Giáo trình lý thuyết và thực hành mạng cơ bản

Giáo trình lý thuyết và thực hành mạng cơ bản bao gồm những nội dung cơ bản nhất về mạng máy tính, đặc biệt giáo trình cung cấp một hệ thống bài thực hành mạng cơ bản. Tài liệu là một giáo trình rất cần thiết cho giáo viên dạy và học sinh tham khảo để có kiến thức cơ bản. Tài liệu được biên soạn hết sức chi tiết và bài bản...

CHƯƠNG 1- GIỚI THIỆU VỀ MẠNG

1.1 Các kiến thức cơ sở

1.1.1 Khái niệm mạng máy tính

Mạng máy tính là một nhóm các máy tính, thiết bị ngoại vi được kết nối với nhau thông qua cácphương tiện truyền dẫn như: Cáp, sóng điện từ, tia hồng ngoại…giúp cho các thiết bị này có thể traođổi với nhau một cách dễ dàng

Hình dưới đây cho ta thấy tổng quan về một mạng máy tính:

1.1.2 Các thành phần cơ bản cấu thành nên mạng máy tính

- Các loại máy tính như : PC, LAPTOP…

- Các thiết bị giao tiếp: Card mạng, Hub, Switch…

- Môi trường truyền dẫn: Cáp, sóng điện từ, sóng viba…

- Các giao thức: TCP/IP, NETBEUI…

- Các hệ điều hành: Windows XP, Win Me, Windows 2000s, Windows 2003s…

- Các tài nguyên như: Tập tin, thư mục…

- Các thiết bị ngoại vi như : Máy in, máy fax…

- Các ứng dụng mạng: Phần mềm quản lý kho bãi…

- Server: Là máy tính được cài đặt các phần mềm thông dụng làm chức năng cung cấp các dịch vụ chocác máy tính khác Tùy theo dịch vụ mà máy này cung cấp, người ta chia ra làm các loại server như:File Server, Print Server Do làm chức năng phục vụ cho các máy tính khác nên cấu hình server phảimạnh thông thường là các máy thông dụng của các hãng như compaq, Intel

- Client: Là các máy tính sử dụng các dịch vụ mà các máy server cung cấp Do xử lý số công việckhông lớn, nên thông thường các máy này không yêu cầu cấu hình mạnh

- Peer: Là các máy tính vừa có vai trò vừa là máy sử dụng, vừa là máy cung cấp các dịch vụ Máy peerthường sử dụng các hệ điều hành như: WinNT, Workstation, Win me…

- Media: Là cách thức sử dụng và vật liệu nối kết các máy lại với nhau

- Shared data: Là tập hợp các tập tin, thư mục mà các máy tính chia sẻ để các máy tính khác truy cập sửdụng chúng thông qua mạng

- Resource: Máy in, máy fax, modem và các thành phần khác mà người dùng mạng sử dụng

- User: Là người sử dụng máy trạm để truy xuất các tài nguyên mạng Thông thường một user có mộtusername và password Hệ thống mạng sẽ dựa vào đó để biết bạn là ai, có quyền vào mạng hay không

và có quyền sử dụng những tài nguyên nào trên mạng

- Administrator: Là nhà quản trị hệ thống mạng

1.2 Phân loại mạng

1.2.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý

Nếu lấy “khoảng cách địa lý “ làm yếu tố chính thì mạng được phân chia thành mạng cục bộ,

mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu, mạng internet

1.2.1.1 Mạng cục bộ - LAN (Local Area Network)

- Là nhóm máy tính và các thiết bị truyền thông được nối kết với nhau trong một khu vực nhỏ như một

cơ quan, trường học, khu giải trí …

- Các mạng LAN thường có đặc điểm:

 Băng thông lớn có khả năng chạy các ứng dụng trực tuyến như xem phim, hội thảo qua mạng…

 Kích thước mạng bị giới hạn bởi các thiết bị

 Chi phí các thiết bị mạng LAN tương đối rẻ

 Quản trị đơn giản

1.2.1.2 Mạng đô thị - MAN (Metropolitan Area Network)

- MAN gần giống như mạng LAN nhưng giới hạn của nó là một thành phố hay một quốc gia MạngMAN nối kết các mạng LAN lại với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn khác (cáp quang, cápđồng…) và các phương tiện truyền thông khác

- Đặc điểm của mạng MAN

1.2.1.3 Mạng diện rộng - WAN (Wide Area Network)

- Mạng Wan bao phủ vùng địa lý rộng lớn có thể là một quốc gia, một lục địa hay toàn cầu Mạng Wanthường là mạng của các công ty đa quốc gia hay toàn cầu điển hình là mạng Intenet Do phạm vi rộnglớn của mạng Wan nên thông thường các Wan là tập hợp các mạng MAN nối lại với nhau bằng cácphương tiện như: Vệ tinh, sóng viba, cáp quang …

- Đặc điểm của mạng WAN:

 Băng thông thấp, dễ mất kết nối, thường chỉ phù hợp với các ứng dụng offline như e-mail, web

 Phạm vi hoạt động rộng lớn không giới hạn

 Cấu hình mạng rất phức tạp và có tính toàn cầu nên thường các tổ chức quốc tế đứng ra quyđịnh và quản trị

 Chi phí cho các thiết bị và công nghệ mạng Wan rất đắt tiền

1.2.1.4 Mạng internet

- Là trường hợp đặc biệt của mạng Wan

- Nó chứa các dịch vụ toàn cầu như: email, web, chat, ftp và phục vụ miễn phí cho mọi người

1.2.2 Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch

Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch so sánh thì có thể phân chia mạng ra thành: Mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo, mạng chuyển mạch gói.

1.2.2.1 Mạng chuyển mạch kênh (Cirucuit - Switched - Network)

- Đây là mạng giữa hai thực thể muốn liên lạc với nhau thì giữa chúng tạo ra một kênh cứng, cố địnhđược duy trì liên tục cho đến khi một trong hai thực thể ngắt liên lạc như mạng điện thoại

- Phương pháp chuyển mạch này có hai nhược điểm chính:

 Hiệu xuất sử dụng đường truyền không cao vì có khi kênh bị bỏ không

 Tiêu tốn thời gian cho việc thiết lập kênh cố định giữa hai thực thể

- Mô tả chuyển mạch kênh

1.2.2.2 Mạng chuyển mạch thông báo (Message - Switched - Network)

- Thông báo (message): Là một đơn vị thông tin của người sử dụng có khuôn dạng được quy địnhtrước Mỗi thông báo đều có chứa vùng thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích của thông báo

- Căn cứ vào thông tin này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp theo đườngdẫn tới đích của nó

- Như vậy mỗi nút cần lưu trữ tạm thời để đọc thông tin điều khiển trên thông báo để rối chuyển tiếpthông báo đi Tùy thuộc vào điều kiện của mạng, các thông báo khác nhau có thể được gửi đi trên cáccon đường khác nhau

- Nhược điểm của phương pháp này là do không hạn chế kích thước của các thông báo nên có thể dẫnđến phí tổn lưu trữ tạm thời cao và ảnh hưởng đến thời gian hồi đáp và chất lượng đường truyền.Phương pháp này thích hợp với phương pháp truyền thư điện tử

1.2.2.3 Mạng chuyển mạch gói (Packet - Switched - Network)

- Trong trường hợp này một thông báo có thể chia ra thành nhiều gói tin (Packet) khác nhau, độ dàikhoảng 256 byte, có khuôn dạng quy định Các gói tin chứa thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉnguồn và địa chỉ đích Các gói tin của một thông báo có thể gửi đi bằng nhiều đường khác nhau

+ Mạng chuyển mạch gói có hiệu suất cao hơn mạng chuyển mạch thông báo vì kích thước của gói tin

là hạn chế sao cho các nút mạng có thể xử lý toàn bộ gói tin trong bộ nhớ mà không cần lưu trữ tạmthời trên đĩa, do đó mạng chuyển các gói tin nhanh hơn

+ Mỗi đường truyền chiếm thời gian rất ngắn vì có thể dùng bất kỳ đường nào để đi đến đích và khảnăng đồng bộ bit rất cao Tuy nhiên

+ Là thời gian truyền tin rất ngắn nên nếu thời gian chuyển mạch lớn thì tốc dộ truyền không cao vì nóđòi hỏi thời gian chuyển mạch cực ngắn

+ Việc tập hợp các gói tin để tạo lại để thông báo là khó khăn, đặc biệt là trong trường hợp các gói

- Do có nhiều ưu điểm là mềm dẽo và hiệu suất cao nên chuyển mạch gói được dùng phổ biến hiện nay.Việc tổ hợp hai kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong cùng một mạng thống nhất gọi

tắc là ISDN (Intergrated Service digital Network) đang là xu hướng phát triển hiện nay, đó chính là

- Ưu điểm

 Dữ liệu được bảo mật an toàn

 Dễ backup dữ liệu và diệt vi rút

 Chi phí cho các thiết bị thấp

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

- Nhược điểm: Dữ liệu lưu trữ rời rạc, khó đồng bộ, khó backup rất dễ nhiễm vi rút

1.3.3 Mô hình xử lý mạng phân phối

- Nhiều máy tính có thể hợp tác để thực hiện một công việc

- Một máy tính có thể mượn năng lực xử lý bằng cách chạy các chương trình trên các máy tính nằmtrong mạng

- Ưu điểm: rất nhanh và mạnh, có thể dùng để chạy các ứng dụng có các phép toán lớn

- Nhược điểm: Dữ liệu được lưu trữ trên các vị trí khác nhau nên rất khó đồng bộ và backup, khả năngnhiễm vi rút cao

- Mô hình này sẽ có các máy tính chuyên dụng làm nhiệm vụ cung cấp dịch vụ và quản lý các máytrạm.

