Giáo trình mạng máy tính cơ bản

Mạng cơ bản

KHOA TOÁN – TIN HỌC

Người biên soạn:

DƯƠNG BẢO NINH

ĐÀ LẠT – 5/2009

LỜI GIỚI THIỆU

Với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, hiện nay các mạng máy tính đã phát triển một cách nhanh chóng và đa dạng cả về quy mô, hệ điều hành và ứng dụng Do vậy, việc nghiên cứu chúng ngày càng trở nên phức tạp Tuy nhiên, các mạng máy tính cũng có cùng các điểm chung thông qua đó chúng ta có thể khảo sát, phân loại và đánh giá chúng

Giáo trình tóm tắt là một tài liệu tham khảo chính cho sinh viên Khoa Toán – Tin trường Đại học Đà Lạt Việc biên soạn giáo trình này nằm trong kế hoạch xây dựng hệ thống giáo trình các môn học của Khoa

Đề cương của giáo trình đã được thông qua Hội đồng Khoa học của Khoa và Trường Mục tiêu của giáo trình nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản

và chuyên sâu về hệ thống mạng máy tính Trang bị cho sinh viên những kỹ năng thiết

kế, cấu hình và quản trị hệ thống mạng LAN Đây có thể xem là những kiến thức nền tảng cho các quản trị viên về hệ thống mạng máy tính

Bố cục nội dung của tài liệu gồm có 6 chương như sau:

# Chương 1: Giới thiệu hệ thống mạng máy tính

# Chương 2: Mô hình định chuẩn mạng máy tính

# Chương 3: Các thiết bị nối kết mạng

# Chương 4: Giới thiệu các công nghệ mạng

# Chương 5: Giao thức TCP/IP

# Chương 6: Giới thiệu các dịch vụ mạng

Mặc dù đã có những cố gắng để hoàn thành giáo trình theo kế hoạch, nhưng do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm soạn thảo giáo trình, nên tài liệu chắc chắn còn những khiếm khuyết Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô trong Khoa cũng như các bạn sinh viên và những ai sử dụng tài liệu này Các góp ý xin gửi về Tổ Toán ứng dụng, Khoa Toán – Tin, Trường Đại học Đà Lạt hoặc gửi vào email

duongbaoninh@gmail.com

Trân trọng cảm ơn!

Đà Lạt, ngày 20 tháng 05 năm 2009

Người biên soạn:

DƯƠNG BẢO NINH

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU Trang 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠNG MÁY TÍNH 7

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ ÍCH LỢI MẠNG MÁY TÍNH 7

1.1.1 Định nghĩa 7

1.1.2 Những ích lợi kết nối thành mạng máy tính 7

1.2 SỰ HÌNH THÀNH MẠNG MÁY TÍNH 8

1.2.1 Giai đoạn các thiết bị đầu cuối nối trực tiếp với các máy tính trung tâm 8 1.2.2 Giai đoạn sử dụng các thiết bị tập trung 8

1.2.3 Giai đoạn sử dụng bộ tiền xử lý 8

1.2.4 Giai đoạn mạng máy tính 9

1.3 CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN MẠNG 9

1.3.1 Mô hình tính toán tập trung (Centralized computing) 9

1.3.2 Mô hình tính toán phân tán (Distributed computing) 9

1.3.3 Mô hình tính toán cộng tác (Collaborative computing) 9

1.4 PHÂN LOẠI MẠNG MÁY TÍNH 9

1.4.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý 9

1.4.2 Phân loại theo cấu trúc liên kết 10

1.4.3 Phân loại theo phương pháp truyền thông tin 12

1.5 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG MÁY TÍNH 13

1.5.1 Các dịch vụ mạng (Network services) 13

1.5.2 Giao thức (Protocol) 13

1.5.3 Môi trường truyền dẫn (Transmission media) 14

1.6 CÁC MÔ HÌNH ỨNG DỤNG MẠNG 14

1.6.1 Mô hình mạng ngang hàng (Peer–to–Peer Network) 14

1.6.2 Mô hình mạng khách chủ (Client – Server Netwrok) 15

1.7 MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH MẠNG 16

1.8 CÁC MÔ HÌNH QUẢN LÝ MẠNG 17

1.8.1 Mô hình mạng Workgroup 17

1.8.2 Mô hình mạng Domain 17

1.8.3 Mô hình mạng BootRom 18

1.9 CÔNG VIỆC CỦA NGƯỜI QUẢN TRỊ MẠNG 20

1.9.1 Quản trị cấu hình mạng (Configuration management) 20

1.9.2 Quản trị tính chịu lỗi cho hệ thống mạng (Fault management) 20

1.9.3 Quản trị hiệu năng hoạt động của mạng (Performance management) 20

1.9.4 Quản trị an ninh mạng (Security management) 20

1.9.5 Quản trị người dùng (Accounting management) 20

1.9.6 Quản trị đường truyền 20

1.10 BĂNG THÔNG, ĐỘ TRỄ VÀ THÔNG LƯỢNG 20

1.10.1 Băng thông (Bandwidth – B) 21

1.10.2 Độ trễ (Latency – L) 21

1.10.3 Thông lượng (Throughput – T) 22

1.11 PHƯƠNG THỨC TRUYỀN VÀ ĐỘ AN TOÀN 23

1.11.1 Các phương phức truyền thông dữ liệu 23

1.11.2 Độ an toàn truyền thông dữ liệu 23

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐỊNH CHUẨN MẠNG MÁY TÍNH 24

2.1 ĐỊNH CHUẨN MẠNG 24

2.1.1 Khái niệm giao thức mạng 24

2.1.2 Các tổ chức định chuẩn 25

2.1.3 Quy luật giao tiếp và tiến trình liên lạc 25

2.2 MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI 27

2.2.1 Giới thiệu mô hình OSI (Open Systems Interconnection) 27

2.2.1.1 Các giao thức trong mô hình OSI 30

2.2.1.2 Quy trình gửi và nhận dữ liệu giữa các tầng trên hai mô hình OSI31 2.2.1.3 Một số kiến trúc khác 33

2.2.2 Tầng vật lý (Physical layer) 36

2.2.2.1 Cấu trúc mạng vật lý 37

2.2.2.2 Các qui tắc mã hóa việc truyền các bit dữ liệu 37

2.2.2.3 Các qui tắc định thời 43

2.2.3 Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer) 49

2.2.3.1 Các dịch vụ của tầng liên kết dữ liệu và các kỹ thuật định frame 50

2.2.3.2 Điều khiển truy xuất đường truyền, đồng bộ hóa và điều khiển lỗi52 2.2.3.3 Sự phát hiện lỗi và sửa lỗi 55

