Bài giảng tổng quan mạng máy tính và truyền thông

Định nghĩa Mạng máy tính computer network hay hệ thống mạng network system , là một tập hợp các máy tính tự hoạt được kết nối nhau  Một máy tính được gọi là tự hoạt autonomous

TỔNG QUAN MẠNG MÁY TINH

&

TRUYỀN THÔNG

Định nghĩa

 Mạng máy tính (computer network ) hay hệ thống

mạng ( network system ), là một tập hợp các máy tính

tự hoạt được kết nối nhau

 Một máy tính được gọi là tự hoạt ( autonomous )

nếu nó có thể khởi động, vận hành các phần mềm đã cài đặt và tắt máy mà không cần phải có sự điều khiển hay chi phối bởi một máy tính khác

CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG MÁY TÍNH

 Các thiết bị đầu cuối ( end system ) kết nối với nhau tạo thành mạng, có thể là các máy tính hoặc các thiết bị khác Nói chung hiện nay ngày càng nhiều các loại thiết bị có

khả năng kết nối vào mạng máy tính như điện thoại di

động, PDA, tivi,

 Môi trường truyền ( media ) mà các thao tác truyền thông được thực hiện qua đó Môi trường truyền có thể là các

loại dây dẫn (dây cáp), sóng (đối với các mạng không

dây), tia hồng ngoại, …

Trong các tổ chức

 Trước khi có mạng: trong các tổ chức, mỗi nơi đều phải có chỗ lưu trữ dữ liệu riêng, các thông tin trong nội bộ sẽ khó được cập nhật kịp thời; một ứng dụng ở nơi này không thể chia sẻ cho nơi khác

 Với một hệ thống mạng người ta có thể:

 Chia sẻ các tài nguyên: Các ứng dụng, kho dữ liệu và

các tài nguyên khác như sức mạnh của các CPU được dùng chung và chia sẻ thì cả hệ thống máy tính sẽ làm việc hữu hiệu hơn

 Độ tin cậy và sự an toàn của thông tin cao hơn Thông tin được cập nhật theo thời gian thực, do đó chính xác

(1)

Trong các tổ chức

 Tiết kiệm :

 qua kỹ thuật mạng người ta có thể tận dụng khả năng của hệ thống, chuyên môn hoá các máy tính, và do đó phục vụ đa dạng hoá hơn Thí dụ: Hệ thống mạng có thể cung cấp dịch vụ suốt ngày và nhiều nơi có thể dùng cùng một chương trình ứng dụng, chia nhau cùng một cơ sở dữ liệu và và các máy in, do dó tiết kiệm được rất nhiều

(2)

Trong các tổ chức

 Tiết kiệm (tt):

 khi tạo mạng, người chủ chỉ cần đầu tư một hoặc vài máy tính có khả năng hoạt động cao để làm máy chủ cung cấp các dịch vụ chính yếu và đa số còn lại là các máy khách dùng để chạy các ứng dụng thông thường và khai thác hay yêu cầu các dịch vụ mà máy chủ cung cấp Một hệ thống như vậy gọi là mạng có kiểu

chủ-khách (client-server model).

Người ta còn gọi các máy dùng để nối vào máy chủ là máy trạm

(work-station) Tuy nhiên, các máy trạm vẫn có thể hoạt động độc

lập mà không cần đến các dịch vụ cung cấp từ máy chủ

 Mạng máy tính còn là một phương tiện thông tin mạnh và hữu

(2)

Cho nhiều người

 Cung cấp thông tin từ xa giữa các cá nhân

 Liên lạc trực tiếp và riêng tư giữa các cá nhân với nhau

 Làm phương tiện giải trí chung nhau: như các trò chơi, các thú tiêu khiển, chia sẻ phim ảnh, vv qua mạng

Các ứng dụng mạng quan trọng hiện nay

 Email

 Hội nghị (video conference)

 Giao dịch

 Lớp học ảo (e-learning hay virtual class)

 Dịch vụ tìm kiếm thông tin qua các “máy truy tìm”

(Search Engine)