1.5 Các mô hình ứng dụng mạng

1.5.1 Mạng ngang hàng (Peer to Peer)

- Cung cấp việc kết nối cơ bản giữa các máy tính nhưng không có một máy tính nào đóng vai trò phụcvụ

- Một máy tính trong mạng vừa có thể là client vừa có thể là server, do đó người dùng trên từng máytính chịu trách nhiệm điều hành và chia sẻ các tài nguyên của máy mình

- Mô hình này chỉ phù hợp với các tổ chức nhỏ, số người sử dụng giới hạn và không quan tâm đến vấn

 Không cho phép quản lý tập trung nên dữ liệu phân tán

 Khả năng bảo vệ thấp nên rất dễ bị xâm nhập

 Các tài nguyên không được sắp xếp nên khó được định vị và tìm kiếm

- Các server thường có cấu hình mạnh hoặc là các máy chuyên dụng

- Dựa vào chức năng có thể chia ra thành các loại server

 File Server: Phục vụ các yêu cầu hệ thống tập tin trong mạng

 Print Server: Phục vụ các yêu cầu in ấn

 Application Server: Cho phép các ứng dụng chạy trên các server và trả kết quả cho client

 Mail Server: Cung cấp các dịch vụ về gửi email

 Web server: Cung cấp các dịch vụ về web

 Database server: Cung cấp dịch vụ lưu trữ và tìm kiếm thông tin

 Communication Server: Quản lý các kết nối từ xa

- Ưu điểm

 Dễ bảo mật, quản lý, backup đồng bộ với nhau

 Tài nguyên và các dịch vụ được tập trung nên dễ chia sẻ và quản lý có thể phục vụ cho client

1.6.1 Dịch vụ tập tin (Files Services)

Dịch vụ này cho phép các máy tính có thể chia sẻ các tập tin, thao tác trên các tập tin chia sẻ

1.6.2 Dịch vụ in ấn (Print Services)

Là một ứng dụng mạng điều khiển và quản lý việc truy cập các máy in, máy fax trong mạng

1.6.3 Dịch vụ thông điệp (Message Services)

Dich vụ cho phép gửi và nhận các thư điện tử

1.6.4 Dịch vụ thư mục (Directory Services)

Dịch vụ này cho phép tích hợp mọi thông tin về các đối tượng trên mạng thành một cấu trúc thưmục dùng chung nhờ đó mà quản lý và chia sẻ tài nguyên trở nên hiệu quả

Dịch vụ này cung cấp các kết quả cho các chương trình ở Client bằng cách thực hiện cácchương trình trên server.

1.6.6 Dịch vụ cơ sở dữ liệu (Database Services)

Thực hiện các chức năng như

 Bảo mật dữ liệu

 Tối ưu hóa các tiến trình thực hiện các tác vụ

 Phục vụ số lượng người dùng lớn, truy cập nhanh vào các cơ sở dữ liệu

 Phân phối dữ liệu qua nhiều hệ phục vụ CSDL

1.7 Các lợi ích thực tiễn của mạng

1.7.1 Tiết kiệm tài nguyên phần cứng

1.7.2 Trao đổi dữ liệu trở nên dễ dàng

1.7.3 Chia sẻ các ứng dụng

Các ứng dụng thay vì cài trên từng máy trạm chúng ta sẽ cài nó trên một máy server và các máytrạm dùng chung ứng dụng đó trên server Tiết kiệm được chi phí bản quyền và chi phí cài đặt quảntrị

1.7.4 Tập trung dữ liệu, bảo mật và backup tốt

1.7.5 Sử dụng các dịch vụ internet

- E-mail

- Điện thoại internet

- Cho phép xây dựng hệ thống ứng dụng lớn như chính phủ điện tử, thương mại điện tử…

CHƯƠNG 2- MÔ HÌNH KẾT NỐI CÁC HỆ THỐNG MỞ

(OSI – OPEN SYSTEMS INTERCONECTTION)

- Khi thiết kế mạng thì các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình Từ đó dẫn đến

tình trạng không tương thích giữa các mạng

- Sự không tương thích làm trở ngại cho sự tương tác của người sử dụng giữa các mạng khác nhau

- Vì vậy nhu cầu cần thiết là làm sao để có thể xây dựng một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làmcăn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm mạng

 Vì lý do đó, tổ chức chuẩn hóa quốc tế ISO đã lập ra một tiểu ban nhằm phát triển một khung chuẩn

về kiến trúc mạng Kết quả là vào năm 1984, ISO đã xây dựng xong mô hình tham chiếu cho việc kếtnối các hệ thống mở OSI

2.1 Các nguyên tắc khi xây dựng mô hình OSI

- Để xây dựng mô hình OSI, ISO cũng dựa vào kiến trúc phân tầng, dựa trên các nguyên tắc chủ yếusau:

 Hạn chế số lượng tầng là 7 tầng

 Tạo ranh giới giữa các tầng sao cho các tương tác và mô tả các dịch vụ là tối thiểu

 Chia các tầng sao cho các chức năng khác nhau được tách biệt với nhau, các tầng sử dụng cáccông nghệ khác nhau cũng được tách biệt

 Các chức năng giống nhau được đặt cùng một tầng

 Có thể thiết kế lại một tầng mà ít ảnh hưởng đến với tầng khác

 Mỗi tầng có thể tách thành các tầng con

- Mô hinh:

2.2 Các giao thức trong mô hình OSI

- Có 2 giao thức được áp dụng là:

 Giao thức có liên kết, trước khi truyền dữ liệu giữa hai tầng đồng mức cần thiết lập một liên

kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết này

 Giao thức không liên kết, trước khi truyền dữ liệu thì không thiết lập liên kết logic và mỗi gói

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

- Như vậy với giao thức có liên kết, quá trình truyền thông phải 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 sau (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 củaviệc truyền dữ liệu

 Hủy bỏ liên kết (logic): giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên kết để dùng

cho liên kết khác

- Đối với giao thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai đoạn truyền dữ liệu mà thôi

- Gói tin của giao thức: Gói tin (Packet) được hiểu như là một đơn vị thông tin dùng trong việc liên

lạc, chuyển giao dữ liệu trong mạng máy tính Những thông điệp (message) trao đổi giữa các máy tínhtrong mạng, được tạo dạng thành các gói tin ở máy nguồn Và những gói tin này khi tới đích sẽ đượckết hợp lại thành thông điệp ban đầu Một gói tin có thể chứa đựng các yêu cầu phục vụ, các thông tinđiều khiển và dữ liệu

- Hình sau cho thấy cách xác lập gói tin trong mô hình OSI

- Trên quan điểm mô hình mạng phân tầng thì mỗi tầng chỉ thực hiện một chức năng là nhận dữ liệu từtầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và ngược lại

- Chức năng này thực chất là gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu (header) đối với các gói tin trước khi chuyển

nó đi Nói cách khác, từng gói tin bao gồm phần đầu (header) và phần dữ liệu Khi đi đến một tầng mớigói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu đề khác và được xem như là gói tin của tầng mới, công việctrên tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền lên đường dây mạng để đến bên nhận

- Tại bên nhận các gói tin được gỡ bỏ phần đầu trên từng tầng tướng ứng và đây cũng là nguyên lý củabất cứ mô hình phân tầng nào

Chú ý: Trong mô hình OSI phần kiểm lỗi của gói tin tầng liên kết dữ liệu đặt ở cuối gói tin

