Bài giảng mạng máy tình và truyền thông

Mạng cục bộ LAN Mạng cục bộ Local area network-LAN là một nhóm các máy tính và các thiết bị truyền thông mạng được kết nối với nhau như các máy tính của một cơ quan, công ty, một trườn

Chương I : Tổng quan về mạng máy tính 1.1 Giới thiệu về mạng máy tính

Ngày nay mạng máy tính đã và đang được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, chính trị, xã hội không phải chỉ ở một quốc gia nào

đó mà là trên toàn thế giới Các mạng máy tính đã làm thay đổi một cách toàn diện phương thức sống, làm việc và sinh hoạt của con người cũng như phương thức tổ chức và phát triển của xã hội Nhịp độ xử dụng các mạng máy tính để trao đổi thông tin, xử lý thông tin trong cuộc sống và trong các tổ chức ngày càng tăng Mạng máy tính chính là một trong những mục tiêu hướng tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

1.2 Khái niệm về mạng máy tính

Định nghĩa : Mạng máy tính là mạng bao gồm ít nhất hai máy tính

được kết nối với nhau thông qua đường truyền vật lý cho phép chúng chia sẻ

dữ liệu và tài nguyên chung Tất cả các hệ thống mạng máy tính lớn đều xuất phát từ hệ thống đơn giản như vậy ý tưởng để kết nối các máy tính với nhau thông qua đường truyền rất đơn giản nhưng đã mang lại những thành tựu vô cùng quan trọng trong ngành truyền thông

Ngày nay mạng máy tính được sử dụng rất rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong việc phát nền kinh tế của nước ta Mạng máy tính có rất nhiều tác dụng trong đó phải kể đến là:

Tận dụng tài nguyên chung ( phần cứng, phần mềm, dữ liệu…)

Chinh phục khoảng cách

Tăng chất lượng hiệu quả trong khai thác xử lý thông tin

Tăng độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế khi có sự cố với một nút hay một đoạn đường nào đó

1.3 Các dịch vụ mạng máy tính

Mạng máy tính cung cấp cho chúng ta rất nhiều dịch vụ mạng mà với các dịch vụ này nó đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của mạng với quy mô

từ hai máy kết nối với nhau lúc ban đầu cho đến một mạng máy tính khổng lồ

đó là mạng Internet ngày nay Những dịch vụ mạng đó bao gồm:

Dịch vụ tập tin: Cho phép các máy tính trên mạng chia sẻ các tập tin Ta

thấy rằng nhu cầu trao đổi tập tin giữa các máy tính là rất cần thiết, mặc dù vấn đề này có thể giải quyết bằng cách trao đổi các đĩa có chứa tập tin song không mấy tiện dụng Đặc biệt là những cơ sở dữ liệu dùng chung, việc trao đổi chỉ có thể thực hiện được trên mạng

Dịch vụ in: Tiến trình in trên mạng là yếu tố thứ hai thúc đẩy ta cài đặt

mạng máy tính Bởi vì nó có rất nhiều các ưu điểm chẳng hạn như: Nhiều

người có thể dùng chung máy in điều này giảm chi phí rất lớn đặc biệt là đối với các loại máy in, máy vẽ đắt tiền; máy in có thể đặt bất kỳ đâu chứ không cần phải đặt cạnh PC người sử dụng điều này rất tiện lợi cho việc quản lý máy

in cũng như việc nâng cao hiệu quả sử dụng máy in

Dịch vụ thông điệp: Thư điện tử ( E-mail) là công nghệ để chuyển giao các

thông điệp giữa các máy tính nối mạng Dạng thư điện tử đầu tiên là gốc văn bản, hiện nay được phát triển kèm theo các hệ thống nhúng âm thanh, đồ hoạ

và thậm chí cả dữ liệu video, tiến tới các hệ thư điện tử hiện đại cho phép gửi thông điệp dạng voice – mail Các loại thư điện tử có thể phục vụ cho mọi đối tượng, từ một nhóm làm việc cục bộ, đến một công ty hay trên toàn thể giới

Các dịch vụ ứng dụng: Cho phép các ứng dụng huy động năng lực tính

toán và khả năng chuyên môn hoá của các máy tính trên mạng Chẳng hạn khi

cần giải quyết một bài toán lớn mà độ phức tạp của nó vượt quá phạm vi của các máy PC thông thường khi đó bình thường ta phải dùng các máy tính lớn như máy tính mini hay máy tính mainframe… tuy nhiên nhờ sử dụng công nghệ mạng ta có thể kết chùm các máy tính PC thành một máy tính lớn để giải quyết các bài toán đó công nghệ này gọi là công nghệ máy tính bó

(Cluster)

1.4 Phân loại mạng máy tính

Có rất nhiều cách để phân loại mạng máy tính như phân loại theo mô hình mạng, phân loại theo quy mô mạng, phân loại theo tôpô mạng… ứng với mỗi cách phân loại ta lại có các mạng khác nhau

1.4.1 Phân loại theo mô hình mạng

Loại mạng bình đẳng hay còn gọi là mạng peer to peer (Hình 1.1) Mạng

bình đẳng là mạng trong đó các máy có vai trò như nhau trong quá trình khai thác tài nguyên, máy này có thể yêu cầu máy kia cung cấp tài nguyên và ngược lại Không máy nào được coi là máy chủ hay máy trung tâm

Trong môi trường mạng bình đẳng, người dùng trên từng PC chịu trách nhiệm việc điều hành và chia sẻ các tài nguyên PC của họ (Tính năng này được gọi là điều hành nhóm làm việc hoặc điều hành phân tán) Chính vì tính năng này lên không cần người quản trị mạng riêng

Các mạng bình đẳng rất phù hợp với các tổ chức nhỏ có số người sử dụng giới hạn và không đặt nặng vấn đề bảo mật

Hình 1.1 Mô hình mạng bình đằng (Peer to Peer)

Loại mạng theo mô hình khách/chủ (client/Server) Mạng client/ server

(Hình 1.2) là hệ thống mạng có ít nhất một máy gọi là máy chủ (Server), đó là máy có cài đặt phần mềm điều hành hệ thống của mạng, máy này có chức năng điều khiển, cung cấp, phân chia tài nguyên theo yêu cầu của máy khách Dưới mô hình khách/chủ, các tài nguyên phần cứng có thể được tập trung trên tại máy chủ, và các máy khách có thể được thiết kế theo các cấu hình phần cứng tối thiểu

Mô hình mạng khách/chủ tỏ ra lý tưởng đối với các mạng lớn cần đến

hệ bảo mật mạng Dưới mô hình khách/chủ, một điều hành viên mạng có thể

dễ dàng điều khiển việc truy cập các tài nguyên mạng Thông qua hệ điều hành mạng, điều hành viên có thể giao hoặc thu hồi quyền truy cập các tập tin, máy in, và các tài nguyên khác trên máy chủ

Hình 1.2 Mô hình mạng khách chủ (Client/ server)

Loại mạng hỗn hợp ( Kết hợp mạng bình đẳng và mạng khách/ chủ)

Mạng hỗn hợp là mạng mà trong quá trình khai thác tài nguyên các máy có lúc quan hệ với nhau bình đẳng, có lúc quan hệ với nhau theo kiểu khách chủ

1.4.2 Phân loại theo quy mô mạng

Phân loại theo quy mô mạng ta có mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng

Mạng cục bộ (Local Area Networks- LAN): Là mạng được cài đặt trong

một toà nhà, trong một trường học, một công ty

Mạng đô thị (Metropolitan Area Networks - MAN): là mạng được cài đặt

trong phạm vi một đô thị hoặc một trung tâm kinh tế- xã hội

Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN): là mạng được cài đặt có

qui mô lớn nó được tạo thành nhờ ghép nối nhiều mạng LAN lại với nhau

1.4.3 Phân loại theo tôpô mạng

Mạng trục ( Bus) : Cấu trúc của mạng là dùng một BUS thông tin chung

để trao đổi thông tin giữa các nút bất kỳ của mạng Các nút thông tin (các trạm cuối) có thể thâm nhập ở bất cứ vị trí nào trên mạng Do vậy BUS thông tin còn được gọi là trục hay xương sống của mạng Điều khiển mạng có thể được thực hiện theo phương pháp tập trung (từ một nút chính) hay theo phương pháp phân bố Xu hướng chính hiện nay là điều khiển theo phương pháp phân bố

Ưu điểm của mạng hình BUS là:

Các thiết bị của các nút thông tin có thể thao tác độc lập, sai hỏng của một máy không ảnh hưởng tới toàn mạng

Mở rộng hay thu hẹp mạng có thể thực hiện một cách đơn giản

Mạng BUS sử dụng ít dây nhất so với các mạng khác

Nhược điểm của mạng hình BUS là:

Nếu chỉ một điểm trên BUS bị hỏng thì toàn bộ thông tin của mạng sẽ dừng lại

Phương pháp thâm nhập mạng yêu cầu phức tạp hơn để đảm bảo tránh

sự chồng chéo số liệu (collision of data) gây ra do nhiều trạm cùng phát tin đồng thời Chính điều này đã hạn chế nút thông tin trên mạng

