Bài giảng Kiến trúc máy tính và mạng máy tính (Phần 2): Chương 4 - Lương Minh Huấn

Bài giảng gồm 6 phần trình bày các nội dung: Các kiểu hệ điều hành mạng, đặc trưng mạng LAN, kiến trúc mạng nội bộ, môi trường kết nối mạng LAN, các phương pháp truy nhập đường truyền vật lý, mạng WLAN. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

PHẦN 2 MẠNG MÁY TÍNH CHƯƠNG 4: MẠNG LAN

GV: LƯƠNG MINH HUẤN

NỘI DUNG

Các kiểu hệ điều hành mạng

Đặc trưng mạng LAN

III Kiến trúc mạng nội bộ

IV Môi trường kết nối mạng LAN

Các phương pháp truy nhập đường truyền vật lý

VI Mạng WLAN

I.1 KIỂU NGANG HÀNG

Kiểu ngang hàng hay còn gọi là peer to peer có nghĩa là : mọiđều có quyền bình đẳng như nhau và đều có thể cung cấp

I.1 KIỂU NGANG HÀNG

Đặc điểm :

Thích hợp mạng quy mô vừa và nhỏ

Yêu cầu chia sẻ tài nguyên hạn chế

Tài nguyên không nằm tập trung

Tính năng bảo mật không cao

I.1 KIỂU NGANG HÀNG

Thuận lợi :

Chi phí ban đầu ít - không cần máy chủ chuyên dụng

Hệ điều hành có sẵn (ví dụ Win XP) có thể chỉ cần cấu hình lại để hoạt động ngang hàng

I.1 KIỂU NGANG HÀNG

I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ

Trong hệ điều hành kiểu này, có một số máy có vai trò cung cấp dịch vụ cho máy khác gọi là máy chủ (đúng hơn phải gọi là máy

cung cấp dịch vụ)

Các dịch vụ có nhiều loại, từ dịch vụ tệp (cho phép sử dụng tệp

trên máy chủ) , dịch vụ in (do một máy chủ điều khiển những máy

in chung của mạng) tới các dịch vụ như thư tín, WEB, DNS

I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ

Trong mạng có máy chủ, hệ điều hành trên máy chủ và máy trạm

I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ

I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ

Các giải pháp dựa trên máy chủ được coi là sự quản trị mạng tập trung và thường là máy quản lý mạng nội bộ chuyên dụng

Bản thân máy chủ có thể chỉ là máy chủ chuyên dụng, máy này không thể hoạt động như một máy trạm

I.3 MÔ HÌNH KHÁCH CHỦ

Mô hình khách chủ hay còn gọi là mô hình client server Trong

 Máy trạm trong mô hình này gọi là máy khách (client) là nơi gửi yêu cầu xử lý về máy chủ

 Máy chủ (server) xử lý và gửi kết quả về máy khách.

 Máy khách có thể tiếp tục xử lý các kết quả này phục vụ cho cộng việc

Trong mô hình khách/chủ xử lý thực sự phân tán

I.3 MÔ HÌNH KHÁCH CHỦ

Ta nói đến mô hình khách chủ chứ không nói đến hệ điều hànhkhách chủ Vì trên thực tế mô hình khách chủ yêu cầu phải có

hệ điều hành dựa trên máy chủ dù máy chủ này ở trong mạng

bộ hay máy chủ cung cấp dịch vụ từ một mạng khác

Hầu hết các ứng dụng trên Internet là ứng dụng khách chủ sử dụng

từ xa

I.3 MÔ HÌNH KHÁCH CHỦ

II ĐẶC TRƯNG MẠNG LAN

Do nhu cầu thực tế của các cơ quan, trường học, doanh nghiệp,

chức cần kết nối các máy tính đơn lẻ thành một mạng nội bộ để

khả năng trao đổi thông tin, sử dụng chung tài nguyên (phần cứngphần mềm)

Ngày nay mục đích chính của mạng là trao đổi thông tin và CSDLdùng chung Do đó công nghệ mạng cục bộ phát triển vô cùng

nhanh chóng

II ĐẶC TRƯNG MẠNG LAN

Để phân biệt mạng LAN với các mạng khác, ta căn cứ vào :

III KIẾN TRÚC MẠNG LAN

Về nguyên tắc mọi topology của mạng máy tính nói chung đều có thể dùng cho mạng cục bộ Song do đặc thù của mạng cục bộ nên

chỉ có 3 topology thường được sử dụng:

 Hình sao (star)

 Hình vòng (ring)

 Tuyến tính (bus)

III.2 HÌNH VÒNG (RING)

Tín hiệu được lưu chuyển theo một chiều duy nhất

Mỗi trạm làm việc được nối với vòng qua một bộ chuyển(repeater), có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển đến trạm kế

trên vòng

III.3 DẠNG ĐƯỜNG THẲNG (BUS)

Tất cả trạm được nối theo đường thẳng

Mỗi trạm được nối vào Bus qua một đầu nối chữ

T (T-connector)

Khi một trạm truyền dữ liệu thì tín hiệu được

quảng bá trên 2 chiều của Bus (tất cả các trạm

khác đều có thể nhận tín hiệu)

IV MÔI TRƯỜNG KẾT NỐI

Mạng cục bộ thường sử dụng 3 loại đường truyền vật lý là cáp đôi xoắn, cáp đồng trục, và cáp sợi quang

Ngoài ra gần đây người ta cũng đã bắt đầu sử dụng nhiều các

mạng cục bộ không dây nhờ radio hoặc viba

V CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP

Phương pháp CSMA

Phương pháp CSMA/CD

Phương pháp Token Bus

Phương pháp Token Ring

V.1 PHƯƠNG PHÁP CSMA

Đây là phương pháp truy nhập ngẫu nhiên sử dụng cho mạngcấu trúc dạng hình Bus

Tất cả các node truy nhập ngẫu nhiên vào Bus chung

Vì vậy cần có cơ chế tránh xung đột và nghẽn thông tin

V.1 PHƯƠNG PHÁP CSMA

Nguyên tắc hoạt động :

Khi một trạm truyền dữ liệu, trước hết nó sẽ phải “nghe”đường truyền “bận” hay “rỗi”

Nếu “rỗi” nó sẽ truyền dữ liệu đi (theo khuôn dạng chuẩn)

Nếu đường truyền đang “bận” thì nó sẽ thực hiện 1 trong 3thuật sau:

V.1 PHƯƠNG PHÁP CSMA

1 Trạm tạm “rút lui” chờ đợi trong một thời gian

ngẫu nhiên, sau đó lại bắt đầu nghe đường truyền(Non persistent)

2 Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì

truyền dữ liệu đi với xác suất bằng 1 (persistent)

3 Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì

truyền dữ liệu đi với xác suất bằng 0<p<1 xácđịnh trước (p-persistent)

V.2 PHƯƠNG PHÁP CSMA/CD

CSMA/CD là phương pháp cải tiến của phương pháp CSMA(Nghe trước khi nói - Listen before talk)

Giải pháp CSMA/CD (hay còn gọi là LWT - Listen while talk)

thể phát hiện xung đột như sau:

V.2 PHƯƠNG PHÁP CSMA/CD

Khi một trạm đang truyền, vẫn tiếp tục “nghe” đường truyền

Nếu phát hiện thấy xung đột, nó ngừng ngay việc truyền nhưngvẫn tiếp tục gửi sóng đi thêm một thời gian để đảm bảo rằng

trạm trên mạng đều có thể “nghe” được xung đột đó

Sau đó, trạm chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên, nó tiếp

thử truyền lại theo nguyên tắc các giải thuật của CSMA

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

Để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho một trạm

truyền dữ liệu, một thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logicđược thiết lập bởi các trạm có nhu cầu

Khi một trạm nhận được thẻ bài nó có quyền truy nhập đườngtruyền trong một thời gian xác định và có thể truyền một

nhiều đơn vị dữ liệu

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

Khi đã hết dữ liệu hoặc hết thời gian cho phép, nó chuyển thẻcho trạm tiếp theo trên vòng logic

Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thướcnội dung gồm các thông tin điều khiển được quy định riêng

mỗi phương pháp

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

Thiết lập vòng logic:

Vòng logic giữa các trạm có nhu cầu truyền, được xác định theo một chuỗi có thứ tự mà trạm cuối cùng liền kề với trạm đầu tiên của vòng

Mỗi trạm được biết địa chỉ của trạm liền kề trước

và sau nó

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

Thứ tự của các trạm trên vòng logic độc lập với thứ tự vật lý

Các trạm không hoặc chưa có nhu cầu truyền dữ liệu thì không đưa vào vòng logic và chúng chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

