Mục tiêu của giáo trình nhằm cung cấp cho sinh viên một tài liệu tham khảo chính về môn học Mạng máy tính, trong đó giới thiệu những khái niệm căn bản nhất về hệ thống mạng máy tính, đồng thời trang bị những kiến thức và một số kỹ năng chủ yếu cho việc bảo trì và quản trị một hệ thống mạng. Đây có thể coi là những kiến thức ban đầu và nền tảng cho các kỹ thuật viên, quản trị viên về hệ thống mạng.
GIỚI THIỆU VỀ MẠNG MÁY TÍNH
Lịch sử mạng máy tính
Từ đầu những năm 60 đã xuất hiện các mạng xử lý trong đó các trạm cuối
Hệ thống terminal thụ động được kết nối với máy xử lý trung tâm, nơi quản lý toàn bộ quy trình truyền dữ liệu và đồng bộ hóa các trạm cuối Các trạm cuối chỉ thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu mà không có khả năng xử lý, vì vậy hệ thống này chưa được xem là một mạng máy tính thực thụ.
Giữa năm 1968, Cục các dự án nghiên cứu tiên tiến (ARPA – Advanced Research
Dự án ARPANET, do Bộ Quốc phòng Mỹ thông qua Projects Agency triển khai, đã kết nối các máy tính của các trung tâm nghiên cứu lớn trên toàn liên bang, bắt đầu từ Viện nghiên cứu Stanford cùng với ba trường đại học: Đại học California ở Los Angeles, Đại học California ở Santa Barbara và Đại học Utah Vào mùa thu năm 1969, bốn trạm đầu tiên đã được kết nối thành công, đánh dấu sự ra đời của ARPANET, với giao thức truyền thông ban đầu được gọi là NCP (Network Control Protocol).
Vào giữa những năm 1970, Vint Cerf và Robert Kahn đã phát triển giao thức TCP/IP, song song với NCP Đến năm 1983, TCP/IP đã hoàn toàn thay thế NCP trong mạng ARPANET.
Trong những năm 70, sự gia tăng số lượng mạng máy tính từ các quốc gia khác nhau đã tạo ra nhiều kiến trúc mạng đa dạng, bao gồm cả phần cứng và giao thức truyền thông Điều này dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng, gây khó khăn cho người sử dụng Để giải quyết vấn đề này, vào năm 1984, Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế đã được thành lập.
ISO đã phát triển Mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (mô hình OSI), góp phần quan trọng vào sự gia tăng nhanh chóng số lượng mạng máy tính toàn cầu Sự ra đời của mô hình OSI cùng với máy tính cá nhân đã thúc đẩy sự hình thành các loại mạng như LAN và MAN.
Tới tháng 11/1986 đã có tới 5089 máy tính được nối vào ARPANET, và đã xuất hiện thuật ngữ “Internet”
Năm 1987, mạng xương sống NSFnet (National Science Foundation network) ra đời với tốc độ truyền dữ liệu 1,5 Mb/s, nhanh hơn nhiều so với 56Kb/s của ARPANET, thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của Internet Mạng Internet dựa trên NSFnet đã mở rộng ra ngoài biên giới Mỹ, và đến năm 1990, quá trình chuyển đổi sang Internet dựa trên NSFnet đã hoàn tất.
NSFnet hiện nay chỉ còn là một phần của mạng xương sống của Internet toàn cầu Do đó, có thể khẳng định rằng lịch sử phát triển của Internet đồng thời phản ánh lịch sử phát triển của mạng máy tính.
Một số khái niệm cơ bản
1.2.1 Mạng máy tính là gì?
Mạng máy tính là một hệ thống bao gồm nhiều máy tính được kết nối với nhau thông qua các đường truyền vật lý, theo một kiến trúc nhất định.
Mạng máy tính được hiểu là sự kết nối giữa hai hoặc nhiều máy tính, cho phép chúng giao tiếp và chia sẻ tài nguyên như ổ cứng, máy in và ổ đĩa CD-ROM Mỗi máy tính có khả năng truy cập các máy tính ở xa hoặc các mạng khác để trao đổi file, dữ liệu và thông tin, đồng thời hỗ trợ các giao tiếp điện tử hiệu quả.
1.2.2 Các yếu tố của mạng máy tính
Hai yếu tố cơ bản của mạng máy tính là đường truyền vật lý và kiến trúc mạng Kiến trúc mạng bao gồm hình trạng (topology) và giao thức (protocol) truyền thông Đường truyền mạng được chia thành hai loại: có dây (wire) như cáp kim loại và cáp sợi quang, và không dây (wireless) bao gồm tia hồng ngoại và sóng điện từ tần số radio Các chi tiết về những nội dung này sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo.