Mạng hình BUS có thể dùng các loại dây nối như, cáp đồng trục, cáp sợi quang Về phương pháp thâm nhập cho mạng hình BUS phải giải quyết vấn

đề chồng chéo số liệu và giải quyết vấn đề nhiễu nên phần lớn các LAN kiểu BUS này sử dụng phương pháp thâm nhập CSMA/CD protocol (Carrier sence multiple access/ collision detection) hay phương pháp thâm nhập dùng thẻ bài (token passing)

Hình 1.3 Mạng sơ đồ hình BUS

Mạng hình sao (Star) : Mạng hình sao bao gồm một trung tâm điều khiển

và các nút thông tin Các nút thông tin chính là các trạm đầu cuối, các máy vi tính của mạng Trung tâm điều khiển mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng Hiện nay người ta sử dụng trung tâm điều khiển như một đầu nối giữa

các máy tính với nhau HUB cũng chính là một trung tâm điều khiển

Mạng sao có các ưu điểm chính như sau:

Hoạt động theo nguyên lý độc lập nên một trạm bị sai hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường

Cấu trúc mạng đơn giản, các thuật toán điều khiển ổn định

Mạng có thể mở rộng hay thu hẹp khá thuận lợi và đơn giản

Mạng STAR tiếp nhận tất cả các phương thức thâm nhập mạng khác nhau

Nhược điểm của mạng sao:

Khi trung tâm điều khiển có sự cố thì toàn mạng sẽ ngừng hoạt động Mạng yêu cầu phải nối từng cặp dây từ trung tâm điều khiển tới các máy tính Bởi vậy tốn nhiều dây nối

Hình 1.4 Mạng hình sao

Mạng vòng (Ring): Các thiết bị đầu cuối hay các máy tính có thể được kết

nối tại bất cứ vị trí nào trên BUS vòng tròn của mạng theo kiểu nối tiếp nhau Vòng tròn này thực chất là một cáp thông tin nối khép kín không có điểm đầu, điểm cuối

Ưu điểm của mạng vòng:

Điều khiển hệ thống đơn giản và giảm nhiều khả năng chồng chéo thông tin vì thông tin chạy trên mạng theo một chiều duy nhất

Khi qua mỗi nút mạng thì thông tin được phục hồi và khuếch đại lên vì vậy khoảng cách giữa các nút thông tin có thể được tăng lên

Nhược điểm của mạng vòng:

Nếu một nút thông tin nào đó bị hỏng, nó ảnh hưởng tới toàn bộ các nút tiếp theo sau nó (theo chiều truyền của số liệu)

Việc nối dây sẽ yêu cầu phức tạp hơn để bảo đảm cho các nút hoạt

động tin cậy

Hình 1.5 Mạng vòng ring

Mạng hình lưới : Một mạng theo dạng lưới (hình 1.6) đảm bảo độ dự

phòng và độ tin cậy cao hơn nhiều so với các cấu trúc khác Trong cấu hình này, mỗi máy tính được nối tới mỗi máy tính khác bằng dây cáp riêng biệt

Hình 1.6 Mạng hình lưới Cấu hình này cung cấp những đường dẫn dự phòng thông qua toàn bộ cấu trúc mạng, nên nếu có một đoạn cáp nào đó bị hỏng, thì các cáp khác sẽ chịu trách nhiệm chuyển tải thông tin Trong cấu hình này sẽ giảm nhẹ việc

dò lỗi trên mạng và tăng độ tin cậy nhưng giá thành lắp đặt sẽ cao do chúng

sử dụng nhiều dây cáp Thường Mạng hình lưới thường được dùng kết hợp với các Tôpô mạng khác tạo ra các cấu trúc kết hợp (lai) khác nhau

1.5 Các mạng máy tính thông dụng

1.5.1 Mạng cục bộ LAN

Mạng cục bộ (Local area network-LAN) là một nhóm các máy tính và các thiết bị truyền thông mạng được kết nối với nhau như các máy tính của một cơ quan, công ty, một trường học, một tổ chức…

Các LAN thường có các đặc tính sau:

Chuyển giao dữ liệu với tốc độ nhanh Thuộc loại mạng có tỷ lệ lỗi thấp

Tồn tại trong một khu vực địa lý giới hạn Công nghệ tương đối rẻ tiền

Mạng LAN được kết nối theo nhiều kiều khác nhau song tuân thủ theo hai mô hình mạng chính là mạng chủ tớ ( Clien/server) và mô hình bình đẳng (Peer To Peer) Hình dạng mạng được phân theo tôpô vật lý và tôpô logic

1.5.2 Mạng diện rộng ( WAN)

Mạng máy tính diện rộng gọi tắt là WAN(Wide Area Networks) Các WAN là liên nối các LAN, từ các LAN cung cấp truy xuất đến các máy tính hay các file server tại các vị trí khác Các WAN là kết nối các mạng máy tính qua một phạm vi địa lý rộng lớn, nên chúng mở ra khả năng cung ứng hoạt động thông tin cự ly xa Sử dụng các WAN cũng cho phép máy tính, máy in

và các thiết bị khác trên một LAN chia sẻ và được chia sẻ ở các vị trí xa WAN cung cấp khả năng truyền thông tin qua các miền địa lý rộng lớn

Mạng WAN được thiết kế để làm các công việc sau:

Hoạt động qua các vùng tách biệt về mặt địa lý rộng lớn

Cho phép các người sử dụng có khả năng thông tin thời gian thực với các người sử dụng khác

Cung cấp kết nối liên tục các tài nguyên xa vào các dịch vụ cục bộ Cung cấp e-mail, WWW, FTP và các dịch vụ thương mai điện tử

1.5.3 Mạng đô thị ( MAN)

MAN là một mạng trải rộng qua một vùng nội thị hay vùng ngoại ô Một MAN thường bao gồm hai hay nhiều LAN toạ lạc trong cùng một vùng địa lý Nhìn chung nhà cung cấp dịch vụ hay kết nối hai hay nhiều LAN bằng các đường dây truyền dẫn riêng hay dùng các dịch vụ truyền dẫn sợi quang Một MAN cũng có thể được tạo ra bằng công nghệ cầu không dây với các tín hiệu vô tuyến lan truyền qua các vùng có cộng đồng người sử dụng

Công nghệ SAN cho phép thực hiện nối các cuộc nối tốc độ cao giữa server với thiết bị lưu trữ, giữa các thiết bị lưu trữ và các server nối với nhau

1.5.5 Mạng Internet

Mạng Internet là một mạng máy tính có phạm vi quy mô toàn cầu Hiện tại có hàng triệu máy tính trên toàn thế giới tham gia vào Internet và có hàng trăm triệu người trên thế giới hàng ngày truy cập vào Internet Điều này cho thấy rằng Internet đã và đang phát triển mạnh mẽ Ngày nay Internet đã trở thành không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt của con người

1.5.6 Mạng riêng ảo (VPN)

Mạng VPN( Vitural Private Network) là một mạng riêng được kiến tạo bên trong một hạ tầng mạng công cộng ví dụ như Internet Sử dụng VPN, một người làm việc tại nhà qua mạng có thể truy xuất vào mạng của công ty thông qua Internet bằng cách xây dựng một đường hầm bí mật giữa máy tính PC của

họ và một VPN router đặt tại công ty

PVN mang lại rất nhiều lợi ích như : Cung cấp một dịch vụ kết nối tin cậy,

an toàn thông qua một hạ tầng mạng công cộng vốn được chia sẻ ví dụ như mạng Intenet PVN duy trì các chính sách quản lý và bảo mật như một mạng riêng Chúng là một phương thức rẻ tiền nhất để thiết lập một cầu nối điểm- điểm giữa người dùng ở xa với một mạng khách hàng của doanh nghiệp

1.6 Một số giao thức tiêu chuẩn

1.6.1 Khái niệm về giao thức

Một giao thức (Protocol) là một tập các quy luật quy định về cách thức các máy tính truyền thông với nhau qua mạng như thế nào Các giao thức điều khiển tất cả các khía cạnh của hoạt động truyền số liệu, bao gồm:

Mạng vật lý được xây dựng như thế nào

Các máy tính được kết nối đến mạng như thế nào

Số liệu được định dạng như thế nào để truyền đi

Số liệu được truyền như thế nào

Đối phó với lỗi như thế nào

Trong thực tế chúng ta thường xuyên phải sử dụng giao thức, ví dụ: khi chúng ta thực hiện in tức là ta đã sử dụng giao thức, khi chúng ta duyệt Web

cũng là chúng ta phải sử dụng giao thức, khi chúng ta lưu trữ dữ liệu vào một máy trong mạng, khi chúng ta kết nối các máy tính với nhau…

1.6.2 Nhu cầu chuẩn hoá mạng

Sự phát triển các mạng thời kỳ đầu không được tổ chức và được diễn ra theo nhiều cách Vào những năm đầu của thập niên 1980 công nghệ mạng đã phát triển một cách kinh khủng cả về số lượng mạng cũng như kích thước của mạng Vào khoảng giữa thập niên 1980, các công nghệ mạng phối hợp đã được tạo ra với các phần cứng và phần mềm khác nhau Mỗi công ty tạo ra phần cứng và phần mềm mạng chỉ dùng các tiêu chuẩn của chính công ty đó Các chuẩn riêng được phát triển bởi sự cạnh tranh giữa các công ty Hậu quả

là nhiều công nghệ mới đã không tương thích với nhau Điều này trở nên khó khăn cho các mạng sử dụng các đặc tả khác nhau muốn truyền thông tin cho nhau Điều này cũng thường dẫn đến việc loại bỏ các trang thiết bị cũ để triển khai các trang thiết bị mới