 …

Các vấn đề xã hội

 Lạm dụng hệ thống mạng để làm điều phi pháp hay thiếu đạo

đức: Các tổ chức buôn người, khiêu dâm, lường gạt, hay tội phạm qua mạng, tổ chức tin tặc để ăn cắp tài sản của công dân

Các vấn đề xã hội

 Một vấn đề nảy sinh là xác định biên giới giữa việc kiểm soát

nhân viên làm công và quyền tư hữu của họ

 Vấn đề giáo dục thanh thiếu niên cũng trở nên khó khăn hơn vì các em có thể tham gia vào các việc trên mạng mà cha mẹ khó kiểm soát nổi

 Hơn bao giờ hết với phương tiện thông tin nhanh chóng thì sự tự

do ngôn luận hay lạm dụng quyền ngôn luận cũng có thể ảnh hưởng sâu rộng hơn trước đây như là các trường hợp của các

phần mềm quảng cáo (adware) và các thư rác (spam mail)

 (tt)

Các loại mạng - Phần cứng mạng

 LAN (local area network )

 MAN (metropolitan area network )

 WAN (wide area network)

 Mạng không dây (Wireless Network)

 Liên mạng (internet)

LAN (local area network )

 Hay còn gọi là "mạng cục bộ", là mạng tư nhân trong một toà

nhà, một khu vực (trường học hay cơ quan chẳng hạn) có cỡ chừng vài km Chúng nối các máy chủ và các máy trạm trong các văn phòng và nhà máy để chia sẻ tài nguyên và trao đổi thông tin

 LAN có 3 đặc điểm:

 Giới hạn về tầm cỡ phạm vi hoạt động từ vài mét cho đến 1 km

 Thường dùng kỹ thuật đơn giản chỉ có một đường dây cáp (cable)

nối tất cả máy Vận tốc truyền dữ liệu thông thường là 10 Mbps, 100 Mbps, 1000 Mbps, và gần đây là 1 Gbps

 Các kiến trúc mạng kiểu LAN thông dụng bao gồm:

 M ng bus hay m ng tuy n tính Các máy n i nhau m t cách liên t c ạ ạ ế ố ộ ụ

thành m t hàng t máy này sang máy kia Ví d c a nó là Ethernet ộ ừ ụ ủ(chu n IEEE 802.3) ẩ

MAN (metropolitan area network )

 Hay còn gọi là "mạng đô thị", là mạng có cỡ lớn hơn LAN,

phạm vi vài km Nó có thể bao gồm nhóm các văn phòng gần nhau trong thành phố.

 Nó có thể là công cộng hay tư nhân và có đặc điểm:

 Chỉ có tối đa hai dây cáp nối

 Không dùng các kỹ thuật nối chuyển

 Có thể hỗ trợ chung vận chuyển dữ liệu và đàm thoại , hay

ngay cả truyền hình Ngày nay người ta có thể dùng kỹ

thuật cáp quang (fiber optical) để truyền tín hiệu Vận tốc

có hiện nay thể đạt đến 10 Gbps.

MAN (metropolitan area network )

WAN (wide area network)

 còn gọi là "mạng diện rộng", dùng trong vùng địa lý

lớn thường cho quốc gia hay cả lục địa, phạm vi vài trăm cho đến vài ngàn km Chúng bao gồm tập họp các máy nhằm chạy các chương trình cho người

dùng

 Các máy này thường gọi là máy lưu trữ(host) hay còn

có tên là máy chủ, máy đầu cuối (end system) Các

máy chính được nối nhau bởi các mạng truyền thông

con (communication subnet) hay gọn hơn là mạng

con (subnet)

 Nhiệm vụ của mạng con là chuyển tải các thông

điệp(message) từ máy chủ này sang máy chủ khác.

