Chuong 11 Mạng máy tính

Trước đây chúng ta thường hiểu thiết bị là các máytính, nhưng ngày nay thiết bị end-system, device khụng chỉ là cỏc mỏy tớnh mà cũn baogồm nhiều chủng loại thiết bị khỏc vớ dụ như các má

CHƯƠNG 11 MẠNG MÁY TÍNH

11.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Truyền thụng mỏy tớnh (computer communications) là quỏ trỡnh truyền dữ liệu từ một

thiết bị này sang một thiết bị khỏc Trước đây chúng ta thường hiểu thiết bị là các máytính, nhưng ngày nay thiết bị (end-system, device) khụng chỉ là cỏc mỏy tớnh mà cũn baogồm nhiều chủng loại thiết bị khỏc vớ dụ như các máy điện thoại di động, máy tính, … Khái niệm mạng liên quan đến nhiều vấn đề:

 Giao thức truyền thụng (protocol): Mụ tả những nguyờn tắc mà cỏc thành phần

mạng cần phải tuân thủ để có thể trao đổi được với nhau

 Topo (mụ hỡnh ghộp nối mạng): Mụ tả cỏch thức nối cỏc thiết bị với nhau.

 Địa chỉ: Mô tả cách định vị một thực thể.

 Định tuyến (routing): Mô tả cách dữ liệu được chuyển từ một thiết bị này sang

một thiết bị khỏc thụng qua mạng

 Tớnh tin cậy (reliability): Giải quyết vấn đề tính toàn vẹn dữ liệu, đảm bảo rằng

dữ liệu nhận được chính xác như dữ liệu gửi đi

 Khả năng liên tác (interoperability): Chỉ mức độ các sản phẩm phần mềm và

phần cứng của các hóng sản xuất khỏc nhau cú thể giao tiếp với nhau trong mạng

 An ninh (security): Gắn liền với việc đảm bảo an toàn hoặc bảo vệ tất cả các thành

Một mạng truyền thông mà hầu hết mọi người đều quen thuộc ngày nay là mạng máy tínhInternet Thực ra đây là một tập hợp các mạng - mạng của các mạng

 Môi trường truyền (media) mà truyền thông được thực hiện qua đó Môi trườngtruyền có thể là các loại dây dẫn (cáp), sóng (đối với các mạng không dây), …

 Giao thức (protocol) là quy tắc quy định cách thức trao đổi dữ liệu giữa các thựcthể

Tóm lại, mạng máy tính là một tập hợp các máy tính và các thiết bị khác (các nút), chúng

sử dụng một giao thức mạng chung để chia sẻ tài nguyên với nhau nhờ các phương tiệntruyền thông mạng

Thiết bị, nỳt, mỏy tớnh

Thiết bị (device) được dùng có thể là các thiết bị đầu cuối, máy in, máy tính, hoặc một thiết

bị phần cứng Ví dụ như các server truyền thông, repeater (bộ lặp), bridge (cầu), switch,router (bộ định tuyến) và rất nhiều thiết bị đặc biệt khác

Núi chung tất cả các thiết bị mạng đều dùng một số phương pháp cho phép xác định duynhất chúng, thường thỡ thiết bị được chính hóng sản xuất gắn một số nhận dạng duy nhất.Việc làm này tương tự như việc in số seri trên tivi hoặc các đồ dùng điện tử khác Ví dụ,card Ethernet được gán một địa chỉ duy nhất bởi hóng sản xuất

Khi mô tả các thành phần mạng, cần phân biệt giữa khái niệm thiết bị (device) và máy tính(computer) Xem xét ở khía cạnh thiết bị mạng, máy tính thường được gọi là host (hoặcserver) hoặc trạm làm việc (workstation) Thuật ngữ này thường dùng để chỉ những hệthống máy tính có hệ điều hành riêng của chúng (ví dụ Windows) Vỡ vậy một workstation

cú thể là một mỏy tớnh cỏ nhõn, cũng cú thể là một workstation đồ họa (ví dụ cácworkstation đồ họa được sản xuất bởi Sun Microsystems, Silicon Graphics, IBM, Hewlett-Packard, Compaq Computer Corporation); một superminicomputer như Compaq’s VAXhay một hệ thống IBM AS/400, một super-microcomputer như Compaq’s Alpha; hoặc cóthể là một máy tính lớn (mainframe) như IBM ES-9000

Phương tiện và các giao thức truyền thông của mạng

Để chia sẻ thông tin và sử dụng các dịch vụ trên mạng, các thành phần của mạng phải cókhả năng truyền thông được với nhau Để đáp ứng được yêu cầu này, cần xột tới hai tiờuchớ cụ thể của mạng: Khả năng liên kết (connectivity) và ngôn ngữ (language) Khả năngliên kết chỉ đường truyền hoặc kết nối vật lý giữa cỏc thành phần; ngụn ngữ chỉ một bảng

từ vựng cựng cỏc quy tắc truyền thụng mà cỏc thành phần phải tuõn theo

Phương tiện truyền thụng (media)

Môi trường vật lý được sử dụng để kết nối các thành phần của mạng thường được gọi làphương tiện truyền thông (medium, media) Phương tiện truyền thông mạng được chiathành hai loại: Cáp (cable) và không dây (wireless) Ví dụ, cáp truyền thông có thể là cápxoắn đôi (twisted-pair), cáp đồng trục (coaxial), cáp sợi quang (fiber-optic cable) Truyềnthông không dây có thể là sóng radio (gồm sóng cực ngắn hay việc truyền thông qua vệtinh), bức xạ hồng ngoại

