Khái niệm mạng máy tính Mạng máy tính là một nhóm các máy tính, thiết bị ngoại vi được nối kết với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng điện từ, tia hồng ngoại.... -
T Ổ NG QUAN V Ề M Ạ NG MÁY TÍNH
Khái ni ệ m m ạ ng máy tính
Mạng máy tính là tập hợp các máy tính và thiết bị ngoại vi được kết nối với nhau bằng các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng điện từ và tia hồng ngoại, nhằm cho phép các thiết bị trao đổi dữ liệu với nhau một cách dễ dàng và nhanh chóng Nhờ mạng máy tính, người dùng có thể chia sẻ tài nguyên, truyền file và thực thi các ứng dụng mạng trong gia đình hoặc doanh nghiệp.
2 Ưu và nhược điểm của mạng máy tính :
Tiết kiệm tài nguyên phần cứng là ưu điểm nổi bật của các hệ thống mạng hiện đại, khi máy trạm có thể hoạt động mà không cần ổ cứng nhờ công nghệ boot từ mạng (mạng Boot room); mỗi lần khởi động, máy trạm sẽ tải hệ điều hành từ máy chủ và chạy từ đó Ngoài ra còn có các hệ thống mạng cho phép máy con không cần thùng máy (case), chỉ cần có màn hình, chuột và bàn phím để làm việc, giúp đơn giản hóa cấu hình và giảm chi phí đầu tư.
Giảm chi phí bản quyền phần mềm bằng cách triển khai mô hình chia sẻ ứng dụng từ máy chủ tới các máy trạm Khi máy trạm chỉ cần kết nối mạng và truy cập máy chủ để chạy phần mềm mà không cần cài đặt trên từng máy, doanh nghiệp có thể tối ưu hóa chi phí cấp phép phần mềm và quản lý dễ dàng hơn Tuy nhiên vẫn cần mua bản quyền cho phần mềm, nhưng tổng chi phí sẽ thấp hơn so với cấp phép cho từng máy trạm riêng lẻ.
Chia sẻ dữ liệu dễ dàng là một trong những lý do chính để kết nối mạng Khi các máy tính trong hệ thống mạng được kết nối với nhau, mục đích chủ yếu là chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị, từ đó đồng bộ hóa tài nguyên, cải thiện hiệu suất làm việc và cho phép truy cập tài nguyên từ xa trên mạng máy tính của bạn.
Việc tập trung dữ liệu trên một server giúp bảo mật và backup dễ dàng hơn Nếu không có mạng, dữ liệu sẽ được lưu ở từng máy riêng biệt; khi có mạng, dữ liệu được lưu trữ trên server và các máy trạm truy xuất dữ liệu bằng cách kết nối tới server Với mô hình tập trung như vậy, quy trình backup và bảo mật được thực hiện hiệu quả hơn, đồng thời việc quản lý dữ liệu trở nên thống nhất và an toàn hơn.
Chia sẻ internet là giải pháp tối ưu cho kết nối mạng nội bộ Nếu coi đây là lý do chính để kết nối mạng, không phải là quá đáng, nhưng hãy hình dung: một phòng Internet có 30 máy tính liệu có phải thuê 30 đường truyền Internet hay không? Một cơ quan có 50 máy tính có nhất thiết phải thuê 50 đường truyền sao? Trên thực tế, chỉ với một đường truyền duy nhất vẫn đáp ứng được toàn bộ nhu cầu kết nối, đồng thời tối ưu hóa quản lý và tiết kiệm chi phí cho mạng nội bộ.
- Dễ bị tê liệt toàn bộ hệ thống mạng: Nếu hệ thống mạng bị tấn công thì rất dễ làm tê liệt toàn bộ hệ thống mạng, các hacker tấn công vào các máy chủ để làm tê liệt nó Khi các máy chủ bị tê liệt rồi thì lấy sức đâu nữa mà phục vụ cho các máy trạm
Trình độ của người quản trị mạng phản ánh mức độ phức tạp của hệ thống: càng hệ thống mạng được kết nối và mở rộng, yêu cầu về kiến thức và kỹ năng quản trị viên càng cao để đảm bảo thiết kế, cài đặt và quản trị mạng diễn ra thông suốt và hiệu quả.
Virus dễ lây lan khi hệ thống mạng được kết nối, vì mạng rộng mở tạo điều kiện cho mã độc tồn tại và lan truyền giữa các máy tính ở các phòng ban như Kế toán và Nhân sự Hãy hình dung một USB bị nhiễm từ một máy tính ở phòng Kế toán có thể mang theo độc tố và lây lan sang máy ở phòng Nhân sự khi được cắm vào hệ thống, từ đó làm nhiễm dữ liệu và làm gián đoạn hoạt động của toàn bộ công ty Để giảm thiểu rủi ro, cần thực thi các biện pháp bảo mật như quản lý thiết bị ngoại vi, quét mã độc trước khi kết nối, phân đoạn mạng, cập nhật phần mềm định kỳ và triển khai giải pháp bảo mật Endpoint để ngăn ngừa sự lây lan của virus.
3 Phân loại mạng máy tính
Có nhiều cách để phân loại mạng máy tính dựa trên các yếu tố chính được chọn làm tiêu chí Các yếu tố phổ biến nhất là khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch và kiến trúc mạng Dựa vào khoảng cách địa lý, mạng có thể được phân loại thành LAN, MAN hoặc WAN; dựa vào kỹ thuật chuyển mạch, ta nhận diện các cách thức xử lý và truyền dữ liệu khác nhau; và dựa vào kiến trúc mạng, ta phân loại theo các mô hình như mạng sao, mạng vòng, mạng lưới hoặc các cấu hình hỗn hợp Việc xác định đúng các tiêu chí giúp thiết kế, triển khai và quản trị mạng hiệu quả hơn.