2.3 Chức năng chủ yếu của các tầng trong mô hình OSI

2.3.1 Tầng vật lý

- Mô tả các đặc trưng vật lý của mạng:

 Các loại cáp được dùng để nối các thiết bị

- Tầng vật lý không qui định một ý nghĩa nào cho các tín hiệu đó ngoài các giá trị nhị phân 0 và 1 Ởcác tầng cao hơn của mô hình OSI, ý nghĩa của các bit được truyền ở tầng vật lý sẽ được xác định

- Ví dụ: Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đôi 10 baseT định rõ các đặc trưng điện của cáp xoắn đôi,kích thước và dạng của các đầu nối, độ dài tối đa của cáp

- Tầng vật lý là không có gói tin riêng và do vậy không có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển,

dữ liệu được truyền đi theo dòng bit Một giao thức tầng vật lý tồn tại giữa các tầng vật lý để quy định

về phương thức truyền (đồng bộ, phi đồng bộ), tốc độ truyền

- Các Phương thức được xây dựng cho tầng vật lý là:

 Phương thức truyền dị 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 vàSTOP được dùng để tách các xâu bit biểu diễn các ký tự trong dòng dữ liệu cần truyền đi Nócho 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 nhậnbiết được dữ liệu đang đến hoặc đã đến

2.3.2 Tầng liên kết dữ liệu

- Tầng liên kết dữ liệu (data link) là tầng mà ở đó ý nghĩa được gán cho các bít được truyền trên mạng

- Tầng liên kết dữ liệu phải quy định được các dạng thức, kích thước, địa chỉ máy gửi và nhận của mỗigói tin được gửi đi Nó phải xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng và phương tiện gửi mỗi góitin sao cho nó được đưa đến cho người nhận đã định

- Tầng liên kết dữ liệu có hai phương thức liên kết dựa trên cách kết nối các máy tính, đó là phươngthức "một điểm - một điểm" và phương thức "một điểm - nhiều điểm"

 Với phương thức "một điểm - một điểm" các đường truyền riêng biệt được thiết lập để nối cáccặp máy tính lại với nhau

 Phương thức "một điểm - nhiều điểm " tất cả các máy phân chia chung một đường truyền vật lý

- Tầng liên kết dữ liệu cũng cung cấp cách phát hiện và sửa lỗi cơ bản để đảm bảo cho dữ liệu nhậnđược giống hoàn toàn với dữ liệu gửi đi Nếu một gói tin có lỗi không sửa được, tầng liên kết dữ liệuphải chỉ ra được cách thông báo cho nơi gửi biết gói tin đó có lỗi để nó gửi lại

- Các giao thức tầng liên kết dữ liệu chia làm 2 loại chính:

 Các giao thức hướng ký tự

 Các giao thức hướng bit

- Các giao thức hướng ký tự được xây dựng dựa trên các ký tự đặc biệt của một bộ mã chuẩn nào đó

như ASCII…

- Các giao thức hướng bit lại dùng các cấu trúc nhị phân (xâu bit) để xây dựng các phần tử của giao

thức (đơn vị dữ liệu, các thủ tục.) và khi nhận, dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit một

- Có 2 mức con:

 LLC: Logical Link Control

 MAC: Media Address Control

- Tầng mạng (network) nhắm đến việc kết nối các mạng với nhau bằng cách tìm đường (routing) chocác gói tin từ một mạng này đến một mạng khác

- Nó xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói này có thể phải đi quanhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng Nó luôn tìm các tuyến truyền thông không tắc nghẽn

để đưa các gói tin đến đích

- Tầng mạng cung các các phương tiện để truyền các gói tin qua mạng Bởi vậy nó cần phải đáp ứngvới nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạng khác nhau

- Hai chức năng chủ yếu của tầng mạng:

 Chọn đường (routing)

 Chuyển tiếp (relaying)

- Tầng mạng là quan trọng nhất khi liên kết hai loại mạng khác nhau khi đó phải dùng một bộ tìmđường (quy định bởi tầng mạng) để chuyển các gói tin từ mạng này sang mạng khác và ngược lại

- Việc chọn đường là sự lựa chọn một con đường để truyền một đơn vị dữ liệu (một gói tin chẳng hạn)

từ trạm nguồn tới trạm đích của nó Một kỹ thuật chọn đường phải thực hiện hai chức năng chính sauđây:

 Quyết định chọn đường tối ưu dựa trên các thông tin đã có về mạng tại thời điểm đó thông quanhững tiêu chuẩn tối ưu nhất định

 Cập nhật các thông tin về mạng, tức là thông tin dùng cho việc chọn đường, trên mạng luôn có

sự thay đổi thường xuyên nên việc cập nhật là việc cần thiết

- Có hai phương thức đáp ứng cho việc chọn đường là phương thức xử lý tập trung và xử lý tại chỗ:

 Phương thức chọn đường xử lý tập trung được đặc trưng bởi sự tồn tại của một (hoặc vài)

trung tâm điều khiển mạng, chúng thực hiện việc lập ra các bảng đường đi tại từng thời điểmcho các nút và sau đó gửi các bảng chọn đường tới từng nút dọc theo con đường đã được chọn

đó Thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường chỉ cần cập nhập và được cấtgiữ tại trung tâm điều khiển mạng

 Phương thức chọn đường xử lý tại chỗ được đặc trưng bởi việc chọn đường được thực hiện

tại mỗi nút của mạng Trong từng thời điểm, mỗi nút phải duy trì các thông tin của mạng và tựxây dựng bảng chọn đường cho mình Như vậy các thông tin tổng thể của mạng cần dùng choviệc chọn đường cần cập nhập và được cất giữ tại mỗi nút

- Thông thường các thông tin được đo lường và sử dụng cho việc chọn đường bao gồm:

 Trạng thái của đường truyền

 Thời gian trễ khi truyền trên mỗi đường dẫn

 Mức độ lưu thông trên mỗi đường

- Tầng vận chuyển (transport layer) là tầng cơ sở mà ở đó một máy tính của mạng chia sẻ thông tin vớimột máy khác

- Tầng vận chuyển đồng nhất mỗi trạm bằng một địa chỉ duy nhất và quản lý sự kết nối giữa các trạm

- Tầng vận chuyển cũng chia các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi Thông thườngtầng vận chuyển đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo đúng thứ tự

- Mã hóa và giải mã dữ liệu giưa các máy tính trong mạng

- Xác định kiểu và cấu trúc của dữ liệu

CHƯƠNG 3 – PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN VÀ CÁC THIẾT BỊ MẠNG

3.1 Phương tiện truyền dẫn

- Sóng viba thường dùng truyền thông tập trung giữa 2 điểm hoặc giữa các trạm mặt đất và các vệ tinh

- Tia hồng ngoại thường dùng cho các kiểu truyền thông qua mạng trên các khoảng cách tương đốingắn và có thể phát được sóng giữa 2 điểm hoặc từ một điểm phủ sóng cho nhiều trạm thu Chúng ta cóthể truyền tia hồng ngoại và các tầng số ánh sáng cao hơn thông qua cáp quang

3.1.3 Các đặc tính của phương tiện truyền dẫn

- Mỗi phương tiện truyền dẫn đều có những tính năng đặc biệt thích hợp với mỗi kiểu dịch vụ cụ thể,nhưng thông thường ta quan tâm đến các yếu tố sau:

• Bps (bits per second-số bít trong một giây): đây là đơn vị cơ bản của băng thông

• Kbps (kilobits per second): 1 kbps = 103bps = 1000bps

• Mbps (megabits per second): 1 mbps = 103kbps

• Gbps (gigabits per second): 1 gbps = 103mbps

• Tbps (megabits per second): 1 tbps = 103gbps

 Thông lượng: Lượng thông tin thực sự được truyền dẫn trên thiết bị tại một thời điểm

 Băng tầng cơ sở: Dành toàn bộ băng thông cho một kênh truyền và sử dụng tín hiệu số

 Băng tầng mở rộng: Cho phép nhiều kênh truyền chia sẻ một phương tiện truyền dẫn (chia sẻbăng thông) và sử dụng tín hiệu tương tự

 Độ suy giảm: Độ đo sự suy yếu của tín hiệu khi di chuyển trên một phương tiện truyền dẫn.Các nhà thiết kế cáp phải chỉ định các giới hạn về chiều dài dây cáp vì khi cáp dài sẽ dẫn đến tínhiệu yếu đi mà không phục hồi được

 Nhiễu điện từ/nhiễu sóng: Làm biến dạng tín hiệu trong một phương tiện truyền dẫn