2.2.3.4 Các giao thức liên kết dữ liệu cơ bản 61

2.2.3.5 Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu 65

2.2.4 Tầng mạng (Network layer) 67

2.2.4.1 Địa chỉ mạng, chuyển mạch và chọn đường 67

2.2.4.2 Các thuật toán định tuyến gói tin đi trong mạng 70

2.2.4.3 Dịch vụ nối kết 71

2.2.4.4 Hoạt động liên mạng 72

2.2.5 Tầng vận chuyển (Transport layer) 72

2.2.5.1 Địa chỉ tầng vận chuyển 74

2.2.5.2 Dịch vụ nối kết 74

2.2.6 Tầng phiên (Session layer) 75

2.2.6.1 Điều khiển đối thoại 76

2.2.6.2 Quản trị phiên 76

2.2.7 Tầng trình diễn (Presentation layer) 76

2.2.8 Tầng ứng dụng (Application layer) 77

2.3 MÔ HÌNH THAM CHIẾU TCP/IP 78

2.3.1 Tầng ứng dụng (Application layer) 79

2.3.2 Tầng vận chuyển (Transport layer) 80

2.3.3 Tầng liên mạng (Internet layer) 80

2.3.4 Tầng truy cập mạng (Network access layer) 81

2.4 MỘT SỐ CHUẨN MẠNG 82

2.4.1 Chuẩn SLIP và PPP 82

2.4.2 Họ chuẩn IEEE 802 82

2.4.3 Chuẩn NDIS và ODI 83

CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ NỐI KẾT MẠNG 85

3.1 THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN 85

3.1.1 Các đặc tính của một thiết bị truyền dẫn 85

3.1.2 Cáp xoắn đôi (Twisted pair cable) 85

3.1.3 Cáp đồng trục (Coaxial Cable) 87

3.1.4 Cáp sợi quang (Fiber optic cable) 89

3.2 THIẾT BỊ ĐẦU NỐI 92

3.2.1 Đầu nối kết cáp nhiều sợi 92

3.2.2 Đầu nối kết cáp soắn đôi 93

3.2.3 Đầu nối kết cáp đồng trục 94

3.2.4 Đầu nối kết cáp sợi quang 95

3.3 MỘT SỐ THIẾT BỊ KHÁC 96

3.3.1 Transceiver 96

3.3.2 Một số thiết bị mạng không dây 96

3.4 THIẾT BỊ NỐI KẾT MẠNG 97

3.4.1 Network Interface Card (NIC) 97

3.4.2 Repeaters (Bộ tiếp sức) 99

3.4.3 Hub (Bộ tập trung) 101

3.4.4 Bridge (Cầu nối) 101

3.4.5 Modem (Bộ điều biến/giải điều biến) 104

3.4.6 Switch (Bộ chuyển mạch) 106

3.5 THIẾT BỊ NỐI LIÊN MẠNG 108

3.5.1 Router (Bộ định tuyến) 108

3.5.2 Brouter (Cầu chỉ đường) 110

3.5.3 Gateway 111

3.5.4 Proxy 111

3.6 MIỀN XUNG ĐỘT VÀ MÔ HÌNH NỐI KẾT MẠNG THƯỜNG GẶP 112

3.6.1 Miền xung đột (Collision Domain) 112

3.6.2 Mô hình kết nối mạng bằng Repeater 113

3.6.3 Mô hình kết nối mạng bằng Hub 113

3.6.4 Mô hình kết nối mạng bằng Bridge 114

3.6.5 Mô hình kết nối mạng bằng Switch 115

3.6.6 Mô hình kết nối liên mạng bằng Router 115

3.6.7 Mô hình kết hợp các thiết bị nối kết mạng 116

CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG 118

4.1 POINT-TO-POINT 118

4.1.1 Khái niệm mạng Point-to-Point 118

4.1.2 Kiến trúc phân lớp của PPP 118

4.1.3 Định dạng khung dữ liệu của PPP 119

4.1.4 Cơ chế hoạt động của PPP 119

4.1.5 Hai giao thức LCP và NCP của PPP 121

4.1.6 Chứng thực trong PPP 121

4.1.7 Một số tính năng mở rộng của PPP 124

4.1.8 Ưu điểm và nhược điểm của PPP 126

4.2 ETHERNET (802.3) 126

4.2.1 Giới thiệu về Ethernet 126

4.2.2 Các thành phần cấu tạo Ethernet 127

4.2.3 Đặc điểm vật lý Ethernet 127

4.2.4 Các kiểu khuôn dạng Ethernet (Ethernet Frame Types) 129

4.2.5 Địa chỉ Ethernet 131

4.2.6 Thuật toán truyền 132

4.2.7 Hiệu năng của Ethernet 135

4.2.8 Kết luận 135

4.3 TOKEN RING (802.5) 137

4.3.1 Giới thiệu công nghệ mạng Token Ring 137

4.3.2 Đặc điểm vật lý của Token Ring 138

4.3.3 Định dạng khung dữ liệu của Token Ring 140

4.3.4 Kỹ thuật truyền thẻ bài (Token Passing) 141

4.3.5 Kiến trúc Token Ring 142

4.3.6 Cơ chế hoạt động của Token Ring 142

4.3.7 Cơ chế ưu tiên trong điều khiển truy nhập 144

4.3.8 Thành phần cấu tạo của Token Ring 146

4.3.9 Một số quy tắc thiết kế và đi cáp mạng cho mạng Token Ring 148

4.3.10 Công nghệ mạng vòng FDDI 149

4.3.10.1 Khung dữ liệu của công nghệ mạng FDDI 150

4.3.10.2 Hoạt động của FDDI 151

4.3.10.3 Kiến trúc của FDDI 152

4.4 MẠNG THUÊ BAO 156

4.4.1 Các kỹ thuật chuyển mạch 156

4.4.2 Mạng thuê bao (Leased line Network) 158

4.5 MẠNG CHUYỂN MẠCH 159

4.5.1 Mạng X25 160

4.5.2 Mạng Frame Relay 161

4.5.3 Mạng ATM (Cell relay) 161

4.5.4 Mạng ADSL 162

4.6 MẠNG NOVELL NETWARE 164

4.7 MẠNG WINDOWS NT 166

4.8 MẠNG APPLE TALK 166

4.9 MẠNG ARPANET 168

4.10 MẠNG NFSNET 170

4.11 MẠNG INTERNET 171

4.12 MẠNG KHÔNG DÂY (WIRELESS – 802.11) 172

4.12.1 Khái niệm mạng không dây 172

4.12.2 Phân loại mạng không dây 173

4.12.3 Vấn đề kỹ thuật trong mạng không dây 173

4.12.4 Đôi nét về một số mạng không dây 174

4.12.5 Bộ chuẩn IEEE 802.11 177

CHƯƠNG 5: GIAO THỨC TCP/IP 180

5.1 GIAO THỨC IP (INTERNET PROTOCOL) 181

5.1.1 Tổng quan về địa chỉ IP 181

5.1.1.1 Các chức năng chính của IP 181

5.1.1.2 Địa chỉ IP 182

5.1.1.3 Kỹ thuật chia mạng con (Subnetting) 185

5.1.1.4 Vấn đề định tuyến (routing) trong hệ thống mạng 188

5.1.1.5 Vấn đề gửi gói tin đi qua các chồng giao thức của TCP/IP 189

5.1.1.6 Địa chỉ riêng (Private address) 190

5.1.1.7 Cơ chế chuyển đổi địa chỉ mạng NAT 190

5.5.1.8 Cấu trúc gói dữ liệu IP 192

5.1.1.9 Phân mảnh và hợp nhất các gói IP 194

5.1.1.10 Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms – RA) 195

5.1.2 Các giao thức trong IP 199

5.1.2.1 Giao thức thông báo điều khiển mạng ICMP 199

5.1.2.2 Giao thức phân giải địa chỉ ARP 200

5.1.2.3 Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP 200

5.1.3 Các bước hoạt động của giao thức IP 201

5.1.4 Giao thức IPv6 202

5.1.4.1 Nguyên nhân ra đời của IPv6 202

5.1.4.2 Các đặc trưng của IPv6 203

5.1.4.3 So sánh IPv4 và IPv6 204

5.1.4.4 Các lớp địa chỉ IPv6 205

5.2 GIAO THỨC TCP (TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL) 206

5.2.1 Các bước thực hiện để thiết lập một liên kết TCP/IP 207

5.2.2 Các hàm sử dụng của giao thức TCP 208

5.2.3 Cấu trúc gói tin TCP 208

5.2.4 Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn 210

5.2.5 Thiết lập và huỷ bỏ liên kết 210

5.3 GIAO THỨC UDP (USER DATAGRAM PROTOCOL) 212

CHƯƠNG 6: GIỚI THIỆU CÁC DỊCH VỤ MẠNG 214

6.1 DỊCH VỤ ARP 214

6.2 DỊCH VỤ ICMP 215

6.3 DỊCH VỤ DHCP 215

6.3.1 Giao thức DHCP 215

6.3.2 Hoạt động của giao thức DHCP 215

6.4 DICH VỤ DNS 217

6.4.1 Hệ thống tên miền 217

6.4.2 Cơ chế hoạt động của DNS 219

6.4.3 Cấu hình DNS 223

6.5 DỊCH VỤ FTP 224

6.6 DỊCH VỤ WEB 225

6.6.1 WWW (World Wide Web) 225

6.6.2 Giao thức HTTP (HyperText Transmission Protocol) 225

6.6.3 Web server và cách thức hoạt động 225

6.6.4 Web client 226

6.7 DỊCH VỤ MAIL 227

6.7.1 NNTP (Network News Transfer Protocol) 227

6.7.2 SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol) 228

6.8 DỊCH VỤ RAS (REMOTE ACCESS SERVICE) 230

TÀI LIỆU THAM KHẢO 232

[  \

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠNG MÁY TÍNH

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ ÍCH LỢI MẠNG MÁY TÍNH

1.1.1 Định nghĩa

Mạng máy tính là sự kết hợp các máy tính lại với nhau thông qua các thiết bị nối kết mạng và phương tiện truyền thông (giao thức mạng, môi trường truyền dẫn) theo một cấu trúc nào đó và các máy tính này trao đổi thông tin qua lại với nhau

Hình 1.1: Mô hình liên kết các máy tính trong mạng

1.1.2 Những ích lợi kết nối thành mạng máy tính

− Nhiều người có thể dùng chung một phần mềm tiện ích

− Một nhóm người cùng thực hiện một đề án nếu nối mạng họ sẽ dùng chung dữ

liệu của đề án, dùng chung tập tin chính (master file) của đề án, họ trao đổi

thông tin với nhau dễ dàng

− Dữ liệu được quản lý tập trung nên bảo mật an toàn, trao đổi giữa những người

sử dụng thuận lợi, nhanh chóng, backup dữ liệu tốt hơn

− Sử dụng chung các thiết bị máy in, máy scaner, đĩa cứng và các thiết bị khác

− Người sử dụng và trao đổi thông tin với nhau dễ dàng thông qua dịch vụ thư

điện tử (Email), dịch vụ Chat, dịch vụ truyền file (FTP), dịch vụ Web,

− Xóa bỏ rào cản về khoảng cách địa lý giữa các máy tính trong hệ thống mạng muốn chia sẻ và trao đổi dữ liệu với nhau

− Một số người sử dụng không cần phải trang bị máy tính đắt tiền (chi phí thấp

mà chức năng lại mạnh)

− Cho phép người lập trình ở một trung tâm máy tính này có thể sử dụng các chương trình tiện ích, vùng nhớ của một trung tâm máy tính khác đang rỗi để làm tăng hiệu quả kinh tế của hệ thống

− An toàn cho dữ liệu và phần mềm vì nó quản lý quyền truy cập của các tài

khoản người dùng (phụ thuộc vào các chuyên gia quản trị mạng)

1.2 SỰ HÌNH THÀNH MẠNG MÁY TÍNH

1.2.1 Giai đoạn các thiết bị đầu cuối nối trực tiếp với các máy tính trung tâm

Trước kia, máy tính rất đắc so với đường truyền,

vì vậy để tận dụng công suất của máy và tạo thuận

lợi cho quá trình khai thác dữ liệu, người ta nối trực

tiếp các thiết bị đầu cuối (terminals) vào máy tính

trung tâm (mainframe) Do các máy tính trung tâm

với công suất xử lý và tính toán mạnh, người sử dụng

không phải đi tới những máy tính trung tâm ở xa để

thực hiện công việc mà có thể sử dụng máy tính ngay

tại nơi làm việc để lấy những thông tin cần thiết từ

máy tính trung tâm thông qua việc kết nối giữa máy

tính làm việc với máy tính trung tâm

1.2.2 Giai đoạn sử dụng các thiết bị tập trung

Việc ghép nối các thiết bị đấu cuối đến máy tính

trung tâm sẽ trở nên tốn kém và không hợp lý khi số

các thiết bị đầu cuối tăng lên Do đó, để khắc phục

nhược điểm trên người ta sử dụng các thiết bị tập

trung (concentrator), đó là các máy tính mini dùng

để quản lý các thiết bị đầu cuối Nhờ vậy việc quản

lý truyền tin của máy tính trung tâm được giảm nhẹ

1.2.3 Giai đoạn sử dụng bộ tiền xử lý

Trong giai đoạn này các tấm ghép nối quản lý đường truyền được thay thế bằng

máy tính mini gọi là bộ tiền xử lý (processor frontal), như vậy máy tính trung tâm chỉ

tập trung vào xử lý tin còn việc quản lý đường truyền sẽ do bộ tiền xử lý đảm nhiệm,

bộ tiền xử lý được gắn chặt với máy tính trung tâm bởi ghép nối nhanh

Hình 1.4: Giai đoạn sử dụng bộ tiền xử lý Hình 1.5: Giai đoạn mạng máy tính

1.2.4 Giai đoạn mạng máy tính

Ba giai đoạn đầu, hệ thống mạng có cấu trúc hình sao (các máy terminal nối với máy tính trung tâm) không cho phép chúng ta xây dựng những hệ thống mạng lớn do hạn chế của thiết bị mạng Để làm điều này trong giai đoạn bốn, người ta trang bị thêm vào mạng truyền tin với các nhiệm vụ truyền tải các gói tin vào hệ thống (Hình 1.5) Mạng truyền tin bao gồm các nút truyền tin (nút mạng) và các đường dây truyền tin nối các nút truyền tin lại với nhau Các nút truyền tin có nhiệm vụ quản lý việc truyền tin Các thiết bị đầu cuối, thiết bị tập trung, bộ tiền xử lý và các máy tính được ghép nối vào các nút mạng Cấu trúc này cho phép chúng ta xây dựng được những hệ thống mạng máy tính lớn, mạng máy tính toàn cầu

1.3 CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN MẠNG

1.3.1 Mô hình tính toán tập trung (Centralized computing)

Toàn bộ các tiến trình xử lý diễn ra tại máy tính trung tâm Các máy trạm cuối (Terminals) được nối mạng với máy tính trung tâm và chỉ hoạt động như những thiết

bị nhập xuất dữ liệu cho phép người dùng xem trên màn hình và nhập liệu qua bàn phím Các máy trạm đầu cuối không lưu trữ và xử lý dữ liệu Mô hình tính toán mạng trên có thể triển khai trên hệ thống phần cứng hoặc phần mềm được cài đặt trên Server

Ưu điểm: Dữ liệu bảo mật an toàn, dễ backup, dễ diệt virus và chi phí cài đặt thấp Khuyết điểm: Khó đáp ứng được các yêu cầu của nhiều ứng dụng khác nhau, tốc

độ truy xuất chậm

1.3.2 Mô hình tính toán phân tán (Distributed computing)

Các máy tính có khả năng hoạt động độc lập, các công việc được tách nhỏ và giao cho nhiều máy tính khác nhau trong mạng thay vì tập trung xử lý trên máy trung tâm Tuy dữ liệu được xử lý và lưu trữ tại máy cục bộ nhưng các máy tính này được nối mạng với nhau nên chúng có thể trao đổi dữ liệu và các dịch vụ

Ưu điểm: Truy xuất nhanh, phần lớn không giới hạn các ứng dụng

Khuyết điểm: Dữ liệu lưu trữ rời rạc khó đồng bộ, backup và rất dễ nhiễm virus

1.3.3 Mô hình tính toán cộng tác (Collaborative computing)

Mô hình tính toán mạng cộng tác bao gồm nhiều máy tính có thể hợp tác để thực hiện một công việc Một máy tính này có thể mượn năng lực tính toán, xử lý của máy tính khác bằng cách chạy các chương trình trên các máy tính nằm trong mạng

Ưu điểm: Xử lý rất nhanh và mạnh, có thể dùng để chạy các ứng dụng có các phép toán lớn, xử lý dữ liệu lớn Ví dụ: bẻ khóa các hệ mã, tính toán ADN,

Khuyết điểm: Các dữ liệu được lưu trữ trên các vị trí khác nhau nên rất khó đồng

bộ và backup, khả năng nhiễm virus rất cao

1.4 PHÂN LOẠI MẠNG MÁY TÍNH

1.4.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý

Hiện nay, mạng máy tính được phát triển khắp nơi với những ứng dụng ngày càng

đa dạng nên việc phân loại mạng máy tính là một việc rất phức tạp Người ta có thể chia các mạng máy tính theo khoảng cách địa lý ra làm các loại mạng sau:

− Mạng cục bộ (Local Area Networks – LAN): là mạng được cài đặt trong một phạm vi tương đối nhỏ (trong một phòng, một toà nhà, hoặc phạm vi của một trường học v.v…) với khoảng cách lớn nhất giữa hai máy tính nút mạng chỉ trong khoảng vài chục km trở lại Tổng quát có hai loại mạng LAN: mạng ngang hàng

(peer to peer) và mạng có máy chủ (server based) Mạng server based còn được gọi là mạng “Client/Server” (Khách/Chủ), mạng có đường kính ≤ 1km

− Mạng đô thị (Metropolitan Area Network – MAN): là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị hoặc một trung tâm kinh tế - xã hội có bán kính khoảng 100km trở lại Mạng được nối kết nhiều mạng LAN lại với nhau

− Mạng diện rộng (Wide Area Network – WAN): phạm vi của mạng có thể vượt qua biên giới quốc gia và thậm chí cả lục địa Cáp truyền qua đại dương hoặc vệ tinh được dùng cho việc truyền dữ liệu trong mạng WAN

− Mạng toàn cầu (Global Area Network – GAN): phạm vi của mạng trải rộng toàn Trái đất Việc kết nối các máy tính được thực hiện thông qua mạng viễn thông

o Point – to – Point: Các đường truyền nối từng

cặp nút với nhau và mỗi nút đều có trách nhiệm

lưu trữ tạm thời sao đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho

tới đích Do cách làm việc như vậy nên mạng

kiểu này còn được gọi là mạng “lưu và chuyển

tiếp” (strore and forward)

o Point – to – Multipoint: Tất cả các nút phân

chia nhau trên một đường truyền vật lý chung Dữ

liệu gửi đi từ một nút nào đó sẽ được tiếp nhận

bởi tất cả các nút còn lại trên mạng bởi vậy chỉ

cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để căn cứ vào

đó các nút tra xem dữ liệu đó có phải gửi cho

mình hay không

1.4.2.2 Mạng hình sao (Star Network)

Mạng hình sao có tất cả các trạm được kết nối với

một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ

các trạm và chuyển đến trạm đích Tùy theo yêu cầu

truyền thông trên mạng mà thiết bị trung tâm có thể

là hub, switch, router hay máy chủ trung tâm Vai trò

của thiết bị trung tâm là thiết lập các liên kết Point –

to – Point

Hình 1.6: Kiểu nối điểm – điểm

Hình 1.7: Kiểu nối điểm – nhiều điểm

Hình 1.8: Mạng hình sao

− Ưu điểm: Thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt các trạm), dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố, tận dụng được tối đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý

− Khuyết điểm: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (bán kính khoảng 100m với công nghệ hiện nay)

1.4.2.3 Mạng tuyến tính (Bus Network)

Tất cả các trạm phân chia trên một đường truyền

chung (bus) Đường truyền chính được giới hạn hai

đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator Mỗi

trạm được nối với trục chính qua một đầu nối chữ T

(T-connector) hoặc một thiết bị thu phát

(transceiver)

Mô hình mạng Bus hoạt động theo các liên kết Point–to–Multipoint hay Broadcast

− Ưu điểm: Dễ thiết kế và chi phí thấp

− Khuyết điểm: Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động

1.4.2.4 Mạng hình vòng (Ring Network)

Trên mạng hình vòng (chu trình) tín hiệu được

truyền đi trên vòng theo một chiều duy nhất Mỗi

trạm của mạng được nối với nhau qua một bộ chuyển

tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển

tiếp đến trạm kế tiếp trên vòng Như vậy tín hiệu

được lưu chuyển trên vòng theo một chuỗi liên tiếp

các liên kết Point–to–Point giữa các repeater

− Ưu điểm: Mạng hình vòng có ưu điểm tương tự như mạng hình sao

− Nhược điểm: Một trạm hoặc cáp hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động, thêm hoặc bớt một trạm khó hơn, giao thức truy nhập mạng phức tạp

1.4.2.5 Mạng kết hợp

• Kết hợp hình sao và tuyến tính (Star Bus Network)

Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu

(splitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệ thống dây cáp

mạng cấu hình là Star Topology và Linear Bus Topology

Lợi điểm của cấu hình này là mạng có thể gồm nhiều

nhóm làm việc ở cách xa nhau, ARCNET là mạng dạng

kết hợp Star Bus Network Cấu hình dạng này đưa lại sự

uyển chuyển trong việc bố trí đường dây tương thích dễ

dàng đối với bất cứ toà nhà nào

• Kết hợp hình sao và vòng (Star Ring Network)

Cấu hình dạng kết hợp Star Ring Network, có một “thẻ bài” liên lạc (Token)

được chuyển vòng quanh một cái HUB trung tâm Mỗi trạm làm việc được nối với HUB – là cầu nối giữa các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách cần thiết

Hình 1.9: Mạng tuyến tính

Hình 1.10: Mạng chu trình

Hình 1.11: Mạng kết hợp

1.4.3 Phân loại theo phương pháp truyền thông tin

Các hệ thống chuyển mạch có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với việc truyền thông dữ liệu trong hệ thống mạng

1.4.3.1 Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Switching Network)

Khi có hai trạm cần trao đổi thông tin với nhau thì giữa chúng sẽ được thiết lập một

“kênh” cố định và được duy trì cho đến khi một trong hai bên ngắt kết nối Dữ liệu chỉ được truyền theo con đường cố định này Kỹ thuật chuyển mạch kênh được sử dụng

trong các kết nối ATM (Asynchronous Transfer Mode) và Dial-up ISDN (Integrated

Services Digital Networks) Ví dụ về mạng chuyển mạch kênh là mạng điện thoại

Ưu điểm: kênh truyền được dành riêng trong suốt quá trình giao tiếp do đó tốc độ truyền dữ liệu được bảo đảm Điều này là đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng

thời gian thực như audio và video

Phương pháp chuyển mạch kênh có hai nhược điểm chính:

− Phải tốn thời gian để thiết lập đường truyền cố định giữa hai trạm

− Hiệu suất sử dụng đường truyền không cao, vì có lúc trên kênh không có dữ liệu truyền của hai trạm kết nối, nhưng các trạm khác không được sử dụng kênh truyền này

1.4.3.2 Mạng chuyển mạch thông báo (Message Switching Network)

Không giống chuyển mạch kênh, chuyển mạch thông báo không thiết lập liên kết dành riêng giữa hai trạm giao tiếp mà thay vào đó mỗi thông báo được xem như một khối độc lập bao gồm cả địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Mỗi thông báo sẽ được truyền qua các trạm trong mạng cho đến khi nó đến được địa chỉ đích, mỗi trạm trung gian sẽ nhận và lưu trữ thông báo cho đến khi trạm trung gian kế tiếp sẵn sàng để nhận thông báo sau đó nó chuyển tiếp thông báo đến trạm kế tiếp, chính vì lý do này mà mạng

chuyển mạch thông báo còn có thể được gọi là mạng lưu và chuyển tiếp (Store and

Forward Network) Một ví dụ điển hình về kỹ thuật này là dịch vụ thư điện tử (e-mail),

nó được chuyển tiếp qua các trạm cho đến khi tới được đích cần đến

Các ưu điểm của phương pháp:

− Cung cấp một sự quản lý hiệu quả hơn đối với sự lưu thông của mạng Bằng cách gán các thứ tự ưu tiên cho các thông báo và đảm bảo các thông báo có độ ưu tiên cao hơn sẽ được lưu chuyển thay vì bị trễ do quá trình lưu thông trên mạng

− Giảm sự tắc nghẽn trên mạng Các trạm trung gian có thể lưu giữ các thông báo cho đến khi kênh truyền rảnh mới gửi thông báo đi

− Tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền, với kỹ thuật này các trạm có thể dùng chung kênh truyền

Hai nhược điểm chính:

− Nhược điểm của kỹ thuật này là độ trễ do việc lưu trữ và chuyển tiếp thông báo

là không phù hợp với các ứng dụng thời gian thực

− Các trạm trung gian phải có dung lượng bộ nhớ rất lớn để lưu giữ các thông báo trước khi chuyển tiếp nó tới một trạm trung gian khác (kích thước của các thông báo không bị hạn chế)

1.4.3.3 Mạng chuyển mạch gói (Packet Switching Network)

Kỹ thuật này được đưa ra nhằm tận dụng các ưu điểm và khác phục những nhược điểm của hai kỹ thuật trên, đối với kỹ thuật này các thông báo được chia thành các gói

tin (packet) có kích thước thay đổi, mỗi gói tin bao gồm dữ liệu, địa chỉ nguồn, địa chỉ

đích và các thông tin về địa chỉ các trạm trung gian Các gói tin riêng biệt không phải luôn luôn đi theo một con đường duy nhất, điều này được gọi là chọn đường độc lập (independent routing)

Phương pháp có hai ưu điểm:

− Dải thông có thể được quản lý bằng cách chia nhỏ dữ liệu vào các đường khác nhau trong trường hợp kênh truyền bận

− Nếu một liên kết bị sự cố trong quá trình truyền thông thì các gói tin còn lại có thể được gửi đi theo các con đường khác

Điểm khác nhau cơ bản giữa kỹ thuật chuyển mạch thông báo và kỹ thuật chuyển mạch gói là trong kỹ thuật chuyển mạch gói các gói tin được giới hạn về độ dài tối đa điều này cho phép các trạm chuyển mạch có thể lưu giữ các gói tin vào bộ nhớ trong

mà không phải đưa ra bộ nhớ ngoài do đó giảm được thời gian truy nhập và tăng hiệu quả truyền tin

Những khó khăn của phương pháp chuyển mạch gói cần giải quyết là tập hợp các gói tin tại nơi nhận để tạo lại thông báo ban đầu cũng như xử lý việc mất các gói tin

1.5 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG MÁY TÍNH

1.5.1 Các dịch vụ mạng (Network services)

Các mạng kết nối hai hoặc nhiều hơn các máy tính với nhau để cung cấp một số phương pháp cho việc chia xẻ và truyền dữ liệu Nhiều đặc điểm mà một mạng cung cấp được xem như các dịch vụ (services)

Các dịch vụ thông dụng nhất trên một mạng là: thư điện tử (email), in ấn, chia xẻ file, truy xuất Internet, truy cập từ xa (remote access), quay số từ xa (remote dial-in), giao tiếp (communication) và dịch vụ quản trị (management service)

Các mạng lớn có thể có những máy chủ (server) riêng, mỗi máy này thực hiện một trong các dịch vụ mạng Với các mạng nhỏ hơn, tất cả các dịch vụ mạng được cung cấp bởi một hoặc nhiều máy chủ (một máy chủ có thể cung cấp nhiều dịch vụ mạng) Như vậy, trong một hệ thống mạng máy tính có hai thành phần cơ bản: thành phần cung cấp dịch vụ và thành phần sử dụng dịch vụ

1.5.2 Giao thức (Protocol)

Ngôn ngữ được sử dụng bởi các thực thể mạng gọi là giao thức truyền thông mạng Giao thức giúp các bên truyền thông “hiểu nhau” bằng cách định nghĩa một ngôn ngữ chung cho các thành phần mạng truyền thông dữ liệu

Một giao thức mạng quen thuộc là giao thức TCP/IP - một trong những giao thức

của bộ giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) TCP/IP

được coi là xương sống của mạng Internet Tuy tên gọi TCP/IP chỉ hai giao thức cụ thể

là TCP và IP nhưng nó thường được sử dụng để chỉ nhóm gồm nhiều giao thức

Tóm lại: Giao thức là tiêu chuẩn giao tiếp giữa hai hệ thống giúp chúng hiểu và trao đổi dữ liệu được với nhau

Ví dụ: Sequence Packet Exchange/Internetwork Packet Exchange (SPX/IPX), Transmission Control Protocol/Internetwork Protocol (TCP/IP) , NetBIOS Exchange User Interface (NetBEUI), AppleTalk, …

1.5.3 Môi trường truyền dẫn (Transmission media)

Trên một mạng máy tính, các dữ liệu được truyền trên môi trường truyền dẫn, nó là

phương tiện vật lý cho phép truyền tải tín hiệu giữa các thiết bị Nó có hai loại phương

tiện truyền dẫn chủ yếu: hữu tuyến (bounded media) và vô tuyến (boundless media)

Thông thường, hệ thống sử dụng hai loại tín hiệu truyền: digital và analog

Phương tiện truyền dẫn giúp các tín hiệu từ máy tính này sang máy tính khác Các tín hiệu điện tử này biểu diễn các giá trị dữ liệu theo dạng các xung nhị phân (bật/tắt) Các tín hiệu truyền thông giữa các máy tính và các thiết bị là các dạng sóng điện từ trải dài từ tần số radio đến tần số hồng ngoại

Các tần số sóng radio thường dùng để phát tín hiệu LAN Các tần số này có thể được dùng với cáp xoắn đôi, cáp đồng trục hoặc thông qua việc truyền phủ sóng radio Sóng viba (microwares) thường dùng truyền thông tập trung giữa hai điểm hoặc giữa các trạm mặt đất và các vệ tinh Ví dụ như mạng điện thoại cellular

Tia hồng ngoại thường dùng cho các kiểu truyền thông qua mạng trên các khoảng cách tương đối ngắn và có thể phát sóng giữa hai điểm hoặc từ một điểm phủ sóng cho nhiều trạm thu Chúng ta có thể truyền tia hồng ngoại và các tần số ánh sáng cao hơn thông qua cáp quang

1.6 CÁC MÔ HÌNH ỨNG DỤNG MẠNG

1.6.1 Mô hình mạng ngang hàng (Peer–to–Peer Network)

Mạng peer–to–peer là một ví dụ rất đơn giản của các mạng LAN Chúng cho phép

mọi nút mạng vừa đóng vai trò là thực thể yêu cầu các dịch vụ mạng (client), vừa là các thực thể cung cấp các dịch vụ mạng (server) Trong môi trường này, người dùng

trên từng máy tính chịu trách nhiệm điều hành và chia sẻ tài nguyên của máy tính mình Mô hình này chỉ phù hợp với các tổ chức nhỏ và không quan tâm đến vấn đề bảo mật Phần mềm mạng peer–to–peer được thiết kế sao cho các thực thể ngang hàng thực hiện cùng các chức năng tương tự nhau

Các đặc điểm của mạng peer–to–peer:

− Mạng peer–to–peer còn được biết đến

như mạng workgroup (nhóm làm việc) và

được sử dụng cho các mạng có ≤ 10 người

sử dụng (user) làm việc trên mạng đó

− Mạng peer–to–peer không đòi hỏi phải

có người quản trị mạng (administrtor)

Trong mạng peer–to–peer mỗi user làm

việc như người quản trị cho trạm làm việc

riêng của họ và chọn tài nguyên hoặc dữ

liệu nào mà họ sẽ cho phép chia sẻ trên

mạng cũng như quyết định ai có thể truy

xuất đến tài nguyên và dữ liệu đó Hình 1.12: Mô hình mạng ngang hàng

Các ưu điểm của mạng peer-to-peer:

− Đơn giản cho việc cài đặt

− Chi phí tương đối rẻ

Những nhược điểm của mạng peer-to-peer:

− Không quản trị tập trung, đặc biệt trong trường hợp có nhiều tài khoản cho một người sử dụng (user) truy xuất vào các trạm làm việc khác nhau

− Việc bảo mật mạng có thể bị vi phạm với các user có chung username,

password truy xuất tới cùng tài nguyên

− Không thể sao chép dự phòng (backup) dữ liệu tập trung Dữ liệu được lưu trữ

rải rác trên từng trạm

1.6.2 Mô hình mạng khách chủ (Client – Server Netwrok / Server Based Network)

Mạng khách chủ liên quan đến việc xác định vai trò của các thực thể truyền thông trong mạng Mạng này xác định thực thể nào có thể tạo ra các yêu cầu dịch vụ và thực

thể nào có thể phục vụ các yêu cầu đó Các máy tính được gọi là các file server thực

hiện việc xử lý dữ liệu và giao tiếp giữa các máy tính khác trong mạng Các máy tính

khác đó được gọi là các workstation (máy tính trạm)

Các máy trạm được nối với các máy chủ,

nhận quyền truy nhập mạng và tài nguyên mạng

từ các máy chủ Đối với Windows NT các máy

được tổ chức thành các miền (domain) An ninh

trên các domain được quản lý bởi một số máy

chủ đặc biệt gọi là domain controller Trên

domain có một master domain controller được

gọi là PDC (Primary Domain Controller) và

một BDC (Backup Domain Controller) để đề

phòng trường hợp PDC gặp sự cố

Các mạng khách chủ thường được sử dụng cho các mạng có ≥ 10 người sử dụng và thực hiện các công việc chuyên biệt sau:

− File và Print Servers: quản lý truy xuất của user tới các file và các máy in

− Application Servers: máy chủ có nhiệm vụ cung cấp các ứng dụng, các phần mềm cho các máy trạm trong môi trường client/server

− Database Server: máy chủ có cài đặt các hệ thống Cơ sở dữ liệu (DBMS) như SQL Server, Oracle, DB2 phục vụ cho các nhu cầu ứng dụng truy xuất dữ liệu trên mạng

− Communication Server: máy chủ phục vụ cho công tác truyền thông, giao tiếp

trên mạng như Web (Web Server), Mail (Mail Server), truyền nhận file (FTP

− Khó khăn trong việc cài đặt, cấu hình và quản trị hơn so với mạng peer-to-peer

− Cung cấp sự bảo mật tốt hơn cho các tài nguyên mạng

− Dễ dàng hơn trong việc quản trị sao chép dự phòng dữ liệu (backup) Thậm chí

có thể lập lịch cho công việc này thực hiện tự động

Trong thực tế, phần lớn các mô hình mạng máy tính được thiết kế theo mô hình

mạng lai (hybrid) là sự kết hợp giữa mô hình mạng khách chủ và mô hình mạng ngang

Những hệ điều hành dùng cho mạng máy tính cá nhân peer-to-peer bao gồm:

− Microsoft Windows for Workgroups 3.11

− Microsoft Windows 9X, ME

− Microsoft Windows NT Workstation

− Microsoft Windows 2000 Professional

− Microsoft Windows XP Professional

− Microsoft Windows Vista (Longhorn – 2005) – 2007

− Microsoft Windows 7 (2008), Windows 8 (2011)

− Novell Netware Lite, Novell Netware Personal

− Linux for Workstation

Những hệ điều hành mạng máy tính cá nhân phổ biến nhất cho mạng khách chủ (mô hình mạng xử lý tập trung - LAN) bao gồm:

− Windows NT Server

− Windows Server 2000: Standard, Advanced Server và Datacenter Server

− Windows Server 2003: Standard Edition, Enterprise Edition, Datacenter Edition và Web Edition

− Windows Server 2008: Standard, Enterprise, DataCenter, Web, HPC (High–Performance Computing) và Itanium-based Systems

− Unix: HP-UX, Sun Solaris, BSD, SCO, và AIX

− Linux: Ubuntu, Red Hat Enterprise Linux, Fedora Core, Mandrake, Caldera, SuSE, Debian, và Slackware

− Novell Netware: NetWare3.12, IntraNetWare 4.11, NetWare 5.0 và 5.1

Những ưu điểm của mô hình mạng Workgroup:

− Workgroups không yêu cầu máy tính chạy trên hệ điều hành Windows Server

để tập trung hóa thông tin bảo mật

− Workgroups thiết kế và hiện thực đơn giản và không yêu cầu lập kế hoạch có phạm vi rộng và quản trị như domain yêu cầu

− Workgroups thuận tiện đối với nhóm có số máy tính ít và gần nhau (≤ 10 máy)

Những nhược điểm của mô hình mạng Workgroup:

− Mỗi người dùng phải có một tài khoản người dùng trên mỗi máy tính mà họ muốn đăng nhập

− Bất kỳ sự thay đổi tài khoản người dùng, như là thay đổi password hoặc thêm tài khoản người dùng mới, phải được làm trên tất cả các máy tính trong Workgroup Nếu bạn quên bổ sung tài khoản người dùng mới tới một máy tính trong nhóm thì người dùng mới sẽ không thể đăng nhập vào máy tính đó và không thể truy xuất tới tài nguyên của máy tính đó

− Việc chia sẻ thiết bị và file được xử lý bởi các máy tính riêng, và chỉ cho người dùng có tài khoản trên máy tính đó được được sử dụng

1.8.2 Mô hình mạng Domain

Mô hình mạng Domain là một nhóm máy tính mạng cùng chia sẻ cơ sở dữ liệu thư

mục tập trung (central directory database) Thư mục dữ liệu chứa tài khoản người

dùng và thông tin bảo mật cho toàn bộ Domain Thư mục dữ liệu này được biết như là

thư mục hiện hành (Active Directory)

Trong một Domain, thư mục chỉ tồn tại trên các máy tính được cấu hình như máy

điều khiển miền (domain controller) Một domain controller là một Server quản lý tất

cả các khía cạnh bảo mật của Domain Không giống như mạng Workgroup, bảo mật và quản trị trong domain được tập trung hóa Để có Domain controller, những máy chủ

(server) phải chạy dịch vụ làm Domain controller (dịch vụ được tích hợp sẵn trên các

phiên bản Windows Server của Microsoft; hoặc trên Linux, ta cấu hình dịch vụ Samba

để làm nhiệm vụ Domain controller, )

Một domain không được xem như một vị trí đơn hoặc cấu hình mạng riêng biệt Các máy tính trong cùng domain có thể ở trên một mạng LAN hoặc WAN Chúng có

thể giao tiếp với nhau qua bất kỳ kết nối vật lý nào, như: Dial-up, Integrated Services Digital Network (ISDN), Ethernet, Token Ring, Frame Relay, Satellite, Fibre Channel

Những ưu điểm của mô hình mạng Domain:

− Cho phép quản trị tập trung Nếu người dùng thay đổi password của họ, thì sự thay sẽ được cập nhật tự động trên toàn Domain

− Domain cung cấp quy trình đăng nhập đơn giản để người dùng truy xuất các tài nguyên mạng mà họ được phép truy cập

− Domain cung cấp linh động để người quản trị có thể khởi tạo mạng rất rộng lớn

Các miền điển hình trong Windows Server có thể chứa các kiểu máy tính sau:

− Máy điều khiển miền (Domain controllers): Mỗi Domain controller lưu trữ và

bảo trì bản sao thư mục Trong domain, tài khoản người dùng được tạo một lần, Windows Server ghi nó trong thư mục này Khi người dùng đăng nhập tới máy tính trong domain, domain controller kiểm tra thư mục nhờ tên người sử dụng, mật khẩu và giới hạn đăng nhập Khi có nhiều domain controllers, chúng định kỳ tái tạo thông tin thư mục của chúng

− Các máy chủ thành viên (Member servers): Một máy member server là một

máy chủ mà không được cấu hình như là domain controller Máy chủ không lưu trữ thông tin thư mục và không thể xác nhận domain người dùng Các máy chủ có thể cung cấp các tài nguyên chia sẻ như các thư mục dùng chung hay các máy in

− Các máy tính trạm (Client computers): Các máy tính trạm chạy một hệ điều

hành dùng cho máy trạm của người dùng và cho phép người dùng truy cập tới nguồn tài nguyên trong domain

Không giống như Workgroup, Domain phải tồn tại trước khi người dùng tham gia vào nó Việc tham gia vào Domain luôn yêu cầu người quản trị Domain cung cấp tài khoản cho máy tính của người dùng tới domain đó Tuy nhiên, nếu người quản trị cho người dùng đúng đặc quyền, người dùng có thể khởi tạo tài khoản máy tính của mình trong quá trình cài đặt

1.8.3 Mô hình mạng BootRom

Hệ thống mạng LAN sử dụng kỹ thuật

BOOTROM (hay còn gọi là khởi động máy tính

từ xa – remote boot) cho phép một số máy tính

thành viên trong mạng không gắn đĩa cứng riêng

mà vẫn có thể hoạt động như một máy tính thông

thường Hệ thống mạng đặc biệt này được gọi

một cách ngắn gọn là Mạng BOOT-ROM

Kĩ thuật này có thể áp dụng cho những phòng

máy tính nhỏ để tiết kiệm chi phí đầu tư Ngoài

ra, người quản lí sẽ dễ dàng theo dõi hệ thống,

phát hiện và sửa chữa lỗi Để thiết lập mạng

BootRom, phần mềm hỗ trợ cho mô hình mạng là

phần mềm BXP của hãng Venturcom

BXP là phần mềm hỗ trợ với các thành phần: BXP server cài đặt trên máy chủ và bản BXP client dùng trên các máy con Chương trình có nhiệm vụ: mã hóa hệ điều

Hình 1.14: Mô hình mạng BootRom, mỗi máy con một ổ ảo (Private Image)

hành đang cài đặt trên đĩa cứng của một máy con thành tập tin ảnh (cài đặt để xác định cấu hình của các máy con), sau đó chép tập tin này lên đĩa cứng của máy chủ và giúp các máy con có thể truy xuất nó như là một ổ đĩa ảo có chứa hệ điều hành tương ứng Mạng BootRom gồm có các mô hình tiêu biểu như sau:

1 Private Image với cơ chế RAM cache

Mỗi máy con có một ổ cứng ảo riêng theo

phương pháp Private image nhưng khi máy này

hoạt động, mọi thao tác ghi lên ổ cứng (tạo, xóa

file, thay đổi cấu hình, ) sẽ “mượn tạm” bộ

nhớ RAM của máy con Sau khi máy con khởi

động lại, hệ thống sẽ trở về trạng thái cũ

− Ưu điểm: mỗi máy con khôi phục cấu hình

dễ dàng bằng khởi động lại máy tính

− Nhược điểm: Mọi sự thay đổi trên ổ cứng ảo đều không có tác dụng, RAM của

hệ thống sẽ bị giảm để làm Cache

2 Private Image với cơ chế Server cache

Thay vì đặt Cache trên

RAM của máy con, người

dùng sẽ chuyển sang Cache

ở một phần ổ cứng trên

máy chủ Như vậy, ưu

điểm của phương pháp này

là không làm giảm RAM

hệ thống của các máy con

3 Shared Image với RAM cache

Ở đây, các máy con đều dùng chung một ổ cứng

ảo nên phải dùng chế độ cache bằng RAM của

chúng

− Ưu điểm: Băng thông tải trên mạng sẽ giảm

giúp quá trình khởi động và việc chạy ứng

dụng của các máy con sẽ nhanh hơn

− Hạn chế: Một phần RAM của máy con phải

dùng để làm cache

4 Shared Image với Server cache: Cache đặt trên ổ cứng của máy chủ

Hình 1.15: Mô hình mỗi máy con một ổ ảo đặt cache trên RAM

Hình 1.16: Mô hình mỗi máy con một ổ

ảo theo cơ chế cahe đặt ở máy chủ

Hình 1.18: Mô hình các máy con dùng chung một ổ, đặt cache trên ổ cứng máy chủ Hình 1.17: Mô hình các máy con dùng chung ổ cứng, có đặt cache trên RAM

1.9 CÔNG VIỆC CỦA NGƯỜI QUẢN TRỊ MẠNG

1.9.1 Quản trị cấu hình mạng (Configuration management)

− Quản trị cấu hình các Hệ điều hành mạng, cấu hình các dịch vụ mạng của hệ thống và quản trị tài nguyên mạng

− Quản trị cấu hình của các thiết bị mạng như card mạng, router,

− Sử dụng các dịch vụ của hệ điều hành mạng cung cấp để quản trị các hệ thống mạng và quản trị mạng từ xa