Để giải quyết vấn đề bất tương thích mạng, năm 1977 tổ chức ISO ( International Organization for Standardization – Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hoá) và năm 1978 tổ chức CCITT ( International Telegraph and Telephone Consultative Committee – Hội đồng tư vấn về điện thoại và điện tín quốc tế) khởi đầu quá trình nghiên cứu về mô hình liên kết mở OSI ( Open System Inteconnection) để sử dụng làm chuẩn cho mạng máy tính Vào năm

1984, ISO và CCITT hợp tác khuyến nghị một chuẩn chung cho mạng máy tính căn cứ trên sự nhất trí của quốc tế - Đó là mô hình tham chiếu OSI

Mô hình tham chiếu OSI là mô hình tốt nhất được biết tới và thường được sử dụng rộng rãi để tham khảo trực quan về môi trường kết nối mạng Các nhà sản xuất thường dựa vào mô hình tham chiếu OSI khi thiết kế những sản phẩm mạng OSI mô tả cách thức làm sao phần cứng và phần mềm mạng làm việc được cùng nhau bên trong các lớp để tạo ra các phiên truyền thông

Sử dụng mô hình này giúp các nhà cung cấp trang thiết bị tạo ra các mạng có thể tương thích tốt với các mạng khác Mô hình cũng giúp đỡ để dò các lỗi mạng

1.6.3 Mô hình tham chiếu OSI

1.6.3.1 Khái niệm về mô hình tham chiếu 7 lớp

Mô hình OSI chia các giao thức truyền thông thành bẩy tầng Mỗi tầng giải quyết một phần hẹp của tiến trình truyền thông Chia mạng thành 7 tầng dẫn đến các ưu điểm sau

Chia hoạt động truyền thông thành các phần nhỏ hơn để quản lý dễ hơn Tiêu chuẩn hoá các thành phần mạng để cho phép có nhiều nhà chế tạo có thể phát triển và cung cấp sản phẩm

Cho phép các loại phần cứng và phần mềm mạng khác nhau có thể thông tin với nhau

Ngăn chặn các thay đổi tại một lớp ảnh hưởng đến các lớp khác

Chức năng của các tầng:

Tầng một (Vật lý): Cung cấp các phương tiện truyền tin (dây nối, đầu nối,

điện áp, tốc độ truyền), thủ tục khởi động, duy trì và huỷ bỏ các liên kết vật lý cho phép truyền các dòng dữ liệu ở dạng bit

Tầng hai (Liên kết dữ liệu): Cung cấp phương tiện để truyền thông tin

qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu (frame) với các cơ chế đồng bộ, kiểm soát lỗi và điều khiển luồng dữ liệu

Hình 1.7 Mô hình tham chiếu OSI

ứng dụng Trình diễn Phiên Giao vận Mạng Liên kết DL Vật lý

Tầng ba (Mạng): Chọn đường truyền tin tốt nhất trong mạng, thực hiện

điều khiển luồng, kiểm soát lỗi

Tầng bốn (Giao vận): Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end

to end), thực hiện các chủ đề vận chuyển giữa các host Vận chuyển tin cậy Thiết lập, duy trì và kết thúc các mạch ảo, phát hiện lỗi, phục hồi thông tin và điều khiển luồng

Tầng năm (Phiên): Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các

ứng dụng; thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và huỷ bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng

Tầng sáu (Trình diễn): Trình bày dữ liệu, đảm bảo đọc được dữ liệu, định

dạng dữ liệu, cấu trúc dữ liệu, đàm phán về cú pháp

Tầng bảy ( ứng dụng): Các quá trình mạng của ứng dụng, cung cấp các

dịch vụ mạng cho các ứng dụng như email, truyền file và mô phỏng đầu cuối

1.6.3.2 Phương thức trao đổi thông tin trong mô hình OSI

Trong kiến trúc phân tầng như ở mô hình OSI ở mỗi tầng có hai quan hệ: theo chiều ngang và theo chiều dọc ( Hình 1.8) Các qui tắc, qui ước để hội thoại với nhau giữa các lớp đồng mức theo quan hệ theo chiều ngang (quan hệ đồng mức qua đường truyền thông ảo) được định nghĩa là giao thức (Protocol) Quan hệ theo chiều dọc là quan hệ giữa các tầng kề nhau trong cùng một máy và ta gọi lớp giữa hai tầng kề nhau trong mô hình OSI là giao diện

Để cho dữ liệu di chuyển từ nguồn đến đích, mỗi lớp của mô hình OSI tại nguồn phải thông tin với lớp ngang hàng với nó ở máy đích Dạng truyền thông này được gọi là ngang hàng ( peer to peer) Trong suốt quá trình truyền thông ngang hàng này, các giao thức của mỗi lớp trao đổi các gói thông tin, được gọi là các đơn vị dữ liệu giao thức PDU Mỗi lớp truyền thông trên máy tính nguồn truyền và nhận các PDU riêng của lớp với lớp ngang hàng phía máy tính đích Các gói dữ liệu trên mạng phát sinh từ một nguồn sau đó di chuyển đến một đích Mỗi lớp tuỳ thuộc vào chức năng dịch vụ của lớp dưới

nó Để cung cấp dịch vụ này, lớp dưới sử dụng việc đóng gói để đặt PDU từ lớp trên vào trường dữ liệu của gói nó bổ sung thông tin riêng của mình vào gói tin đang gửi Thông tin này xuất hiện dưới dạng một phần mào đầu (header) Kế tiếp, khi dữ liệu di chuyển xuống xuyên qua các lớp của mô hình OSI, các header khác lại được thêm vào Sau lớp 7, 6 và 5 đã thêm thông tin của chúng, lớp 4 lại bổ sung nhiều thông tin hơn Nhóm dữ liệu này( PDU của lớp 4) được gọi là gam dữ liệu ( segment)

Lớp mạng cung cấp một dịch vụ cho lớp vận chuyển và lớp vận chuyển biểu diễn dữ liệu cho hệ thống con liên mạng Lớp mạng có nhiệm vụ di chuyển dữ liệu xuyên qua liên mạng Nó hoàn thành nhiệm vụ này bằng cách đóng gói dữ liệu để tạo ra một gói ( Packet PDU của lớp 3) Header chứa thông tin được yêu cầu để hoàn tất việc truyền như địa chỉ logic nguồn và địa chỉ đích

Hình 1.9 Cấu trúc cơ bản của một khung tin

Lớp liên kết dữ liệu cung cấp một dịch vụ cho lớp mạng Nó gói thông tin lớp mạng trong một khung tin (frame PDU của lớp 2) Header của frame chứa thông tin ( ví dụ : các địa chỉ vật lý của nguồn và đích, thông tin điều khiển gói tin, kiểm tra lỗi của khung tin) được yêu cầu để hoàn tất các chức năng liên kết dữ liệu Lớp liên kết dữ liệu cung cấp dịch vụ cho lớp mạng bằng cách gói thông tin lớp mạng trong một frame

Lớp vật lý cung cấp một dịch vụ cho lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lý mã hoá frame liên kết dữ liệu thành các mẫu bao gồm các bít “1” và “0” để truyền lên môi trường tại lớp 1

Giao vận Gam Dữ liệu, phân đoạn (và gói tin )

Liên kết dữ liệu Khung ( và gói tin)

Bảng 1.1 Tên gói dữ liệu tại các tầng trong mô hình OSI

Có hai phương thức để truyền dữ liệu trong mô hình OSI là có kết nối và không kết nối

Truyền dữ liệu kết nối: một kênh liên lạc logic được thiết lập và được

thảo thuận trước khi truyền dữ liệu về tốc độ truyền, kiếu đấu nối terminal, Khi truyền dữ liệu hoàn thành việc đấu nối kết thúc Trong kiểu truyền dữ liệu này có các tính chất sau:

Cần thiết lập một kênh logic (Yêu cầu kết nối, truyền dữ liệu và huỷ bỏ kết nối)

Dữ liệu được truyền với một độ tin cậy cao

Kiểm soát trình tự truyền bằng việc bảo đảm trình tự truyền dữ liệu Kiểm soát luồng bằng việc kiểm soát sự tắc nghẽn trên mạng

15

Truyền dữ liệu không kết nối: một bên truyền dữ liệu một cách độc lập

mà không cần thiết phải thiết lập một kênh liên kết Trong kiểu truyền này có các tính chất sau:

Không cần thiết lập kênh logic

Cần có thêm thông tin về việc truyền vào dữ liệu truyền

Dữ liệu được truyền có độ tin cậy thấp (Không có báo lại khi có lỗi truyền)

Truyền dữ liệu có kết nối phù hợp cho việc truyền dữ liệu trong thời gian dài, liên tục nhận và truyền một khối lượng lớn dữ liệu Truyền dữ liệu không kết nối phù hợp cho các liên lạc rải rác và độc lập