Hỡnh 11.1 Sợi cỏp quang

Giao thức (Protocols)

Ngôn ngữ được sử dụng bởi các thực thể mạng gọi là giao thức truyền thông mạng Giaothức giúp các bên truyền thông “hiểu nhau” bằng cách định nghĩa một ngôn ngữ chung chocác thành phần mạng Từ ý nghĩa khỏi quỏt như vậy, có thể hiểu giao thức truyền thôngmạng là các thủ tục, quy tắc hoặc các đặc tả chính thức đó được chấp nhận nhằm xác địnhhành vi và ngôn ngữ trao đổi giữa các bên Nói chung trong cuộc sống hàng ngày, chúng tacũng áp dụng những quy tắc nào đó Ví dụ, khi đi đến những nơi đũi hỏi tớnh trang trọng,mọi người phải tuân theo những nghi thức đặc biệt về ăn mặc (ví dụ nam giới phải mặc áovét có thắt caravat) Nhưng khi đến các quán ăn bỡnh dõn thỡ lại khụng cần ăn mặc trangtrọng như vậy Trong mạng và truyền thông máy tính, giao thức mạng là bản đặc tả chínhthức định nghĩa cách thức “xử sự” của các thực thể tham gia truyền thông với nhau Ở đâykhái niệm thực thể bao gồm cả các thiết bị phần cứng cũng như các phần mềm Giao thứcmạng cũng định nghĩa khuôn dạng dữ liệu được trao đổi giữa các bên Nói một cách ngắngọn, giao thức mạng định nghĩa bảng từ vựng và các quy tắc áp dụng truyền thông dữ liệu.Không có môi trường truyền, không thể trao đổi thông tin giữa các thực thể mạng; không

có một ngôn ngữ chung, không thể hiểu được nhau Vỡ vậy, đường truyền cung cấp môitrường để thực hiện truyền thông, trong khi đó ngôn ngữ chung đảm bảo hai bên truyềnthông hiểu được nhau Điều này cũng giống như cuộc nói chuyện điện thoại giữa mộtngười chỉ nói được tiếng í và một người khác chỉ nói được tiếng Nga Đó cú đường điệnthoại rồi, lúc này hai người có thể nói và nghe thấy giọng nói của nhau (truyền dữ liệuđược thực hiện) nhưng họ không giao tiếp được với nhau vì người này không hiểu đượcngôn ngữ của người kia Họ nói chuyện bằng hai thứ tiếng khác nhau

Vớ dụ về một giao thức mạng quen thuộc là giao thức TCP/IP - một trong những giao thứccủa bộ giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) TCP/IP đượccoi là xương sống của Internet Tuy tên gọi TCP/IP chỉ hai giao thức cụ thể là TCP và IPnhưng nó thường được sử dụng để chỉ nhóm gồm nhiều giao thức Có thể kể đến một sốgiao thức trong bộ giao thức TCP/IP như FTP (File Transfer Protocol) định nghĩa cáchchuyển file; HTTP (the Hypertext Transport Protocol) được dùng cho World Wide Web(WWW), định nghĩa cách các server cần phải truyền các các tài liệu (trang Web) tới cácclient (Web Browser) như thế nào Ngoài ra cũng phải kể đến ba giao thức được sử dụngcho thư điện tử (email) là Post Office Protocol (POP), Simple Mail Transfer Protocol(SMTP) và Internet Mail Access Protocol (IMAP)

11.1.2 Phõn loại mạng mỏy tớnh

Cú rất nhiều kiểu mạng mỏy tớnh khỏc nhau Việc phân loại chúng thường dựa trên cáctiêu chí khác nhau Ví dụ, mạng máy tính thường được phân loại theo vùng địa lý: Mạngcục bộ, mạng diện rộng,…;theo topo ghép nối mạng: điểm-điểm (point-to-point) hay

broadcast; hoặc theo kiểu đường truyền thông mà mạng sử dụng và cỏch truyền dữ liệu đi,

ví dụ mạng chuyển mạch ảo, hay chuyển mạch gói

Hỡnh 11.2 Một mạng LAN đơn giản

Phân loại mạng theo diện hoạt động

Nếu phân loại theo diện hoạt động, mạng máy tính có thể được phân chia thành:

 Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN)

 Mạng diện rộng (Wide Area Network - WAN)

 Mạng thành phố (Metropolitan Area Network - MAN)

 Mạng toàn cầu (Global Area Network - GAN)

 Mạng cỏ nhõn (Personal Area Network - PAN)

 Mạng lưu trữ (Storage Area Network - SAN)

Mạng cục bộ (LAN) liên kết các tài nguyên máy tính trong một vùng địa lý cú kớch thước

hạn chế Đó có thể là một phũng, vài phũng trong một tũa nhà, hoặc vài tũa nhà trong mộtkhu nhà Cụm từ “kớch thước hạn chế” không được xác định cụ thể nên một số người xácđịnh phạm vi của mạng LAN bằng cách định bán kính của nó nằm trong khoảng vài chụcmét đến vài km Viện Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) xác định bánkính của mạng LAN nhỏ hơn 10km Ví dụ về một số mạng LAN: Ethernet/802.3, tokenring, mạng FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Mạng diện rộng (WAN), liên kết các tài nguyên máy tính trong một vùng địa lý rộng (cú

bỏn kớnh trờn 100km) như thị xó, thành phố, tỉnh/bang, quốc gia Cú thể coi mạng WANgồm nhiều mạng LAN kết nối với nhau Vớ dụ về mạng WAN: ISDN (Integrated ServicesData Network), frame relay, SMDS (Switched Multimegabit Data Service) và ATM(Asynchronous Transfer Mode)

Hỡnh 11.3 Mạng WAN - kết hợp của nhiều mạng LAN qua cỏc router

Một số người phân biệt kỹ hơn giữa mạng LAN và WAN Do vậy xuất hiện phõn loại

Mạng thành phố (MAN) Mạng này liờn kết cỏc tài nguyờn mỏy tớnh trong một thành phố.