WAN (wide area network)

 Mạng con thường có hai thành phần chính:

 Các đường dây vận chuyển còn gọi là mạch (circuit), kênh

(channel), hay đường trung chuyển (trunk)

 Các thiết bị nối chuyển Đây là loại máy tính chuyện biệt

hoá dùng để nối hai hay nhiều đường trung chuyển nhằm

di chuyển các dữ liệu giữa các máy Khi dữ liệu đến trong các đường vô, thiết bị nối chuyển này phải chọn (theo thuật toán đã định) một đường dây ra để gửi dữ liệu đó đi Tên

gọi của thiết bị này là nút chuyển gói (packet switching

node) hay hệ thống trung chuyển (intermediate system)

Máy tính dùng cho việc nối chuyển gọi là "bộ chọn đường" hay "bộ định tuyến" (router).

WAN (wide area network)

 Hầu hết các WAN bao gồm nhiều đường cáp hay

là đường dây điện thoại, mỗi đường dây như vậy nối với một cặp bộ định tuyến

 Nếu hai bộ định tuyến không nối chung đường dây

thì chúng sẽ liên lạc nhau bằng cách gián tiếp qua nhiều bộ định truyến trung gian khác

 Khi bộ định tuyến nhận được một gói dữ liệu thì nó

sẽ chứa gói này cho đến khi đường dây ra cần cho gói đó được trống thì nó sẽ chuyển gói đó đi

Trường hợp này ta gọi là nguyên lý mạng con điểm nối điểm, hay nguyên lý mạng con chứa và chuyển

(store-and-forward), hay nguyên lý mạng con nối

chuyển gói.

WAN (wide area network)

Mạng không dây (Wireless Network)

 Các thiết bị cầm tay hay bỏ túi thường có thể liên

lạc nhau bằng phương pháp không dây và theo kiểu LAN Một phương án khác được dùng cho điện thoại cầm tay dựa trên giao thức CDPD

(Cellular Digital Packet Data) hay là dữ liệu gói

kiểu cellular số.

 Các thiết bị không dây hoàn toàn có thể nối vào

mạng thông thường (có dây) tạo thành mạng hỗn hợp (trang bị trên một số máy bay hành khách

chẳng hạn).

Liên mạng (internet)

 Các mạng trên thế giới có thể khác biệt nhau về

phần cứng và phần mềm, để chúng liên lạc được với nhau cần phải có thiết bị gọi là cổng nối

(gateway) làm nhiệm vụ điều hợp Một tập hợp các

mạng nối kết nhau được gọi là internet (chữ "i"

không viết hoa)

 Có thể hiểu nó là trường hơp đặc biệt của WAN

 Là thiết bị trung gian dùng để nối kết mạng nội

bộ bên trong và mạng bên ngoài Nó có chức năng kiểm soát tất các luồng dữ liệu đi ra và vào mạng nhằm ngăn chăn được hacker tấn

công.Đồng thời thiết bị này cũng hỗ trợ chúng ta chia sẻ một số dịch vụ (như chia s internet) ẻ

Phần mềm của mạng

 Phần mềm của mạng được thiết kế để thoả mãn

các tiêu chuẩn và yêu cầu đặt ra bởi phần cứng và mục đích sử dụng

Hệ thống thứ bậc các giao thức trong mạng

 Để giảm độ phức tạp trong lúc thiết kế, mạng

được chia ra làm nhiều lớp (layer) hay cấp độ (level) nối tiếp nhau và có nhiệm vụ riêng

 Ta gọi tầng 1 là tầng phần mềm thấp nhất làm việc

trực tiếp với phần cứng của mạng hay còn gọi là

phần môi trường vật lý (physical medium).

 Tiếp theo đó là tầng 2 tức là tầng sẽ tiếp xúc với

tầng phần mềm 1 và nằm giữa tầng 1 và tầng 3.

 Cứ như thế cho đến tầng cuối cùng thường là một

chương trình ứng dụng có giao diện với người dùng Như vậy mồi tầng sẽ được thiết kế để làm một nhiệm vụ riêng.