Duy trì trạng thái thực tế của mạng :

Bổ sung định kỳ các trạm nằm ngoài vòng logic nếu có nhu cầu truyền dữ liệu

Loại bỏ một trạm không còn nhu cầu truyền dữ liệu ra khỏi vònglogic

Quản lý lỗi: Lỗi: có thể “đứt vòng” hoặc trùng địa chỉ

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

Khởi tạo vòng logic

Khi cài đặt mạng hoặc đứt vòng cần phải khởi tạo lại vòng

Việc khởi tạo vòng logic được thực hiện khi một hoặc nhiều

phát hiện Bus hoạt động vượt qua giá trị ngưỡng thời gian (Timeout) hoặc thẻ bài bị mất

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

Có nhiều nguyên nhân, chẳng hạn mạng mất nguồn hoặc trạmthẻ bài hỏng

Lúc đó, trạm phát hiện sẽ gửi thông báo “yêu cầu thẻ bài” tớitrạm được chỉ định trước có trách nhiệm sinh thẻ bài mới

chuyển đi theo vòng logic

V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS

V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING

Nguyên tắc của phương pháp:

Dùng thẻ bài lưu chuyển trên đường vật lý để cấp phát truy nhậpđường truyền

Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được

thẻ bài “rỗi”

Khi đó trạm sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài sang trạng thái “bận”

và truyền một đơn vị dữ liệu cùng với thẻ bài đi theo chiều

vòng

V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING

Các trạm khác muốn truyền dữ liệu phải đợi

Dữ liệu đến trạm đích phải được sao lại, sau đó cùng với thẻ bàitiếp cho đến khi quay về trạm nguồn

Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu và đổi bit thẻ bài thành “rỗi” và

lưu chuyển tiếp trên vòng để các trạm khác có thể nhận đượcquyền truyền dữ liệu

V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING

Sự quay về lại trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo ra cơ chế báo nhận tự nhiên: trạm đích có thể gửi vào đơn vị dữ liệu

(phần header) các thông tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mình Chẳng hạn, các thông tin đó có thể là:

 (1) trạm đích không tồn tại hoặc không hoạt động

 (2) trạm đích tồn tại nhưng dữ liệu không được sao chép

 (3) dữ liệu đã được tiếp nhận

 (4) có lỗi

V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING

Trong phương pháp này có 2 vấn đề cần quan tâm :

 Mất thẻ bài (token)

 Thẻ bài lưu chuyển không dừng trên vòng.

V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING

Đối với vấn đề mất thẻ bài: Có thể quy định trước một trạm

khiển chủ động (Active Monitor), phát hiện mất thẻ bài bằngdùng cơ chế ngưỡng thời gian Time-out

Sau khoảng thời gian đó, nếu không nhận lại được thẻ bài, trạmphát hiện tình trạng phục hồi bằng cách phát lại thẻ bài mới

V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING

Đối với vấn đề thẻ bài “bận”lưu chuyển trên

vòng không dừng: trạm Monitor sử dụng một bit

trên thẻ bài đánh dấu (M=1) khi gặp một thẻ bài bận đi qua nó

Nếu nó gặp lại một thẻ bài bận với bit đã đánh dấu

đó thì có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại

được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài bận cứ

quay vòng mãi

V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING

Lúc đó, trạm Monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành “rỗi”

và chuyển tiếp trên vòng

Tuy nhiên, cần chọn một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm monitor khi bị hỏng

VI WLAN

Khái niệm mạng Wireless

Wireless là một loại mạng máy tính nhưng việc kết nối giữa

thành phần trong mạng không sử dụng các loại cáp như một mạng

thông thường, môi trường truyền thông của các thành phần trong

mạng là không khí Các thành phần trong mạng sử dụng sóng

để truyền thông với nhau

VI WLAN

Lịch sử ra đời của mạng Wireless (WLAN)

Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990.

Năm 1992, những nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm

VI WLAN

Lịch sử ra đời của mạng Wireless (WLAN)

Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là

các chuẩn 802.11a và 802.11b (định nghĩa ra những phương pháptruyền tín hiệu)

Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.11g

mà có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần 2.4Ghz và 5Ghz

và có thể nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54Mbps

 Các tần số sóng vô tuyến (Radio).