1.2.3 Các tiêu chí phân loại mạng máy tính
Mạng máy tính được phân loại dựa trên các tiêu chí khác nhau, trong đó có ba loại chính dựa trên khoảng cách địa lý.
Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN) là hệ thống mạng được thiết lập trong một không gian nhỏ như phòng, tòa nhà hoặc trường học, với khoảng cách tối đa giữa hai máy tính chỉ trong vài chục km Có hai loại mạng LAN chính: mạng ngang hàng (peer to peer) và mạng có máy chủ (server based), trong đó mạng server based còn được gọi là mạng "Client / Server" (Khách / Chủ).
Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN) là loại mạng được thiết lập trong phạm vi một đô thị hoặc trung tâm kinh tế - xã hội, với bán kính khoảng vài chục km.
Mạng diện rộng (WAN) có khả năng mở rộng ra ngoài biên giới quốc gia và lục địa, sử dụng cáp dưới đại dương và vệ tinh để truyền dữ liệu.
Mạng toàn cầu (Global Area Network – GAN) có phạm vi trải rộng khắp Trái đất Dựa trên kỹ thuật chuyển mạch, mạng được phân loại thành ba loại chính.
Mạng chuyển mạch kênh (circuit-switched networks) thiết lập một "kênh" cố định giữa hai thực thể để trao đổi thông tin, và kênh này được duy trì cho đến khi một bên ngắt kết nối Dữ liệu chỉ được truyền qua con đường cố định này, và kỹ thuật chuyển mạch kênh thường được áp dụng trong các kết nối như ATM (Asynchronous Transfer Mode) và dial-up ISDN (Integrated Services Digital Networks) Một ví dụ điển hình về mạng chuyển mạch kênh là mạng điện thoại.
Phương pháp chuyển mạch kênh có hai nhược điểm chính:
- Phải tốn thời gian để thiết lập đường truyền cố định giữa hai thực thể
Hiệu suất sử dụng đường truyền thấp do có thời điểm kênh không có dữ liệu truyền giữa hai thực thể kết nối, trong khi các thực thể khác không thể sử dụng kênh này.
❑ Mạng chuyển mạch thông báo (message – switched networks):
Thông báo là đơn vị thông tin của người sử dụng với khuôn dạng quy định sẵn Mỗi thông báo bao gồm một vùng thông tin điều khiển, trong đó có chứa địa chỉ đích của thông báo.
Trong mạng chuyển mạch thông báo, hai thực thể truyền thông có thể sử dụng nhiều đường truyền khác nhau Dựa vào địa chỉ đích, các thông báo sẽ được chuyển đến theo những lộ trình khác nhau, đảm bảo tính linh hoạt trong việc truyền tải thông tin.
Phương pháp chuyển mạch thông báo có một số ưu điểm:
- Hiệu suất sử dụng đường truyền cao, vì có thể phân chia giữa nhiều thực thể
- Mỗi nút mạng có thể lưu trữ thông báo cho đến khi kênh truyền rảnh mới gửi thông báo đi, do đó giảm được trình trạng tắc nghẽn mạng v.v…
Phương pháp chuyển mạch thông báo có nhược điểm lớn là không giới hạn kích thước của các thông báo, dẫn đến chi phí lưu trữ tạm thời cao Kỹ thuật này phù hợp với các dịch vụ thông tin như thư điện tử.
Mạng chuyển mạch gói là loại mạng mà trong đó mỗi thông báo được chia thành các gói tin nhỏ, tuân theo khuôn dạng quy định trước Mỗi gói tin không chỉ chứa dữ liệu mà còn có thông tin điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Đặc biệt, các gói tin của một thông báo có thể được truyền đến đích qua những con đường khác nhau, tạo ra tính linh hoạt trong việc truyền tải thông tin.
Kỹ thuật chuyển mạch gói tương tự như kỹ thuật chuyển mạch thông báo, nhưng có ưu điểm vượt trội là giảm thiểu phí tổn lưu trữ tạm thời tại mỗi nút nhờ việc giới hạn kích thước tối đa của các gói tin.