1.9.2 Quản trị tính chịu lỗi cho hệ thống mạng (Fault management)

− Thực hiện quá trình backup và restore cấu hình mạng khi gặp các sự cố

− Thực hiện việc backup, restore dữ liệu khi gặp các sự cố

1.9.3 Quản trị hiệu năng hoạt động của mạng (Performance management)

− Thực hiện quá trình giám sát hiệu suất hoạt động của máy tính, của hệ thống mạng (hiệu suất của RAM, CPU, NIC, )

− Thực hiện phân tích lưu lượng thông tin trên mạng, nhằm chẩn đoán tình trạng của mạng và đưa ra cách khắc phục

1.9.4 Quản trị an ninh mạng (Security management)

− Phòng chống những phần tử phá hoại ở bên trong hệ thống mạng (malware):

virus, sâu (worm), gián điệp (spyware), backdoor, trojan, thư rác (spam), câu thông tin (phishing) và các loại kết hợp

− Ngăn chặn những người xâm nhậm ở ngoài hệ thống mạng (hacker), người bẻ khóa (cracker)

1.9.5 Quản trị người dùng (Accounting management)

− Sử dụng các chức năng của Hệ điều hành mạng nhằm tạo/hủy các tài khoản cho người sử dụng hệ thống mạng và cả nhóm người dùng

− Phân quyền và tạo chính sách cho người dùng, cho nhóm người dùng trong hệ thống mạng

− Chia sẻ các tài nguyên mạng cho các tài khoản sử dụng hệ thống mạng

1.9.6 Quản trị đường truyền

− Thực hiện quá trình thiết kế, lắp đặt hệ thống mạng (cáp mạng, thiết bị mạng)

− Sử dụng các thiết bị để chẩn đoán và bảo trì hệ thống mạng nhằm đảm bảo tốt lượng thông tin được truyền đi trên hệ thống mạng

1.10 BĂNG THÔNG, ĐỘ TRỄ VÀ THÔNG LƯỢNG

Tính hiệu quả của hệ thống mạng máy tính được đo bởi hai yếu tố: băng thông và

độ trễ Ngoài ra, yếu tố thông lượng sẽ đo lường tính hiệu quả của các ứng dụng hoạt động trong thời gian thực

1.10.1 Băng thông (Bandwidth – B)

Băng thông là độ rộng dải tần, tức độ chênh lệch giữa tần số cao nhất với tần số thấp nhất trên cùng một kênh truyền thông hay giữa các bước sóng Ví dụ, mạng máy tính đang hoạt động ở tần số biến thiên từ 870MHz tới 880MHz, nghĩa là độ rộng dải tần (hay băng thông) của nó là 10MHz

Trong công nghệ máy tính, bandwidth với ý nghĩa là băng thông thường được dùng

để chỉ một khối lượng dữ liệu có thể truyền tải được trong một thời gian nhất định Đối với các thiết bị kỹ thuật số, băng thông được tính với đơn vị bps (bit mỗi giây) hay Bps (byte mỗi giây) Còn đối với các thiết bị analog, băng thông được thể hiện bằng chu kỳ mỗi giây, hay Hertz (Hz)

Băng thông là đo lường mức độ thông tin hay bit có thể chạy từ nơi này sang nơi khác trong một khoảng thời gian cho trước tính theo giây

Đơn vị đo lường của băng thông có hai loại:

− Bits per second (bps: bit/s): đơn vị cơ bản trong các hệ thống số (digital)

Đơn vị băng thông Viết tắt Tương đương

Kilobits per second Kbps 1Kbps = 103 bps

Megabits per second Mbps 1Mbps = 106 bps

Gigabits per second Gbps 1Gbps = 109 bps

Terabits per second Tbps 1Tbps = 1012 bps

Bảng 1.1: Bảng quy đổi các đơn vị tương đương

− Bytes per second (Bps: byte/s): đơn vị cơ bản quy định tốc độ làm việc của các thiết bị được sử dụng Các đơn vị tương đương khác: KBps, MBps, GBps, TBps với 1B = 8b (1 byte = 8 bit)

Băng thông là đặc biệt quan trọng cho các thiết bị I/O Chẳng hạn, một ổ đĩa cứng tốc độ nhanh có thể quay rất chậm khi gặp phải một bus có băng thông thấp Mối tương quan giữa tần số, tốc độ với băng thông theo nguyên tắc tốc độ càng cao, băng thông càng lớn, và ngược lại Ví dụ, bộ nhớ DDR tốc độ 266MHz có băng thông là 2.100MB/s và tốc độ 400MHz là 3.200MB/ s Hay với bus hệ thống bề mặt FSB, tốc

độ 800MHz có băng thông 6,4GB/s so với 3,2GB/s của bus 400MHz

Những hạn chế của băng thông:

− Băng thông thay đổi tùy thuộc vào các loại đường truyền cũng như các công nghệ LAN, WAN được dùng

− Băng thông thực sự của mạng được xác định bởi một tổ hợp của các đường truyền vật lý và các công nghệ

− Băng thông thực tế được xác định bởi các phương pháp phát tín hiệu, bởi các NIC (Card mạng) và bởi các thành phần trang thiết bị mạng

Độ trễ của các gói tin được truyền đi trong hệ thống mạng phụ thuộc vào ba yếu tố:

độ trễ của tốc độ ánh sáng (LS), khoảng thời gian để truyền một đơn vị dữ liệu (Ti) và thời gian xử lý tại các hàng đợi trên mạng (Q) Do đó, công thức tính độ trễ của liên

kết là:

L = L S + T i + Q

Với:

S S

i = Trong đó, D là khoảng cách liên kết giữa hai nút mạng,

V S là vận tốc của ánh sáng, S i là kích thước của gói dữ liệu truyền và B là băng thông

Tích giữa độ trễ và băng thông: khi xây dựng một hệ thống mạng hiệu quả, việc kiểm tra tích giữa độ trễ và băng thông rất quan trọng bởi vì kết quả này tương ứng với bao nhiêu bit máy gửi có thể truyền tiếp theo trước khi bit đầu tiên truyền đến máy nhận, nếu máy gửi mong đợi một tín hiệu thông báo từ máy nhận rằng dữ liệu đã bắt đầu đến thì sau một khoảng thời gian nào đó máy gửi có thể gửi gấp đôi dữ liệu trước khi nó nghe tín hiệu đáp lại

1.10.3 Thông lượng (Throughput – T)

Thông lượng là lượng dữ liệu đi qua đường truyền trong một đơn vị thời gian Hay thông lượng là băng thông thực sự mà các ứng dụng mạng được sử dụng trong một thời gian cụ thể (thông lượng có thể được biến đổi theo thời gian)

Thông lượng thường nhỏ hơn nhiều so với băng thông tối đa có thể có của môi trường truyền dẫn được sử dụng (Throughput ≤ Bandwidth)

Đơn vị của thông lượng giống đơn vị của băng thông: bps, Kbps, Mbps, Gbps, Thông lượng của mạng máy tính phụ thuộc vào các yếu tố như khoảng cách liên kết, môi trường truyền dẫn, các công nghệ mạng, dạng dữ liệu được truyền, số lượng user trên mạng, máy tính user, máy server, …

Công thức tính thông lượng: T =

Với, Thời gian truyền dữ liệu =

Low frequency

Hình 1.20: So sánh tín hiệu số tần số cao và tần số thấp

Kích thước gói dữ liệu truyền (S i)

Thời gian truyền dữ liệu

Ví dụ: Một người sử dụng muốn download một file có kích thước 1MB qua hệ thống mạng có băng thông 1Gbps với độ trễ RTT là 100ms Khi đó, thời gian truyền gói dữ liệu 1MB là: 100ms + (1MB/1Gbps = 8Mb/1Gbps = 0.008s = 8ms) = 108ms Vậy, thông lượng của việc download file dữ liệu là 1MB/108ms ≈ 74.07 Mbps (nhỏ hơn nhiều so với băng thông liên kết của hệ thống mạng B = 1Gbps)

Như vậy, việc truyền một khối dữ liệu lớn sẽ gia tăng hiệu quả của thông lượng sử dụng Nếu kích thước dữ liệu truyền lớn sẽ dẫn đến thông lượng gần bằng băng thông

của hệ thống mạng

1.11 PHƯƠNG THỨC TRUYỀN VÀ ĐỘ AN TOÀN

1.11.1 Các phương phức truyền thông dữ liệu

− Phương thức unicast: Một nút nguồn muốn gửi một thông điệp đến duy nhất một nút đích trên hệ thống mạng

− Phương thức multicast: Một nút nguồn muốn gửi một thông điệp đến một nhóm các nút đích trên hệ thống mạng

− Phương thức broadcast: Một nút nguồn muốn gửi một thông điệp đến tất cả các nút đích khác trên hệ thống mạng

Một mạng máy tính luôn hỗ trợ hai phương thức truyền thông dữ liệu: unicast và multicast

1.11.2 Độ an toàn truyền thông dữ liệu

Mạng máy tính phải đảm bảo độ an toàn trong việc truyền thông dữ liệu, nghĩa là đảm bảo phân phối các thông điệp chính xác, đầy đủ và hiệu quả

Mạng máy tính phải có khả năng phát hiện và xử lý lỗi trong khi truyền dữ liệu nhằm đảm bảo độ tin cậy cho các ứng dụng sử dụng nó

Việc truyền thông dữ liệu trong hệ thống mạng có ba lỗi thường xuất hiện như sau:

− Lỗi mức bit (Bit-level error): Nội dung dữ liệu bị thay đổi vì bit 0 chuyển thành

bit 1 hoặc bit 1 chuyển thành bit 0 (do nhiễu điện từ, sấm sét, )

− Lỗi mức gói (Packet-level error): Các gói dữ liệu được đi trong hệ thống mạng

và được tổng hợp tại nút đích thì có thể bị mất một ít gói hoặc gói chứa nhiều bit lỗi hay nhận quá tải,

− Hỏng liên kết và nút (Link and node failures): Môi trường truyền thông dữ liệu

gặp sự cố (bị đứt cáp hoặc nằm ngoài vùng phủ sóng) hoặc các nút mạng bị hỏng (các nút trung gian hoặc nút đích)

[  \

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH ĐỊNH CHUẨN MẠNG MÁY TÍNH

2.1 ĐỊNH CHUẨN MẠNG

2.1.1 Khái niệm giao thức mạng

Giao thức mạng là tập hợp tất cả các quy tắc, quy ước để đảm bảo cho các máy

tính trên mạng có thể trao đổi dữ liệu được với nhau Như vậy, các máy tính trên

mạng muốn trao giao tiếp với nhau thì phải có chung một giao thức Vai trò của giao

thức trong hệ thống mạng là quan trọng và không thể thiếu

Ví dụ: Một số bộ giao thức mạng như: TCP/IP, SPX/IPX, AppleTalk, NetBEUI,

Giao thức có hai dạng:

− Giao thức hướng kết nối và giao thức không kết nối (Connectionless &

Connection – Oriented protocols)

− Giao thức có khả năng định tuyến và giao thức không có khả năng định tuyến

(Routable & Non – Routable protocols) Định tuyến là quá trình lựa chọn đường đi

cho các gói tin đi trong hệ thống mạng

2.1.1.1 Giao thức hướng kết nối và giao thức không kết nối

− Đặc điểm của giao thức không kết nối:

° Không kiểm soát đường truyền

° Dữ liệu không đảm bảo độ tin cậy đến nơi nhận

° Dữ liệu thường ở dưới dạng datagrams (dịch vụ datagram tạo mỗi gói là một

thông điệp độc lập, mỗi gói sẽ được truyền qua liên mạng độc lập, datagram

thường được sử dụng trong mạng LAN)

Ví dụ: UDP của Bộ giao thức TCP/IP, ATP của Bộ giao thức AppleTalk

− Đặc điểm của giao thức hướng kết nối:

° Kiểm soát được đường truyền

° Dữ liệu được truyền đi tuần tự, nếu nhận thành công thì nơi nhận phải gửi

tín hiệu hồi báo nhận ACK (Acknowledgment)

Ví dụ: Giao thức TCP của Bộ giao thức TCP/IP, giao thức SPX của Bộ giao

thức IPX/SPX, giao thức ASP của Bộ giao thức AppleTalk

2.1.1.2 Giao thức có khả năng định tuyến và giao thức không có khả năng định tuyến

− Giao thức có khả năng định tuyến:

° Giao thức cho phép đi qua các thiết bị liên mạng như router để xây dựng hệ

thống mạng có qui mô lớn và định tuyến được gói tin trong mạng

° Ví dụ: Bộ giao thức TCP/IP, SPX/IPX (Novell Netware), AppleTalk

− Giao thức không có khả năng định tuyến:

° Giao thức không cho phép đi qua các thiết bị liên mạng như router để xây

dựng hệ thống mạng có qui mô lớn

° Ví dụ: Bộ giao thức NetBEUI (hỗ trợ trong Windows 98 trở về trước)