 Nhiễu xuyên kênh: Hai dẫn dẫn đặt kề nhau làm nhiễu tín hiệu lẫn nhau

 Dây dẫn trung tâm: dây đồng hoặc dây đồng bện

 Một lớp cách điện giữa dây dẫn phía ngoài và dây

dẫn phía trong

 Dây dẫn ngoài: bao quanh dây dẫn trung tâm dưới

dạng dây đồng bện hoặc lá Dây này có tắc dụng

bảo vệ dây dẫn trung tâm khỏi nhiễm điện từ và

được nối đất để thoát nhiễu

 Ngoài cùng là lớp vỏ bọc để bảo vệ cáp

- Ưu điểm là: rẻ, nhẹ, mềm và dễ kéo dây

- Cáp mỏng: có đường kính khoảng 6mm, thuộc họ RG-58, chiều dài đường chạy tối đa là 185m

Cáp RC-58, trở kháng 50 ohm dùng với Ethernet mỏng

Cáp RC-59, trở kháng 75 ohm dùng cho truyền hình cáp

Cáp RC-62, trở kháng 93 ohm dùng cho ARCnet

- Cáp dày: Có đường kính khoảng 13mm thuộc họ RG-58, chiều dài đường chạy tối đa là 500m

- Cách lắp đặt dây cáp đồng trục mỏng: ta dùng thêm đầu nối chữ T và đầu BNC như hình sau:

- Cách lắp đặt dây cáp đồng trục dày: Ta phải dùng một đầu chuyển đổi transceiver và nối kết vào máytính thông qua cổng AUI.

3.2.2 Cáp xoán đôi

Là cáp gồm nhiều cặp dây đồng xoán lại vơi nhau nhằm chống phát xạ nhiễu điện từ Do giá thành

rẻ nên cáp này được dùng rất rộng rãi Có 2 loại cáp xoán đôi được sử dụng là:

 Cáp có vỏ bọc chống nhiễu

 Cáp không có vỏ bọc chống nhiễu

3.2.2.1 Cáp có vỏ bọc chống nhiễu STP (Shielded Twisted Pair)

- Gồm nhiều cặp xoán được phủ bên ngoài một lớp vỏ làm bằng dây đồng bện Lớp vỏ này có tác dụngchống nhiễu từ bên ngoài và chống phát xạ nhiễu từ bên trong Lớp vỏ chống nhiễu này được nối đất đểthoát nhiễu

- Chi phí: đắt tiền hơn cáp đồng trục mỏng và cáp xoán đôi không có vỏ bọc chống nhiễu UTP nhưnglại rẻ hơn cáp đồng trục dày và cáp quang

- Tấc độ: lý thuyết là 500Mbps, thực tế khoảng 155Mbps, với đường chạy 100m; tấc độ phỏ biến là16Mbps

- Độ suy dần: tín hiệu yếu dần nếu cáp càng dài, thông thường nên < 100m

- Đầu nối: STP sử dụng đầu nối DIN (DB-9)

3.2.2.2 Cáp không có vỏ bọc chống nhiễu UTP (Unshielded Twisted Pair)

- Do không có vỏ bọc chống nhiễu nên cáp UTP dễ bị nhiễu khi đặt gần các thiết bị và cáp khác, do đónên thường dùng để đi dây trong nhà

- Đầu nối dùng là RJ-45

- Một số loại cáp UTP thông dụng:

 Loại 1 (Category1 hay Cat1): Truyền âm thanh, tấc độ < 4Mbps

 Loại 2 (Cat2): Cáp này gồm 4 dây xoán đôi, tấc độ 4Mbps

 Loại 3 (Cat3): Truyền dữ liệu lên đến 10Mbps

 Loại 4 (Cat4): Truyền dữ liệu, 4 cặp xoán đôi, tấc độ đạt được 16Mbps

 Loại 5 (Cat5): Truyền dữ liệu, 4 cặp xoán đôi, tấc độ 100Mbps

- Các chuẩn bấm cáp xoán đôi

ANSI (viện tiêu chuẩn quốc gia hoa kỳ), TIA (hiệp hội công nghiệp viễn thông), EIA (hiệp hộicông nghiệp điện tử) đã đưa ra hai cách xếp đặt vị trí dây như sau:

 Chuẩn TIA/EIA T568-A (còn gọi là chuẩn A)

 Chuẩn TIA/EIA T568-B (còn gọi là chuẩn B)

- Kỹ thuật bấm cáp xoán đôi

 Cáp thẳng (Straight-through cable): Là cáp dùng để nối PC với các thiết bị mạng như

Hub, Switch, Router… cáp thẳng chuẩn 10/100Base-T dùng hai cặp xây xoắn nhau và dùngchân 1, 2, 3, 6 trên đầu RJ-45 Cặp dây xoắn thứ nhất nối vào chân 1, 2, cặp dây xoắn thứhai nối vào chân 3, 6 Đầu kia của cáp dựa vào màu nối vào chân của đầu RJ-45 và nốitương tự

 Cáp chéo (Crossover cable): Là cáp dùng để nối trực tiếp giữa hai thiết bị giống nhau như

PC-PC, Hub-Hub, Switch-Switch Cáp chéo trật tự dây cũng giống như cáp thẳng nhưngđầu dây còn lại phải chéo cặp dây xoắn sử dụng (vị trí thứ 1 đổi vị trí thứ 3, vị trí thứ 2 đổi

vị trí thứ 6)

 Cáp Console: Dùng để nối PC vào các thiết bị mạng chủ yếu dùng để cấu hình các thiết bị.

Thông thường khoảng cách dây Console ngắn nên không cần chọn cặp dây xoắn, mà chọntheo màu từ 1-8 sao cho dễ nhớ và đầu bên kia thì ngược lại từ 8-1

3.2.3 Cáp quang

- Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc Plastic đã được tinh chế nhằm chophép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớp nhằm phản chiếu các tínhiệu

- Cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không truyền tín hiệu điện) với băng thông rất cao nên khônggặp các sự cố về nhiễu hay bị nghe trộm

- Cáp dùng nguồn sáng Laser, diode phát xạ ánh sáng

- Cáp rất bền và độ suy giảm tín hiệu rất thấp nên đoạn cáp có thể dài đến vài km Băng thông cho phépđến 2Gbps

- Cáp quang có khuyết điểm là giá thành cao và khó lắp đặt

- Các loại cáp quang:

 Lõi 8.3 micron, lớp lót 125 micron, chế độ đơn (single mode)

 Lõi 62.5 micron, lớp lót 125 micron, đa chế độ (multimode)

 Lõi 50 micron, lớp lót 125 micron, đa chế độ (multimode)

 Lõi 100 micron, lớp lót 140 micron, đa chế độ (multimode)

- Hộp đấu nối cáp quang: Do cáp quang không thể bẻ cong nên khi cáp quang vào các thiết bị khácchúng ta phải thông qua hộp đấu nối

- Đầu nối cáp quang: Đầu nối cáp quang rất đa dạng, thông thường có các đầu nối như: FT, St, FC,…

 Lắp đặt đường truyền vô tuyến ở những nơi địa hình phức tạp không đi dây được

 Phù hợp cho những nơi phục vụ nhiều kết nối cùng một lúc cho nhiều khách hàng

 Dùng cho những mạng có giới hạn rộng lớn vượt quá khả năng cho phép của các loại cáp

 Dùng cho kết nối dự phòng cho các kết nối hệ thống cáp

- Tuy nhiên, nó có một số hạn chế sau:

 Tín hiệu không an toàn

 Dễ bị nghe lén

 Khi có vật cản thì tín hiệu suy yếu rất nhanh

 Băng thông không cao

3.3.1 Sóng vô tuyến (radio)

- Sóng radio nằm trong phạm vi từ 10KHZ đến

1GHZ, trong miền này có nhiều dải tần như: sóng

ngắn, VHF (dùng cho tivi và radio), UHF (dùng cho

tivi)

- Nhà nước quản lý và cấp phép sử dụng các băng

tần để tránh tình trạng sóng bị nhiễu, những có một

số băng tần được chỉ định là vùng tự do có nghĩa là

chúng ta dùng nhưng không cần đăng ký (vùng này

thường có dải tần 2.4 Ghz Tận dùng lợi điểm này,

các thiết bị mạng không dây của các hãng Cisco,

Compex đều dùng ở dải tần này Tuy nhiên, chúng

ta sử dụng dải tần này sẽ có nguy cơ nhiễu nhiều

hơn

3.3.2 Sóng viba

- Có hai dạng: Truyền thông mặt đất và truyền

thông qua vệ tinh

 Mạng phản xạ: Máy thu và máy phát quang đặt gần máy tính sẽ truyền tới một vị trí chung, tạiđây tia truyền được đổi hướng đến máy tính thích hợp