Giả sử cú một cụng ty kinh doanh cú nhiều tũa nhà trong tỉnh/thành phố Mỗi tũa nhà cúmột mạng LAN riờng của nú, những mạng LAN này được kết nối với nhau, kết quả ta cúmột mạng MAN vỡ tất cả cỏc tũa nhà là ở trong cựng một tỉnh/thành phố Nhỡn chung,mạng MAN được dùng để chỉ các mạng có diện hoạt động lớn hơn mạng LAN nhưng nhỏhơn mạng WAN

Hỡnh 11.4 Mạng MAN - kết hợp nhiều mạng LAN trong một khu vực địa lý

Một loại mạng nữa là Mạng cỏ nhõn (PAN), chỉ một mạng máy tính nhỏ sử dụng trong

gia đỡnh Giỏ mỏy tớnh ngày càng rẻ làm cho số gia đỡnh cú nhiều mỏy tớnh ngày càngtăng nhanh, dẫn đến nhu cầu xuất hiện mạng PAN vỡ người sử dụng máy tính trong giađỡnh bắt đầu nhận ra tính tiện lợi khi kết nối các máy tính lại với nhau Ví dụ, có thể nốicác máy tính trong nhà đến cùng một máy in, không cần phải mua máy in cho mỗi máytính PAN cũng cho phép người dùng máy tính ở nhà sử dụng một máy làm file serverchứa tất cả phần mềm ứng dụng và dữ liệu người dùng Có thể truy cập đến server này từbất cứ máy nào nối với mạng gia đỡnh PAN cũng giỳp các thành viên trong gia đỡnh truycập đến bất cứ tài nguyên nào được dùng chung trong gia đỡnh ngay từ phũng riờng củahọ

Mạng toàn cầu (GAN) Mạng này là mạng của các mạng WAN trải rộng trên phạm vi toàn

cầu Ví dụ, nhiều công ty như Mc Donald Restaurants hoạt động ở ở nhiều nước trên thế

giới Việc kết nối những mạng của các công ty con lại với nhau tạo thành mạng GAN.Mạng toàn cầu Internet cũng là một mạng GAN.

Phõn loại mạng theo mụ hỡnh ghộp nối

Một cách khác để phân loại mạng là theo topo - mô hỡnh ghép nối mạng Có thể so sánhtopo mạng với bản thiết kế của một ngôi nhà, trong đó hệ thống điện, sưởi, điều hũa, vànước được tích hợp với nhau trong một thiết kế chung nhất, hoàn chỉnh Có 3 chiến lượckết nối tổng quát: điểm-điểm (point-to-point), broadcast (điểm-nhiều điểm) và multidrop(đa chặng)

Mụ hỡnh điểm-điểm (point-to-point)

Một mạng point-to-point gồm cỏc nỳt, một nỳt chỉ cú thể liờn lạc với một nỳt liền kề Mộtmạng point-to-point cú thể bao gồm hàng ngàn nỳt, mỗi nỳt nối trực tiếp với một số nútnào đó Nếu một nút cần liên lạc với một nút không liền kề, nó buộc phải liên lạc gián tiếpthông qua chuỗi các nút khác Đầu tiên, nút nguồn chuyển thông điệp tới nút liền kề với

nó Thông điệp này sau đó sẽ được chuyển một cách tuần tự qua một dóy các nút liền kềnhau cho đến khi nó đến được nút đích Việc truyền dữ liệu thông qua một nút liền kề đếnmột nút khác thường được gọi là bridging hoặc routing (định tuyến) - tùy thuộc vào kỹthuật truyền tin Có một số topo mạng dựa trên mô hỡnh point-to-point Xột hai dạng topomạng point-to-point phổ biến: star (hỡnh sao) và tree (dạng cõy)

Mô hình sao (Star)

Đặc điểm chính của mạng hỡnh sao là cú một hub xử lý trung tõm - hub này là trung tõmtruyền tin cho tất cả cỏc nỳt Cấu hỡnh mạng hỡnh sao đơn giản được minh họa trong hỡnh11.5 Để các nút có thể truyền thông cho nhau, tất cả dữ liệu phải được truyền qua hub Do

đó khi hub ngừng hoạt động toàn bộ mạng cũng ngừng hoạt động

Hỡnh 11.5 Mụ hỡnh sao cỏc thiết bị nối vào một HUB duy nhất

trong hỡnh 11.6 Một ứng dụng của mụ hỡnh này là mạng IEEE 802.12, hay cũn gọi là100VG-AnyLAN, trong đó các hub được sắp thành tầng tạo thành một mụ hỡnh phõn cấp.