3.1 Theo khoảng cách địa lý
Khi phân loại mạng máy tính dựa trên yếu tố khoảng cách địa lý, ta có bốn loại chính: mạng cục bộ (LAN), mạng đô thị (MAN), mạng diện rộng (WAN) và mạng toàn cầu Mạng LAN có phạm vi hẹp, thường kết nối các thiết bị trong một văn phòng, tòa nhà hoặc khuôn viên trường với tốc độ cao và bảo mật tốt Mạng MAN kết nối nhiều địa điểm trong cùng một khu vực đô thị để tối ưu hóa chia sẻ tài nguyên và dịch vụ Mạng WAN mở rộng phạm vi kết nối giữa các thành phố hoặc quốc gia, phục vụ truyền dữ liệu ở khoảng cách lớn qua nhiều hạ tầng viễn thông Mạng toàn cầu, hay Internet, liên kết các mạng trên toàn thế giới, cho phép truy cập dịch vụ và ứng dụng ở bất kỳ đâu Hiểu rõ đặc điểm và ứng dụng của từng loại mạng giúp thiết kế hạ tầng, tối ưu chi phí và nâng cao hiệu suất truyền tải dữ liệu cho doanh nghiệp và tổ chức.
Mạng cục bộ (LAN – Local Area Network) là mạng được cài đặt trong phạm vi tương đối hẹp, như ở một tòa nhà, một cơ quan hoặc một trường học, với mục tiêu kết nối các máy tính và thiết bị ở gần nhau để chia sẻ tài nguyên và dữ liệu nhanh chóng Khoảng cách giữa các máy tính trong LAN thường ở phạm vi rất gần, từ vài trăm mét đến vài km tùy quy mô triển khai.
- Mạng đô thị (Metropolitan Area Networks - MAN): cài đặt trong phạm vi một đô thị, một trung tâm kinh tế xã hội, có bán kính nhỏhơn 100 km.
- Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN): phạm vi của mạng có thể vƣợt qua biên giới quốc gia và thậm chí cả lục địa
- Mạng toàn cầu (Global Area Networks - GAN): phạm vi rộng khắp toàn cầu Mạng Internet là một ví dụ cho loại này
Khoảng cách địa lý chỉ đóng vai trò là một mốc tương đối, và sự phát triển của các công nghệ truyền dẫn cùng quản trị mạng đang làm cho các ranh giới này ngày càng mờ nhạt Khi hạ tầng mạng được nâng cấp và công cụ quản trị mạng được tối ưu hóa, sự phân tách về mặt địa lý không còn quyết định khả năng giao tiếp, hợp tác hay trao đổi thông tin ở mức độ trước đây, mở ra một môi trường kết nối linh hoạt và hiệu quả hơn cho doanh nghiệp và người dùng.
3.2 Dựa theo kỹ thuật chuyển mạch
Nếu lấy ―kỹ thuật chuyển mạch‖ làm yếu tố chính để phân ploại thì ta có
3 loại: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói
Trong quá trình trao đổi thông tin giữa hai thực thể, một kênh truyền cố định được thiết lập và duy trì cho đến khi một bên ngắt liên lạc Toàn bộ dữ liệu chỉ được truyền qua con đường cố định này, các đường truyền khác không được sử dụng.
Hình 1.7 Mạng chuyển mạch kênh
+ Tốn thời gian để thiết lập kênh cốđịnh giữa hai thực thể
Hiệu suất sử dụng đường truyền giảm khi kênh bị bỏ trống do cả hai bên đã hết thông tin cần truyền, trong khi các thực thể khác không được phép sử dụng kênh này Điều này dẫn đến lãng phí tài nguyên và giảm hiệu quả truyền dữ liệu của mạng Để cải thiện hiệu suất, cần xem xét các cơ chế truy cập và phân bổ băng thông nhằm tối ưu hóa việc sử dụng kênh khi có dữ liệu cần gửi.
3.2.2 M ạ ng chuy ể n m ạ ch thông báo
Phân lo ạ i m ạ ng máy tính
Có nhiều cách để phân loại mạng máy tính, tùy thuộc vào tiêu chí được chọn làm chỉ tiêu Các yếu tố phổ biến để phân loại bao gồm khoảng cách địa lý (mạng LAN, WAN, MAN), kỹ thuật chuyển mạch (chuyển mạch gói) và kiến trúc mạng (mạng sao, mạng lưới hoặc các mô hình client‑server và peer‑to‑peer).
3.1 Theo khoảng cách địa lý
Xét theo yếu tố khoảng cách địa lý làm cơ sở, mạng máy tính được phân thành bốn loại chính: mạng cục bộ (LAN) có phạm vi hẹp, kết nối các thiết bị trong một tòa nhà hoặc khuôn viên; mạng đô thị (MAN) mở rộng hơn, phục vụ một khu vực đô thị và liên kết nhiều tòa nhà trong một thành phố; mạng diện rộng (WAN) kết nối các mạng ở khoảng cách xa thông qua các hạ tầng truyền dẫn như cáp quang, điện thoại hoặc vệ tinh; và mạng toàn cầu, hay Internet, là hệ thống mạng lớn nhất, phủ khắp toàn cầu và cho phép truyền dữ liệu giữa các mạng ở nhiều châu lục.
Mạng cục bộ (Local Area Network – LAN) được triển khai trong phạm vi tương đối hẹp, ví dụ như trong một tòa nhà, một cơ quan hoặc một trường học Khoảng cách tối đa giữa các máy tính được nối mạng trong LAN thường ở mức vài chục km, cho phép truyền dữ liệu nhanh chóng và ổn định giữa các thiết bị trong khu vực nhỏ đến trung bình.
- Mạng đô thị (Metropolitan Area Networks - MAN): cài đặt trong phạm vi một đô thị, một trung tâm kinh tế xã hội, có bán kính nhỏhơn 100 km.
- Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN): phạm vi của mạng có thể vƣợt qua biên giới quốc gia và thậm chí cả lục địa
- Mạng toàn cầu (Global Area Networks - GAN): phạm vi rộng khắp toàn cầu Mạng Internet là một ví dụ cho loại này
Khoảng cách địa lý chỉ là một mốc tương đối, và cùng với sự tiến bộ của công nghệ truyền dẫn cũng như quản trị mạng, ranh giới không gian ngày càng bị xóa nhòa Điều này có nghĩa là kết nối toàn cầu trở nên dễ dàng hơn, cho phép doanh nghiệp và cá nhân giao tiếp, hợp tác và trao đổi thông tin ở bất kỳ đâu Nhận thức về tính tương đối của khoảng cách giúp tối ưu hóa hạ tầng mạng, phân phối nội dung và nâng cao trải nghiệm người dùng trên các nền tảng số, đồng thời mở ra cơ hội cho các mô hình làm việc từ xa và mạng lưới liên kết trên phạm vi toàn cầu.
3.2 Dựa theo kỹ thuật chuyển mạch
Nếu lấy ―kỹ thuật chuyển mạch‖ làm yếu tố chính để phân ploại thì ta có
3 loại: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói
Khi hai thực thể cần trao đổi thông tin với nhau, một kênh liên lạc cố định được thiết lập giữa chúng và được duy trì cho đến khi một trong hai bên ngắt liên lạc Dữ liệu chỉ được truyền qua đường dẫn cố định này, đảm bảo mọi thông tin được trao đổi theo cùng tuyến đường đã thiết lập.
Hình 1.7 Mạng chuyển mạch kênh
+ Tốn thời gian để thiết lập kênh cốđịnh giữa hai thực thể
Hiệu suất sử dụng đường truyền thấp do kênh truyền bị bỏ trống khi cả hai bên đều không có dữ liệu để truyền, trong khi các thực thể khác không được phép sử dụng kênh này Tình trạng này gây lãng phí băng thông và làm giảm hiệu quả mạng Để khắc phục, cần tối ưu hóa cơ chế truy cập kênh, quản lý luồng dữ liệu và lịch trình truyền nhằm đảm bảo kênh truyền luôn có dữ liệu sẵn sàng và không bị bỏ phí khi hai bên tạm ngừng truyền.
3.2.2 M ạ ng chuy ể n m ạ ch thông báo
Thông báo là một đơn vị thông tin do người dùng gửi, có khuôn dạng được quy định trước Mỗi thông báo chứa vùng thông tin điều khiển, nơi chỉ định rõ đích đến của thông báo Dựa vào thông tin này, mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp theo đường dẫn đến đích của nó.
Mỗi nút cần lưu trữ tạm thời thông tin điều khiển từ thông báo để có thể đọc chúng và sau đó chuyển tiếp thông báo đi Tùy thuộc vào điều kiện mạng, các thông báo khác nhau có thể được truyền đi qua các đường truyền khác nhau.
Hình 1.8 Mạng chuyển mạch thông báo Ưu điểm so với mạng chuyển mạch kênh:
- Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc quyền mà đƣợc phân chia giữa nhiều thực thể
- Mỗi nút mạng có thểlưu trữ thông báo cho tới khi kênh truyền rỗi mới gửi thông báo đi, vì vậy giảm đƣợc tình trạng tắc nghẽn mạch
- Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp độ ƣu tiên cho các thông báo
- Có thể tăng hiệu suất sử dụng dải thông bằng cách gán địa chỉ quảng bá để gửi thông báo đồng thời tới nhiều đích.
Việc không giới hạn kích thước của các thông báo có thể dẫn đến phí lưu trữ tạm thời tăng cao, làm gia tăng thời gian phản hồi và ảnh hưởng đến chất lượng truyền tin Để tối ưu hiệu suất hệ thống, cần thiết lập giới hạn kích thước thông báo, quản lý lưu trữ và tối ưu hóa cơ chế gửi nhận dữ liệu, nhằm giảm chi phí lưu trữ tạm thời, rút ngắn thời gian đáp ứng và đảm bảo chất lượng truyền tin ổn định cho người dùng.
Hệ thống này phù hợp hơn với dịch vụ thư tín điện tử so với các ứng dụng có tính thời gian thực Nguyên nhân là tồn tại độ trễ do lưu trữ và xử lý thông tin điều khiển tại mỗi nút trong mạng.
Thông tin được chia thành nhiều phần nhỏ gọi là các gói tin có khuôn dạng quy định trước Mỗi gói tin chứa thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và đích (người nhận) Các gói tin của một thông báo có thể đi qua mạng tới đích bằng nhiều con đường khác nhau Ở phía nhận, thứ tự nhận được có thể không đúng với thứ tự gửi đi.
Hình 1.9 Mạng chuyển mạch gói
So sánh mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói:
♦ Giống nhau: phương pháp giống nhau
Khác biệt cơ bản giữa mạng chuyển mạch gói và mạng chuyển mạch thông báo là các gói tin được giới hạn kích thước tối đa để các nút mạng có thể xử lý toàn bộ gói tin trong bộ nhớ mà không cần lưu tạm trên đĩa, từ đó mạng chuyển mạch gói truyền các gói tin qua mạng nhanh chóng và hiệu quả hơn Tuy vậy, thách thức lớn của mạng chuyển mạch gói là việc tập hợp các gói tin từ nhiều đường truyền để tái tạo lại thông điệp ban đầu của người dùng, đòi hỏi phải có cơ chế đánh dấu gói tin và cơ chế phục hồi các gói tin bị thất lạc hoặc truyền bị lỗi nhằm đảm bảo dữ liệu đến đúng nơi và đúng thứ tự.
Mạng chuyển mạch gói có ưu điểm mềm dẻo và hiệu suất cao hơn nên được sử dụng phổ biến hơn so với mạng chuyển mạch kênh Việc tích hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch (kênh và gói) trong một mạng thống nhất mang lại sự linh hoạt, tối ưu hóa tài nguyên và nâng cao hiệu suất truyền thông, đáp ứng tốt cho các ứng dụng thoại, dữ liệu và video.