3.4 Các thiết bị mạng

3.4.1 Card mạng (NIC hay Adapter)

- Là thiết bị kết nối giữa máy tính và cáp mạng Giao

tiếp với máy tính thông qua khe cắm PCI hay USB…

- Các chức năng chính của card mạng là:

 Chuẩn bị đưa dữ liệu lên mạng: Dữ liệu

chuyển từ dạng byte, bit sang tín hiệu điện để

có thể truyền trên cáp

 Gởi dữ liệu đến máy tính khác

 Kiểm soát luồng dữ liệu giữa máy tính và hệ

thống cáp

 Nhận dữ liệu từ cáp mạng và chuyển thành

các byte, bit dữ liệu mà máy tính có thể hiểu

được

- Địa chỉ MAC (Media Access Control): Mỗi card

mạng có địa chỉ riêng dùng để phân biệt Card mạng này với Card mạng khác trên mạng Địa chỉ này do

tổ chức IEEE (viện công nghệ điện và điện tử) - cấp cho các nhà sản xuất card mạng Địa chỉ này gồm

6 byte (48bit) có dạng XXXXXX.XXXXXX, 3byte đầu là mã số của nhà sản xuất, 3byte sau là sốSeries card mạng do hãng đó sản xuất Địa chỉ này ghi cố định vào ROM nên còn được gọi là địa chỉvật lý Ví dụ, địa chỉ MAC của hãng Intel là: 00A0C90C43BF

- Card mạng hoạt động ở tầng 2 (tầng liên kết dữ liệu) của mô hình OSI

3.4.2 Repeater (bộ tiếp sức)

- Repeater là loại thiết bị phần cứng đơn giản nhất trong các thiết bị liên kết mạng

- Repeater hoạt động trong tầng 1 (tầng vật lý) của mô hình hệ thống mở OSI

- Repeater dùng để nối 2 mạng giống nhau hoặc các phần một mạng cùng có một nghi thức và một cấuhình Khi Repeater nhận được một tín hiệu từ một phía của mạng thì nó sẽ phát tiếp vào phía kia củamạng

- Repeater không có xử lý tín hiệu mà nó chỉ loại bỏ các tín hiệu méo, nhiễu, khuếch đại tín hiệu đã bịsuy hao (vì đã được phát với khoảng cách xa) và khôi phục lại tín hiệu ban đầu Việc sử dụng Repeater

đã làm tăng thêm chiều dài của mạng

- Hiện nay có hai loại Repeater đang được sử dụng là Repeater điện và Repeater điện quang

 Repeater điện nối với đường dây điện ở cả hai phía của nó, nó nhận tín hiệu điện từ một phía và phát lại về phía kia Khi một mạng sử dụng Repeater điện để nối các phần của mạng lại

thì có thể làm tăng khoảng cách của mạng, nhưng khoảng cách đó luôn bị hạn chế bởi mộtkhoảng cách tối đa do độ trễ của tín hiệu Ví dụ với mạng sử dụng cáp đồng trục 50 thì khoảngcách tối đa là 2.8 km, khoảng cách đó không thể kéo thêm cho dù sử dụng thêm Repeater

 Repeater điện quang liên kết với một đầu cáp quang và một đầu là cáp điện, nó chuyển một tín hiệu điện điện từ cáp ra tín hiệu quang để phát trên cáp quang và ngược lại Việc sử dụng

Repeater điện quang cũng làm tăng thêm chiều dài của mạng

- Việc sử dụng Repeater không thay đổi nội dung các tín hiện đi qua nên nó chỉ được dùng để nối hai

thể nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau (như một mạng Ethernet và một mạng Tokenring)

- Hình của Repeater:

3.4.3 Hub (bộ tập trung)

- Hub còn được gọi là Multiport repeater, nó có chức năng hoàn toàn giống như Repeater nhưng cónhiều port để kết nối với các thiết bị khác Mỗi máy tính trong mạng sẽ được kết nối tới một Hub thôngqua cáp Ethernet Hub thông thường có 4, 8, 12 và 24 port và là trung tâm của mạng hình sao

- Hub hoạt động của tầng 1 (tầng vật lý) của mô hình OSI

- Hub lặp lại bất kỳ tín hiệu nào nhận được từ một cổng bất kỳ và gửi tín hiệu đó đến tất cả các cổngcòn lại

- Việc truyền dữ liệu trên Hub thường gây ra xung đột, khi một máy truyền dữ liệu trên dây cùng thờiđiểm máy khác cũng truyền thì nó sẽ gây ra xung đột, các gói tin sẽ bị phá hủy, sau một thời gian nó sẽtruyền lại, việc này sẽ làm chậm hệ thống rất nhiều và với hệ thống càng lớn thì việc xảy ra xung đột

càng lớn, do đó ngày nay vai trò của Hub dần được thay thế bởi các thiết bị cấp cao hơn như switch.

- Hub gồm có 3 loại:

 Passive Hub: Kết nối tất cả các cổng giao giao tiếp mạng lại với nhau trên nó, chuyển tín hiệu

điện từ cổng giao tiếp này qua cổng giao tiếp khác Không có chức năng khuyếch đại tín hiệu

và xử lý tín hiệu do cấu tạo không chứa các linh kiện điện tử và nguồn cung cấp điện

 Active Hub: Dùng để chuyển tiếp tín hiệu từ đoạn cáp này đến đoạn cáp khác với chất lượng

cao hơn Thiết bị này có linh kiện điện tử và nguồn điện riêng nên hoạt động giống nhưRepeater có nhiều cổng

 Intelligent Hub: Được cấu tạo thêm bộ vi xử lý và bộ nhớ cho phép người quản trị có thể điều

khiển mọi hoạt động của hệ thống mạng từ xa, ngoài ra còn có chức năng chuyển tín hiệu đếnđúng cổng cần chuyển, và chức năng định tuyến đường truyền

- Hình của Hub:

3.4.4 Bridge (cầu nối)

- Bridge là một thiết bị có xử lý dùng để nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, nó có thể được dùngvới các mạng có các giao thức khác nhau

- Cầu nối hoạt động trên tầng 2 (tầng liên kết dữ liệu) của mô hình OSI nên không như bộ tiếp sức phảiphát lại tất cả những gì nó nhận được thì cầu nối đọc được các gói tin của tầng liên kết dữ liệu trong môhình OSI và xử lý chúng trước khi quyết định có chuyển đi hay không

- Khi nhận được các gói tin Bridge chọn lọc và chỉ chuyển những gói tin mà nó thấy cần thiết Điều nàylàm cho Bridge trở nên có ích khi nối một vài mạng với nhau và cho phép nó hoạt động một cách mềmdẻo

- Để thực hiện được điều này trong Bridge ở mỗi đầu kết nối có một bảng các địa chỉ các trạm được kếtnối vào phía đó, khi hoạt động cầu nối xem xét mỗi gói tin nó nhận được bằng cách đọc địa chỉ của nơigửi và nhận và dựa trên bảng địa chỉ phía nhận được gói tin nó quyết định gửi gói tin hay không và bổxung bảng địa chỉ

- Khi đọc địa chỉ nơi gửi Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gói tin cóđịa chỉ đó hay không, nếu không có thì Bridge tự động bổ xung bảng địa chỉ (cơ chế đó được gọi là tựhọc của cầu nối)

- Khi đọc địa chỉ nơi nhận Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gói tin cóđịa chỉ đó hay không, nếu có thì Bridge sẽ cho rằng đó là gói tin nội bộ thuộc phần mạng mà gói tinđến nên không chuyển gói tin đó đi, nếu ngược lại thì Bridge mới chuyển sang phía bên kia Ở đâychúng ta thấy một trạm không cần thiết chuyển thông tin trên toàn mạng mà chỉ trên phần mạng cótrạm nhận mà thôi

- Để đánh giá một Bridge người ta đưa ra hai khái niệm: Lọc và chuyển vận

 Quá trình xử lý mỗi gói tin được gọi là quá trình lọc trong đó tốc độ lọc thể hiện trực tiếp khảnăng hoạt động của Bridge

 Tốc độ chuyển vận được thể hiện số gói tin/giây trong đó thể hiện khả năng của Bridge chuyểncác gói tin từ mạng này sang mạng khác

- Hiện nay có hai loại Bridge đang được sử dụng là Bridge vận chuyển và Bridge biên dịch

 Bridge vận chuyển dùng để nối hai mạng cục bộ cùng sử dụng một giao thức truyền thông của tầng liên kết dữ liệu, tuy nhiên mỗi mạng có thể sử dụng loại dây nối khác nhau Bridge vận

chuyển không có khả năng thay đổi cấu trúc các gói tin mà nó nhận được mà chỉ quan tâm tớiviệc xem xét và chuyển vận gói tin đó đi