Hỡnh 11.6 Mụ hỡnh cây

Mụ hỡnh điểm - nhiều điểm (Broadcast)

Mụ hỡnh này gồm cỏc nỳt cựng dựng chung một kờnh truyền thụng Khỏc với mụ hỡnhđiểm - điểm, dữ liệu do một máy gửi đi sẽ được truyền đến tất cả các nút trên kênh truyềndùng chung do vậy nó được gọi là Broadcast hay Quảng bá Các máy sẽ kiểm tra xem liệuchúng có phải là đích đến của thông điệp đó hay không bằng cách kiểm tra địa chỉ đến(destination address) của thông điệp Các máy không phải là đích đến của thông điệp sẽ bỏqua thông điệp này Chỉ có nút là đích đến của thông điệp mới tiếp nhận thông điệp Điềunày cũng tương tự như một lớp học gồm nhiều sinh viên và một giáo viên Nếu giáo viênđưa ra một câu hỏi, tất cả sinh viên đều nghe thấy câu hỏi nhưng chỉ sinh viên được giáoviên chỉ định mới trả lời câu hỏi này Môi trường dùng chung ở đây chính là không khí,câu hỏi của giáo viên là một dạng thông điệp, lan truyền trong không khí và đến tai tất cảcác sinh viên

Mụ hỡnh điểm - nhiều điểm có một số dạng topo phổ biến, đó là bus và ring Các hệ thốngtruyền thông vệ tinh cũng dựa trên mô hỡnh điểm - nhiều điểm

Bus

Một cấu hỡnh bus điển hỡnh được minh họa trong hỡnh 11.7 Rừ ràng topo dạng bus thuộc

mụ hỡnh điểm - nhiều điểm: Các nút mạng được nối đến cùng một kênh truyền

Hỡnh 11.7 Dạng Bus dựng chung

Vòng (ring)

Trong cấu hỡnh ring, tất cả cỏc nỳt được nối đến cùng một vũng - mụi trường truyền thôngdùng chung Trong topo dạng ring truyền thống, thông điệp được truyền lần lượt qua cácnút theo vũng Hướng truyền cú thể thuận hay ngược chiều kim đồng hồ phụ thuộc vàocông nghệ sử dụng Chú ý rằng, mặc dự dữ liệu được chuyển từ nút nọ đến nút kia, ringvẫn không phải là một topo thuộc mô hỡnh điểm - điểm vỡ cỏc nỳt dựng chung một kờnhtruyền Vỡ vậy, về mặt logic, trong topo dạng ring tất cả các nút dùng chung một kênhtruyền, nhưng về mặt vật lý, việc truyền thụng thuộc mụ hỡnh điểm - điểm Trường hợpnày cũng giống như topo dạng bus và tất cả các hệ thống điểm - nhiều điểm khác, mạngdạng ring cần một số phương pháp để quản lý việc truy cập vũng đồng thời

Hỡnh 11.8 Dạng vũng

Vệ tinh (Satellite)

Trong hệ thống truyền thụng vệ tinh, việc truyền dữ liệu từ một ăng-ten trên mặt đất đến vệtinh thường là mô hỡnh điểm - điểm Tuy nhiên, tất cả các nút nằm trong mạng đều có thểnhận được dữ liệu từ vệ tinh truyền xuống - vệ tinh phát quảng bá xuống một hoặc nhiềutrạm trên mặt đất Do đó, các hệ thống truyền thông vệ tinh được xếp vào mô hỡnh điểm -nhiều điểm Ví dụ, rất nhiều trường học ở Mỹ có khả năng nhận tin từ vệ tinh Bất cứchương trỡnh giỏo dục nào được phát quảng bá qua hệ thống vệ tinh đều được các trườnghọc thu được bằng cách điều chỉnh thiết bị nhận đến một tần số thích hợp Mạng vệ tinhđược minh họa trên Hỡnh 11.9

Hỡnh 11.9 Vệ tinh và cỏc khu vực phủ súngTrong mụ hỡnh điểm - nhiều điểm có rất nhiều kiểu truyền thông điệp khác nhau:

 unicast - chỉ có một thiết bị nhận thông điệp.

 multicast - một nhóm thiết bị nhận thông điệp Chính tầng network của thiết bị

nhận sẽ kiểm tra xem thiết bị nhận đó có nằm trong nhóm nhận thông điệp nàykhông

 broadcast - đích đến của thông điệp này là tất cả các thiết bị trong mạng Thông

điệp broadcast là một thông điệp multicast đặc biệt

Một đặc điểm khác của mô hỡnh điểm - nhiều điểm là khái niệm tranh chấp (contention)

Do tất cả các nút cùng dùng chung một kênh truyền, chúng phải “tranh nhau” kênh truyềnkhi cần truyền thông Do vậy mạng dựa trên mô hỡnh broadcast cần giải quyết vấn đề khi

có nhiều nút muốn truyền dữ liệu tại cùng một thời điểm Rất nhiều giao thức đó được pháttriển để giải quyết tranh chấp giữa các nút

Phõn loại mạng theo kiểu chuyển.