Những khó khăn của kỹ thuật chuyển mạch gói cần giải quyết là: tập hợp các
Mạng ngang hàng (Peer to Peer) và mạng có máy chủ (Server based)
1.3.1 Mạng ngang hàng (peer-to-peer network)
Mạng peer-to-peer là một dạng mạng LAN đơn giản, cho phép mỗi nút vừa yêu cầu vừa cung cấp dịch vụ mạng Phần mềm mạng peer-to-peer được phát triển để các thực thể ngang hàng thực hiện các chức năng tương tự nhau.
Các đặc điểm của mạng peer-to-peer:
Mạng peer-to-peer, hay còn gọi là mạng workgroup, thường được sử dụng cho các hệ thống có tối đa 10 người dùng làm việc cùng nhau trên mạng.
Mạng peer-to-peer không cần người quản trị, với mỗi người dùng tự quản lý trạm làm việc của mình Họ có quyền lựa chọn tài nguyên và dữ liệu nào sẽ được chia sẻ, cũng như quyết định ai có thể truy cập vào những tài nguyên và dữ liệu đó.
Các ưu điểm của mạng peer-to-peer: o Đơn giản cho việc cài đặt o Chi phí tương đối rẻ
Mạng peer-to-peer có một số nhược điểm đáng lưu ý, bao gồm việc thiếu quản trị tập trung, đặc biệt khi một người dùng có nhiều tài khoản truy cập vào các trạm làm việc khác nhau Điều này dẫn đến nguy cơ bảo mật cao hơn, khi nhiều người dùng có thể sử dụng chung tên đăng nhập và mật khẩu để truy cập vào cùng một tài nguyên Hơn nữa, việc sao lưu dữ liệu tập trung trở nên khó khăn vì dữ liệu được phân tán trên từng trạm, làm tăng rủi ro mất mát thông tin.
1.3.2 Mạng có máy chủ (Server based network / Client-Server network)
Mạng server based xác định vai trò của các thực thể truyền thông, phân loại chúng thành các thực thể tạo ra yêu cầu dịch vụ và các thực thể phục vụ những yêu cầu đó Trong mạng này, các máy tính được gọi là file server thực hiện xử lý dữ liệu và giao tiếp với các máy tính khác, được gọi là workstation (máy tính trạm).
Các mạng server based thường được sử dụng cho các mạng có 10 người sử
• 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 cẩu 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 server)…
Máy chủ thư điện tử hoạt động như một ứng dụng server, bao gồm cả ứng dụng server và client, với dữ liệu được tải xuống từ server đến client Mạng dựa trên server có những đặc điểm nổi bật như: khó khăn trong việc cài đặt, cấu hình và quản trị hơn so với mạng peer-to-peer; cung cấp bảo mật tốt hơn cho các tài nguyên mạng; và dễ dàng quản lý sao lưu dữ liệu, thậm chí cho phép lập lịch tự động cho công việc này.
Các hệ điều hành mạng
Để kết nối các máy tính thành mạng, việc cài đặt hệ điều hành trên từng máy là rất cần thiết Các hệ điều hành này không chỉ quản lý dữ liệu mà còn thực hiện tính toán và xử lý thông tin một cách đồng bộ trên toàn mạng.
Peer-to-peer personal computer operating systems include Microsoft Windows for Workgroups 3.11, Microsoft Windows 9X and ME, Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows 2000 Professional, Microsoft Windows XP Professional, Novell Netware Lite, and Linux for Workstation.
The most popular personal computer operating systems for server-based networks include Windows NT Server, Windows 2000 Server and Advanced Server, Unix (including Linux), and Novell NetWare.
Các dịch vụ mạng
Mạng máy tính kết nối hai hoặc nhiều máy tính để chia sẻ và truyền dữ liệu, cung cấp nhiều dịch vụ như thư điện tử, in ấn, chia sẻ file, truy cập Internet, quay số từ xa, giao tiếp và dịch vụ quản trị Các mạng lớn thường có máy chủ riêng cho từng dịch vụ, trong khi mạng nhỏ hơn có thể sử dụng một hoặc vài máy chủ để cung cấp tất cả các dịch vụ này.
1.5.1 Các dịch vụ file và in ấn
Dịch vụ file trong mạng cho phép chia sẻ các ứng dụng như chương trình xử lý văn bản, cơ sở dữ liệu, bảng tính và chương trình email Những chương trình này được chạy trên máy chủ trung tâm, giúp loại bỏ việc cài đặt cục bộ trên từng máy tính Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí cho việc cài đặt và cập nhật file, vì tất cả dữ liệu được lưu trữ tại một vị trí duy nhất.