(đƣợc gọi là mạng dịch vụ tích hợp số- Intergrated Services Digital Networks, viết tắt là ISDN) đang là một xu hướng phát triển của mạng ngày nay
3.3 Phân loại theo kiến trúc mạng
Người ta còn phân loại mạng theo kiến trúc mạng (topo và giao thức sử dụng)
Các mạng thường hay được nhắc đến như: mạng SNA của IBM, mạng ISO, mạng TCP/IP
3.4 Phân loại theo hệ điều hành
Trong phân loại hệ điều hành mạng, có hai nhóm chính: mạng ngang hàng (peer-to-peer) và mạng khách-chủ (client-server) Bên cạnh đó, người ta cũng phân loại theo tên hệ điều hành mà mạng sử dụng như Windows NT, Unix và Novell Lựa chọn giữa các mô hình này phụ thuộc vào quy mô, yêu cầu bảo mật và khả năng quản lý hệ thống, mỗi phương án mang lại ưu nhược điểm riêng cho môi trường doanh nghiệp hoặc cá nhân.
Ki ế n trúc m ạ ng máy tính
Topology mạng (network topology) là sơ đồ mô tả các kiểu sắp xếp và bố trí vật lý của máy tính, dây cáp và các thành phần khác trên mạng Sự mô tả này tập trung vào cách các thiết bị kết nối với nhau và cách dữ liệu di chuyển trên cấu hình vật lý để tối ưu hiệu suất và quản lý hạ tầng Các loại topology phổ biến như sao (star), tuyến tính (bus), vòng (ring), lưới (mesh) và hybrid (hỗn hợp) ảnh hưởng đến cách lắp đặt, bảo trì và mở rộng mạng, đồng thời hỗ trợ quá trình chẩn đoán sự cố và quản lý cáp.
Có hai kiểu kiến trúc mạng chính là kiến trúc vật lý và kiến trúc logic Kiến trúc vật lý mô tả cách bố trí đường truyền và hạ tầng thực tế của mạng, gồm cáp, thiết bị và cách chúng kết nối với nhau Trong khi đó, kiến trúc logic mô tả con đường mà dữ liệu thực sự di chuyển qua các nút mạng, cho biết luồng dữ liệu và tuyến đường được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị.
4.2 Lược đồ Bus (Kiến trúc thẳng)
Nối mạng các máy tính đơn giản và phổ biến nhất
Dùng một đoạn cáp nối tất cả máy tính và các thiết bị trong mạng thành một hàng
Tín hiệu dữ liệu được truyền qua đoạn cáp và lan rộng tới các máy tính trong mạng, nhưng chỉ có một máy tính có địa chỉ khớp với địa chỉ mã hóa trong dữ liệu mới có thể chấp nhận và xử lý thông tin.
Tại một thời điểm, chỉ có một máy có thể gởi dữ liệu lên mạng Càng nhiều máy thì tốc độ càng chậm
Hình 4.2 - Kiến trúc mạng Bus
Khi dữ liệu được gửi lên mạng, tín hiệu di chuyển dọc theo dây cáp và có thể bị dội ngược giữa các đoạn cáp, làm dữ liệu bị nghẽn và ảnh hưởng đến máy tính khác gửi dữ liệu Để ngăn hiện tượng này, người ta lắp đặt thiết bị terminator (điện trở cuối) ở mỗi đầu cáp nhằm hấp thu các tín hiệu tự do và ngăn chặn sự phản hồi Ưu điểm của cấu hình này là tiết kiệm cáp, dễ lắp đặt và chi phí thấp; mạng có thể mở rộng tương đối dễ dàng, và khi khoảng cách giữa các thiết bị xa thì có thể dùng repeater để khuếch đại tín hiệu nhằm duy trì chất lượng kết nối.
Đứt đoạn cáp hoặc đầu nối bị lỏng khiến hai đầu cáp không còn kết nối với terminator, làm tín hiệu dội ngược và dẫn tới toàn bộ hệ thống mạng ngừng hoạt động Những lỗi như vậy rất khó phát hiện vị trí hỏng, khiến công tác quản trị mạng trở nên thách thức, đặc biệt ở các mạng quy mô lớn với nhiều máy tính và hạ tầng rộng.
4.3 Lược đồ Star (kiến trúc hình sao)
Các máy tính đƣợc nối vào một thiết bị đấu nối trung tâm (Hub hoặcSwitch)
Tín hiệu đƣợc truyền từ máy tính gởi qua hub tín hiệu đƣợc khuếch đại và truyền đến tất cả các máy tính khác trên mạng
Kiến trúc mạng Star (Hình 4.3) có ưu điểm nổi bật là cung cấp tài nguyên và quản lý tập trung Khi một đoạn cáp bị hỏng chỉ ảnh hưởng đến các máy được kết nối bằng đoạn cáp đó, còn mạng vẫn hoạt động bình thường Thiết kế này cho phép mở rộng hoặc thu hẹp quy mô mạng một cách dễ dàng nhờ kết nối tới nút trung tâm và quản lý tập trung.
Khuyết điểm nổi bật của hệ thống là yêu cầu nhiều cáp và phải tính toán kỹ vị trí đặt thiết bị trung tâm Khi thiết bị trung tâm gặp sự cố, toàn bộ hệ thống mạng sẽ ngừng hoạt động.
4.4 Lược đồ Ring (kiến trúc vòng)
Trong hệ thống mạng theo kiểu vòng khép kín, các máy tính và thiết bị được kết nối với nhau thành một vòng sao cho không có đầu hở Tín hiệu được truyền theo một chiều và đi qua nhiều nút mạng trên vòng, giúp duy trì luồng dữ liệu liên tục và giảm thiểu nguy cơ đứt quãng khi truyền qua nhiều thiết bị Mô hình vòng khép kín phù hợp cho các mạng yêu cầu định tuyến đơn giản, kiểm soát lưu lượng tốt và tính tin cậy cao nhờ cấu trúc vòng kín.