2.1.2 Các tổ chức định chuẩn

Trên thế giới hiện có một số cơ quan chuyên lo vấn đề định chuẩn, họ đưa ra hàng

loạt chuẩn về mạng tuy các chuẩn đó có tính chất khuyến nghị chứ không bắt buộc

nhưng chúng rất được các cơ quan chuẩn quốc gia xem trọng

Một số cơ quan chuẩn quốc tế như sau:

− ITU (Internation Telecommunication Union): Hiệp hội viễn thông quốc tế

− IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers): Viện các kỹ sư điện và

điện tử

− CCITT (Commité Consultatif International pour le Telegraphe et la Téléphone)

là tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại làm việc dưới sự bảo trợ của Liên

Hiệp Quốc có trụ sở chính tại thành phố Geneva - Thụy sỹ Các thành viên chủ yếu

là các cơ quan bưu chính viễn thông các quốc gia Tổ chức này có vai trò phát triển

các khuyến nghị trong các lãnh vực viễn thông

− ISO (The International Standards Organization) là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

hoạt động dưới sự bảo trợ của Liên hợp Quốc với thành viên là các cơ quan chuẩn

quốc gia với số lượng khoảng hơn 100 thành viên với mục đích hỗ trợ sự phát triển

các chuẩn trên phạm vi toàn thế giới Một trong những thành tựu của ISO trong

lĩnh vực truyền thông là vào năm 1977, ISO được giao trách nhiệm thiết kế một

chuẩn truyền thông dựa trên lý thuyết về kiến trúc các hệ thống mở làm cơ sở để

thiết kế mạng máy tính Mô hình này có tên là OSI (Open Systems Interconnection

– tương kết các hệ thống mở)

2.1.3 Quy luật giao tiếp và tiến trình liên lạc

2.1.3.1 Quy luật giao tiếp:

Để một mạng máy tính trở thành một môi trường truyền dữ liệu thì nó cần phải có

những yếu tố sau:

− Mỗi máy tính cần phải có một địa chỉ phân biệt trên mạng

− Việc chuyển dữ liệu từ máy tính này đến máy tính khác do mạng thực hiện

thông qua những quy định thống nhất gọi là giao thức của mạng

Khi các máy tính trao đổi dữ liệu với nhau thì một quá trình truyền giao dữ liệu đã

được thực hiện hoàn chỉnh Ví dụ, quá trình truyền một file giữa một máy tính này với

một máy tính khác cùng nằm trên một mạng phải thực hiện các công việc sau:

− Máy tính truyền dữ liệu phải biết địa chỉ của máy nhận

− Máy tính truyền dữ liệu phải xác định được máy tính nhận đã sẵn sàng nhận

thông tin của nó

− Chương trình gửi file trên máy truyền dữ liệu phải xác định được rằng chương

trình nhận file trên máy nhận đã sẵn sàng tiếp nhận file

− Nếu cấu trúc file trên hai máy không giống nhau thì một máy phải làm nhiệm

vụ chuyển đổi file từ dạng này sang dạng kia để có cùng định dạng hiểu nhau

− Khi truyền file máy tính truyền dữ liệu phải thông báo cho mạng biết địa chỉ

của máy nhận để các thông tin được mạng chuyển đến đích

2.1.3.2 Tiến trình liên lạc:

Quy luật giao tiếp cho thấy giữa hai máy tính đã có một sự phối hợp hoạt động ở

mức độ cao Bây giờ, chúng ta xét cả quá trình giao tiếp là một quá trình chung thì

chúng ta sẽ chia quá trình giao tiếp ra thành một số công đoạn và mỗi công đoạn con

hoạt động một cách độc lập với nhau Ở đây, chương trình truyền nhận file của mỗi

máy tính được chia thành ba module là module truyền và nhận file, module truyền

thông và module tiếp cận mạng Hai module tương ứng sẽ thực hiện việc trao đổi dữ

liệu với nhau:

− Module truyền và nhận file cần được thực hiện tất cả các nhiệm vụ trong các

ứng dụng truyền nhận file Ví dụ, truyền nhận thông số về file, truyền nhận các

mẫu tin của file, thực hiện chuyển đổi file sang các dạng khác nhau nếu cần

Module truyền và nhận file không cần phải trực tiếp quan tâm tới việc truyền dữ

liệu trên mạng như thế nào mà nhiệm vụ đó được giao cho Module truyền thông

− Module truyền thông quan tâm tới việc các máy tính đang hoạt động và sẵn

sàng trao đổi thông tin với nhau Nó còn kiểm soát các dữ liệu sao cho những dữ

liệu này có thể trao đổi một cách chính xác và an toàn giữa hai máy tính Điều đó

có nghĩa là phải truyền file trên nguyên tắc đảm bảo an toàn cho dữ liệu, tuy nhiên

có thể có một vài mức độ an toàn khác nhau được dành cho từng ứng dụng Ở đây

việc trao đổi dữ liệu giữa hai máy tính không phụ thuộc vào bản chất của mạng

đang liên kết chúng Những yêu cầu liên quan đến mạng đã được thực hiện ở

module thứ ba là module tiếp cận mạng và nếu mạng thay đổi thì chỉ có module

tiếp cận mạng bị ảnh hưởng

− Module tiếp cận mạng được xây dựng liên quan đến các quy luật giao tiếp với

mạng và phụ thuộc vào bản chất của mạng Nó đảm bảo việc truyền dữ liệu từ máy

tính này đến máy tính khác trong mạng

Như vậy thay vì xét cả quá trình truyền file với nhiều yêu cầu khác nhau như một

tiến trình phức tạp thì chúng ta có thể xét quá trình đó với nhiều tiến trình con phân

biệt dựa trên việc trao đổi giữa các module tương ứng trong chương trình truyền file

Cách này cho phép chúng ta phân tích kỹ quá trình truyền file và dễ dàng trong việc

viết chương trình

Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng, hầu hết các mạng máy tính

hiện có đều được phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng (layering) Mỗi hệ thống

thành phần của mạng được xem như một cấu trúc đa tầng, trong đó mỗi tầng được xây

trên tầng trước nó Số lượng các tầng cũng như tên và chức năng của mỗi tầng là tùy

thuộc vào các nhà thiết kế Tuy nhiên, trong hầu hết các mạng, mục đích của mỗi tầng

là cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng cao hơn Hình 2.1 là một kiến trúc phân

tầng tổng quát, với giả thiết A và B là hai hệ thống máy tính thành phần của mạng

được nối với nhau

Nguyên tắc của phương pháp phân tầng:

− Mỗi hệ thống thành phần trong mạng được xây dựng như một cấu trúc nhiều

tầng và đều có cấu trúc giống nhau như: số lượng tầng và chức năng của mỗi tầng

− Sau khi xác định cấu trúc tầng, công việc kế tiếp là định nghĩa mối quan hệ

(giao diện) giữa hai tầng kề nhau và mối quan hệ giữa hai tầng đồng mức ở hai hệ

thống nối kết với nhau Nếu một hệ thống mạng có N tầng thì tổng số các quan hệ

(giao diện) cần phải xây dựng là 2*N – 1

− Cùng với việc xác định chức năng của mỗi tầng chúng ta phải xác định mối

quan hệ giữa hai tầng kề nhau Dữ liệu được truyền đi từ tầng cao nhất của hệ

thống truyền (sender) lần lượt xuống tầng thấp nhất sau đó truyền qua đường nối

vật lý dưới dạng các chuỗi bit (0, 1) tới tầng thấp nhất của hệ thống nhận, sau đó dữ

liệu được truyền ngược lên lần lượt đến tầng cao nhất của hệ thống nhận (receiver)

− Chỉ có hai tầng thấp nhất có liên kết vật lý với nhau còn các tầng trên cùng thứ

tự chỉ có các liên kết logic với nhau Liên kết logic của một tầng được thực hiện

thông qua các tầng dưới và phải tuân theo những quy định chặt chẽ, các quy định

đó được gọi giao thức của mỗi tầng

Hình 2.1: Mô hình phân tầng gồm N tầng

2.2 MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI

2.2.1 Giới thiệu mô hình OSI (Open Systems Interconnection)

Khi thiết kế mạng máy tính, các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc riêng của

mình Từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng: phương pháp truy

nhập đường truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức khác nhau v.v… Sự không tương

thích đó làm trở ngại cho sự tương tác của người sử dụng các mạng khác nhau Nhu

cầu trao đổi thông tin càng cao thì trở ngại đó càng lớn, đến mức không thể chấp nhận

được đối với người sử dụng Tình hình đó làm cho các nhà sản xuất và các nhà nghiên

cứu, thông qua các tổ chức chuẩn hóa quốc gia và quốc tế cần phải xây dựng được một

khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản

phẩm về mạng

Vì lý do đó, Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO đã lập ra một tiểu ban nhằm phát triển

một khung chuẩn về kiến trúc mạng Năm 1977, tổ chức ISO đã đề xuất và thiết kế mô

hình chuẩn để các hệ thống mạng khác nhau truyền thông được với nhau Kết quả là

vào năm 1984, mô hình tham chiếu OSI (Open System Interconnection Reference

Hệ thống nhận

Giao thức tầng 1

Giao thức tầng (i-1)Giao thức tầng (i) Giao thức tầng (i+1)Giao thức tầng N

Mô hình OSI là một tập các mô tả chuẩn cho phép các máy tính khác nhau giao

tiếp với nhau theo cách mở Từ “mở” ở đây nói lên khả năng hai hệ thống khác nhau

có thể kết nối để trao đổi thông tin với nhau nếu chúng tuân thủ mô hình tham chiếu và

các chuẩn liên quan Mô hình OSI phân chia kiến trúc mạng máy tính thành 7 tầng:

tầng Vật lý (Physical), tầng Liên kết Dữ liệu (Data Link), tầng Mạng (Network), tầng

Vận chuyển (Transport), tầng Phiên (Session), tầng Trình diễn (Presentation) và tầng

Ứng dụng (Application) Mỗi tầng khác nhau có tập các chức năng riêng và chỉ giao

tiếp với các tầng kề cận trên và dưới và giao tiếp với tầng đối diện (đồng mức) trên các

máy tính khác Hình 2.2 là mô tả quá trình giao tiếp hai hệ thống của mô hình OSI

Hình 2.2: Mô hình kết nối hệ thống mở OSI 7 tầng

Tromg mô hình tham chiếu OSI có bảy tầng, mỗi tầng có chức năng độc lập Sự

tách tầng của mô hình này mang lại những lợi ích sau:

− Chia hoạt động thông tin mạng thành những phần nhỏ hơn, đơn giản hơn giúp

chúng ta dễ khảo sát, tìm hiểu và nghiên cứu

− Chuẩn hóa các thành phần mạng để cho phép phát triển mạng từ nhiều nhà cung

cấp sản phẩm

− Ngăn chặn được tình trạng sự thay đổi của một tầng làm ảnh hưởng đến các

tầng khác, giúp mỗi tầng có thể phát triển độc lập và nhanh chóng hơn

− Thêm, xóa, sửa các chức năng của mỗi tầng dễ dàng hơn

Presentation layer Giao thức tầng 6 Tầng trình diễn

Session layer Giao thức tầng 5 Tầng phiên

Transprot layer Giao thức tầng 4 Tầng vận chuyển

Netwprk layer Giao thức tầng 3 Tầng mạng

Data link layer Giao thức tầng 2 Tầng liên kết dữ liệu

Physical layer Giao thức tầng 1 Tầng vật lý

Đường truyền vật lý

Các nguyên tắc mà ISO quy định dùng trong quá trình xây dựng mô hình OSI:

− Không định nghĩa quá nhiều tầng để việc xác định và ghép nối các tầng không

quá phức tạp

− Tạo các ranh giới các tầng sao cho việc giải thích các phục vụ và số các tương

tác qua lại hai tầng là nhỏ nhất

− Tạo các tầng riêng biệt cho các chức năng khác biệt nhau hoàn toàn về kỹ thuật

sử dụng hoặc quá trình thực hiện

− Các chức năng giống nhau được đặt trong cùng một tầng

− Lựa chọn ranh giới các tầng tại các điểm mà những thử nghiệm trong quá khứ

thành công

− Các chức năng được xác định sao cho chúng có thể dễ dàng xác định lại, và các

nghi thức của chúng có thể thay đổi trên mọi hướng

− Tạo ranh giới các tầng mà ở đó cần có những mức độ trừu tượng khác nhau

trong việc sử dụng số liệu

− Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong tầng không ảnh hưởng

đến các tầng khác

− Tạo các ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và dưới nó

Mô hình tham chiếu OSI được chia thành 7 tầng với các chức năng sau:

− Application layer: Giao diện giữa các ứng dụng với

người sử dụng mạng (email, web, chat, …)

− Presentation layer: Định dạng biểu diễn dữ liệu, nén dữ

liệu, mã hóa dữ liệu, …

− Session layer: Thiết lập các phiên kết nối, bảo mật

(security), chứng thực (authentication) cuộc hội thoại, …

− Transport layer: Đảm bảo việc truyền nhận đúng dữ

liệu giữa hai hệ thống

− Network layer: Quản lý địa chỉ IP, định tuyến gói tin,

truyền nhận các packet trong môi trường liên mạng

− Data link layer: Truyền nhận các frame, kiểm tra lỗi và

sửa lỗi, truy xuất các thiết bị

− Physical layer: Kết nối vật lý, truyền nhận các bit dữ

liệu trên môi trường truyền dẫn

Nhiệm vụ của các tầng trong mô hình tham chiếu OSI:

− Tầng ứng dụng là tầng gần với người sử dụng nhất Nó cung cấp phương tiện

cho người dùng truy nhập các thông tin và dữ liệu trên mạng thông qua chương

trình ứng dụng Tầng này là giao diện chính để người dùng tương tác với chương

trình ứng dụng, với mạng Một số ví dụ về các ứng dụng trong tầng này bao gồm

Telnet, giao thức truyền tập tin FTP và giao thức truyền thư điện tử SMTP, …

Hình 2.3: Các tầng trong

mô hình OSI

− Tầng trình diễn là tầng chuyển đổi các thông tin từ cú pháp người sử dụng sang

cú pháp để truyền dữ liệu (chuyển đổi tệp văn bản từ mã ASCII sang mã Unicode;

chuyển tuần tự hóa các đối tượng (object serialization) hoặc các cấu trúc dữ liệu

(data structure) khác sang dạng XML và ngược lại; …) Ngoài ra, nó có thể nén dữ

liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền để bảo mật

− Tầng phiên là tầng kiểm soát các hội thoại giữa các máy tính Tầng này thiết

lập, quản lý và kết thúc các kết nối giữa trình ứng dụng địa phương và trình ứng

dụng ở xa Nó xác lập ánh xạ giữa các tên đặt địa chỉ, tạo ra các tiếp xúc ban đầu

giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyền thông Nó đặt tên nhất

quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau Nó cung cấp một không

gian để kết hợp các dòng dữ liệu truyền khác nhau, các dòng này có thể được

truyền từ một phần của các ứng dụng đơn lẻ.Các giao thức hoạt động ở tầng này là

NFS, X- Window System, ASP

− Tầng vận chuyển là tầng xác định địa chỉ trên mạng (địa chỉ ở đây là address

ports, thông qua address ports để phân biệt được ứng dụng trao đổi) Nó cung cấp

dịch vụ chuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại hai đầu cuối

(end-to-end), nhờ đó các tầng trên không phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền

dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả Để bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng,

tầng vận chuyển thường đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự

Dữ liệu cùng với thông tin điều khiển mà tầng vận chuyển quản lý gọi là các phân

đoạn (segments) lớn hơn các gói (packets) Tầng chuyển vận và các tầng cao hơn

chỉ hoạt động trên host hiện tại và không hoạt động tại các thiết bị chuyển mạch

(switch) hay định tuyến (router) Các giao thức chính tại đây là TCP, UDP, SPX

− Tầng mạng là tầng định vị và quản lý địa chỉ logic mạng, quản lý đường đi giữa

các node bên trong mạng chuyển mạch gói và có nhiệm vụ xác định việc chuyển

hướng, vạch đường các gói tin đi trong mạng, các gói tin này có thể phải đi qua

nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng mà vẫn duy trì chất lượng dịch vụ

(quality of service) mà tầng vận chuyển yêu cầu Đơn vị dữ liệu của tầng mạng là

các gói (packets) lớn hơn các khung (frames) Các giao thức hay sử dụng ở đây là

IP, RIP, IPX, OSPF, AppleTalk

− Tầng liên kết dữ liệu là tầng chọn một dòng bit vào trong một gói thô gọi là

khung (16 bit, 32 bit, 64 bit, 128 bit, ) Tầng này có nhiệm vụ là ở máy gửi nhận

dữ liệu từ tầng mạng rồi chia thành các khung dữ liệu và gửi đến từng vật lý Ở

máy nhận, tầng này đóng gói dữ liệu thô từ tầng vật lý thành từng khung dữ liệu rồi

chuyển lên tầng mạng Tầng này, thực hiện điều khiển luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ

liệu và cơ chế phát hiện sai sót dữ liệu

− Tầng vật lý là tầng cung cấp phương thức truy cập vào đường truyền vật lý để

truyền các dòng bit (0, 1) không cấu trúc, ngoài ra nó cung cấp các chuẩn về điện,

dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện

nối kết và các mức nối kết

2.2.1.1 Các giao thức trong mô hình OSI

Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết

(connection – oriented) và giao thức không liên kết (connectionless)

− Giao thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai tầng đồng mức cần thiết lập

một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết này, việc có liên

kết logic sẽ nâng cao độ an toàn, độ tin cậy trong quá trình truyền thông dữ liệu

− Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết logic

và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó

Với giao thức có liên kết, quá trình truyền thông bao gồm 3 giai đoạn phân biệt:

− Thiết lập liên kết logic: hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương lượng với

nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai đoạn truyền dữ liệu

− Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý kèm

theo như kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu, để tăng cường

độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dữ liệu

− Hủy bỏ liên kết logic: giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên

kết để liên kết khác sử dụng trong việc truyền dữ liệu

Với giao thức không liên kết, quá trình truyền thông chỉ có duy nhất một giai đoạn

truyền dữ liệu:

Dịch vụ không liên kết không cần tiêu tốn thời gian để thiết lập liên kết và giải

phóng liên kết giữa các thực thể đồng tầng Không yêu cầu kiểm soát luồng dữ liệu,

dữ liệu được truyền với tốc độ cao độ nhưng độ tin cậy thấp Không truyền lại

trong trường hợp xảy ra lỗi đường truyền Các dịch vụ không liên kết phù hợp với

các yêu cầu truyền dung lượng không lớn, các cuộc trao đổi thông tin rải rác và độc

lập Mỗi gói tin này có thể chứa đựng các yêu cầu phục vụ, các thông tin điều

khiển và dữ liệu

2.2.1.2 Quy trình gửi và nhận dữ liệu giữa các tầng trên hai mô hình OSI

Trên quan điểm mô hình mạng phân tầng mỗi tầng chỉ thực hiện một chức năng là

nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và ngược lại

Chức năng này thực chất là gắn thêm hoặc gỡ bỏ phần đầu (header) đối với các gói tin

ở bốn tầng trên của mô hình OSI, hai tầng tiếp theo gói tin được gắn thêm hoặc gỡ bỏ

hai phần: header (các thông tin điều khiển của gói tin) và trailer (các thông tin kiểm

tra lỗi của gói tin) và ở tầng vật lý được gắn thêm hoặc gỡ bỏ hai thành phần frame

preamble (thông tin nhận biết bắt đầu khung dữ liệu) và frame postamble (thông tin

Application layerPresentation layerSession layerTransport layerNetwork layerData link layerPhysical layer

Application layer Presentation layer Session layer Transport layer Network layer Data link layer Physical layer

Hình 2.4: Mô hình OSI trên hai máy tính

nhận biết kết thúc khung dữ liệu) vào khung dữ liệu, không thêm gì vào khối dữ liệu ở

bên trong khung

Dữ liệu từ máy gửi sẽ được chuyển từ tầng ứng dụng xuống các tầng thấp hơn và

đến tầng vật lý, dữ liệu sẽ được truyền qua môi trường truyền dẫn rồi đến tầng vật lý

của máy nhận, dữ liệu được chuyển dần qua các tầng cao hơn cùng mức và cuối cùng

đến được máy nhận (đảm bảo đúng dữ liệu mà máy gửi đã gửi)

Hình 2.5: Quá trình truyền dữ liệu qua mô hình OSI

Ở máy gửi: tại mỗi tầng sẽ gắn thêm các thông tin điều khiển header/trailer vào dữ

liệu để biểu diễn tầng giao thức tương ứng trước khi chuyển dữ liệu xuống tầng dưới

Hình 2.6: Quá trình chuyển dữ liệu qua các tầng ở máy gửi

Ở máy nhận: tại mỗi tầng sẽ cắt bỏ thông tin điều khiển header/trailer ra khỏi khối

dữ liệu tương ứng của mỗi tầng và đưa lên tầng phía trên nó cho đến tầng ứng dụng

Hình 2.7: Quá trình chuyển dữ liệu qua các tầng ở máy nhận

2.2.1.3 Một số kiến trúc khác

− Mô hình SNA (Systems Nework Architecture)

Tháng 9/1973, Hãng IBM giới thiệu một kiến trúc mạng máy tính SNA Đến

năm 1977 đã có 300 trạm SNA được cài đặt Cuối năm 1978, số lượng đã tăng lên

đến 1250 và đến nay có 20.000 trạm SNA đang được hoạt động Qua đó, ta có thể

hình dung được mức độ quan trọng và tầm ảnh hưởng của SNA trên toàn thế giới

Mô hình SNA không là một chuẩn quốc tế chính thức như mô hình OSI nhưng

do vai trò to lớn của hãng IBM trên thị trường CNTT nên SNA trở thành một loại

chuẩn thực tế và khá phổ biến SNA là một đặc tả gồm rất nhiều tài liệu mô tả kiến

trúc của mạng xử lý dữ liệu phân tán Nó định nghĩa các quy tắc và các giao thức

cho sự tương tác giữa các thành phần (máy tính, trạm cuối (terminal), phần mềm)

trong hệ thống mạng

SNA được tổ chức xung quanh khái niệm miền (domain) Một SNA domain là

một điểm điều khiển các dịch vụ hệ thống (Systems Services Control Point–SSCP)

và nó sẽ điều khiển tất cả các tài nguyên đó Các tài nguyên ở đây có thể là các đơn

vị vật lý, các đơn vị logic, các liên kết dữ liệu và các thiết bị Có thể ví SSCP như

là “trái tim và khối óc” của SNA Nó điều khiển SNA domain bằng cách gói các

lệnh tới một đơn vị vật lý, đơn vị vật lý này sau khi nhận được lệnh sẽ quản lý tất

cả các tài nguyên trực tiếp với nó đơn vị vật lý thực sự là một “đối tác” của SSCP

và chứa một tập con các khả năng của SSCP Các đơn vị vật lý đảm nhiệm việc

quản lý của mỗi nút SNA

SNA phân biệt giữa các nút miền con (subarea node) và các nút ngoại vi

(peripheral node)

° Một nút miền con có thể dẫn đường cho dữ liệu của người sử dụng qua toàn

bộ mạng Nó dùng địa chỉ mạng và một số hiệu đường (router suember) để

xác định đường truyền đi tới nút kế tiếp trong mạng

° Một nút ngoại vi có tính cục bộ hơn Nó không dẫn đường giữa các nút miền

con Các nút được nối và điều khiển theo giao thức SDLC (Synchronous

Data Link Control) Mỗi nút ngoại vi chỉ liên lạc được với nút miền con mà

nó nối vào Đây là nút điều khiển cụm và là bộ xử lý phân tán

Mạng SNA dựa trên cơ chế phân tầng, trước đây thì 2 hệ thống ngang hàng

không được trao đổi trực tiếp Sau này phát triển thành SNA mở rộng: Lúc này hai

tầng ngang hàng nhau có thể trao đổi trực tiếp Với 6 tầng có tên gọi và chức năng

như sau:

° Tầng quản trị chức năng SNA (SNA Function Manegement): Tầng này được

chia thành hai tầng như sau:

- Tầng dịch vụ giao tác (Transaction): Tầng này cung cấp các dịch vụ ứng

dụng đến người dùng một mạng SNA Những dịch vụ như: DIA (Document

Interchange Architecture) cung cấp các tài liệu phân bố giữa các hệ thống

văn phòng, ODS (Office Distribution Service) cho việc truyền thông bất

đồng bộ giữa các ứng dụng phân tán và hệ thống văn phòng Tầng dịch vụ

giao tác cũng cung cấp các dịch vụ và cấu hình, các dịch vụ quản lý để điều

khiển các hoạt động mạng

- Tầng dịch vụ trình diễn (Presentation Services): Tầng này liên quan với

sự hiển thị các ứng dụng, người sử dụng đầu cuối và các dữ liệu hệ thống

Tầng này cũng định nghĩa các giao thức cho việc truyền thông giữa các

chương trình và điều khiển truyền thông ở mức hội thoại

° Tầng kiểm soát luồng dữ liệu (Data flow control): Tầng này cung cấp các

dịch vụ điều khiển luồng lưu thông cho các phiên từ logic này đến đơn vị

logic khác (LU – LU) Nó thực hiện điều này bằng cách gán các số trình tự,

các yêu cầu và đáp ứng, thực hiện các giao thức yêu cầu về đáp ứng giao

dịch và hợp tác giữa các giao dịch gửi và nhận Nói chung, nó yểm trợ

phương thức khai thác hai chiều đồng thời (Full duplex)