Dịch vụ file cho phép người dùng chia sẻ dữ liệu và tài nguyên một cách nhanh chóng và tiết kiệm Email có thể được gửi chỉ trong vài giây, trong khi các file đa truyền thông có kích thước lớn cũng dễ dàng được truyền qua mạng Các trang web giúp cập nhật thông tin mới nhất, và những tài nguyên quý hiếm như CD-ROM, fax modem, và scanner có thể được chia sẻ để sử dụng chung trên mạng.
Các máy in có thể chia sẻ trên mạng thông qua các dịch vụ in mạng, giúp người quản trị dễ dàng cài đặt, quản lý, chẩn đoán và sửa lỗi Việc giảm số lượng máy in trong mạng cho phép công việc quản trị được thực hiện ngay trên máy tính mà người quản trị đang sử dụng, không cần phải tiếp cận từng máy in.
1.5.2 Sự bảo mật và quản trị được tập trung
Các file và chương trình trên máy tính được bảo vệ bằng quyền truy cập, chỉ cho phép những user có tài khoản hợp lệ truy xuất dữ liệu và tài nguyên mạng trong giới hạn quyền đã được cấp Điều này có nghĩa là các tài nguyên mà một user có thể thấy trên mạng có thể không hiển thị cho các user khác.
Các mạng cho phép người dùng truy cập dữ liệu của họ từ bất kỳ máy tính nào trong mạng, nhờ vào việc dữ liệu được lưu trữ trên một máy chủ trung tâm.
Sao chép dự phòng dữ liệu trở nên dễ dàng hơn khi quản trị viên chỉ cần thực hiện backup trên một máy chủ duy nhất Việc lưu trữ dữ liệu quan trọng tại một vị trí tập trung giúp kiểm soát và quản lý dữ liệu hiệu quả hơn, đồng thời tiết kiệm thời gian so với việc lưu trữ trên từng máy tính riêng lẻ.
1.5.3 Các dịch vụ thư điện tử (e-mail)
Việc quản lý e-mail giữa các người dùng trên mạng LAN hoặc giữa mạng LAN và Internet được thực hiện thông qua các dịch vụ thư tín Để có thể giao tiếp qua e-mail, mỗi người dùng cần sở hữu một địa chỉ e-mail riêng.
1.5.4 Các dịch vụ giao tiếp (Communication services)
Các dịch vụ giao tiếp mạng cho phép người dùng kết nối từ xa vào mạng thông qua điện thoại và modem, đồng thời cũng hỗ trợ kết nối với các máy hoặc mạng bên ngoài mạng LAN Hầu hết các hệ điều hành mạng (NOS) đều tích hợp các dịch vụ này, ví dụ như Windows NT 4.0 với Remote Access Server (RAS), Windows 2000 Server với Routing and Remote Access Server (RRAS), và Netware với Network Access Server (NAS).
Các máy tính đang chạy các dịch vụ giao tiếp được gọi là các máy chủ giao tiếp
Máy chủ giao tiếp quản lý các giao tiếp và cấp quyền truy xuất cho người dùng đã đăng nhập từ xa Khi người dùng được xác nhận hợp lệ, họ sẽ có quyền truy cập giống như khi ngồi trực tiếp tại máy tính trạm, trừ khi quản trị viên hạn chế quyền truy cập từ xa.
Các dịch vụ Internet, bao gồm máy chủ World Wide Web (WWW), trình duyệt, khả năng truyền file, sơ đồ định địa chỉ Internet và bộ lọc bảo vệ, đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ giao tiếp và chuyển đổi dữ liệu toàn cầu trên các mạng hiện nay.
1.5.6 Các dịch vụ quản trị (Management services)
Quản trị mạng ngày càng phức tạp đối với các mạng lớn, đặc biệt là khi chúng mở rộng qua nhiều châu lục, tạo thành các mạng WAN.
Các dịch vụ quản trị mạng hỗ trợ quản trị viên trong việc quản lý các mạng lớn và phức tạp, bao gồm theo dõi và điều khiển lưu lượng, cân bằng tải, chẩn đoán lỗi và cảnh báo, quản trị tài nguyên, kiểm soát quyền truy cập, kiểm tra bảo mật, phân phối phần mềm, quản lý địa chỉ và thực hiện backup cũng như phục hồi dữ liệu.
Làm thế nào để trở thành một chuyên nghiệp viên về mạng máy tính?
Để trở thành một chuyên gia mạng máy tính, có nhiều con đường khác nhau, bao gồm việc học tại các trường đại học và cao đẳng hoặc lấy chứng chỉ qua các khóa học từ các công ty Các chứng chỉ phổ biến trong ngành này bao gồm Microsoft Certified Systems Engineer, Novell Network Engineer, cùng với các văn bằng từ Cisco và Intel.