Kiến trúc này dùng phương pháp chuyển thẻ bài (token passing) để truyền dữ liệu quanh mạng
Hình 4.4 - Kiến trúc mạng Ring
Phương pháp chuyển thẻ bài là kỹ thuật truyền dữ liệu qua mạng máy tính bằng cách luân chuyển một thẻ bài từ máy tính này sang máy tính khác cho đến khi đến đúng máy tính nhận dữ liệu Máy tính trung gian giữ thẻ bài và bắt đầu gửi dữ liệu đi vòng quanh mạng; dữ liệu được chuyển qua từng máy tính cho tới khi tìm được máy tính có địa chỉ khớp với địa chỉ đính kèm dữ liệu Máy tính nhận cuối cùng sẽ gửi một thông điệp xác nhận cho máy tính gửi dữ liệu biết dữ liệu đã được nhận Sau khi có sự xác nhận, máy tính gửi sẽ tạo một thẻ bài mới và thả lên mạng để sẵn sàng cho lần truyền tiếp theo Tốc độ của thẻ bài xấp xỉ vận tốc ánh sáng, giúp dữ liệu được truyền nhanh giữa các máy trong mạng máy tính.
4.5 Các kiến trúc mạng kết hợp
Star bus là một kiến trúc mạng kết hợp giữa mạng Star và mạng Bus, trong đó một vài mạng có kiến trúc hình sao được nối với trục cáp chính (bus) Khi một máy tính bị hỏng, toàn bộ phần còn lại của mạng không bị ảnh hưởng Ngược lại, nếu một Hub bị hỏng, toàn bộ các máy tính được kết nối với Hub đó sẽ không thể giao tiếp với nhau.
Hình 4.5.1 - Kiến trúc mạng Star-Bus
Mạng Star Ring tương tự mạng Star Bus về cách bố trí và kết nối giữa các hub Trong kiến trúc Star Bus, các hub được nối với nhau bằng trục cáp thẳng (bus) Ngược lại, hub trong cấu hình Star Ring được nối theo dạng hình sao với một hub chính.
Hình 4.5.2 - Kiến trúc mạng Star-Ring
M ạ ng k ế t n ố i h ỗ n h ợ p: Là sự phối hợp các kiểu kết nối khác nhau
Hình 4.5.3 Một kết nối hỗn hợp
Các mô hình m ạ ng
Trình bày đƣợc khái niệm và cấu trúc của các lớp trong mô hình OSI, TCP/IP
- So sánh mô hình OSI và TCP/IP
Mô hình OSI (Open System Interconnection): là mô hình đƣợc tổ chức ISO đề xuất từ 1977 và công bố lần đầu vào 1984 Để các máy tính và các thiết bị mạng có thể truyền thông với nhau phải có những qui tắc giao tiếp đƣợc các bên chấp nhận Mô hình OSI là một khuôn mẫu giúp chúng ta hiểu dữ liệu đi xuyên qua mạng nhƣ thế nào đồng thời cũng giúp chúng ta hiểu đƣợc các chức năng mạng diễn ra tại mỗi lớp
Trong mô hình OSI có bảy lớp, mỗi lớp mô tả một phần chức năng độc lập và đảm nhận nhiệm vụ riêng biệt Việc tách lớp mang lại các lợi ích rõ rệt như tăng tính mô-đun và dễ bảo trì, cải thiện khả năng mở rộng và cho phép thay đổi công nghệ ở một lớp mà không ảnh hưởng đến các lớp khác, đồng thời chuẩn hóa giao diện giữa các tầng để thiết bị và ứng dụng từ nhiều nhà cung cấp có thể tương tác với nhau hiệu quả Nhờ nguyên tắc trừu tượng hóa và phân chia trách nhiệm, hệ thống mạng trở nên linh hoạt, dễ kiểm thử và tối ưu hóa hiệu suất bằng cách tối ưu hóa từng lớp riêng biệt mà không can thiệp vào tổng thể OSI.
Chia hoạt động thông tin mạng thành những phần nhỏ hơn, đơn giản hơn giúp chúng ta dễ khảo sát và tìm hiểu hơn.
- Chuẩn hóa các thành phần mạng để cho phép phát triển mạng từ nhiều nhà cung cấp sản phẩm
Ngăn chặn sự thay đổi của một lớp khỏi việc ảnh hưởng tới các lớp khác giúp mỗi lớp phát triển độc lập và nhanh chóng hơn, đồng thời duy trì sự ổn định cho toàn bộ hệ thống Khi các lớp được tách biệt và hạn chế ảnh hưởng lẫn nhau, từng tầng có thể tối ưu hóa hoạt động riêng biệt, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu rủi ro lan rộng Điều này cũng tạo điều kiện cho hệ thống dễ bảo trì và mở rộng trong tương lai.
Mô hình tham chiếu OSI định nghĩa các qui tắc cho các nội dung sau:
- Cách thức các thiết bị giao tiếp và truyền thông đƣợc với nhau
- Các phương pháp để các thiết bị trên mạng khi nào thì được truyền dữ liệu, khi nào thì không đƣợc
- Các phương pháp đểđảm bảo truyền đúng dữ liệu và đúng bên nhận
- Cách thức vận tải, truyền, sắp xếp và kết nối với nhau
- Cách thức đảm bảo các thiết bị mạng duy trì tốc độ truyền dữ liệu thích hợp
Mô hình OSI đƣợc chia thành 7 lớp có chức năng nhƣ sau:
Application Layer (lớp ứng dụng): giao diện giữa ứng dụng và mạng.
Presentation Layer (lớp trình bày): thoả thuận khuôn dạng trao đổi dữ liệu.
Session Layer (lớp phiên): cho phép người dùng thiết lập các kết
nối.Transport Layer (lớp vận chuyển): đảm bảo truyền thông giữa hai hệ thống.
Network Layer (lớp mạng): định hướng dữ liệu truyền trong môi trường liên mạng
Data link Layer (lớp liên kết dữ liệu): xác định việc truy xuất đến các thiết bị
Physical Layer (lớp vật lý): chuyển đổi dữ liệu thành các bit và truyền đi.