1.6.4 Giao thức TCP/IP và đánh địa chỉ IP

1.6.4.1 Giao thức TCP/IP

TCP/IP ( Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) là bộ giao thức chuẩn của Internet nó được sử dụng để cung cấp các dịch vụ trên các liên mạng, kết hợp nhiều kiểu máy tính với nhau

TCP/IP được nghiên cứu và phát triển bởi bộ Quốc Phòng Mỹ viết tắt

là DoD (Department of Defense) DoD mong muốn có một mạng truyền số liệu tin cậy trong bất cứ điều kiện, hoàn cảnh nào chính vì vậy mà TCP/IP ra đời Trong những năm gần đây TCP/IP phát triển rất mạnh mẽ và trở thành giao thức phổ biến nhất hiện nay Trong tương lai thì TCP/IP vẫn còn đang được nghiên cứu và phát triển đặc biệt là thế hệ mạng trong tương lai mạng 4G (All IP) sử dụng IP cho tất cả các loại mạng

TCP/IP cung cấp cho mạng khả năng kết nối tới tất cả các trạm (host)

và các vị trí khác nhau, cung cấp một sự trao đổi thông tin giữa các máy và sự liên lạc giữa các mạng

Bộ giao thức TCP/IP có 4 lớp:

Internet Transport Application

Hình 1.10 Mô hình TCP/IP

Lớp ứng dụng ( Application): Là lớp trên cùng trong mô hình 4 lớp của

TCP/IP Kiểm soát các giao thức lớp cao, các chủ đề về trình bày, biểu diễn thông tin, mã hoá và điều khiển hội thoại TCP/IP không chỉ chứa các đặc tả

về lớp Internet và lớp vận chuyển, như IP và TCP, mà còn đặc tả cho các ứng dụng phổ biến như: các giao thức để truyền file, E-mail, remote login, thêm vào các ứng dụng sau đây:

FTP ( File Transfer Protocol): Là dịch vụ dùng để truyền file từ máy này sang máy khác

NFS ( Network File System): Là một bộ giao thức hệ thống file phân tán cho phép truy xuất file đến các thiết bị lưu trữ ở xa như một đĩa cứng qua mạng

SMTP ( Simple Mail Transfer Protocol): Quản lý hoạt động truyền Email qua mạng máy tính

Telnet ( Terminal emulation) : Cung cấp khả năng truy nhập từ xa vào các máy tính khác Nó giúp cho người sử dụng có thể chạy các chương trình từ xa và các thủ tục đơn giản

SNMP ( Simple Network Management Protocol): Là giao thức cung cấp một phương pháp để giám sát và điều khiển các thiết bị mạng và để quản lý các cấu hình, thu thập thống kê, hiệu xuất và bảo mật

DNS (Domain Name System): Là hệ thống trên Internet để thông dịch tên miền (Domain) sang các địa chỉ IP

Lớp vận chuyển ( Transport): Cung ứng dịch vụ vận chuyển từ host

nguồn tới host đích Thiết lập một cầu nối giữa các đầu cuối của mạng, giữa host truyền và host nhận Phân chia và tái thiết lập dữ liệu của các ứng dụng lớp trên thành luồng dữ liệu giống nhau giữa các đầu cuối

Lớp mạng ( Internet): Mục tiêu của lớp Internet là chọn lấy một đường

đi tốt nhất xuyên qua mạng cho các gói tin di chuyển tới đích Các giao thức hoạt động tại lớp này bao gồm

IP ( Internet Protocol): Định tuyến, chuyển phát gói theo đường đi tốt nhất, không quan tâm đến nội dung của gói tin nhưng tìm kiếm đường dẫn cho gói tin tới đích

ICMP ( Internet Control Message Protocol): Cung cấp khả năng điều khiển và truyền thông điệp

ARP ( Address Resolution Protocol): Xác định địa chỉ lớp liên kết số liệu ( MAC Address) khi đã biết trước địa chỉ IP

RARP ( Reverse Address Resolution Protocol): Xác định địa chỉ IP khi biết trước địa chỉ MAC

Lớp truy cập mạng ( Network Access): Lớp truy cập mạng làm nhiệm vụ

gửi và nhận các khung tin Các khung tin đó là các gói dữ liệu mang thông tin được truyền trên mạng Lớp truy cập mạng chịu trách nhiệm đưa các khung tin vào mạng để truyền đi và nhận các khung tin từ mạng truyền đến

1.6.4.2 Các địa chỉ Internet

Để hai thiết bị truyền thông được cho nhau thì chúng phải nhận diện ra nhau và định vị được nhau Muốn vậy mỗi thiết bị trên mạng phải có một địa chỉ duy nhất Máy tính cũng vậy, mỗi máy tính trên mạng TCP/IP phải được cấp một địa chỉ danh định duy nhất hay còn gọi là địa chỉ IP Với địa chỉ này

nó cho phép các máy tính có thể định vị được máy tính khác trên mạng Tất

cả các máy tính cũng có một địa chỉ vật lý duy nhất đó là địa chỉ MAC Các địa chỉ vật lý này được gán bởi nhà sản xuất card giao tiếp NIC

Cách đánh địa chỉ IPv4

Một địa chỉ IP là tổ hợp của 32 bít nhị phân VD: 11000000 10101000

00000011 00001010 Để cho dễ sử dụng thì IP được viết dưới dạng 4 số thập phân có ngăn cách bằng dấu “.” Chẳng hạn với địa chỉ IP trên khi viết dưới dạng 4 số thập phân ta được 192.168.3.10 Mỗi phần của địa chỉ IP được gọi

là một octet vì nó được hình thành từ 8 số nhị phân Việc viết địa chỉ IP dưới dạng số thập phân có dấu chấm ngăn cách là một phương pháp đơn giản, dễ

viết, dễ nhìn và tránh được nhầm lẫn khi phải viết một chuỗi dài các bít 0 và

1

Ví dụ: Ta có hai địa chỉ IP sau:

192.168.5.10 khi viết địa chỉ này dưới dạng nhị phân tương ứng là

256 giá trị của octet thứ 4 Sự kết hợp này tạo ra một địa chỉ IP duy nhất trên mạng VD: Theo đường đi là nét liền ở (Hình 1.11) ta được địa chỉ IP là : 192.168.15.9

Hình 1.11 Sơ đồ đánh địa chỉ IP

Mỗi địa chỉ IP gồm 2 phần:

Phần số hiệu mạng: Dùng để phân biệt các máy tính TCP/IP có nằm trong

cùng một mạng vật lý không Tất cả các máy tính trong cùng một mạng phải

0

1

168

15

255

0

1

9 255

được định nghĩa cùng một số hiệu mạng để đảm bảo truyền thông giữa chúng với nhau

Phần số hiệu host: Dùng để xác định nó trong một mạng cụ thể Số hiệu máy

phải là duy nhất trong một mạng có số hiệu mạng xác định

Hình 1.12 Cấu trúc của địa chỉ IP

Có hai loại địa chỉ: Một địa chỉ mạng LAN do người quản lý mạng thiết lập và địa chỉ mạng diện rộng do các nhà cung cấp cấp

Một mạng LAN có thể đánh địa chỉ ở bất cứ lớp nào do người quản trị mạng thiết kế, và tuỳ thuộc vào số máy trong mỗi mạng Thông thường mạng nhỏ thường dùng ở lớp C nhưng khi sử dụng lớp A, B cho mạng nhỏ thì cần

32 bit

Internet

192.168.15.4 192.168.15.3

chú ý tới mặt nạ mạng con để sao cho mạng sử dụng nhỏ, các máy tìm kiếm nhau một cách dễ dàng và nhanh chóng

a Địa chỉ lớp A

Dùng octet đầu tiên để chỉ địa chỉ mạng, 3 octet còn lại cung cấp địa chỉ host

Hình 1.14 Cách đánh địa chỉ lớp A Bít đầu tiên trong octet đầu tiên của địa chỉ lớp A luôn là 0

 Số nhỏ nhất của octet đầu tiên là 0000 0000 tương ứng với 0

 Số lớn nhất của octet đầu tiên là 0111 1111 tương ứng với 127

Địa chỉ của lớp A có dải từ 1 đến 126 ở octet đầu tiên ( hai địa chỉ 0 và

127 được rành riêng và không thể sử dụng như địa chỉ mạng)

Bất cứ địa chỉ nào bắt đầu với giá trị giữa 1 126 ở octet đầu tiên là địa chỉ lớp A

127.0.0.0 là địa chỉ dành riêng cho mạng để kiểm thử vòng Các Router hay các máy cục bộ có thể dùng địa chỉ này để truyền các gói tin ngược trở lại chính chúng

Ví dụ: 10.0.0.2

b Địa chỉ lớp B

Dùng 2 octet đầu để chỉ địa chỉ mạng, 2 octet còn lại cung cấp địa chỉ host

Hình 1.15 Cách đánh địa chỉ lớp B Hai bít đầu tiên của octet đầu tiên của địa chỉ lớp B luôn là 10

 Số nhỏ nhất của octet đầu tiên là 1000 0000 tương ứng với 128

 Số lớn nhất của octet đầu tiên là 1011 1111 tương ứng với 191

Địa chỉ của lớp B có dải từ 128 đến 191 ở octet đầu tiên

Bất cứ địa chỉ nào bắt đầu với giá trị giữa 128  191 ở octet đầu tiên là địa chỉ lớp B