Một số lĩnh vực chuyên ngành trong mạng máy tính bao gồm bảo mật mạng, thiết kế Internet và Intranet, quản trị mạng, tích hợp dữ liệu và tiếng nói, tính toán di động và từ xa, tích hợp dữ liệu cùng với cơ chế chống lỗi Ngoài ra, cần có kiến thức sâu về các sản phẩm mạng của Microsoft và Netware, cũng như khả năng cấu hình và quản trị các thiết bị định tuyến (router).
Ngoài kiến thức kỹ thuật chuyên sâu, một chuyên gia mạng máy tính cần phát triển các kỹ năng mềm quan trọng Những kỹ năng này bao gồm khả năng quan hệ với khách hàng, giao tiếp hiệu quả bằng lời và văn bản, làm việc độc lập cũng như làm việc nhóm, quản lý và lãnh đạo, cùng với tính tin cậy cao.
Câu hỏi ôn tập chương 1
1 Một số các máy tính phân bố trên một vùng địa lý rộng và được kết nối với nhau bằng các cáp và các thiết bị không dây là một …… a LAN b MAN c WAN d Virtual network
2 Các thành phần cơ bản của kiến trúc mạng là ………(chọn 2) a Topology b Form of the network c Protocols d Physical Media
3 Hai mô hình mạng là ……… a Wire b Peer to peer c Wireless d Server Based Network
4 Có hai loại hình trạng : a Physical topology b Simple topology c Complex topology d Logical topology
5 Một trong những đặc điểm của mạng LAN: a Khoảng cách xa nhất giữa hai trạm lớn hơn 100 km b Khoảng cách xa nhất giữa hai trạm vào khoảng vài chục km c Cả hai câu trên đều đúng
6 Lịch sử mạng máy tính cũng chính là lịch sử của Internet a Đúng b Sai
7 Những nhược điểm của mạng server-based là: (chọn 2) a Cài đặt phức tạp b Bảo mật kém c Không có cơ chế sao chép dữ liệu tập trung d Chi phí đắt hơn so với mạng peer-to-peer
8 Những nhược điểm của mạng peer to peer là: (chọn 2) a Cài đặt phức tạp b Bảo mật kém c Quản trị phức tạp d Không có cơ chế sao chép dữ liệu tập trung
9 Trong mạng peer-to-peer không tồn tại bất kỳ máy server nào a Đúng b Sai
10 Những dịch vụ thông thường nhất trên mạng là: (chọn 3 ) a Dịch vụ File b Dịch vụ Email c Dịch vụ thư mục d Dịch vụ in e Dịch vụ chia xẻ
MÔ H Ì NH OSI
Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI (Open System Interconnect)
2.1.1 Kiến trúc phân tầng 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 tuỳ 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
Giao thức tầng i Giao thức tầng i + 1
Giao diện i+1 / i Giao diện i-1 / i Đường truyền vật lý
Hình 2.1 Minh hoạ kiến trúc phân tầng tổng quát
Nguyên tắc của kiến trúc phân tầng là:
- Mỗi hệ thống trong một mạng đều có cùng cấu trúc tầng (số lượng tầng, chức năng của mỗi tầng là như nhau)
Sau khi xác định cấu trúc tầng, bước tiếp theo là định nghĩa mối quan hệ giữa hai tầng kề nhau và giữa hai tầng đồng mức trong hai hệ thống kết nối Đối với một hệ thống mạng có N tầng, tổng số mối quan hệ cần xây dựng là 2*N – 1.
Dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng i của hệ thống này sang tầng i của hệ thống khác, ngoại trừ trường hợp tầng thấp nhất sử dụng đường truyền vật lý để chuyển các chuỗi bít (0,1) Theo quy ước, dữ liệu từ hệ thống gửi được truyền từ tầng trên xuống tầng dưới và sau đó đến hệ thống nhận qua đường truyền vật lý, tiếp tục đi ngược lên các tầng trên.
2.1.2 Tổng quan về mô hình OSI
Khi thiết kế mạng máy tính, các nhà thiết kế thường chọn kiến trúc riêng, dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng với các phương pháp truy cập và giao thức khác nhau Điều này gây khó khăn cho người dùng trong việc tương tác giữa các mạng, đặc biệt khi nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng cao Để giải quyết vấn đề này, các nhà sản xuất và nghiên cứu cần hợp tác thông qua các tổ chức chuẩn hoá quốc gia và quốc tế để xây dựng một khung chuẩn về kiến trúc mạng, làm cơ sở cho việc thiết kế và phát triển sản phẩm mạng.