 Bridge biên dịch dùng để nối hai mạng cục bộ có giao thức khác nhau nó có khả năng chuyểnmột gói tin thuộc mạng này sang gói tin thuộc mạng kia trước khi chuyển qua

- Ví dụ: Bridge biên dịch nối một mạng Ethernet và một mạng

Token ring Khi đó Cầu nối thực hiện như một nút token ring

trên mạng Token ring và một nút Enthernet trên mạng Ethernet

Cầu nối có thể chuyền một gói tin theo chuẩn đang sử dụng trên

mạng Enthernet sang chuẩn đang sử dụng trên mạng Token ring

- Tuy nhiên chú ý ở đây cầu nối không thể chia một gói tin ra

làm nhiều gói tin cho nên phải hạn chế kích thước tối đa các gói

tin phù hợp với cả hai mạng Ví dụ như kích thước tối đa của gói

tin trên mạng Ethernet là 1500 bytes và trên mạng Token ring là

6000 bytes do vậy nếu một trạm trên mạng token ring gửi một

gói tin cho trạm trên mạng Ethernet với kích thước lớn hơn 1500

bytes thì khi qua cầu nối số lượng byte dư sẽ bị chặt bỏ

- Người ta sử dụng Bridge trong các trường hợp sau :

 Mở rộng mạng hiện tại khi đã đạt tới khoảng cách tối đa do Bridge sau khi sử lý gói tin đã phát

- Một vài Bridge còn có khả năng lựa chọn đối tượng vận chuyển Nó có thể chỉ chuyển vận những góitin của nhửng địa chỉ xác định Ví dụ: cho phép gói tin của máy A, B qua Bridge 1, gói tin của máy C,

D qua Bridge 2

- Một số Bridge được chế tạo thành một bộ riêng biệt, chỉ cần nối dây và bật Các Bridge khác chế tạonhư card chuyên dùng cắm vào máy tính, khi đó trên máy tính sẽ sử dụng phần mềm Bridge Việc kếthợp phần mềm với phần cứng cho phép uyển chuyển hơn trong hoạt động của Bridge

3.4.5 Switch

- Là thiết bị trung tâm có nhiều cổng cho phép kết

nối nhiều thiết bị mạng hoặc nhiều đoạn mạng lại

với nhau Switch được xem là một Multiport bridge

Switch là sự kết hợp hài hòa về kỹ thuật giữa

Bridge và Hub Cơ chế hoạt động của switch rất

giống hub

- Thiết bị này hoạt động ở tâng 2 (tầng liên kết dữ

liệu) của mô hình OSI

- Switch dựa vào bảng địa chỉ MAC để quyết định

gói tin nào đi ra cổng nào nhằm tránh tình trạng

giảm băng thông khi số trạm trong mạng tăng lên

Việc xử lý gói tin dựa vào phần cứng (chip)

- Khi một gói tin đi đến Switch (hoặc Bridge) thì nó

sẽ thực hiện:

 Kiểm tra địa chỉ nguồn của gói tin đã có trong bảng MAC chưa, nếu chưa có thì nó sẽ thêm địachỉ MAC này và port nguồn (nơi gói tin đi vào switch) vào trong bảng MAC

 Kiểm tra địa chỉ đích của gói tin đã có trong MAC chưa:

o Nếu chưa có thì nó sẽ gửi gói tin ra tất cả các port (ngoại trừ port gói tin đi vào)

o Nếu địa chỉ đích đã có trong bảng MAC:

 Nếu port đích trùng với port nguồn thì switch sẽ loại bỏ gói tin

 Nếu port đích khác với port nguồn thì gói tin sẽ được gởi đến port đích tươngứng

- Chú ý:

 Địa chỉ nguồn và đích nói trên đều là địa chỉ MAC

 Port nguồn là port mà gói tin đi vào

 Port đích là port mà gói tin đi ra

- Trong mạng LAN, khi tất cả các nút mạng đều được nối đến Switch thì băng thông của mạng sẽ tănglên đáng kể vì:

 Băng thông giữa các nút mạng và switch là băng thông chỉ định vì không có sự tranh chấp giữacác thiết bị

 Vì kết nối điểm – điểm giữa nút mạng và switch nên rất ít xẩy ra đụng độ nên không tốn băng

 Hỗ trợ cơ chế truyền song công (Full-duplex) đã giúp cho các thiết bị có thể vừa truyền vừanhận cùng một lúc nên làm tăng hiệu suất hoạt động mạng.

- Ngoài các tính năng cơ bản trên thì switch còn có các tính năng mở rộng như sau:

 Trunking (MAC Base): Ở một số thiết bị switch, tính năng Trunking được hiểu là tính nănggiúp tăng tốc độ truyền giữa 2 switch, nhưng chú ý là 2 switch phải cùng loại Riêng trong thiết

bị switch của Cisco, trunking được hiểu là đường truyền dùng để mang thông tin cho cácVLAN

 VLAN (Virtual LAN): Tính năng VLAN trên switch hỗ trợ tạo các mạng ảo, nhằm bảo đảmtính bảo mật khi mở rộng mạng bằng cách nối các switch với nhau

 Spanning Tree: Cung cấp khả năng tạo đường kết nối dự phòng giữa các switch mà không gây

ra lỗi vòng lặp dữ liệu Spanning Tree thực chất là hạn chế các đường dư thừa trên mạng

3.4.6 Router

- Kết nối nhiều phân đoạn mạng, hay nhiều kiểu mạng

vào trong cùng một mạng tương tác

- Thường có một bộ xử lí, bộ nhớ, và hai hay nhiều

cổng giao tiếp ra/vào

- Định tuyến đường đi cho việc truyền thông trên mạng,

khả năng vận chuyển dữ liệu với mức độ thông minh

cao: xác định đường đi ngắn nhất cho việc gửi dữ liệu

- Làm việc ở tầng 3 (tầng Mạng-Network) trong mô

hình OSI

- Lợi thế của việc dùng Router hơn Bridge (vì Routers là sự kết hợp của Bridge và Switch),̀ vì Router

có thể xác định đường đi tốt nhất cho dữ liệu đi từ điểm bắt đầu đến đích của nó Cũng giống nhưBridge, Router có khả năng lọc nhiễu tuy nhiên nó làm việc chậm hơn Bridge vì nó thông minh hơn dophải phân tích mỗi gói dữ liệu qua nó Giá thành của Router cao

- Ứng dụng trong các kết nối LAN-LAN, LAN-WAN, WAN-WAN, xây dựng một mạng WAN (từ 2router trở lên), kết nối 2 mạng LAN vật lý thành một LAN logic, kết nối giữa 2 ISP với nhau

- Mô hình ứng dụng của Router:

- Các lý do sử dụng Router:

 Router có thể xác định được đường đi an toàn và tốt nhất trong mạng nên độ an toàn của thôngtin được đảm bảo hơn.

 Trong một mạng phức hợp khi các gói tin luân chuyển các đường có thể gây nên tình trạng tắcnghẽn của mạng thì các Router có thể được cài đặt các phương thức nhằm tránh được tắc nghẽn

- Các phương thức hoạt động của Router:

Đó là phương thức mà một Router có thể nối với các Router khác để qua đó chia sẻ thông tin vềmạng hiện có Các chương trình chạy trên Router luôn xây dựng bảng chỉ đường qua việc trao đổi cácthông tin với các Router khác

 Phương thức véc tơ khoảng cách: mỗi Router luôn luôn truyền đi thông tin về bảng chỉ đườngcủa mình trên mạng, thông qua đó các Router khác sẽ cập nhật lên bảng chỉ đường của mình

 Phương thức trạng thái tĩnh: Router chỉ truyền các thông báo khi có phát hiện có sự thay đổitrong mạng và chỉ khi đó các Router khác cùng cập nhật lại bảng chỉ đường, thông tin truyền đikhi đó thường là thông tin về đường truyền

Ví dụ về bảng chỉ đường của Router

3.4.7 Modem

- Chuyển đổi dữ liệu định dạng sốdạng tương tự cho một quá

trình truyền từ môi trường tín hiệu số qua môi trường tín hiệu

tương tự và sau đó trở môi trường tín hiệu số ở phía nhận cuối

cùng

- Tên gọi Modem: MOdulator/DEModulator –Bộ điều biến/Bộ

giải điều biến

- Việc giao tiếp của Modem với PC có hai loại: Internal và

External

 Loại Internal: giao tiếp với máy tính bằng các khe cắm

mở rộng trên Bo mạch chính của máy tính như khe

- Hỗ trợ công tác quản trị từ xa bằng dịch vụ RAS-Remote Access Service (Dịch vụ truy cập từ xa) ,giúp cho nhà quản trị mạng quản lý dễ dàng hệ thống mạng của mình từ xa.