Hình 1 – Mô hình tham chiếu OSI
4.1.1 Tầng vật lí (Physical Layer)
Tầng vật lý định nghĩa mọi đặc tả về điện và vật lý cho các thiết bị mạng, bao gồm bố trí chân cắm (pin), hiệu điện thế và các đặc tả về cáp nối Các thiết bị thuộc tầng vật lý là hub, repeater, network adapter và Host Bus Adapter (HBA) dùng trong mạng lưu trữ Storage Area Network (SAN) Chức năng và dịch vụ của tầng vật lý được thực hiện bởi các thành phần này, đảm bảo truyền tín hiệu, tương thích điện và kết nối vật lý giữa các thiết bị mạng.
* Thiết lập hoặc ngắt mạch kết nối điện (electrical connection) với một phương tiện truyền thông (transmission medium)
Tham gia vào một quy trình quản lý tài nguyên truyền thông, cho phép chia sẻ hiệu quả giữa nhiều người dùng Quy trình này bao gồm giải quyết tranh chấp tài nguyên (contention) và điều khiển lưu lượng để tối ưu hóa băng thông, giảm thiểu tắc nghẽn và nâng cao hiệu suất hệ thống mạng.
Điều chế (modulation) là quá trình biến đổi giữa biểu diễn dữ liệu số của các thiết bị người dùng và các tín hiệu tương ứng được truyền qua kênh truyền thông Quá trình này cho phép dữ liệu số được chuyển đổi thành tín hiệu mang phù hợp với đặc tính của kênh, từ đó tối ưu hóa việc truyền tải và giảm nhiễu Các phương pháp điều chế phổ biến như ASK, FSK, PSK và QAM mô tả cách các bit dữ liệu được mã hóa thành các trạng thái tín hiệu khác nhau của sóng mang Việc lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu về băng thông, độ tin cậy và điều kiện kênh.
Cáp SCSI song parallel hoạt động ở tầng vật lý của mô hình mạng Nhiều chuẩn Ethernet dành cho tầng vật lý cũng nằm ở cùng tầng này, và Ethernet tích hợp tầng vật lý với tầng liên kết dữ liệu thành một thành phần duy nhất Điều tương tự cũng đúng với các mạng cục bộ như Token Ring, FDDI và IEEE 802.11.
4.1.2 Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phương tiện có tính chức năng và quy trình để truyền dữ liệu giữa các thực thể mạng, đồng thời phát hiện và có thể sửa lỗi ở tầng vật lý khi cần; địa chỉ vật lý được mã hóa cứng vào trong các thẻ mạng (địa chỉ MAC) khi chúng được sản xuất và hệ thống nhận diện địa chỉ này vận hành theo một sơ đồ phẳng (flat scheme) Ví dụ điển hình nhất là Ethernet; các giao thức liên kết dữ liệu khác gồm HDLC, ADCCP dành cho mạng điểm-tới-điểm hoặc mạng chuyển mạch gói, và giao thức Aloha cho các mạng cục bộ Trong các mạng cục bộ theo chuẩn IEEE 802 và một số mạng khác như FDDI, tầng liên kết dữ liệu có thể được chia thành hai tầng con: MAC (Media Access Control – Điều khiển Truy nhập Đường truyền) và LLC (Logical Link Control – Điều khiển Liên kết Lôgic) theo IEEE 802.2.
Trong mô hình OSI, tầng liên kết dữ liệu là nơi các cầu nối (bridge) và thiết bị chuyển mạch (switches) hoạt động Kết nối chỉ được cấp giữa các nút mạng được kết nối với nhau trong nội bộ mạng (LAN) Tuy nhiên, có lập luận hợp lý cho rằng thực ra các thiết bị này thuộc tầng 2,5 và không hoàn toàn thuộc tầng 2 Việc xem xét lại vai trò của bridge và switch ở tầng 2,5 có thể ảnh hưởng đến cách thiết kế, quản trị và tối ưu hiệu suất mạng nội bộ.
Tầng mạng cung cấp các chức năng và quy trình truyền dữ liệu có độ dài khác nhau từ một nguồn đến một đích qua một hoặc nhiều mạng, đồng thời duy trì chất lượng dịch vụ (Quality of Service) mà tầng giao vận yêu cầu Nó đảm nhận chức năng định tuyến, với các thiết bị định tuyến (router) gửi dữ liệu đi qua mạng mở rộng và làm cho liên mạng trở nên khả thi; bên cạnh đó còn có các thiết bị chuyển mạch Layer 3, hay còn gọi là chuyển mạch IP, hỗ trợ định tuyến và chuyển tiếp giữa các mạng Hệ thống này sử dụng một hệ thống địa chỉ logic (logical addressing scheme) do kỹ sư mạng thiết kế và có cấu trúc phân cấp Ví dụ điển hình cho tầng 3 là giao thức IP.
4.1.4 Tầng giao vận (Transport Layer)
Tầng giao vận cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu chuyên dụng giữa các thiết bị tại đầu cuối, giúp các tầng trên tập trung vào chức năng chính mà không phải lo về tính tin cậy và hiệu quả của truyền dữ liệu Tầng này kiểm soát độ tin cậy của một kết nối đã được thiết lập sẵn; nhiều giao thức ở tầng 4 mang tính định hướng trạng thái và kết nối, có nghĩa là chúng có thể theo dõi các gói tin và thực hiện truyền lại những gói bị mất Ví dụ điển hình cho giao thức tầng 4 là TCP; tại tầng này các thông điệp được đóng gói thành các gói tin TCP hoặc UDP Tại tầng 4, địa chỉ được xác định thông qua các cổng (port), và việc sử dụng cổng giúp phân biệt các ứng dụng đang trao đổi dữ liệu.
Tầng phiên kiểm soát các cuộc hội thoại giữa các máy tính, thiết lập, quản lý và kết thúc các kết nối giữa trình ứng dụng địa phương và trình ứng dụng ở xa Tầng này hỗ trợ hoạt động song công (duplex), bán song công (half‑duplex) hoặc đơn công (single) và thiết lập các quy trình đánh dấu điểm hoàn thành (checkpointing), giúp phục hồi truyền thông nhanh hơn khi có lỗi xảy ra bằng cách đánh dấu các điểm đã hoàn thành Tầng phiên cho phép trì hoãn (adjournment), kết thúc (termination) và khởi động lại (restart) các phiên Theo mô hình OSI, tầng này được ủy nhiệm ngắt mạch nhẹ nhàng (graceful close) các phiên giao dịch và chịu trách nhiệm kiểm tra và phục hồi phiên, một chức năng thường không được dùng trong bộ giao thức TCP/IP.