In response to the need for standardized network architecture, the International Organization for Standardization (ISO) established a subcommittee dedicated to this development This effort culminated in the creation of the Open System Interconnection (OSI) Reference Model in 1984.
Mô hình OSI là một tiêu chuẩn giúp các máy tính giao tiếp mở với nhau, cho phép hai hệ thống khác nhau kết nối và trao đổi thông tin nếu tuân thủ mô hình tham chiếu và các tiêu chuẩn liên quan Mô hình này chia kiến trúc mạng thành 7 tầng: Vật lý, Liên kết Dữ liệu, Mạng, Giao vận, Phiên, Trình diễn và Ứng dụng Mỗi tầng có chức năng riêng và chỉ giao tiếp với các tầng kề cận và tầng đồng mức trên các máy tính khác.
Kể từ khi mô hình OSI ra đời, nhiều nhà sản xuất máy tính đã điều chỉnh kiến trúc mạng phân tầng của họ để phù hợp với các tầng trong mô hình này Các chức năng giao tiếp được chia thành nhiều tầng, mỗi tầng đảm nhận những nhiệm vụ cần thiết để tương tác với các hệ thống khác Mỗi tầng phụ thuộc vào tầng bên dưới để mở rộng các chức năng nguyên thủy, đồng thời cung cấp dịch vụ cho tầng bên trên.
N sử dụng các dịch vụ của tầng N-1 và cung cấp các dịch vụ cho tầng N+1
Các tầng nên được thiết kế sao cho sự thay đổi ở một tầng không ảnh hưởng đến các tầng khác, nhằm mục đích chia nhỏ một vấn đề lớn thành những vấn đề nhỏ hơn, dễ quản lý hơn.
Hệ thống mở A Hệ thống mở B
2 DATA LINK LIÊN KẾT DỮ LIỆU 2
Ý nghĩa và chức năng của các tầng trong mô hình OSI
2.2.1 Tầng vật lý (Physical Layer)
Tầng vật lý là lớp thấp nhất trong mô hình OSI, chịu trách nhiệm về việc truyền tải các bit không có cấu trúc qua đường truyền vật lý Tầng này thiết lập các quy tắc cần thiết cho việc truyền dẫn dữ liệu.
• Cấu trúc mạng vật lý
• Những mô tả về mặt cơ và điện cho việc sử dụng đường truyền
• Các qui tắc mã hoá việc truyền các bit và các qui tắc định thời
Tầng vật lý không bao gồm việc mô tả đường truyền và không cung cấp bất kỳ cơ chế kiểm soát lỗi nào
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 cáp, các đầu nối BNC – BayoNette Connector)
Giao thức tầng 7 Giao thức tầng 6 Giao thức tầng 5 Giao thức tầng 4 Giao thức tầng 3 Giao thức tầng 2 Giao thức tầng 1 Đường truyền vật lý
Hình 2.2 Mô hình OSI 7 tầng
- Các bộ điều chế và giải điều chế (MODEM – MOdulation-DEModulation) thực hiện việc chuyển đổi giữa tín hiệu số hoá (digital) và tín hiệu tương tự
2.2.2 Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
Tầng liên kết dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển giao tiếp giữa tầng mạng và tầng vật lý Dữ liệu từ tầng mạng được chia thành các khối riêng biệt (khuôn dạng - frame) trước khi được truyền đến tầng vật lý để phát ra mạng Mục đích chính của tầng liên kết dữ liệu là thực thi các giao thức nhằm đảm bảo việc truyền tải dữ liệu hiệu quả và chính xác.
Tổ chức các bit trong tầng vật lý thành các khuôn dạng (frame) giúp nhóm các bit thành một đơn vị dữ liệu liên tục, tương tự như một byte.
- Phát hiện và sửa sai lỗi
- Kiểm soát luồng dữ liệu
- Định danh các máy tính trên mạng
Tầng liên kết dữ liệu bổ sung thông tin điều khiển riêng của nó vào phía trước gói dữ liệu Thông tin này bao gồm:
- Địa chỉ (vật lý) của máy nguồn và máy đích (Source address, Destination address)
- Thông tin về chiều dài của frame
Khi dữ liệu được truyền qua mạng, tầng liên kết dữ liệu chờ nhận phản hồi (ACK) từ máy tính nhận để xác nhận rằng tất cả các gói đã được nhận Nếu có gói nào bị thiếu, chúng sẽ được gửi lại Tầng này không quan tâm đến lý do gói không đến đích, mà chỉ tập trung vào việc đảm bảo rằng nếu gói không đến, nó sẽ được truyền lại Do đó, tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phương tiện cần thiết để đảm bảo tính tin cậy trong việc truyền thông tin.