- Chi phí cho việc sử dụng Modem là rất thấp, xong hiệu quả rất lớn

3.4.8 Wireless Access Point (WAP)

- Là thiết bị kết nối các thiết bị mạng không dây để hình thành mạng

không dây, được thiết kế theo chuẩn IEEE802.11a,b,g Ngoài ra nó còn

cho phép kết nối với mạng có dây và có thể giúp các thiết bị giữa 2

mạng này có thể trao đổi dữ liệu với nhau

- Để đảm bảo an toàn dữ liệu, các thiết bị này cung cấp khả năng mã hóa

dữ liệu WEP, WPA, WPA2

- Gateway kiểm soát tất cả các luồng dữ liệu đi ra và vào mạng bên trong nhằm ngăn chặn những kếtnối bất hợp pháp, cho phép người quản trị chia sẻ một số dịch vụ trên nó (như chia sẻ internet)

- Mô hình ứng dụng của Gateway:

CHƯƠNG 4 – CÁC KIẾN TRÚC VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG LAN

4.1.1.1 Mạng dạng hình sao (Star topology)

- Mạng dạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm và các nút Các nút này là các trạm đầu cuối,các máy tính và các thiết bị khác của mạng Bộ kết nối trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt độngtrong mạng

- Mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (Hub) bằng cáp, giải pháp nàycho phép nối trực tiếp máy tính với Hub không cần thông qua trục bus, tránh được các yếu tố gâyngưng trệ mạng

- Mô hình kết nối hình sao ngày nay đã trở lên hết sức phổ biến Với việc sử dụng các bộ tập trung hoặcchuyển mạch, cấu trúc hình sao có thể được mở rộng bằng cách tổ chức nhiều mức phân cấp, do vậy dễdàng trong việc quản lý và vận hành

- Các ưu điểm của mạng hình sao:

 Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bịhỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường

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

 Mạng có thể dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp

- Những nhược điểm mạng dạng hình sao:

 Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm

 Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động

 Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm Khoảng cách

từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m)

4.1.1.2 Mạng hình tuyến (Bus Topology)

- Thực hiện theo cách bố trí hành lang, các máy tính và các thiết bị khác - các nút, đều được nối về vớinhau trên một trục đường dây cáp chính để chuyển tải tín hiệu

- Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi mộtthiết bị gọi là terminator Các tín hiệu và dữ liệu khi truyền đi dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơiđến

- Ưu điểm: Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt, giá thành rẻ.

- Nhược điểm:

 Sự ùn tắc giao thông khi di chuyển dữ liệu với lưu lượng lớn

 Khi có sự hỏng hóc ở đoạn nào đó thì rất khó phát hiện, một sự ngừng trên đường dây để sửachữa sẽ ngừng toàn bộ hệ thống

- Cấu trúc này ngày nay ít được sử dụng

4.1.1.3 Mạng dạng vòng (Ring Topology)

- Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được thiết kế làm thành một vòng khépkín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗi thời điểm chỉđược một nút mà thôi Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận

- Ưu điểm:

 Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với haikiểu trên

 Mỗi trạm có thể đạt được tốc độ tối đa khi truy nhập

- Nhược điểm: Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị

ngừng

4.1.1.4 Mạng dạng kết hợp

- Kết hợp hình sao và tuyến (star/Bus Topology): Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu (spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệ thống dây cáp mạng có thể chọn hoặc Ring Topology hoặc 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 Topology 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 Topology): Cấu hình dạng kết hợp Star/Ring Topology, có một

"thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một cái HUB trung tâm Mỗi trạm làm việc (workstation) được nối với HUB - là cầu nối giữa các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách cần thiết.

4.1.2 Các phương thức truy nhập đường truyền

- Khi được cài đặt vào trong mạng, các máy trạm phải tuân theo những quy tắc định trước để có thể sửdụng đường truyền, đó là phương thức truy nhập

- Phương thức truy nhập được định nghĩa là các thủ tục điều hướng trạm làm việc làm thế nào và lúcnào có thể thâm nhập vào đường dây cáp để gửi hay nhận các gói thông tin

- Có 3 phương thức cơ bản:

4.1.2.1 Giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

- Giao thức này thường dùng cho mạng có cấu trúc hình tuyến, các máy trạm cùng chia sẻ một kênhtruyền chung, các trạm đều có cơ hội thâm nhập đường truyền như nhau (Multiple Access)

- Tuy nhiên tại một thời điểm thì chỉ có một trạm được truyền dữ liệu mà thôi Trước khi truyền dữliệu, mỗi trạm phải lắng nghe đường truyền để chắc chắn rằng đường truyền rỗi (Carrier Sense)

- Trong trường hợp hai trạm thực hiện việc truyền dữ liệu đồng thời, xung đột dữ liệu sẽ xảy ra, cáctrạm tham gia phải phát hiện được sự xung đột và thông báo tới các trạm khác gây ra xung đột(Collision Detection), đồng thời các trạm phải ngừng thâm nhập, chờ đợi lần sau trong khoảng thờigian ngẫu nhiên nào đó rồi mới tiếp tục truyền

- Khi lưu lượng các gói dữ liệu cần di chuyển trên mạng quá cao, thì việc xung đột có thể xẩy ra với sốlượng lớn dẫn đến làm chậm tốc độ truyền tin của hệ thống Giao thức này còn được trình bày chi tiếtthêm trong phần công Ethernet

4.1.2.2 Giao thức truyền thẻ bài (Token passing)

- Giao thức này được dùng trong các LAN có cấu trúc vòng sử dụng kỹ thuật chuyển thẻ bài (token) đểcấp phát quyền truy nhập đường truyền tức là quyền được truyền dữ liệu đi

- Thẻ bài ở đây là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và nội dung (gồm các thông tin điềukhiển) được quy định riêng cho mỗi giao thức Trong đường cáp liên tục có một thẻ bài chạy quanhtrong mạng

- Phần dữ liệu của thẻ bài có một bit biểu diễn trạng thái sử dụng của nó (bận hoặc rỗi) Trong thẻ bài

có chứa một địa chỉ đích và được luân chuyển tới các trạm theo một trật tự đã định trước Đối với cấuhình mạng dạng xoay vòng thì trật tự của sự truyền thẻ bài tương đương với trật tự vật lý của các trạmxung quanh vòng

- Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài rỗi Khi đó trạm sẽ đổi bittrạng thái của thẻ bài thành bận, nén gói dữ liệu có kèm theo địa chỉ nơi nhận vào thẻ bài và truyền đitheo chiều của vòng, thẻ bài lúc này trở thành khung mang dữ liệu Trạm đích sau khi nhận khung dữliệu này, sẽ copy dữ liệu vào bộ đệm rồi tiếp tục truyền khung theo vòng nhưng thêm một thông tin xácnhận Trạm nguồn nhận lại khung của mình (theo vòng) đã được nhận đúng, đổi bit bận thành bit rỗi vàtruyền thẻ bài đi

- Vì thẻ bài chạy vòng quang trong mạng kín và chỉ có một thẻ nên việc đụng độ dữ liệu không thể xẩy

ra, do vậy hiệu suất truyền dữ liệu của mạng không thay đổi Trong các giao thức này cần giải quyết haivấn đề có thể dẫn đến phá vỡ hệ thống

 Một là việc mất thẻ bài làm cho trên vòng không còn thẻ bài lưu chuyển nữa

 Hai là một thẻ bài bận lưu chuyển không dừng trên vòng

- Ưu điểm của giao thức là vẫn hoạt động tốt khi lưu lượng truyền thông lớn Giao thức truyền thẻ bàituân thủ đúng sự phân chia của môi trường mạng, hoạt động dựa vào sự xoay vòng tới các trạm

- Việc truyền thẻ bài sẽ không thực hiện được nếu việc xoay vòng bị đứt đoạn Giao thức phải chứa cácthủ tục kiểm tra thẻ bài để cho phép khôi phục lại thẻ bài bị mất hoặc thay thế trạng thái của thẻ bài vàcung cấp các phương tiện để sửa đổi logic (thêm vào, bớt đi hoặc định lại trật tự của các trạm)