Ví dụ về một hệ thống mạng có 5 tầng

 Tầng 5 có giao diện với ngưòi dùng và giữ nhiệm

vụ gửi nguyên mẫu thông tin xuống tầng 4

 Tầng 4 chịu trách nhiệm thêm vào dữ liệu nguyên

thủy các địa chỉ nguồn, sau đó chuyển xuống tầng

3

 Tầng 3 thì lại cắt nhỏ dữ liệu nhận được từ tầng 4

thành nhiều gói và thêm vào mỗi gói phần đầu của

gói Phần đầu (header) này có thể chứa địa chỉ

nguồn, địa chỉ đích

Ví dụ về một hệ thống mạng có 5 tầng

 Khi tầng 2 nhận được lại thêm vào phần đầu số

thứ tự các gói và thêm vào mỗi gói phần đuôi

(trailer) Trong phần đuôi có thể có phần kiểm soát

và tự động chỉnh lỗi dữ liệu Xong, gói dữ liệu được xử lý này sẽ chuyển xuống tầng 1, tầng này

có thể thêm vào các thông tin về vận tốc, về đặc tính hay các tín hiệu điều khiển và gửi xuống phần môi trường vật lý để chuyển các gói đã xử lý đi Khi máy nhận về các gói thì chúng sẽ tiến hành các

bước ngược lại theo chức năng của mồi tầng dể phục hồi dữ liệu nguyên thuỷ ở tầng 4.

Ví dụ về một hệ thống mạng có 5 tầng

• Tầng n của một máy chịu trách nhiệm thương thảo (về mặt

chức năng) ngang hàng với tầng n của máy khác trong một nối kết

• Những quy tắc và thoả thuận thiết kế thuộc về tầng n được

gọi là giao thức tầng n

• Dữ liệu không trực tiếp chuyển từ tầng n của máy này

sang tầng n của máy kia Thay vào đó, mỗi tầng sẽ chuyển

dữ liệu và các thông tin điều khiển dọc lên hay xuống tầng trực tiếp tiếp xúc với nó nếu có (tức là lớp n-1 và lớp n+1)

• Tất cả thao tác và các dịch vụ cơ bản cung ứng từ một

tầng thấp hơn lên tầng kề trên của nó hợp thành một giao

diện (interface).

Ví dụ về một hệ thống mạng có 5 tầng

• Tập hợp của tất cả các tầng và các giao thức của

chúng được gọi là kiến trúc mạng (network

architechture) Mỗi tầng có một giao thức và danh

sách các giao thức lập nên theo thứ tự đó gọi là

một chồng giao thức (protocol stack).

 Đơn truyền: "liên lạc một chiều" (simplex communication) Dữ

liệu chỉ có thể được vận chuyển một chiều

 Lưỡng truyền : "liên lạc hai chiều" (duplex communication hay

full-duplex communication) Các thông tin có thể đồng thời vận

chuyển đi và được nhận về cùng lúc từ máy đích mà không phải chờ đợi

 Bán lưỡng truyền : (half-duplex communication) Đưòng thông

tin có thể dùng để nhận và gửi nhưng không thể cùng một lúc

Để gửi thông tin chiều ngược lại thì phải đợi máy đích nhận xong một gói (hay nguyên cả mẫu thông tin) rồi sau đó, máy đó

Các vấn đề cần chú ý

 Điều chỉnh lỗi Các mạch điện thường không hoàn hảo Do

đó, việc phát hiện lỗi (error detecting) và điều chỉnh lỗi (error

correction) phải được thoả thuận giữa bên gửi và bên nhận

 Trong nhiều trường hợp máy nhận về các gói dữ liệu sẽ

không còn đúng theo thứ tự khi chúng được gửi đi Việc phục hồi dữ liệu trong trường hợp này thì các giao thức phải có

phương thức xử lý trường hợp mất thứ tự (như là việc dùng

bộ nhớ đệm để lư giữ tạm các gói và sắp xếp lại sau đó) cũng như trường hợp thất lạc một gói (gửi thông báo cho máy

nguồn yêu cầu gửi lại gói chưa nhận) và xử lý huỷ các gói gửi trùng

 Việc tạo thuật toán để gửi các gói qua mạng cũng cần chú ý

giải quyết triệt để (như là lựa chọn đường trung chuyển chẳng

Khái niệm căn bản về thiết bị mạng

 Trong một mạng LAN, giới hạn của cáp mạng là 100m

(cho loại cáp mạng CAT 5 UTP – là cáp được dùng phổ biến nhất), bởi tín hiệu bị suy hao trên đường truyền nên không thể đi xa hơn Vì vậy, để có thể kết nối các thiết bị