4.1.6 Tầng trình diễn (Presentation layer)
Lớp biến đổi dữ liệu cung cấp một giao diện tiêu chuẩn cho tầng ứng dụng, thực hiện các tác vụ như mã hóa dữ liệu sang định dạng MIME, nén dữ liệu và các thao tác tương tự đối với biểu diễn dữ liệu để trình diễn dữ liệu theo cách mà các chuyên gia phát triển giao thức hoặc dịch vụ cho là phù hợp Ví dụ điển hình gồm chuyển đổi tệp văn bản từ mã EBCDIC sang ASCII, hoặc tuần tự hóa các đối tượng và các cấu trúc dữ liệu để lưu trữ hoặc trao đổi dễ dàng.
4.1.7 Tầng ứng dụng (Application layer)
Tầng ứng dụng là tầng gần người dùng nhất, cung cấp phương tiện cho người dùng truy cập thông tin và dữ liệu trên mạng thông qua các chương trình ứng dụng Đây là giao diện chính để người dùng tương tác với chương trình ứng dụng và qua đó với mạng Một số ví dụ về các ứng dụng ở tầng này gồm Telnet, FTP, SMTP, HTTP và X.400 Mail remote.
Mô hình TCP/IP là gì?
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Giao thức điều khiển truyền nhận/ Giao thức liên mạng) là bộ giao thức dùng để trao đổi thông tin, truyền tải và kết nối các thiết bị trong mạng Internet Được thiết kế để tăng tính tin cậy của mạng và hỗ trợ khả năng phục hồi tự động, TCP/IP đóng vai trò nền tảng cho giao tiếp dữ liệu trên Internet và các mạng máy tính hiện đại.
Địa chỉ IP
Trình bày đƣợc các lớp địa chỉ IP, chia mạng con
Trình bày địa chỉ IP
Các lớp địa chỉ IP
Một số quy tắc đánh địa chỉ IP
Địa chỉ chung và địa chỉ riêng
Là địa chỉ có cấu trúc, đƣợc chia làm hai hoặc ba phần là: networ_id&host_id hoặc network_id&subnet_id&host_id
Trong máy tính, một số có kích thước 32 bit Khi trình bày, người ta chia con số 32 bit này thành bốn phần, mỗi phần có kích thước 8 bit, gọi là octet hoặc byte Nhờ chia thành các octet hoặc byte, số 32 bit có thể được biểu diễn và xử lý một cách linh hoạt hơn, đồng thời hỗ trợ truyền dữ liệu giữa các hệ thống khác nhau Có nhiều cách trình bày cho số 32 bit sau đây, tùy thuộc vào ngữ cảnh và yêu cầu về hiệu năng, tính tương thích và độ chi tiết của dữ liệu.
Ký pháp thập phân có dấu chấm (dotted-decimal notation) Ví dụ: 172.16.30.56
Ký pháp nhị phân Ví dụ: 10101100 00010000 00011110
Ký pháp thập lục phân Ví dụ: AC 10 1E 38
Không gian địa chỉ IP (gồm 2^32 địa chỉ) được phân thành các lớp để quản lý hiệu quả, gồm lớp A, B, C, D và E Lớp A, B và C được triển khai để gán cho các host trên Internet, lớp D dành cho nhóm multicast, còn lớp E phục vụ cho mục đích nghiên cứu Địa chỉ IP được gọi là địa chỉ logic, trong khi địa chỉ MAC lại được gọi là địa chỉ vật lý.
Network_id là giá trị dùng để nhận diện đường mạng trong địa chỉ IP Trong một địa chỉ IP 32 bit, một phần các bit ở đầu được dành để xác định network_id, và giá trị của những bit này quyết định đường mạng mà dữ liệu sẽ đi qua.
Host_id là giá trị của các bit cuối cùng trong địa chỉ IP 32 bit, dùng để xác định host trong mạng Địa chỉ host là địa chỉ IP được gán cho các interface của một host Hai host thuộc cùng một mạng sẽ có cùng network_id nhưng khác nhau ở host_id, giúp phân biệt từng thiết bị trong mạng.
Mạng là một nhóm nhiều host kết nối trực tiếp với nhau; giữa hai host thuộc cùng một mạng sẽ không bị phân cách bởi thiết bị layer 3, còn giữa mạng này và mạng khác phải có thiết bị layer 3 kết nối, thường là một router Địa chỉ mạng (network address) là địa chỉ IP được dùng để đánh dấu cho các mạng và không thể dùng để gán cho một interface Phần host_id của địa chỉ mạng chứa toàn bộ các bit 0 Ví dụ 172.29.0.0 là một địa chỉ mạng.
Mạng con (subnet) là mạng được tạo ra khi một địa chỉ IP thuộc lớp A, B, C được phân chia nhỏ để tận dụng số địa chỉ mạng được cấp phát Địa chỉ mạng con được xác định dựa vào địa chỉ IP và mặt nạ mạng con (subnet mask) Địa chỉ broadcast là địa chỉ IP dùng để đại diện cho tất cả các host trong mạng; phần host_id chứa các bit 1 và địa chỉ này không thể dùng để gán cho một host Ví dụ 172.29.255.255 là một địa chỉ broadcast.