Các thiết bị kết nối mạng được xem như thuộc về tầng liên kết dữ liệu bao gồm:
- Intelligent hubs (các hub thông minh)
Các chức năng của tầng liên kết dữ liệu bình thường được phân tách thành hai tầng con (sub-layer):
Hình 2.3 Một frame dữ liệu được đơn giản hoá
1 Điều khiển truy xuất đường truyền (Media Access Control - MAC)
Tầng con MAC là lớp dưới của tầng liên kết dữ liệu, có nhiệm vụ bổ sung địa chỉ vật lý của máy tính đích vào frame dữ liệu.
2 Điều khiển liên kết lôgíc (Logical Link Control – LLC)
Tầng con LLC là lớp trên của tầng liên kết dữ liệu, có nhiệm vụ cung cấp giao tiếp chung và đảm bảo tính tin cậy cũng như kiểm soát luồng dữ liệu Nó thiết lập và duy trì các liên kết để truyền tải frame dữ liệu giữa các thiết bị.
Tầng mạng, tầng thứ ba trong mô hình OSI, có nhiệm vụ chính là di chuyển dữ liệu tới các vị trí mạng xác định bằng cách dịch địa chỉ lôgíc thành địa chỉ vật lý tương ứng Nó quyết định con đường tối ưu cho việc truyền dữ liệu từ máy gửi tới máy nhận, tương tự như chức năng của tầng liên kết dữ liệu, nhưng với khả năng hoạt động trên nhiều mạng độc lập, thường không giống nhau, được gọi là liên mạng (internetwork).
Các mạng cục bộ như Token Ring và Ethernet có các kiểu địa chỉ khác nhau Để kết nối hai mạng này, cần một cơ chế định địa chỉ chung mà cả hai mạng đều hiểu được Giao thức chuyển đổi gói Internet (IPX) cung cấp khả năng này, là một giao thức tầng mạng trong hệ điều hành Novell Netware.
Tầng liên kết dữ liệu xác định địa chỉ để chuyển dữ liệu tới các thiết bị trong mạng, trong khi tầng mạng chọn con đường phù hợp qua các liên mạng và tránh gửi dữ liệu tới mạng không liên quan Mạng thực hiện điều này thông qua chuyển mạch, định địa chỉ và các thuật toán tìm đường Đồng thời, tầng mạng cũng đảm bảo định tuyến dữ liệu chính xác qua các mạng khác nhau.
Khi định tuyến dữ liệu qua các mạng không đồng dạng, một vấn đề quan trọng là sự khác biệt về kích thước gói dữ liệu mà mỗi mạng có thể chấp nhận Một mạng không thể gửi dữ liệu trong các gói lớn hơn kích thước mà mạng khác có thể nhận Để khắc phục vấn đề này, tầng mạng thực hiện quá trình phân đoạn, trong đó một gói dữ liệu được chia thành các gói nhỏ hơn (packet) mà mạng khác có thể xử lý Khi các gói nhỏ này đến mạng đích, chúng sẽ được hợp nhất trở lại thành gói dữ liệu có kích thước và dạng ban đầu Quá trình phân đoạn và hợp nhất này diễn ra tại tầng mạng của mô hình OSI.
2.2.4 Tầng giao vận (Transport Layer)
Tầng giao vận nâng cấp các dịch vụ của tầng mạng, với nhiệm vụ chính là đảm bảo dữ liệu được gửi từ máy nguồn đến máy đích một cách tin cậy, đúng trình tự và không có lỗi Để đạt được điều này, tầng giao vận sử dụng cơ chế kiểm soát lỗi từ các tầng bên dưới, đây cũng là cơ hội cuối cùng để sửa lỗi Dữ liệu cùng với thông tin điều khiển mà tầng giao vận quản lý được gọi là các phân đoạn (segment).
Tầng giao vận đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát luồng dữ liệu và tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào khả năng của máy đích trong việc tiếp nhận các gói dữ liệu Dữ liệu từ máy gửi được chia thành các gói có kích thước tối đa mà mạng có thể xử lý, ví dụ, mạng Ethernet chỉ cho phép gói có kích thước tối đa 1500 byte Tầng giao vận sẽ chia dữ liệu thành các gói 1500 byte và gán cho mỗi gói một số trình tự để đảm bảo chúng được hợp nhất đúng vị trí tại máy nhận Quá trình này được gọi là sắp xếp theo trình tự (sequencing).