° Tầng kiểm soát truyền (Transmission control): Tầng này cung cấp các điều

khiển cơ bản của các phần tài nguyên truyền trong mạng, bằng cách xác

định số trình tự nhận được, và quản lý việc theo dõi mức phiên Tầng này

cũng hỗ trợ cho việc mã hóa dữ liệu và cung cấp hệ thống hỗ trợ cho các nút

ngoại vi

° Tầng kiểm soát đường dẫn (Path control): Tầng này cung cấp các giao thức

để tìm đường cho một gói tin qua mạng SNA và để kết nối với các mạng

SNA khác, đồng thời nó cũng kiểm soát các đường truyền này

° Tầng kiểm soát liên kết dữ liệu (Data Link Control): Tầng này cung cấp các

giao thức cho việc truyền các gói tin thông qua đường truyền vật lý giữa hai

nút và cung cấp các điều khiển lưu thông và phục hồi lỗi, các hỗ trợ cho

tầng này là các giao thức SDLC, System/370, X25, IEEE 802.2 và 802.5

° Tầng kiểm soát vật lý (Physical control): Tầng này cung cấp một giao diện

vật lý cho bất cứ môi trường truyền thông nào mà gắn với nó Tầng này định

nghĩa các đặc trưng của tín hiệu cần để thiết lập, duy trì và kết thúc các

đường nối vật lý cho việc hỗ trợ kết nối

Như vậy, mối quan hệ giữa mô hình OSI với mô hình SNA như thế nào? Hình

vẽ sau đây sẽ cho thấy sự tương ứng các tầng của hai mô hình SNA và OSI

SNA Model OSI Model

(Application)

Tầng quản trị chức năng SNA

(SNA Function

Management) (Presentation services) Tầng trình diễn (Presentation)

Tầng kiểm soát luồng dữ liệu

(Data flow control)

Tầng kiểm soát liên kết dữ liệu

(Data link control)

− Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange (IPX/SPX)

Giao thức IPX/SPX được công ty Novell thiết kế sử dụng cho các sản phẩm

mạng của chính hãng SPX hoạt động trên tầng Transport của OSI, có chức năng

bảo đảm độ tin cậy của liên kết truyền thông giữa hai đầu mút (end–to–end) Nó

đảm bảo chuyển giao các gói tin đúng trình tự, đúng đích nhưng không có vai trò

trong định tuyến IPX tuân theo chuẩn OSI, hoạt động tầng mạng, chịu trách nhiệm

thiết lập địa chỉ cho các thiết bị mạng Nó là giao thức định tuyến, kết hợp với các

giao thức Routing Information Protocol (RIP) và Netware Link Services Protocol

(NLSP) để trao đổi thông tin định tuyến với các bộ định tuyến lân cận

− AppleTalk

AppleTalk là kiến trúc mạng do hãng Apple Computer phát triển cho họ các

máy tính cá nhân Macintosh Giao thức AppleTalk cũng được phát triển trên tầng

vật lý của Ethernet và Token Ring

° Các vùng tối đa trên một phân mạng: Phase 1 là 1, Phase 2 là 255

° Các node tối đa trên mỗi mạng: Phase 1 là 254, Phase 2 là khoảng 16 triệu

° Địa chỉ động dựa trên các giao thức truy nhập: Phase 1 là Node ID

(Ethernet), Phase 2 là Network + Node ID (IEEE 802.2, IEEE 802.5), Phase

1&2: LocalTalk

° Định tuyến Split-horizon: Phase 1 là không, Phase 2 là có

− Digital Network Architectur (DNA)

Kiến trúc mạng DNA là sản phẩm của hãng Digital Equipment Corporation

Đặc biệt Digital kết hợp với các hãng Intel và Xerox phát triển các phiên bản

Ethernet, trong đó có Ethernet Version 2

− Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

Bộ giao thức TCP/IP được phát triển bởi trụ sở nghiên cứu các dự án cấp cao

của bộ quốc phòng Mỹ (DARPA) cho hệ thống chuyển mạch gói, là họ các giao

thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng Mô

hình kết nối mạng nay do U.S DoD (Department of Defense) đề nghị, nó xuất hiện

vào năm 1971 trong mạng ARPANET Đây là họ các giao thức được sử dụng phổ

biến trên mạng Internet, mang tính mở nhất, phổ dụng nhất và được hỗ trợ của

nhiều hãng kinh doanh Mô hình TCP/IP được cài đặt sẵn trong phần thực thi

UNIX BSD (Berkely Standard Distribution), nó gồm có 4 tầng và có các chức năng

tương đồng với các tầng trong mô hình OSI:

° Network Access Layer (Tầng truy cập mạng) tương ứng hai tầng Physical

và Data Link trong mô hình OSI

° Internet Layer tương ứng với tầng Network trong mô hình OSI

° Transport (Host to Host) Layer tương ứng với tầng Transport trong mô hình

OSI

° Application Layer tương ứng với ba tầng trên của mô hình OSI (Session,

Presentasion và Application)

2.2.2 Tầng vật lý (Physical layer)

Tầng vật lý là tầng thấp nhất trong mô hình OSI Tầng này liên quan đến các qui

tắc truyền dòng bit không có cấu trúc qua đường truyền vật lý Tầng này định nghĩa:

− Cấu trúc mạng vật lý

− Những mô tả về mặt cơ và điện cho việc sử dụng môi trường truyền dẫn

(Transmission media) – Chương 3

− Các qui tắc mã hóa việc truyền các bit dữ liệu và các qui tắc định thời

Tầng này không xác định rõ phương tiện vật lý nhưng nó vẫn nêu rõ những yêu cầu

về những phương tiện kỹ thuật cần thiết trên phương diện vật lý (chẳng hạn các cáp

mạng phù hợp chuẩn IEEE 802.2) Cung cấp các phương tiện điện, cơ hàm và thủ tục

để khởi động, duy trì và hủy bỏ các liên kết vật lý cho phép truyền các dòng dữ liệu ở

dạng bit Mặt khác, tầng vật lý cung cấp các đặc trưng điện của các tín hiệu được dùng

để khi chuyển dữ liệu trên cáp từ một máy này đến một máy khác của mạng, kỹ thuật

nối mạch điện, tốc độ cáp truyền dẫn

Tầng vật lý định nghĩa cách kết nối dây cáp với Card mạng, ví dụ nó định rõ bộ nối

có bao nhiêu chân, kỹ thuật truyền nào được dùng để gửi dữ liệu lên cáp mạng Tầng

này chịu trách nhiệm truyền dữ liệu theo mã nhị phân, nó định rõ mã hóa dữ liệu và sự

đồng bộ hóa bit, bảo đảm rằng khi máy nguồn gửi bit 1 thì máy đích sẽ nhận được bit

1 Tầng này không bao gồm việc mô tả đường truyền và không cung cấp bất kỳ cơ chế

kiểm soát lỗi nào

Khác với các tầng khác, tầng vật lý là không có gói tin riêng nên không có phần

đầu (header) chứa thông tin điều khiển và phần cuối (trailer) chứa thông tin kiểm tra

lỗi, dữ liệu được truyền đi theo dòng bit

Các giao thức xây dựng cho tầng vật lý được phân chia thành hai loại giao thức sử

dụng phương thức truyền thông phi đồng bộ (asynchronous) và phương thức truyền

thông đồng bộ (synchronous)

− Phương thức truyền phi đồng bộ: không có một tín hiệu quy định cho sự đồng

bộ giữa các bit giữa máy gửi và máy nhận, trong quá trình gửi tín hiệu máy gửi sử

dụng các bit đặc biệt START và STOP được dùng để tách các xâu bit biểu diễn các

ký tự trong dòng dữ liệu cần truyền đi Nó cho phép một ký tự được truyền đi bất

kỳ lúc nào mà không cần quan tâm đến các tín hiệu đồng bộ trước đó

− Phương thức truyền đồng bộ: sử dụng phương thức truyền cần có đồng bộ giữa

máy gửi và máy nhận, nó chèn các ký tự đặc biệt như SYN (Synchronization), EOT

(End Of Transmission) hay đơn giản hơn, một cái “cờ” (flag) giữa các dữ liệu của

máy gửi để báo hiệu cho máy nhận biết được dữ liệu đang đến hoặc đã đến

Phần cứng kết nối mạng được coi là thuộc về tầng vật lý bao gồm:

− Các bộ giao tiếp mạng (Network Interface Card – NIC, Adapter, v.v…)

− Các bộ tập trung (Concentrator, Hub), các bộ chuyển tiếp (Repeater) dùng để

tái sinh các tín hiệu điện

− Các đầu nối (connector) cung cấp giao tiếp cơ để kết nối các thiết bị với đường

truyền (các loại cáp, các đầu nối BNC – BayoNette Connector)

− Các bộ điều chế và giải điều chế (MODEM – MOdulation-DEModulation) thực

hiện việc chuyển đổi giữa tín hiệu số (digital) và tín hiệu tương tự (analog)

2.2.2.1 Cấu trúc mạng vật lý (xem phần 1.4.2 Phân loại theo cấu trúc liên kết –

Chương 1, trang 4)

2.2.2.2 Các qui tắc mã hóa việc truyền các bit dữ liệu

Phương tiện truyền dẫn là những phương tiện vật lý cung cấp môi trường truyền

dẫn cho các thiết bị mạng truyền thông với nhau trên nó Được chia làm 2 loại là hữu

tuyến và vô tuyến Tín hiệu truyền thông trên nó là tín hiệu số và tín hiệu tương tự

− Tín hiệu số: Tín hiệu digital được biểu diễn bởi hai trạng thái ON hay OFF hoặc

là 1 hay 0 Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín hiệu tương tự

Hình 2.9: Tín hiệu số và chuỗi bit tương ứng

− Tín hiệu tương tự: Tín hiệu analog bao gồm ba đặc điểm chính: Biên độ

(Amplitude), Tần số (Frequency) và Pha (Phase) Tín hiệu tương tự được biểu diễn

0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1

A analog signal

(Bits)

− Các phương pháp mã hóa tín hiệu số (digital):

Tín hiệu số có xung điện áp rời rạc (không liên tục), mỗi xung là một phần tử

tín hiệu, dữ liệu nhị phân được mã hóa thành các phần tử tín hiệu

Hình 2.11: Chuyển dữ liệu số sang tín hiệu số

Các phương pháp sau đây dùng để chuyển dữ liệu số sang tín hiệu số

Hình 2.12: Các phương pháp mã hóa dữ liệu số sang tín hiệu số

° Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)

+ Hai mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0,

+ Điện áp không thay đổi (không có transition) khi không có sự thay đổi

tín hiệu, + Điện áp thay đổi (có transition) khi có sự thay đổi tín hiệu (từ 0 → 1

hoặc từ 1 → 0)

° Nonreturn to Zero-Inverted (NRZ-I)

+ NRZI cho các bit 1,

+ Dữ liệu được mã hóa căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi tín hiệu ở

đầu thời khoảng bit

+ Bit 1: được mã hóa bằng sự thay đổi điện áp (có transition)

+ Bit 0: được mã hóa bằng sự không thay đổi điện áp (không có transition)

Hình 2.13: Tín hiệu số tương ứng của hai phương pháp NRZ-L và NRZ-I

Digital/Digital Encoding

° Ưu và nhược điểm của phương pháp mã hóa NRZ (Nonreturn to Zero)

+ Ưu điểm: Dễ dàng nắm bắt, băng thông dùng hiệu quả,

+ Nhược điểm: cơ chế một chiều, thiếu khả năng đồng bộ,

° Phương pháp Manchester:

+ Thay đổi ở giữa thời khoảng bit (thay đổi được dùng như tín hiệu đồng

bộ dữ liệu)

+ L → H biểu diễn bit 1, H → L biểu diễn bit 0 (NRZ xor tín hiệu clock)

+ Dùng trong chuẩn IEEE 802.3

° Phương pháp Differential Manchester:

+ Thay đổi giữa thời khoảng bit chỉ dùng cho đồng bộ

+ Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn bit 0

+ Không có thay đổi ở đầu thời khoảng biểu diễn bit 1

+ Dùng trong chuẩn IEEE 802.5

Hình 2.14: Tín hiệu số tương ứng của hai phương pháp Manchester

và Differential Manchester

Ngoài ra còn có phương pháp mã hóa 4bit/5bit: Phương pháp cố gắng giải

quyết sự không hiệu quả của phương pháp Manchester với vấn đề khoảng không

gian giữa tín hiệu cao và thấp Ý tưởng là thêm một bit vào trong dòng bit để nó

phá vỡ chiều dài của chuổi bit 0 và 1 Cơ chế năm bit mã hóa được chọn theo cách

không có nhiều hơn một bit 0 ở đầu và hai bit 0 ở cuối Thật vậy, khi gửi dữ liệu

trên liên kết không có nhiều hơn 3 bit 0 liên tiếp được truyền đi Kết quả của

phương pháp mã hóa 4bit/5bit được truyền đi bằng phương pháp NRZ-I, nó giải

thích tại sao mã hoá chỉ liên quan tới bit 0 và đạt được 80% tính hiệu quả

Hình 2.13, minh họa cách thức mã hóa của phương pháp Với 5 bit, ta biểu diễn

được 32 trạng thái (mã hóa được 32 trường hợp), phương pháp lấy 16 trường hợp