4.2.1 Giới thiệu về mạng Ethernet

- Đầu tiên, Ethernet được phát triển bởi các hãng Xerox, Digital, Intel vào đầu những năm 1970 Phiênbản đầu tiên của Ethernet được thiết kế như một hệ thống 2,94 Mbps để nối hơn 100 máy tính vào mộtsợi cáp dài 1Km Sau đó các hãng đã thảo luận và đưa ra chuẩn dành cho Ethernet 10Mbps

- Ethernet chuẩn thường dùng kiến trúc Bus, truyền với tấc độ là 10Mbps và dựa vào giao thức truy cậpđường truyền CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) để điều chỉnh lưu thôngtrên đường cáp chính

- Đặc điểm của Ethernet là:

 Kiến trúc sử dụng Bus hoặc Start

 Phương pháp truy nhập đường truyền là: CSMA/CD

 Đặc tả kỹ thuật IEEE 820.3

 Tấc độ truyền: 10-100Mbps

 Cáp dùng là: Cáp đồng trục mỏng, dày và cáp UTP

4.2.2 Cấu trúc khung tin Ethernet

- Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI vì thế đơn vị dữ liệu màcác trạm trao đổi với nhau là các khung (frame) Cấu trúc khung Ethernet như sau:

- Các trường trong khung Ethernet:

 Preamble: trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị 10101010 Từnhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz

 SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của 1 khung Nó luônmang giá trị 10101011

 Các trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xácđịnh khung được gửi từ đâu và sẽ được gửi tới đâu

 LEN: giá trị của trường nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo

 FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toán trường này trước khitruyền khung Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự Nếu hai kết quả trùng nhau,khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ

4.2.3 Cấu trúc địa chỉ Ethernet

- Mỗi giao tiếp mạng Ethernet được định danh duy nhất bởi 48 bit địa chỉ (6 octet) Đây là địa chỉ được

ấn định khi sản xuất thiết bị, gọi là địa chỉ MAC (Media Access Control Address)

- Địa chỉ MAC được biểu diễn bởi các chữ số hexa (hệ cơ số 16)

- Ví dụ: 00:60:97:8F:4F:86 hoặc 00-60-97-8F-4F-86

- Khuôn dạng địa chỉ MAC được chia làm 2 phần:

 3 octet đầu xác định hãng sản xuất, chịu sự quản lý của tổ chức IEEE

 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định

- Kết hợp ta sẽ có một địa chỉ MAC duy nhất cho một giao tiếp mạng Ethernet Địa chỉ MAC được sửdụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong khung Ethernet

4.2.4 Các loại khung Ethernet

4.2.4.1 Các khung Unicast

- Giả sử trạm 1 cần truyền khung đến tram 2 như hình sau:

- Khung Ethernet do trạm 1 tạo ra có địa chỉ:

 MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1

 MAC đích: 00-60-08-93-AB-12

Đây là khung unicast Khung này được truyền tới một trạm xác định

- Tất cả các trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này nhưng:

 Chỉ có trạm 2 thấy địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng củamình nên tiếp tục xử lý các thông tin khác trong khung

 Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không tiếp tục xử lý khung nữa

- Các khung broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 bit 1) Khi nhận được cáckhung này, mặc dù không trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nhưng các trạm đềuphải nhận khung và tiếp tục xử lý.

- Giao thức ARP sử dụng các khung broadcast này để tìm địa chỉ MAC tương ứng với một địa chỉ IPcho trước

- Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng các khung broadcast để các router trao đổi bảng địnhtuyến

4.2.4.3 Các khung multicast

- Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả Địa chỉ MAC đích củakhung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ các trạm trong cùng nhóm mới chấp nhận các khung gửi tới địa chỉnày

- Chú ý: Địa chỉ MAC nguồn của khung luôn là địa chỉ MAC của giao tiếp mạng tạo ra khung Trongkhi đó địa chỉ MAC đích của khung thì phụ thuộc vào một trong ba loại khung nêu trên

4.2.5 Các loại mạng Ethernet

 10Base2: tốc độ 10, chiều dài cáp nhỏ hơn 200 m, dùng cáp thinnet (cáp đồng trục mảnh)

 10Base5: tốc độ 10, chiều dài cáp nhỏ hơn 500 m, dùng cáp thicknet (cáp đồng trục dày)

 10BaseT: tốc độ 10, dùng cáp xoắn đôi (Twisted-Pair)

 10BaseFL: tốc độ 10, dùng cáp quang (Fiber optic)

 100BaseT: tốc độ 100, dùng cáp xoắn đôi (Twisted-Pair)

 100BaseX: tốc độ 100, dùng cho multiple media type

 100VG-AnyLAN: tốc độ 100, dùng voice grade

- Tên chuẩn Ethernet thể hiện 3 đặc điểm sau:

 Con số đầu tiên thể hiện tốc độ truyền tối đa

 Từ tiếp theo thể hiện tín hiệu dải tần cơ sở được sử dụng có cần phải thực hiện điều chế haykhông ? (Base hoặc Broad)

 Các ký tự còn lại thể hiện loại cáp được sử dụng

Chiều dài tối đa 1 segment 185 m

K.Cách tối thiểu giữa 2 trạm 0,5m

Cấu hình lớn nhât 925 m (5 đoạn, 4 repeater)

Số trạm làm việc tối đa 150 (30 trạm/segment)x 5 seg

- Thiết bị kết nối:

 Cáp đồng trục mềm lõi nhiều sợi hoặc 1 lõi

 Card mạng: giao tiếp giữa máy tính và cáp mạng Chuyển đổi từ đầu DB-15 của cáp AUI sangtrục cáp chính Kiểm tra tín hiệu CSMA/CD

 BNC: Đầu nối cáp dạng BNC

 BNC-T: Nối giữa card mạng và cáp nối có dạng chữ T

 Terminator: Điện trở kết thúc nối vào đầu BNC-T của 2 card mạng cuối cùng

- Ưu điểm: Giá thành rẻ, đơn giản

- Khuyết điểm: Tấc độ thấp, khó sử dụng

4.2.5.2 Chuẩn 10Base5

- Thông số kỹ thuật:

Chiều dài tối đa 1 segment 500 m

K.Cách tối thiểu giữa 2 trạm 2,5m

Cấu hình lớn nhât 2500 m (5 đoạn, 4 repeater)

Số trạm làm việc tối đa 1000 (200 trạm/segment)x 5 seg

- Thông số kỹ thuật:

Chiều dài tối đa 1 segment 100 m

- Thiết bị kết nối:

 Cáp xoắn UTP 3 (4 cặp dây xoắn)

 Đầu nối RJ-45: kết nối cáp với card mạng và cáp với Hub

 Hub (Bộ tập trung): khi 1 trạm phát 1 gói tin đến Hub, Hub sẽ chuyển gói tin đến tất cả cáccổng khác

- Cáp UTP: Unshielded Twisted Pair

- Hub:

 Một trạm phát 1 gói tin đến Hub, nó sẽ chuyển gói tin đến tất cả các cổng khác

 Có thể mở rộng mạng hình sao bằng cách ghép nhiều Hub để tăng số cổng giao tiếp với máytrạm

 Cáp nối giữa các Hub được nối thông qua cổng Uplink

- Ưu điểm: Rẻ, dữ liệu truyền tin cậy hơn, dễ quản lý

 Do dùng cáp quang nối các Repeater nên khoảng cách tối đa cho một đoạn cáp là: 2000m

 Không bị nhiễu điện từ

 Cùng dạng khung dữ liệu giống Ethernet 10Mbps

 Tốc độ nhanh hơn 10Base-T nhờ Switch (thay cho Hub)

 Hoạt động: 1 trạm phát 1 khung, Switch sẽ chuyển đến đúng port (đúng địa chỉ đích trênkhung) => cùng 1 lúc có thể có nhiều trạm phát mà không gây ra đụng độ (khác với Hub)

 Các tiêu chuẩn của Fast Ethernet là:

o 100Base-TX: gồm 100Base-T, 100Base-4T

o 100Base-FX

- Ưu điểm:

 Tương thích với Ethernet nên dễ tích hợp vào LAN 10Mbps

 Phát triển dựa trên Ethernet 10Mbps => ko cần đầu tư thêm cho thiết bị

 Có thể truyền dữ liệu âm thanh, hình ảnh, video với tốc độ cao gấp 10 lần Ethernet => đáp ứngnhiều yêu cầu đa dạng của LAN

 Dễ nâng cấp và tích hợp với Ethernet 10Mbps nhờ các bộ chuyển mạch tự động nhận

4.2.5.5.1 Fast Ethernet: 100Base-TX

Thông số kỹ thuật:

K.Cách tối đa giữa trạm -Hub/Switch 100m

K.Cách tối đa giữa Hub-Switch 225m