Ngoài việc phân loại mạng theo diện hoạt động và topo mạng, cỏc mạng cũn được phânloại theo kiểu truyền thông mà chúng sử dụng, cùng với cách dữ liệu được truyền đi trên

đó Hai phân loại điển hỡnh là mạng chuyển mạch ảo (virtual circuit-switched) và mạngchuyển gúi (packet-switched)

 Trong mạng chuyển mạch ảo (circuit-switched) phải thiết lập mạch vật lý giữa nỳt

nguồn và đích trước khi truyền dữ liệu thực sự Mạch này tồn tại trong suốt thờigian truyền dữ liệu Mạng điện thoại công cộng là một ví dụ về mạng chuyển mạch

ảo Khi thực hiện một cuộc gọi điện thoại, một đường truyền vật lý trực tiếp đượcthiết lập giữa máy điện thoại của người bắt đầu cuộc gọi và máy điện thoại củangười nhận cuộc gọi Đường truyền này là một kết nối điểm - điểm, liên kết các bộchuyển mạch (switch) trong mạng của công ty điện thoại lại với nhau Một khi đóđược thiết lập, đường truyền chỉ dành riêng để truyền dữ liệu cho cuộc gọi hiệnthời Sau khi truyền dữ liệu xong (cuộc gọi kết thúc), mạch được giải phóng và cóthể được dùng cho một cuộc gọi khác Như vậy, chuyển mạch làm tăng khả năng

chia sẻ đường truyền (link) vỡ cựng một mạch cú thể được dùng cho nhiều quátrỡnh truyền khỏc nhau, mặc dầu khụng cựng một thời điểm.

Hỡnh 11.10 Mạng điện thoại - chuyển mạch ảo

 Trong mạng truyền gúi (packet-switched network), đầu tiên thông điệp được chia

thành những đơn vị nhỏ hơn gọi là packet, sau đó những packet này lần lượt đượcgửi tới nút nhận qua mạng lưới các chuyển mạch (switch) trung gian Packet là mộtđơn vị dữ liệu nhỏ nhất có thể truyền được trong mạng Mỗi packet mang thông tin

về địa chỉ nút nhận cùng số thứ tự của nó Khi một packet đến được switch trunggian, switch căn cứ vào địa chỉ đích của packet để quyết định xem sẽ chuyển packet

đi theo đường nào để đến được switch tiếp theo Do cấu hỡnh của toàn bộ hệ thống

cú thể thay đổi nên các packet của cùng một thông điệp có thể đến đích theo nhữngtuyến đường khác nhau Điều này cũng giống như việc gửi thư Khi một bưu cụcnhận được thư, nó sẽ căn cứ vào địa chỉ người nhận để chuyển đến nơi thích hợp.Mạng toàn cầu Internet hiện nay ỏp dụng cụng nghệ chuyển mạch gúi này

Hỡnh 11.11 Mạng chuyển mạch gúi các gói tin đi theo nhiều tuyến đường khác nhau từ A đến B

11.1.3 Địa chỉ mạng, định tuyến, tính tin cậy, tính liên tác và an ninh mạng

Địa chỉ (Address)

Khái niệm địa chỉ liên quan đến việc gán cho mỗi nút mạng một địa chỉ duy nhất - chophép các thiết bị khác định vị được nó Điều này giống như địa chỉ của một ngôi nhà - tênphố sẽ chỉ cho biết khu vực cần đi đến, số nhà xác định chính xác nhà cần đến Một ví dụkhác là hệ thống điện thoại Mỗi điện thoại (1 nút) có mó vựng và một số (địa chỉ) Móvựng cung cấp thụng tin về vị trớ của nỳt đó trong một vùng nào đó, cũn số điện thoại là sốxác định duy nhất máy điện thoại trong vùng đó Hệ thống các thiết bị chuyển mạch trongcác công ty điện thoại được lập trỡnh để tạo nên một kênh truyền giữa hai thiết bị Về thựcchất mó vựng lại được phân cấp thành mó quốc gia và mó khu vực

Routing - Định tuyến

Việc định tuyến quyết định tuyến đường mà dữ liệu sẽ đi qua khi chuyển từ nút gửi đến nútnhận Chức năng định tuyến được thực hiện bởi một thiết bị phần cứng đặc biệt: router(thiết bị định tuyến) Việc lựa chọn tuyến đường tốt nhất phải dựa trên một tiêu chuẩn cụthể - được gọi là độ đo (metric) Các độ đo định tuyến phổ biến là: khoảng cách, số chặng(hop) và băng thông

Tớnh tin cậy

Tính tin cậy chỉ tính toàn vẹn dữ liệu, đảm bảo rằng dữ liệu nhận được giống hệt dữ liệuđược gửi đi Mạng máy tính không phải là các hệ thống không có lỗi Trong thực tế, lỗi cóthể xảy ra trên tất cả các môi trường truyền trên mạng Vỡ vậy cần phải thiết kế sao cho hệthống cú khả năng xử lý lỗi Một trong những chiến lược điển hỡnh là thờm thụng tin vào

dữ liệu được chuyển đi sao cho phía nhận phát hiện được lỗi (nếu có) Khi phía nhận pháthiện ra lỗi, nó có thể thực hiện: (1) yêu cầu truyền lại dữ liệu bị lỗi, hoặc (2) phát hiện xem

dữ liệu đúng là gỡ và sửa đổi dữ liệu bị truyền lỗi Cách thứ hai gọi là khả năng sửa lỗi

(error correction) Cách thứ nhất là sửa lỗi bằng cách yêu cầu truyền lại, cách thứ hai là tựsửa lỗi Để sửa được lỗi, phải dũ tỡm lỗi Việc tự sửa lỗi núi chung khú thực hiện Hầu hếtcỏc mạng ngày nay đều được thiết kế có khả năng dũ tỡm lỗi (error detection) Cú hai cỏch