Ba bít đầu tiên của octet đầu tiên của lớp C luôn là 110

 Số nhỏ nhất của octet đầu tiên là 1100 0000 tương ứng với 192

 Số lớn nhất của octet đầu tiên là 1101 1111 tương ứng với 223

Địa chỉ của lớp C có dải từ 192 đến 223 ở octet đầu tiên

Bất cứ địa chỉ nào bắt đầu với giá trị giữa 192  223 ở octet đầu tiên là địa chỉ lớp C

 Số nhỏ nhất của octet đầu tiên là 1110 0000 tương ứng với 224

 Số lớn nhất của octet đầu tiên là 1110 1111 tương ứng với 239

Địa chỉ lớp D có dải từ 224 đến 239 ở octet đầu tiên

Bất cứ địa chỉ nào bắt đầu với giá trị giữa 224  239 ở octet đầu tiên là địa chỉ lớp D

Network Network Network Host

Ví dụ: 230.250.25.15

e Địa chỉ lớp E

Dùng cho việc nghiên cứu riêng do đó không có địa chỉ lớp E nào được cấp phát trên Internet

Bốn bít đầu tiên của địa chỉ lớp E là 1111

 Số nhỏ nhất của octet đầu tiên là 1111 0000 tương ứng với 240

 Số lớn nhất của octet đầu tiên là 1111 1111 tương ứng với 255

Địa chỉ lớp E có dải từ 240 đến 255 ở octet đầu tiên

Bất cứ địa chỉ nào bắt đầu với giá trị giữa 240  255 ở octet đầu tiên là địa chỉ lớp E

Địa chỉ IP dành riêng, IP công cộng và địa chỉ mạng con

a Địa chỉ dành riêng

Các địa chỉ dành riêng là các địa chỉ host không thể gán cho các thiết bị trên mạng Các địa chỉ dành riêng bao gồm:

Địa chỉ mạng: Được dùng để định danh chính mạng đó Một địa chỉ IP có tất

cả các vị trí host đều chứa nhị phân 0 được dành riêng cho địa chỉ mạng

VD: Địa chỉ mạng của lớp A : 10 0 0 0

Địa chỉ mạng của lớp B : 137 15 0 0 Địa chỉ mạng của lớp C : 192 168.30 0 Một router dùng địa chỉ mạng để truyền số liệu lên mạng Internet Quá trình truyền dữ liệu từ Internet đến một host thì đầu tiên dữ liệu phải được chuyển tới mạng có chứa host đó sau đó nó mới tiếp tục truyền đến đúng địa chỉ của host

Địa chỉ Broadcast: Được dùng để quảng bá các gói tin tới tất cả các thiết bị

trên một mạng Một địa chỉ IP chứa tất cả các vị trí host đều là nhị phân 1 được dành riêng cho quảng bá

VD: Địa chỉ quảng bá của lớp A : 10 255 255 255

Địa chỉ quảng bá của lớp B : 137 15 255 255 Địa chỉ quảng bá của lớp C : 192 168.30 255 Hoạt động broadcast diễn ra là khi nguồn truyền số liệu muốn truyền tới tất cả các thiết bị trên mạng thì nó gửi số liệu tới địa chỉ quảng bá của mạng đó

Các địa chỉ IP công cộng là danh định và có tính toàn cầu và được tiêu chuẩn hoá Tất cả các máy được nối vào Internet đều phải chấp nhật tuân thủ

hệ thống này Các địa chỉ IP công cộng phải được lấy từ nhà cung cấp dịch vụ hay phải đăng ký với một chi phí nào đó

c Địa chỉ mạng con ( SUBNET)

Mỗi máy tính trên mạng đều yêu cầu có một mặt nạ mạng con Một mặt nạ mạng con dùng để chia các mạng lớn thành các mạng nhỏ Một mặt nạ mạng con là một địa chỉ 32 bít sử dụng để ngăn chặn hoặc lọc các địa chỉ IP nhằm phân biệt ID mạng từ ID máy chủ để quyết định xem đây là địa chỉ IP của mạng nội hạt hay là IP của mạng ở xa

Địa chỉ mặt lạ mạng con danh định cho các lớp như sau:

Lớp A: 255.0.0.0

Lớp B: 255.255.0.0

Lớp C: 255.255.255.0

Địa chỉ IP tĩnh, IP công cộng

Địa chỉ IP tĩnh: Do người quản trị mạng gán bằng tay cho các thiết bị trên

mạng và theo dõi chúng Gán tĩnh địa chỉ IP phù hợp cho các mạng nhỏ ít thay đổi Các server luôn luôn cần được gán một IP tĩnh sao cho các thiết bị khác luôn biết cách truy nhập các dịch vụ cần thiết

Địa chỉ IP động: Sử dụng một DHCP ( Dynamic Host Configuration

Protocol) DHCP cho phép một host lấy địa chỉ IP một cách linh động không cần người quản trị khai báo riêng cho mỗi thiết bị Người quản trị mạng phải định nghĩa một dải địa chỉ trên một DHCP server Khi các host tham gia vào mạng, chúng liên hệ với DHCP server và yêu cầu một địa chỉ DHCP chọn

lấy một địa chỉ và cấp cho host này Khi host này không kết nối vào mạng nữa thì DHCP server có thể thu hồi lại địa chỉ này để cấp cho thiết bị khác

1.6.5 Giao thức NETBEUI ( NetBIOS Extended Use Interface):

NetBEUI là chữ viết tắt của NetBIOS Extended User Interface NetBEUI là giao thức ở lớp giao vận, nó nhỏ, nhanh và hiệu quả, nó cung cấp cho tất cả các sản phẩm của Microsoft Network Nó có từ giữa năm 1980 và

đã cung cấp cho sản phẩm mạng đầu tiên của Microsoft là MS-NET

Ưu điểm của NetBEUI là ngăn xếp của nó nhỏ (điều quan trọng cho máy tính chạy trên MS-DOS), tốc độ truyền dữ liệu trên mạng là trung bình, và tương thích với tất cả các mạng cơ bản của Microsoft

Nhược điểm của NetBEUI là nó không hỗ trợ cho việc định tuyến Nó cũng giới hạn ở các mạng cơ bản của Microsoft NetBEUI là một giải pháp tốt và kinh tế cho các mạng nhỏ kiểu peer-to-peer ở đó tất cả các trạm làm việc sử dụng hệ điều hành Microsoft

1.6.6 Giao thức IPX/SPX (Internetwork Packet exchange protocol/ Sequenced Packet Exchange):

Giao thức trao đổi gói tin IPX (Internetwork Packet exchange protocol)

là một giao thức tầng mạng cung cấp dịch vụ phi giao kết ( gam dữ liệu) Với

tư cách là một giao thức tầng mạng, IPX chịu trách nhiệm về tiến trình định tuyến liên mạng và duy trì các địa chỉ logic mạng IPX dựa trên các địa chỉ vật lý phần cứng tìm thấy tại các tầng phía dưới để cung cấp tính năng định địa chỉ thiết bị mạng Nó cũng sử dụng các sockets hoặc các địa chỉ dịch vụ tầng phía trên, để bàn giao các gói tin cho các đích sau của chúng

IPX xác định hai kiểu địa chỉ:

Địa chỉ liên mạng Địa chỉ này là của các segment trên mạng, nhận biết bằng

số của mạng được ấn định trong suốt quá trình cài đặt

Địa chỉ nút nội bộ Địa chỉ này được xử lý bên trong một nút nó được nhận

biết bằng số của socket

Các giao thức IPX chỉ được sử dụng trên các mạng với các Netware server và

nó thường được cài đặt với các giao thức khác phù hợp với nó như TCP/IP Netware hoạt động theo hướng sử dụng TCP/IP như là một tiêu chuẩn

Giao thức trao đổi gói tin tuần tự SPX (Sequenced packet exchange) là một giao thức tầng chuyển tải mở rộng IPX để cung cấp dịch vụ hướng giao kết có khả năng bàn giao đáng tin cậy Khả năng bàn giao đáng tin cậy được bảo đảm bằng cách truyền lại các gói tin trong trường hợp bị lỗi SPX thiết lập các mạng ảo có tên các tuyến giao kết [connection] Số hiệu giao kết của mỗi tuyến giao kết xuất hiện trong phần đầu SPX Tiến trình của một tầng phía trên có thể kết hợp với nhiều số hiệu giao kết SPX được dùng trong các tình huống cần truyền dữ liệu đáng tin cậy SPX lập chuỗi các gói tin dữ liệu Việc thất lạc các gói tin hoặc các gói tin không đến theo thứ tự mà chúng đã được gửi đều được phát hiện ngay lập tức Ngoài ra, SPX còn cung cấp tính năng dồn kênh giao kết, được dùng trong môi trường in Ví dụ, nhiều chương trình

kế toán yêu cầu các dịch vụ của SPX để bảo đảm dữ liệu được truyền chính xác

1.6.7 Giao thức chuyển mạch gói X25

X25 là một giao thức được sử dụng trong mạng chuyển mạch gói Mạng chuyển mạch gói được sinh ra để phục vụ các dịch vụ chuyển mạch nhằm thiết lập các kết nối đầu cuối ở xa đến các hệ thống máy chủ lớn