ở xa hơn, mạng cần các thiết bị để khuếch đại và định thời lại tín hiệu, giúp tín hiệu có thể truyền dẫn đi xa hơn giới hạn này

 Repeater là một thiết bị ở lớp 1 (Physical Layer) trong mô

hình OSI Repeater có vai trò khuếch đại tín hiệu vật lý ở đầu vào và cung cấp năng lượng cho tín hiệu ở đầu ra để

có thể đến được những chặng đường tiếp theo trong mạng Điện tín, điện thoại, truyền thông tin qua sợi quang… và các nhu cầu truyền tín hiệu đi xa đều cần sử dụng Repeater

 Hub được coi là một Repeater có nhiều cổng Một Hub

có từ 4 đến 24 cổng và có thể còn nhiều hơn Trong phần lớn các trường hợp, Hub được sử dụng trong các mạng 10BASE-T hay 100BASE-T Khi cấu hình mạng là hình sao (Star topology), Hub đóng vai trò là trung tâm của mạng Với một Hub, khi thông tin vào từ một cổng và sẽ được đưa đến tất cả các cổng khác.

 Hub có 2 loại là Active Hub và Smart Hub Active Hub là

loại Hub được dùng phổ biến, cần được cấp nguồn khi hoạt động, được sử dụng để khuếch đại tín hiệu đến và cho tín hiệu ra những cổng còn lại, đảm bảo mức tín hiệu cần thiết Smart Hub (Intelligent Hub) có chức năng

tương tự như Active Hub, nhưng có tích hợp thêm chip

có khả năng tự động dò lỗi - rất hữu ích trong trường hợp

dò tìm và phát hiện lỗi trong mạng

Hub

 Bridge là thiết bị mạng thuộc lớp 2 của mô hình OSI

(Data Link Layer) Bridge được sử dụng để ghép nối 2 mạng để tạo thành một mạng lớn duy nhất Bridge được

sử dụng phổ biến để làm cầu nối giữa hai mạng Ethernet Bridge quan sát các gói tin (packet) trên mọi mạng Khi thấy một gói tin từ một máy tính thuộc mạng này chuyển tới một máy tính trên mạng khác, Bridge sẽ sao chép và gửi gói tin này tới mạng đích

 Ưu điểm của Bridge là hoạt động trong suốt, các máy

tính thuộc các mạng khác nhau vẫn có thể gửi các thông tin với nhau đơn giản mà không cần biết có sự "can

thiệp" của Bridge Một Bridge có thể xử lý được nhiều lưu thông trên mạng như Novell, Banyan cũng như là địa chỉ IP cùng một lúc Nhược điểm của Bridge là chỉ kết nối những mạng cùng loại và sử dụng Bridge cho những

mạng hoạt động nhanh sẽ khó khăn nếu chúng không nằm gần nhau về mặt vật lý

Bridge

 Switch đôi khi được mô tả như là một Bridge có nhiều

cổng Trong khi một Bridge chỉ có 2 cổng để liên kết được 2 segment mạng với nhau, thì Switch lại có khả năng kết nối được nhiều segment lại với nhau tuỳ thuộc vào số cổng (port) trên Switch Cũng giống như Bridge, Switch cũng "học" thông tin của mạng thông qua các gói tin (packet) mà nó nhận được từ các máy trong mạng

tin (packet) mà nó nhận được từ các máy trong mạng

Switch sử dụng các thông tin này để xây dựng lên bảng Switch, bảng này cung cấp thông tin giúp các gói thông tin đến đúng địa chỉ

 Ngày nay, trong các giao tiếp dữ liệu, Switch thường có 2

chức năng chính là chuyển các khung dữ liệu từ nguồn đến đích, và xây dựng các bảng Switch Switch hoạt động

ở tốc độ cao hơn nhiều so với Repeater và có thể cung cấp nhiều chức năng hơn như khả năng tạo mạng LAN

ảo (VLAN).