để dũ lỗi thụng dụng đó là kiểm tra bit chẵn/lẻ và mó dư thừa vũng (CRC - cyclicredundancy check)

Tớnh tương thích (inter-operability)

Tớnh tương thích (interoperability) chỉ khả năng các sản phẩm (phần cứng và phần mềm)của các hóng sản xuất khỏc nhau cú thể giao tiếp được với nhau trong mạng Trong thời kỳhoàng kim của các mạng độc quyền (của tư nhân, hóng sản xuất, hoặc một tổ chức), khụngcần phải quan tõm đến tính liên tác, miễn là các yếu tố tạo thành mạng đều là sản phẩm vàgiao thức của cùng một hóng sản xuất Khi hóng sản xuất thứ hai phỏt triển một ứng dụng

có tính năng được cải tiến hơn ứng dụng của hóng sản xuất độc quyền, hóng sản xuất thứhai phải được sự đồng ý của nhà sản xuất độc quyền Ngày nay, với bộ giao thức “mở”TCP/IP, các hóng sản xuất - những người viết và bán các ứng dụng dựa trên TCP/IP được

tự do làm những điều họ muốn, không phải lo ngại về việc vi phạm bản quyền Hầu hết cáchóng sản xuất mỏy tớnh đều cố gắng để sản phẩm của mỡnh tương thích với sản phẩm củahóng sản xuất khỏc

An ninh

An ninh mạng là việc bảo vệ mọi thứ liên quan đến một mạng, bao gồm dữ liệu, phươngtiện truyền thông và các thiết bị An ninh mạng cũn bao gồm đến các chức năng quản trị,các công cụ kỹ thuật và thiết bị như các kỹ thuật mó húa, cỏc sản phẩm kiểm soỏt truy cậpmạng (vớ dụ: firewall - thiết bị phần cứng đặc biệt bảo vệ một mạng khỏi thế giới bênngoài) An ninh mạng cũng bao gồm việc định ra những chính sách sử dụng tài nguyênmạng, kiểm tra xem tài nguyên mạng có được sử dụng phù hợp với chính sách đó địnhtrước hay không, quy định và kiểm tra thẩm quyền được sử dụng các tài nguyên đó…

11.1.4 Cỏc chuẩn mạng

Các chuẩn mạng được phát triển để định nghĩa giao tiếp phần cứng, giao thức truyềnthông, kiến trúc mạng Các chuẩn mạng thiết lập những quy tắc, quy ước cụ thể mà các bêntham gia truyền thông cần phải tuân theo Chúng làm tăng khả năng tương thích giữa cỏcsản phẩm phần cứng và phần mềm của cỏc hóng sản xuất khỏc nhau Cỏc chuẩn được xâydựng thông qua các tổ chức chuẩn hóa Những tổ chức này được chia thành bốn loại chính:(a) quốc gia, (b) vùng, (c) quốc tế và (d) ngành/hiệp hội thương mại/hiệp hội nghề Thànhviên của các tổ chức thường là các đại biểu từ các chính phủ, viện nghiên cứu và hóng nhàsản xuất Quỏ trỡnh xõy dựng chuẩn phải được thực hiện sao cho đảm bảo được tính thốngnhất, vỡ vậy thường kéo dài, đôi khi phải mất nhiều năm mới cho ra đời được một chuẩnchính thức Quá trỡnh này cũng liờn quan đến chính trị

Cỏc chuẩn chớnh thức

Các chuẩn chính thức được công nhận bởi những tổ chức chuẩn hóa chuyên nghiệp Ví dụ,những giao thức về modem được xây dựng bởi Hiệp hội truyền thông quốc tế(International Telecommunications Union - ITU), hay chuẩn EIA/TIA-568 dùng choCommercial Building Telecommunications Wiring được xây dựng bởi ElectronicIndustries Association - EIA và Telecommunications Industries Association - TIA, hoặccác chuẩn cho mạng cục bộ được xây dựng bởi Institute for Electrical and ElectronicEngineers - IEEE

Cỏc chuẩn thực tế

Các chuẩn thực tế là các chuẩn tồn tại trong thực tế mà không được xây dựng bởi bất cứ tổchức chuẩn hóa chính thức nào Chúng được phát triển thông qua sự chấp nhận của toànngành đối với một chuẩn của một hóng nhà sản xuất cụ thể Vớ dụ về một chuẩn thực tế làNetwork File System (NFS) - giao thức chia sẻ file của hóng Sun Microsystems Sun đócụng khai đặc tả của giao thức này, do đó những nhà sản xuất khác có thể triển khai nó.Kết quả NFS được sử dụng rộng rói và được coi như một chuẩn thực tế Hiện tại, NFSđược thực thi trên rất nhiều hệ thống UNIX khác nhau (Sun, IBM, Silicon Gracphics,Compaq, và HP), cũng như các hệ thống dựa trên Macintosh và Intel Một chuẩn thực tếkhác là Java - ngôn ngữ lập trỡnh web được phát triển bởi hóng Sun Microsystems.