Một mạng chuyển mạch gói X25 như chỉ ra trong hình 1.18 sử dụng các bộ chuyển mạch, các mạch dẫn, các bộ định tuyến có sẵn để cung cấp một tuyến đường ngắn nhất Các bộ này có thể thay đổi một cách nhanh chóng tuỳ thuộc vào sự cần thiết và những thứ sẵn có, chúng được vẽ như những đám mây

Hình 1.18 Mạng chuyển mạch gói X25

Thời kì đầu X25 sử dụng đường điện thoại để truyền dẫn dữ liệu Phương tiện này không đáng tin cậy do có các lỗi tần số, vì vậy X25 đã phải dùng thêm các bộ kiểm tra lỗi ở bên ngoài Do hậu quả của việc sử dụng các

bộ kiểm tra lỗi và việc truyền lại nên X25 chậm

Ngày nay giao thức X25 được định nghĩa là giao diện giữa một máy chủ hoặc thiết bị khác hoạt động theo kiểu chuyển mạch gói đồng bộ và mạng

số liệu công cộng PDN thông qua một đường truyền riêng hoặc một đường cho thuê Giao diện này là một giao diện kiểu DTE/DCE (thiết bị đầu cuối số liệu/thiết bị truyền thông tin)

Ví dụ về cấu trúc của DTE bao gồm:

Một máy chủ với giao diện X25

Một bộ đóng và mở gói (PAD) bộ này nhận các ký tự không đồng bộ được đưa tới từ các đầu cuối tốc độ thấp và tập hợp chúng thành các gói dữ liệu

để truyền dẫn qua mạng Bộ PAD mở các gói nhận được từ mạng và phân phát đến các đầu cuối

Một cổng gateway giữa PDN và một mạng LAN hay WAN

Hình 1.19 mô tả một ví dụ kết hợp 3 loại DCE kể trên:

Trong việc cài đặt các giao thức của mạng WAN, X25 được kết hợp chặt chẽ trong mạng chuyển mạch gói tạo lên các dịch vụ chuyển mạch Các dịch vụ chuyển mạch này thiết lập các kết nối từ các trạm đầu cuối (DTE) xa đến các hệ thống máy chủ lớn (host computer) Mạng này sẽ bị tắc nghẽn mỗi khi có nhiều gói dữ liệu được vận chuyển đến cùng một vị trí trên mạng Đường dẫn giữa các nút là một mạch ảo trông giống như một đường đơn, liên tục, đây là một kết nối logic tới một lớp cao hơn

Mỗi gói dữ liệu có thể đi theo các tuyến đường khác nhau để tới đích Sau khi các gói dữ liệu đến chúng sẽ được lắp ráp lại thành gói dữ liệu ban đầu

Một gói bao gồm 128 byte dữ liệu; tuy nhiên địa chỉ nguồn và đích có thể làm cho kích thước của các gói dữ liệu khác nhau và nó vượt quá 128 byte Theo

lý thuyết giao thức X25 có thể hỗ trợ lớn nhất là 4095 mạng ảo đồng thời qua một đường vật lý giữa một nút và mạng X25 Tốc độ truyền dữ liệu của X25

là 64 Kbit/s

Hình 1.19 Các ví dụ của DTEs Giao thức X25 làm việc tại lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng của

mô hình tham chiếu OSI Nó có từ giữa năm 1979 và được dùng để gỡ rối, nó

là một môi trường mạng ổn đinh Tuy nhiên nó có hai thiếu sót:

Việc lưu và gửi là nguyên nhân làm cho cơ cấu bị chậm Với kiểu chuyển mạch này sẽ tạo ra thời gian trễ khoảng 6 ms và không hiệu quả đối với các dữ liệu kiểu khối lớn Tuy nhiên với kiểu truyền dẫn kiểu mạch lật Flip-Flop trễ này có thể trông thấy

Cần một bộ nhớ đệm lớn để lưu và gửi dữ liệu

X25 và TCP/IP đồng thời có thể sử dụng làm giao thức của mạng chuyển mạch gói Tuy nhiên có một vài sự khác sau giữa chúng:

TCP/IP chỉ kiểm tra lỗi đầu cuối - đầu cuối và điều khiển lưu lượng; X25 không kiểm lỗi từ nút này đến nút kia

Công việc bù đối với mạng TCP/IP là hoàn toàn thụ động, TCP/IP có nhiều phức tạp trong việc điều khiển lưu lượng

X25 yêu cầu sự chặt chẽ về các mức đường và điện, TCP/IP được thiết

kế để vận chuyển qua nhiều phương tiện khác nhau, với nhiều kiều đường dịch vụ

1.6.8 Giao thức Frame relay

Giống như mạng thông tin phát triển theo hướng số hoá và dùng môi trường truyền dẫn sợi quang Frame relay là một ưu điểm của công nghệ chuyển mạch gói đó là: nhanh, độ dài thay đổi, số hoá Với công nghệ này thì việc thiết kế X25 không cần dùng nhiều các bộ kiểm tra lỗi vì môi trường truyền dẫn là sợi quang

Frame relay được chỉ ra trong hình 1.20 là một hệ thống theo kiểu điểm-điểm sử dụng một đường chuyển mạch ảo để truyền dẫn các khung có

độ dài thay đổi ở lớp liên kết dữ liệu Dữ liệu này được vận truyển từ một mạng và thông qua một đường cho thuê để tới mạng frame relay và được chuyển đến mạng đích

Hình 1.20 Frame relay sử dụng một hệ thống điểm - điểm

Các mạng Frame relay rất được ưu chuộng bởi vì chúng nhanh hơn các

hệ thống chuyển mạch khác ở thao tác chuyển mạch cơ bản Bởi vì frame relay dùng đường dẫn ảo PVC vì vậy toàn bộ các đường dẫn từ đầu cuối tới đầu cuối đều được biết trước Không cần có thêm các thiết bị frame relay làm nhiệm vụ tháo gói và lắp ráp gói, hoặc cung cấp một đường đi tốt nhất

Các mạng Frame relay cũng cung cấp một độ rộng băng tần cần thiết và khách hành có thể chọn lựa kiểu truyền dẫn

1.6.9.Giao thức ATM

Công nghệ truyền dẫn không đồng bộ ATM ( Asynchronous Transfer Mode) một ưu điểm bổ xung của công nghệ chuyển mạch gói nó cung cấp một tốc độ truyền dữ liệu cao với việc gửi đi các gói tin có kích cỡ không đổi

thông qua băng tần rộng và băng tần cơ sở của LANs và WANs ATM có thể phù hợp với các loại hình sau:

Thoại

Số liệu

Fax

Video thời gian thực

Audio chất lượng cao

Hình ảnh

Truyền dữ liệu đa Mbit

CCITT đã định nghĩa ATM vào năm 1988 như một phần của mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng B-ISDN Độ rộng băng tần của ATM có thể được gán một cách linh hoạt tuỳ thuộc vào sự phát triển của thông tin trên mạng

Nó đều có thể thích ứng với môi trường LAN và WAN, và nó có thể truyền dẫn dữ liệu ở tốc độ rất cao (155 Mbít/s đến 622 Mbit/s hoặc cao hơn)

1.6.10 Chuẩn IEEE 802

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers - viện thiết kế điện và điện tử) là một tổ chức chuyên nghiệp lớn nhất thế giới và có ảnh hưởng rất quan trọng đối với việc xây dựng các chuẩn Uỷ ban 802 của IEEE

đã phát triển một loạt các chuẩn cho mạng cục bộ LAN và mạng diện rộng WAN Các chuẩn này đã được thừa nhận và đã được ISO tái công bố dưới dạng các chuẩn ISO 802

Hình 1.21 Mối quan hệ giữa các chuẩn IEEE 802 và mô hình OSI

IEEE 802.2

802.3 802.4 802.5 802.6 802.9 802.11 802.12

Chuẩn IEEE 802.2 định nghĩa một tầng con LLC tương đương với tầng 2 - Liên kết dữ liệu được các giao thức tầng phía dưới khác sử dụng Do các giao thức tầng phía dưới sử dụng chỉ một tầng giao thức LLC đơn lẻ, nên các giao thức tầng mạng có thể có được thiết kế độc lập với tầng vật lý của mạng và các thực thi tầng con MAC

LLC chắp vào các gói tin một phần đầu định danh các giao thức tầng phía trên, kết hợp với khung Phần đầu cũng khai báo các tiến trình là nguồn

và đích của mỗi gói tin

IEEE 802.3

Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa một mạng phát sinh từ mạng Ethernet, thoạt đầu được phát triển bởi các hãng Digital, Intel, và Xerox Chuẩn này định nghĩa các đặc tính liên quan đến tầng con MAC của tầng nối kết dữ liệu

và tầng vật lý OSI Tầng con MAC dùng dạng truy cập tranh chấp có tên CSMA/CD

IEEE 802.4

Chuẩn 802.4 mô tả một mạng có tôpô bus vật lý điều khiển việc truy cập vận tải theo cơ chế thẻ bài Chuẩn đã được thiết kế để thoả các nhu cầu của các hệ thống tự động hoá về công nghiệp nhưng lại ít được phổ dụng Cả hai cấu hình băng tần cơ sở lẫn băng tần rộng (dùng cáp đồng trục 75Ohm) đều có sẵn