 Mức công suất đầu ra.

 Thiết bị sử dụng trong nhà (indoor) và ngoài trời (outdoor).

The Institute of Electrical and Electronics Engineers

chức IEEE đã phát triển các chuẩn của Wireless như 802.11

ra đời của các chuẩn này đã tác động và tạo ra một bước ngoặttrong sự phát triển của mạng wireless

Sau này, IEEE còn phát triển nhiều chuẩn khác cho mạng WLAN

WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance)

Nhiệm vụ WECA là xác nhận khả năng tương tác của các sản

phẩm Wi-Fi ™ (IEEE 802 11 ) và thúc đẩy Wi-Fi như các tiêu

chuẩn mạng WLAN trên tất cả các phân khúc thị trường của toàncầu

Có 6 công ty bao gồm Intersil, 3Com, Nokia, Aironet (về sau

được Cisco sáp nhập), Symbol và Lucent liên kết với nhau để tạo

ra Liên minh tương thích Ethernet không dây WECA

WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance)

Khi một sản phẩm đáp ứng được yêu cầu về tính tương thích do WECA kiểm tra thì WECA sẽ gán cho sản phẩm đó một chứng

nhận về tính tương thích và cho phép nhà sản xuất sử dụng logo wifi trong việc quảng cáo và đóng gói sản phẩm

Logo này nói lên rằng thiết bị đó có thể giao tiếp được với cácthiết bị khác có logo Wi-Fi

Mô hình AD hoc

Ad hoc : các máy trạm trong mạng WLAN trao đổi trực tiếp vớinhau mà không sử dụng bất kỳ Access point wireless nào

Các nút di động(máy tính có hỗ trợ card mạng không dây) tập

trung lại trong một không gian nhỏ để hình thành nên kết nối

ngang cấp (peer-to-peer) giữa chúng

Các mạng ad-hoc này có thể thực hiện nhanh và dễ dàng

Mô hình AD hoc

Mô hình mạng cơ sở (BSSs)

Bao gồm các điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng

đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong

vùng phủ sóng của một cell.

Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao

với các AP

Các trạm di động sẽ chọn AP tốt nhất để kết nối

Mô hình mạng cơ sở (BSSs)

Mô hình mạng mở rộng (ESSs)

Mạng mở rộng được biết đến như là một sự kết hợp từ ít nhất haiAccess Point trong cùng một hệ thống

Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các Access Point

tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một

khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa BSS

Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bấtthông qua ESS

Mô hình mạng mở rộng (ESSs)

Ưu điểm của WLAN

Sự tiện lợi: Mạng không dây cũng như hệ thống mạng thông

thường Nó cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng

bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển khai(nhà hay

phòng) Với sự gia tăng số người sử dụng máy tính xách tay(laptop), đó là một điều rất thuận lợi

Ưu điểm của WLAN

Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không

công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở bất

đâu Chẳng hạn ở các quán Cafe, người dùng có thể truy

Internet không dây miễn phí.

Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ

Ưu điểm của WLAN

Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban đầu cần ít nhất 1 access point Với mạng dùng cáp, phải tốn thêm

phí và có thể gặp khó khăn trong việc triển khai hệ thống cáp nhiều nơi trong tòa

Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì gia tăng số lượng người dùng Với hệ thống mạng dùng cáp

phải gắn thêm cáp

Ưu điểm của WLAN

Nhược điểm của WLAN

Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên

năng bị tấn công của người dùng là rất cao.

Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn chỉ

thể hoạt động tốt trong phạm vi vài chục mét Nó phù hợp trong

căn nhà, nhưng với một tòa nhà lớn thì không đáp ứng được

cầu Để đáp ứng cần phải mua thêm Repeater hay access point, dẫn đến chi phí gia tăng.

Nhược điểm của WLAN

Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác(lò

sóng,….) là không tránh khỏi Làm giảm đáng kể hiệu quả

động của mạng.

Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 125 Mbps) rất chậm với mạng sử dụng cáp(100Mbps đến hàng Gbps).

Nhược điểm của WLAN

Ngoài ra, trong cuộc sống, với sự phát triển mạnh mẽ của WLAN

đã cho ra đời rất nhiều tiện ích công nghệ Tuy nhiên, các tiện ích này có thể mang đến những ảnh hưởng không tốt trong cuộc sống