Cỏc chuẩn riờng của hóng

Cỏc chuẩn của hóng là cỏc chuẩn quy định những yêu cầu cụ thể của một nhà sản xuất nào

đó Những đặc tả này không được công khai, chỉ được tuân theo và chấp nhận bởi chínhhóng sản xuất đề nghị ra nó Trong thời kỳ đầu của mạng, các chuẩn của hóng thống trị.Mặc dầu ngày nay những chuẩn như vậy không cũn được công nhận nữa song chúng vẫntồn tại rất nhiều Được biết đến nhiều nhất phải kể đến các chuẩn của IBM (ví dụ: SNA -kiến trúc hệ thống mạng của IBM), giao thức IPX của Novell - dựa trên giao thức XNS củaXerox Các chuẩn riêng của hóng buộc khỏch hàng phụ thuộc vào giải phỏp của một nhàsản xuất cụ thể, làm cho họ gặp khó khăn khi sử dụng các sản phẩm (phần cứng hoặc phầnmềm) của các hóng sản xuất khỏc

Cỏc chuẩn hiệp hội

Các chuẩn hiệp hội tương tự như các chuẩn chính thức theo nghĩa chúng cũng là một sảnphẩm của quá trỡnh chuẩn hóa Điểm khác nhau là quá trỡnh lập kế hoạch và chuẩn húanhững chuẩn này khụng chịu sự quản lý của cỏc tổ chức chuẩn húa chuyờn nghiệp Thayvào đó, đặc tả cho các chuẩn được thiết kế và thỏa thuận bởi nhóm các nhà sản xuất thànhlập nên hiệp hội, với một mục đích cụ thể: đạt được mục tiêu chung Những nhà sản xuấtnày cam kết hỗ trợ cho các chuẩn được phát triển bởi hiệp hội, và phát triển những sảnphẩm tuân theo các chuẩn này Ví dụ về các chuẩn hiệp hội như Fast Ethernet,Asynchronous Transfer Mode (ATM Forum), và Gigabit Ethernet

11.2 Mễ HèNH OSI

ISO (the International Standards Organization) là một tổ chức được thành lập năm 1971với mục đích thiết lập các chuẩn quốc tế Một trong các chuẩn ISO bao hàm mọi mặt củatruyền thông mạng là mô hỡnh OSI (Open Systems Interconnection model - Mụ hỡnh liờnkết giữa cỏc hệ thống mở) Đây là mô hỡnh cho phộp bất cứ hai hệ thống nào (cho dự khỏcnhau) cú thể truyền thụng với nhau mà khụng cần quan tõm đến kiến trúc bên dưới củachúng Các giao thức của riờng một hóng sản xuất thường ngăn ngừa việc truyền thônggiữa hai hệ thống không cùng một kiểu Mô hỡnh OSI ra đời với mục đích cho phép hai hệthống bất kỳ truyền thông với nhau mà không cần thay đổi về mặt logic của bất cứ phầncứng hoặc phần mềm nào bên dưới Mô hỡnh OSI khụng phải là một giao thức Nú là một

mụ hỡnh để nhận biết và thiết kế một kiến trúc mạng linh động, vững chắc

11.2.1 Mô hình

Mụ hỡnh OSI được phân tầng với mục đích thiết kế các hệ thống mạng cho phép việctruyền thông thực hiện được qua tất cả cỏc kiểu hệ thống mỏy tớnh khỏc nhau Mụ hỡnhgồm 7 tầng riờng biệt nhưng có liên quan đến nhau Mỗi tầng định nghĩa một phần của quátrỡnh truyền thụng tin trờn mạng Việc hiểu những quy tắc cơ bản của mô hỡnh OSI cungcấp một cơ sở vững chắc để khám phá truyền thông dữ liệu

Thực ra trong cuộc sống, chúng ta gặp khá nhiều ví dụ về việc phân tầng Giả sử người Aviết thư gửi cho người B Sau khi viết thư xong, A cho thư vào phong bỡ, dỏn kớn, ghi địachỉ của B, dán tem và bỏ bức thư vào hộp thư ở bưu điện Giữa A và B, đơn vị dữ liệu traođổi là các lá thư Bức thư có thể xem là dữ liệu thực sự trong khi phong bỡ thư có thể xem

là một loại tiêu đề chứa các thông tin điều khiển Hệ thống bưu điện (bao gồm nhiều bưucục – là các trạm trung gian mà bức thư sẽ được chuyển qua) chịu trách nhiệm chuyển bứcthư tới địa chỉ của B Với ví dụ này tầng dưới (hệ thống bưu điện) sẽ cung cấp dịch vụchuyển thư cho tầng trên (A và B) A và B chỉ quan tâm đến nội dung bức thư, khuôn dạngthư, ngụn ngữ viết trong thư… mà không cần quan tâm đến làm thế nào để thư có thểtruyền tới B Đây chính là ưu điểm của việc phân tầng: Tầng trên sử dụng dịch vụ của tầngdưới nhưng không cần quan tâm đến cách thức thực hiện dịch vụ đó

 Tầng giao vận (Transport layer)

 Tầng phiờn (Session layer)

 Tầng trỡnh diễn (Presentation layer)

 Tầng ứng dụng (Application layer)

Hỡnh 11.12 Bảy tầng trong mụ hỡnh OSIHỡnh 11.13 minh họa mối quan hệ giữa cỏc tầng khi một thụng điệp được gửi từ thiết bị Ađến thiết bị B Khi thông điệp đi từ A đến B, nó có thể đi qua nhiều nút trung gian khác.Những nút trung gian này thường chỉ liên quan đến 3 tầng đầu của mô hỡnh OSI Khi phỏttriển mụ hỡnh, cỏc nhà thiết kế đó phõn tớch quỏ trỡnh truyền dữ liệu thành những yếu tố

cơ bản nhất Họ phân loại những chức năng mạng nào có mục đích (sử dụng) liên quan đếnnhau Mỗi tầng đều có chức năng, nhiệm vụ xác định Bằng cách xác định và khoanh vùngcác chức năng trong mô hỡnh, cỏc nhà thiết kế đó đưa ra một kiến trúc đạt được cả tính

toàn diện và linh hoạt Quan trọng nhất, mụ hỡnh OSI tạo ra tớnh trong suốt hoàn toàn giữahai hệ thống khụng tương thích với nhau.