IEEE 802.5

Chuẩn IEEE 802.5 xuất xứ từ mạng TokenRing của IBM, sử dụng tôpô lôgic vòng khâu và cơ chế điều khiển truy cập vật tải gốc thẻ bài Tốc độ dữ liệu 1, 4, và 16 Mbps đã được định nghĩa Chuẩn IEEE 802.5 không mô tả một hệ đấu cáp Hầu hết các thực thi đều dựa trên hệ cáp IBM, sử dụng cáp xoắn cặp được đấu dây theo hình sao vật lý

IEEE 802.6

Chuẩn IEEE 802.6 mô tả một chuẩn MAN tên DQDB (Distributed Queue Dual Bus = bus đôi có hàng đợi phân phối) Không chỉ là một công nghệ mạng dữ liệu, DQDB rất thích hợp với các phiên truyền dữ liệu, tiếng,

và video Mạng dựa trên cáp quang theo cấu hình tôpô bus đôi Lượng lưu

thông trên mỗi bus là một chiều Khi hoạt động theo từng cặp, hai bus cung cấp một cấu hình dung lỗi Băng thông được phân bổ bằng các khe thời gian,

và các chế độ đồng bộ và dị bộ đều được hỗ trợ

IEEE 802.9

Chuẩn IEEE 802.9 hỗ trợ một kênh dị bộ 10Mbps, cùng với 96 kênh 64Kbps (tổng băng thông 6 Mbps) có thể chuyên trách các luồng dữ liệu cụ thể Tổng băng thông là 16 Mbps Chuẩn này có tên là Ethernet đẳng thời (isoEnet) và được thiết kế cho các cơ sở có lượng lưu thông gián đoạn và quan trọng về thời gian

IEEE 802.11

IEEE 802.11 là một chuẩn cho các LAN vô tuyến, hay còn gọi là mạng không dây ( Wireless LAN – WLAN) Chuẩn này áp dụng vào các thiết bị không dây hoạt động từ 1 đến 2 Mbps Tiếp đó là chuẩn 802.11b, nó có khả năng truyền tốc độ 11 Mbps 802.11b có thể được coi là mạng không dây tốc độ cao nó hoạt động với tốc dộ 1, 2, 5.5 và 11 Mbps Một chuẩn 802.11 nữa đó

là chuẩn 802.11a là chuẩn trong hầu hết các thiết bị WLAN hoạt động trong băng tần 5 GHz Chuẩn này có khả năng hỗ trợ thông lượng lên đến 54 Mbps

IEEE 802.12

Chẩn IEEE 802.12 dựa trên một đề nghị 100Mbps của các hãng AT&T, IBM, và HewlettPackard Được gọi là 100VGAnyLAN, mạng này dựa trên một tôpô đấu dây hình sao và phương pháp truy cập gốc tranh chấp qua đó các thiết bị phát tín hiệu cho trung tâm đấu dây về một nhu cầu truyền dữ liệu Các thiết bị chỉ có thể truyền khi được trung tâm giao giấy phép Chủ trương của chuẩn này là cung cấp một mạng cao tốc có thể hoạt động trong các môi trường hỗn hợp Ethernet và Token Ring bằng cách hỗ trợ cả hai kiểu khung

Chương II: Các thiết bị mạng thông dụng và các loại môi trường truyền

thông 2.1 Các thiết bị mạng thông dụng

Các thiết bị mạng máy tính có thể chia ra làm hai loại

và các thiết bị khác phục vụ cho trực tiếp cho người dùng Các thiết bị đầu cuối cung cấp cho người sử dụng một kết nối đến mạng còn được gọi là host

Thiết bị mạng: Bao gồm tất cả các thiết bị kết nối các thiết bị đầu cuối

lại với nhau giúp chúng có thể truyền tin Cung cấp các phương tiện vận chuyển dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối 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

2.1.1 Card mạng (NIC-Network Interface Control)

Là thiết bị dùng để kết nối máy tính vào môi trường mạng Một NIC là một bản mạch in được cắm vào trong khe mở rộng của bản mạch chính hay thiết bị ngoại vi của một máy tính NIC cũng có thể xem là một bộ thích nghi mạng Mỗi NIC chứa một địa chỉ duy nhất được gọi là địa chỉ MAC(Media Access Control) địa chỉ này do nhà sản xuất quy định Địa chỉ này được dùng

để điều khiển hoạt động truyền số liệu trên mạng

Hình 2.1 Card mạng NIC

2.1.2 Bộ phát lặp (Repeater)

Là thiết bị mạng dùng để tái sinh tín hiệu đã bị suy thoái do tổn thất năng lượng trong khi truyền Mục đích là để tăng cường tín hiệu được truyền qua các cự ly xa Một Repeater tiếp thu tín hiệu tái sinh nó và truyền đi và như vậy bộ phát lặp làm việc tại lớp vật lý theo mô hình tham chiếu OSI Bộ phát lặp (repeater) chỉ hỗ trợ cho cùng một phương thức truy nhập mạng Nó không thể kết nối hai đoạn mạng có phương thức truy nhập khác nhau ví dụ như mạng 802.3 LAN ( Ethernet) với 802.5 LAN (Token ring)… Bộ phát lặp cũng không thể phiên dịch gói tin và lọc các gói tin Hai phương pháp hay sử dụng cho bộ phát lặp là CSMA/CD và Token Passing

Bộ phát lặp là phương thức rẻ tiền nhất để mở rộng một mạng theo hai hình thức: Khoảng cách ( đây chính là lý do chính) và có thể tăng cả số lượng máy trạm làm việc Tuy nhiên do không có tính năng lọc và loại trừ các gói tin không cần thiết giữa các đoạn mạng vì vậy khi số lượng máy tăng lên ở các đoạn mạng thì vẫn ảnh hưởng tới lượng lưu thông trên mạng Không lên dùng bộ lặp để mở rộng một mạng đã có tải lớn hoặc mạng yêu cầu bộ lọc gói tin từ hai phương thức truy nhập trở lên

số lượng các máy trạm làm việc trên mạng LAN tuy nhiên nó không thể kết nối một mạng LAN vào một mạng WAN

2.1.4 Bộ cầu nối (Bridge)

Bộ cầu nối được sử dụng để chia một LAN lớn thành các LAN nhỏ Mỗi LAN nhỏ được gọi là một phân đoạn (segment) Mục đích là để giảm lưu lượng trên LAN đơn và mở rộng phạm vi địa lý của LAN và nâng cao hiệu suất mạng

Chức năng của bộ cầu nối là đưa ra một quyết định thông minh liên quan đến việc có chuyển hay không chuyển các tín hiệu lên segment kế tiếp của mạng Quá trình này diễn ra như sau:

Nếu thiết bị đích là trên cùng phân đoạn (segment) với thiết bị gửi thì

bộ cầu nối sẽ chặn khung tin không cho cho chuyển lên các port dẫn đến các segment khác

Hình 2.4 Bộ cầu nối Bridge

Nếu thiết bị đích ở trên các segment khác, bridge chuyển khung tin lên segment thích hợp

Hình 2.3 Bộ tập trung Hub

Nếu bridge không biết được địa chỉ đích, nó sẽ chuyển khung tin lên tất

cả các segment ngoại trừ segment mà khung tin từ đó tới

Bộ cầu nối làm việc theo nguyên tắc mỗi một nút mạng phải có một địa chỉ

riêng của nó, cầu nối sẽ chuyển tiếp gói tin trên cơ sở địa chỉ của nút đích Thông thường các bộ cầu nối có các cấp độ thông minh khác nhau trong việc định luồng chuyển tiếp số liệu Tất cả các luồng thông tin đều được truyền qua cầu nối, các thông tin về địa chỉ của các máy tính trên mạng sẽ được lưu trong RAM của cầu nối và được sử dụng để xây dựng bảng định tuyến và phân biệt xem máy tính nào thuộc phân đoạn nào của mạng

Vì bộ cầu nối là một công cụ rất mạnh trong việc mở rộng và phân đoạn hoá mạng nên nó thường được sử dụng trong các mạng lớn mà các mạng này thường có nhu cầu truy nhập từ xa qua mạng điện thoại Bình thường chỉ cần một cầu nối cho hai đoạn mạng, tuy nhiên khi khi có hai mạng LAN riêng biệt nằm ở các khoảng cách xa nhau vẫn có thể nối chung thành một một mạng, để thực hiện điều này cần hai bộ cầu nối xa được nối với nhau các Modem đồng bộ sử dụng đường thoại riêng như hình 2.5