Ví dụ sau minh hoạ phép AND giữa địa chỉ 172.29.14.10 và mask 255.255.0.0
Mặt nạ mạng (subnet mask) là một số 32 bit được dùng để xác định địa chỉ mạng của một địa chỉ IP bằng cách thực hiện phép AND giữa địa chỉ IP và mặt nạ mạng, phục vụ cho quá trình định tuyến Mặt nạ mạng cho biết số bit nằm trong phần network_id và phần host_id của địa chỉ IP; các bit của network_id được thiết lập thành 1 và các bit của host_id được thiết lập thành 0 Cách xây dựng này giúp máy tính phân biệt nhanh phần mạng với phần host, tối ưu hóa quá trình định tuyến và quản lý địa chỉ IP trong mạng nội bộ và mạng rộng.
Mặt nạ mặc định của lớp A: sử dụng cho các địa chỉ lớp A khi không chia mạng con, mặt nạ có giá trị 255.0.0.0
Mặt nạ mặc định của lớp B: sử dụng cho các địa chỉ lớp B khi không chia mạng con, mặt nạ có giá trị 255.255.0.0
Mặt nạ mặc định của lớp C: sử dụng cho các địa chỉ lớp C khi không chia mạng con, mặt nạ có giá trị 255.255.255.0
5.2 Trình bày địa chỉ IP
Trong cấu trúc địa chỉ IP, lớp A dành một byte cho phần network_id và ba byte cho phần host_id Để nhận diện lớp A, bit đầu tiên của byte đầu tiên phải là 0; ở dạng nhị phân, byte này có dạng 0xxxxxxx Do đó, các địa chỉ IP có byte đầu tiên nằm trong khoảng từ 0 (00000000) đến 127 (01111111) sẽ thuộc lớp A.
Ví dụ địa chỉ 50.14.32.8 là một địa chỉ lớp A (50 < 127) Byte đầu tiên được coi là network_id của lớp A; sau khi bỏ bit đầu tiên để làm ID nhận dạng lớp A, còn lại 7 bit để đánh số các mạng, ta có thể có 128 mạng lớp A khác nhau Bỏ đi hai trường hợp đặc biệt là 0.0.0.0 và 127.0.0.0, kết quả là lớp A có 126 mạng, từ 1.0.0.0 đến 126.0.0.0.
Trong mạng lớp A, phần host_id chiếm 24 bit, cho phép có tới 2^24 (16.777.216) địa chỉ host khác nhau trên mỗi mạng Tuy nhiên, bỏ đi địa chỉ mạng (phần host_id toàn bit 0) và địa chỉ broadcast (phần host_id toàn bit 1) khiến mỗi mạng còn lại 16.777.214 địa chỉ IP hợp lệ cho host Ví dụ, với mạng 10.0.0.0/8, các địa chỉ IP hợp lệ của host là từ 10.0.0.1 đến 10.255.255.254.
Dành hai byte cho mỗi phần network_id và host_id
Để nhận diện địa chỉ lớp B trong IPv4, byte đầu tiên luôn bắt đầu bằng hai bit 10 Trong nhị phân, octet này có dạng 10xxxxxx, nên các địa chỉ có giá trị từ 128 (10000000) đến 191 (10111111) sẽ thuộc lớp B, tức phạm vi từ 128.0.0.0 đến 191.255.255.255.
Ví dụ 172.29.10.1 là một địa chỉ lớp B (128 < 172 < 191)
Phần network_id chiếm 16 bit bỏ đi 2 bit làm ID cho lớp, còn lại 14 bit cho phép ta đánh thứ tự 16.384 (214) mạng khác nhau (128.0.0.0 đến 191.255.0.0)
Phần host_id có độ dài 16 bit, cho phép 65536 giá trị khác nhau Trừ hai trường hợp đặc biệt, còn lại 65534 host trong một mạng lớp B Ví dụ với mạng 172.29.0.0, các địa chỉ host hợp lệ nằm từ 172.29.0.1 đến 172.29.255.254.
Dành ba byte cho phần network_id và một byte cho phần host_id
Byte đầu tiên luôn bắt đầu bằng ba bit 110 và dạng nhị phân của octet này là 110xxxxx
Nhƣ vậy những địa chỉ nằm trong khoảng từ 192 (11000000) đến 223
(11011111) sẽ thuộc về lớp C Ví dụ một địa chỉ lớp C là 203.162.41.235 (192
Phần network_id dùng ba byte hay 24 bit, trừ đi 3 bit làm ID của lớp, còn lại 21 bit hay 2.097.152 (221) địa chỉ mạng (từ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0)
Trong mạng lớp C, host_id được lưu bằng một byte, cho phép 256 giá trị (2^8) Tuy nhiên, sau khi loại bỏ hai trường hợp đặc biệt, còn 254 địa chỉ host có thể được sử dụng trong một mạng lớp C Ví dụ với mạng 203.162.41.0, các địa chỉ host hợp lệ là từ 203.162.41.1 đến 203.162.41.254.
Địa chỉ IP có byte đầu tiên từ 224 đến 255 thuộc lớp D hoặc lớp E Hai lớp này không được dùng để địa chỉ hóa các host trong mạng, mà phục vụ cho các mục đích đặc thù như multicast (lớp D) và các mục đích thử nghiệm hoặc chuyên dụng (lớp E) Vì đặc thù của chúng, bài viết này không trình bày chi tiết về lớp D và lớp E.
5.3 Các lớp địa chỉ IP
Lớp A bao gồm các địa chỉ IP có octet đầu tiên từ 1 đến 126 (1.0.0.1 đến 126.0.0.0) Lớp A được phân bổ cho địa chỉ IP của những tổ chức lớn nhất trên thế giới.
L ớ p B : Những địa chỉ IP có oc-tet đầu tiên từ 128 đến 191 (128.1.0.0 đến 191.254.0.0) Lớp B dành riêng cho các tổ chức trên thế giới xếp hạng trung bình
L ớ p C : Những địa chỉ IP có oc-tet đầu tiên từ 192 đến 223 (192.0.1.0 đến 223.255.254.0) Lớp C dành cho các tổ chức nhỏ
L ớ p D : Bao gồm các địa chỉ Ip có oc-tet đầu tiên từ 224 đến 239 (224.0.0.0 đến 239.255.255.255) Lớp D đƣợc dùng để phát các thông tin Multicast/Broadcast