho biết vị trí bắt đầu của khung.
+ Điều khiển truy nhập (access control): Cho biết mức độ u tiên của khung, nó là thẻ bài hay khung dữ liệu.
+ Điều khiển khung (frame control): Hoặc chứa thông tin MAC cho mọi máy tính, hoặc chứa thông tin trạm cuối cho một máy tính.
+ Địa chỉ nguồn (sourse address): Cho biết máy tính gửi khung. + Địa chỉ đích (destinanion address): Cho biết máy tính nhận khung. Nguyễn văn Lãng Trang 42
Data Start delimiter Access control Control frame Destination address CRC Source address End delimiter Frame status
+ CRC: Kiểm tra lỗi dữ liệu trên khung.
+ Giới hạn cuối (en delimiter): Cho biết vị trí kết thúc khung.
+ Trạng thái khung (frame status): Cho biết các trạng thái khung, có đợc thừa nhận, sao chép hay không, có tồn tại địa chỉ đích không.
Một MAU của IBM có 10 cổng và 8/10 cổng nối có thể đợc nối tới các máy tính. Một mạng Token-Ring có thể có tới 33 MAU. Một mạng dùng cáp STP có thể có tối đa 72 máy tính, nếu dùng cáp STP thì số máy tính tối đa là 260. Máy tính trên mạng Token-Ring nối với MAU bằng cáp UTP hoặc STP. Thờng dùng cáp loại 1,2,3 của IBM, đa số dùng cáp loại 3. Khoảng cách từ mỗi máy tính đến MAU tối đa là101m khi dùng cáp loại 1, cụ thể khoảng cách tối đa là100m đối với cáp STP và 45m đối với cáp UTP. Khoảng cách tối thiểu giữa các MAU hay giữa các máy tính là 2,5m.
Cầu nối tạm có thể mở rộng kết nối giữa máy tính và MAU. Chúng cũng có thể nối các MAU với nhau. Đây là cáp loại 6 chiều dài tối đa 45m và cầu nối tạm chỉ cho phép nối MAU và máy tính ở khoảng cách 45m.
Bộ chuyển tiếp tái tại tín hiệu và tái định giờ thẻ bài nhằm mở rộng khoảng cách giữa các MAU trên mạng. Với 2 bộ chuyển tiếp thì có thể đặt 2 MAU cách xa nhau 365m với cáp loại 3 và 730m với cáp loại 1 hoặc loại 2.
Nếu dùng cáp quang thì phạm vi mạng Token-Ring tăng lên 10 lần so với dùng cáp đồng.
III ARCnet.
ARCnet (Attched Resourse Computer Network) do tập đoàn Datapoint phát triển vào năm 1977. Kiến trúc mạng ARCnet đơn giản, rẻ tiền, linh hoạt, đợc thiết kế cho những mạng nhỏ. Tốc độ truyền dữ liệu của nó chỉ cỡ 300Kbytes/s (2,4Mbps), tuy nhiên sự đáp ứng của nó ở mức độ sử dụng thấp lại tốt hơn hoặc bằng các mạng LAN khác.
Mạng ARCnet sử dụng giao thức Token-Ring có cấu trúc topo vật lý hình sao hay hình bus. Các đoạn này có thể nối với HUB chủ động hay thụ động. Khi nối theo topo dạng sao thì có thể dùng cáp xoắn đôi hoặc cáp đồng trục (RG-62). Nếu dùng topo hình sao thì các đầu của cáp có thể gắn thẳng vào đầu nối BNC mà không cần Terminal. Nếu nối thành topo dạng bus ARCnet dùng Terminal 93Ω gắn với mỗi đầu bus.
Kế vị ARCnet là ARCnet Plus hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu ở 20Mbps. Nguyễn văn Lãng Trang 43
Gói dữ liệu chuẩn của ARCnet:
+ Địa chỉ nguồn. + Địa chỉ đích.
+ Dữ liệu tối đa 508 bytes (4096 đối với ARCnet Plus).