Hình 2.5 Bộ cầu nối xa

Sự khác nhau giữa cầu nối và bộ lặp ở chỗ bộ cầu nối làm việc ở mức hai trong mô hình OSI, điều đó có nghĩa nó thông minh hơn bộ phát lặp và có thể xử lý được một số tính chất của dữ liệu, cũng giống như bộ lặp bộ cầu nối tái tạo lại số liệu song nó tái tạo lại ở mức gói tin vì thế có thể gửi các gói tin này tới một khoảng cách xa nhờ các phương tiện chuyền dài Bộ cầu nối cung

cấp cho mạng hiệu năng tốt hơn là bộ lặp vì cầu nối có thể chia mạng thành các phân đoạn nhỏ ví dụ như một mạng Ethernet lớn có thể chia thành hai phân đoạn kết nối với nhau qua bộ cầu nối, mỗi một mạng mới có ít lượng gói tin vận chuyển hơn và ít bị xung đột hơn

2.1.5 Bộ chuyển mạch (Switch)

Một switch đôi khi được mô tả như một bridge đa port Một bridge thông thường chỉ có hai port liên kết với hai segment mạng Switch có thể có nhiều port tuỳ thuộc vào số lượng segment được liên kết Mặc dù có vài điểm tương đồng giữa hai thiết bị này nhưng một switch là thiết bị phức tạp hơn bridge Một bridge xác định có chuyển khung tin 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 vì cũng giống như bridge các switch cũng cải thiện hiệu suất mạng bằng cách cải thiện được tốc

độ và băng thông

Switching là một kỹ thuật làm giảm mức độ nghẽn xảy ra trong các Ethernet LAN bằng cách giảm lưu lượng và tăng băng thông Các switch thay thế dễ dàng cho các hub bởi switch làm việc với hạ tầng cáp đã có

Trong các hoạt động truyền số liệu ngày nay, tất cả các switch đều thực hiện hai hoạt động cơ bản Hoạt động thứ nhất là hoạt động chuyển mạch cho khung số liệu Việc chuyển mạch cho khung số liệu là quá trình mà qua đó một khung số liệu được tiếp nhận từ đầu vào và được chuyển đi trên một ngõ

ra Hoạt động thứ 2 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 Các switch hoạt động với tốc độ cao hơn nhiều so với bridge và có thể hỗ trợ nhiều tính năng mới, ví dụ như LAN ảo (VLAN)

Một Ethernet switch có nhiều lợi ích Một trong số đó là nó cho phép nhiều người sử dụng truyền thông cho nhau diễn ra song song qua các mạch

ảo và các segment mạng dành riêng trong một môi trường ảo không đụng độ Điều này làm tối đa băng thông khả dụng trên môi trường chia sẻ Một lợi ích khác là việc chuyển sang môi trường LAN chuyển mạch thì rất hiệu quả về

kinh tế bởi vì có thể dùng lại toàn bộ hệ thống cáp cũng như phần cứng có sẵn

2.1.6 Bộ định tuyến(Router)

Trong môi trường chứa nhiều đoạn mạng cùng với các kiểu kiến trúc và giao thức khác nhau bộ cầu nối có thể không thích hợp cho việc đảm bảo liên lạc tốc độ cao trên tất cả các đoạn mạng Tổng thể một mạng không chỉ cần một thiết bị phân biệt các địa chỉ mạng trên từng phân đoạn mà còn cần phải thực hiện tìm một tuyến đường đi tốt nhất cho việc gửi dữ liệu và lọc các luồng thông tin quảng bá tới phân đoạn mạng tại chỗ Thiết bị đáp ứng yêu cầu này chính là bộ định tuyến (Router)

Bộ định tuyến làm việc tại lớp mạng trong mô hình OSI (hình 2.7), điều đó có nghĩa là nó có thể chuyển mạch và tìm đường cho các gói tin thông qua liên mạng

Để thực hiện việc đó, bộ định tuyến trao đổi các thông tin đặc biệt về giao thức giữa các mạng riêng bịệt Router đọc thông tin định địa chỉ của liên mạng trong các gói tin và với chức năng ở lớp mạng (khác với bộ cầu nối) nó

có thể bổ xung thêm thông tin để tăng chất lượng chuyển giao gói tin mặc dù các tính năng như bộ cầu nối nó vẫn đảm bảo

Bộ định tuyến luôn duy trì bảng định tuyến riêng của mình, nó thường chứa các địa chỉ mạng, địa chỉ máy tính mạng, thậm chí cả kiến trúc mạng mỗi khi có cơ hội Để thực hiện việc định địa chỉ đích cho các gói tin đến trong bảng định tuyến sẽ bao gồm các nội dung sau:

Hình 2.6 Bộ Switch

38

Hình 2.7 Bộ định tuyến trong mô hình OSI Tất cả các địa chỉ mạng hiện có

Thủ tục kết nối với các mạng khác

Các tuyến đường kết nối giữa các bộ định tuyến

Mức độ tổn phí (giá thành) của thông tin khi qua các tuyến đường

2.2 Các loại môi trường truyền thông

Thông tin muốn di chuyển được từ máy tính này tới máy tính khác thì

nó phải đi qua một môi trường nhất định Môi trường đó được gọi là môi trường truyền thông Các thông tin khi được truyền đi trong môi trường truyền thông nó đều là những loại năng lượng điện từ Và tuỳ vào từng loại năng lượng điện từ mà ta có các môi trường truyền dẫn khác nhau Dưới đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số môi trường truyền thông điển hình

2.2.1 Cáp đồng trục

Cáp đồng trục bao gồm một ống dẫn điện hình trụ tròn rỗng vây quanh một dây dẫn đơn bên trong chúng tạo thành hai phần tử dẫn điện Phần dây dẫn đơn nằm ngay giữa cáp làm bằng đồng Xung quanh dây dẫn này bao phủ một lớp cách điện mềm Ngoài lớp cách điện này là một lưới đồng hay kim loại đóng vai trò là dây dẫn thứ hai trong mạch và như một màn chắn cho dây dẫn bên trong Lớp thứ hai này nhằm giảm lượng xuyên nhiễu điện từ Bao phủ lớp lưới chắn là vỏ cáp

Đối với các mạng LAN cáp đồng trục có một số các ưu điểm Trong điều kiện không dùng Repeater nó cho phép cự ly dài hơn so với cáp xoắn đôi

có bảo vệ STP hay cáp xoắn đôi không bảo vệ UTP Nếu dùng Repeater sinh tín hiệu thì chúng có thể bao phủ qua khoảng cách rất lớn Cáp đồng trục nó được sử dụng trong nhiều năm qua cho nhiều dạng truyền số liệu, bao gồm cả

vô tuyến truyền hình

Hình 2.8 Ví dụ các Router trong liên mạng

Hình 2.9 Cáp đồng trục gầy RG -58A/U

Cáp đồng trục có hai loại kích thước khác nhau Loại có đường kính lớn nhất được dùng cho cáp đường trục của mạng Ethernet, bởi chúng có chiều dài truyền dẫn lớn hơn và có đặc tính kháng nhiễu tốt Loại cáp đồng trục này gọi

là thicknet Đúng như tên của nó, loại cáp này khá cứng khiến cho khó khăn trong việc lắp đặt ở một số tình huống Nói chung đường truyền mạng càng khó lắp đặt thì chi phí mạng càng cao Cáp đồng trục có chi phí lắp đặt cao hơn cáp xoắn đôi Cáp thicknet hầu như chẳng bao giờ được dùng nữa, ngoại trừ cho các lắp đặt cho các mục đích đặc biệt

Trong các cáp đồng trục loại thinnet với đường kính chỉ 0,35 cm được dùng trong các mạng Ethenet Nó đặc biệt hữu ích trong việc lắp đặt có nhiều chỗ uốn khúc và xoắn Vì dễ dàng lắp đặt lên chi phí chạy cáp của thinnet rẻ hơn Lớp lưới kim loại bao trong cáp đồng trục là một nửa của mạch điện cho nên phải hết sức cẩn thận trong việc kết nối hai đầu sợi thật chắc chắn để đảm bảo nối đất tốt Một đầu nối tồi là một trong những nguồn gây rối lớn nhất ở phần lắp đặt cáp Các vấn đề kết nối dẫn đến nhiễu điện thâm nhập vào tín hiệu truyền trên môi trường mạng Vì lý do này mà thinnet không còn được dùng phổ biến và cũng không còn được hỗ trợ trong các tiêu chuẩn mới của mạng Ethernet (100Mbps hay cao hơn)

2.2.2 Cáp xoắn cặp STP ( Shield Twisted – Pair)

Cáp STP kết hợp các kỹ thuật chắn và bảo vệ, triệt nhiễu và xoắn dây Mỗi đôi dây được gói trong một lá kim loại, bốn đôi dây lại được bọc chung trong một lưới kim loại nó có trở kháng thông thường là 150 Ohm Như đặc tả cho việc sử dụng trong lắp đặt mạng Ethernet STP giảm nhiễu điện từ giữa các đôi dây và nhiễu xuyên âm STP cũng hạn chế nhiễu điện từ bên ngoài ,

ví dụ các xuyên nhiễu điện từ trường (EMI) và xuyên nhiễu tần số radio(RFI) Tuy nhiên loại cáp này cũng đắt tiền hơn nhiều so với cáp UTP

Một dạng mới lai ghép giữa STP và UTP truyền thống được gọi là ScTP ( Screened TP), cũng còn gọi là FTP ( Foil TP) ScTP có kiến trúc cơ bản giống với UTP nhưng được bọc trong một lá chắn kim loại Đây là loại cáp thường có trở kháng 100 Ohm hay 120 Ohm