Hỡnh 11.13 Mụ hỡnh OSI

Cỏc tiến trỡnh ngang hàng (peer-to-peer)

Trong mỗi máy, mỗi tầng sử dụng các dịch vụ do tầng bên dưới cung cấp Ví dụ, tầng 3 sửdụng các dịch vụ do tầng 2 cung cấp và đến lượt mỡnh lại cung cấp dịch vụ cho tầng 4

Giữa cỏc mỏy tớnh, tầng x trờn một thiết bị giao tiếp với tầng x trên thiết bị khác Việc

giao tiếp này được tiến hành theo các quy tắc và quy ước đó được thỏa thuận trước gọi làgiao thức

Tại tầng vật lý, việc truyền thụng là trực tiếp: Mỏy A gửi một dãy bit đến máy B Tuynhiên tại các tầng cao hơn trên máy A, dữ liệu được chuyển dần xuống các tầng bên dưới,đến máy B và tiếp tục đi lên các tầng cao hơn (trong máy B) Mỗi tầng trong máy gửi dữliệu đi (máy A) thêm các thông tin của tầng đó vào thông điệp nhận được từ phía trên rồisau đó chuyển toàn bộ gói dữ liệu xuống tầng phía dưới Các thông tin được thêm vào nàytạo thành header (tiêu đề chèn trước) và trailer (tiêu đề chèn sau) là các thông tin điểukhiển được thêm vào đầu hay cuối gói dữ liệu Header được thêm vào thông điệp tại mỗitầng 6, 5, 4, 3, và 2; trailer được thêm vào tại tầng 2

Tại tầng 1, toàn bộ gói dữ liệu được chuyển thành dạng sao cho có thể truyền đi tới máynhận Tại thiết bị nhận, các tiêu đề được lấy ra dần dần khi chuyển dữ liệu dần lên trên Ví

dụ, tầng 2 loại bỏ các tiêu đề của tầng 2 và chuyển phần cũn lại cho tầng 3 Tầng 3 loại bỏcỏc tiờu đề tầng 3 và chuyển phần cũn lại cho tầng 4

Hỡnh 11.14 Dữ liệu được chuyển dọc theo các tầng đi xuống phía dưới

Giao diện giữa cỏc tầng

Nói chung trên cùng một máy tính, hai tầng kề nhau trao đổi dữ liệu với nhau qua các giaodiện (interface) Giao diện định nghĩa cách thức và khuôn dạng dữ liệu trao đổi giữa haitầng kề nhau trên cùng một thiết bị Định nghĩa giao diện giữa các tầng một cách rừ ràng sẽcho phộp thay đổi cách thức triển khai tại một tầng mà không ảnh hưởng đến các tầngkhác

Ta thường gọi giao diện giữa các tầng là điểm truy cập dịch vụ (service access point SAP) vỡ tầng trờn yờu cầu dịch vụ của tầng dưới thông qua giao diện

-Tổ chức cỏc tầng

Cú thể chia bảy tầng thành ba nhúm Tầng vật lý, liờn kết dữ liệu và mạng tạo thành nhúmtầng hỗ trợ mạng Chỳng chịu trỏch nhiệm về các vấn đề liên quan đến mặt vật lý khitruyền dữ liệu từ một thiết bị này đến một thiết bị khác (ví dụ: những đặc tả điện, các kếtnối vật lý, định địa chỉ vật lý, định thời gian truyền và tớnh tin cậy) Tầng phiờn, trỡnhdiễn, và ứng dụng cú thể được coi như nhóm tầng hỗ trợ người dùng Chúng cho phép khảnăng liên tác giữa các hệ thống phần mềm không liên quan đến nhau Tầng 4 - tầng giaovận đảm bảo việc chuyển dữ liệu đầu cuối (end-to-end) tin cậy, trong khi tầng 2 đảm bảoviệc truyền dữ liệu tin cậy trên một đường truyền (vật lý) riờng lẻ Núi chung, cỏc tầngtrờn của mụ hỡnh OSI thường được thực hiện bởi phần mềm trong khi nhóm các tầng dướiđược triển khai nhờ sự kết hợp của cả phần cứng và phần mềm Tầng vật lý hầu như đượctriển khai bởi phần cứng

Hỡnh 11.14 mụ tả tổng quan cỏc tầng trong mụ hỡnh OSI Trong hỡnh vẽ, (dữ liệu) L7 làđơn vị dữ liệu tại tầng 7, L6 là đơn vị dữ liệu tại tầng 6, … Ta gọi Li là đơn vị dữ liệu giaothức tầng I (IPDU - Protocol Data Unit), dữ liệu tầng I truyền đến được gọi là đơn vị dữliệu dịch vụ (service data unit - SAP) Nói chung PDU chứa SAP và một số thông tin tiêu