Khi gói dữ liệu đến máy nhận, nó được sắp xếp theo đúng trình tự gửi và một thông tin báo nhận (ACK) sẽ được gửi lại máy gửi để xác nhận rằng gói dữ liệu đã đến chính xác Nếu có lỗi trong gói dữ liệu, một yêu cầu truyền lại sẽ được gửi thay cho ACK Nếu máy gửi không nhận được thông tin ACK hoặc yêu cầu truyền lại trong thời gian quy định, gói dữ liệu sẽ được coi là bị thất lạc hoặc hư hỏng và sẽ được gửi lại.
In the TCP/IP network, the functions of the Transmission Control Protocol (TCP) are associated with the transport layer Conversely, in the Novell Netware network utilizing IPX/SPX, the Sequence Packet Exchange (SPX) protocol operates at the transport layer.
2.2.5 Tầng phiên (hay Tầng giao dịch - Session Layer)
Tầng phiên quản lý các liên kết của người dùng trên mạng để cung cấp dịch vụ tương ứng Chẳng hạn, khi một người dùng đăng nhập vào máy tính mạng để truy cập tệp, một phiên giao dịch sẽ được thiết lập nhằm mục đích truyền tải tệp đó.
Áp dụng mô hình OSI
Bảng sau đây tổng kết các chức năng của mô hình OSI:
Tầng Chức năng Ứng dụng Chuyển thông tin từ chương trình này tới chương trình khác
Trình diễn Điều khiển định dạng văn bản và hiển thị chuyển đổi mã
Phiên Thiết lập, duy trì và kết hợp các phiên truyền thông
Giao vận Đảm bảo phân phát chính xác dữ liệu
Mạng Tìm đường và quản lý việc truyền thông báo
Liên kết Dữ liệu Mã hoá, định địa chỉ và truyền thông tin
Vật lý Quản lý kết nối phần cứng
Cách hiệu quả nhất để hiểu và áp dụng mô hình OSI trong hoạt động mạng là nghiên cứu một quá trình cụ thể, chẳng hạn như việc đọc email, một hoạt động diễn ra thường xuyên trong hầu hết các mạng hàng ngày.
Sau khi người dùng đăng nhập vào mạng và khởi động chương trình email, quá trình kiểm tra thư mới sẽ được bắt đầu Tầng ứng dụng sẽ xác nhận yêu cầu thư thông qua một API chuẩn, sau đó chuyển đổi yêu cầu này thành một yêu cầu dữ liệu từ máy chủ email Cuối cùng, yêu cầu sẽ được chuyển đến tầng trình diễn.
Tầng trình diễn chịu trách nhiệm nhận yêu cầu và xác định định dạng phù hợp cho kiểu mạng riêng mà yêu cầu đang hoạt động Tầng này cũng kiểm tra các yêu cầu về mã hoá dữ liệu Sau khi dữ liệu được định dạng và có thể mã hoá, nó sẽ được chuyển tới tầng phiên.
Tầng phiên nhận yêu cầu và gán một thẻ (token) dữ liệu, đây là đơn vị dữ liệu điều khiển đặc biệt cho phép người sử dụng truyền dữ liệu Sau đó, dữ liệu cùng với thẻ sẽ được chuyển tới tầng giao vận.
Tầng giao vận chia dữ liệu và thông tin điều khiển thành các khối kích thước quản lý được Khi dữ liệu lớn hơn kích thước của một frame ở tầng liên kết dữ liệu, tầng giao vận sẽ phân chia thành các khối nhỏ hơn, gán số trình tự hoặc định danh cho mỗi khối Các khối này sau đó được truyền đến tầng mạng.
Tầng mạng cung cấp thông tin địa chỉ lôgíc cho dữ liệu nhận từ tầng giao vận, giúp các tầng tiếp theo nhận biết cả địa chỉ nguồn và đích Các khối dữ liệu được truyền kèm theo thông tin định địa chỉ tới tầng liên kết dữ liệu.
Khi dữ liệu được chuyển đến tầng liên kết dữ liệu, chúng sẽ được đóng gói thành các frame riêng biệt Mỗi frame này đi kèm với một thuật toán kiểm tra lỗi, được gọi là.
Mã kiểm soát lỗi (FCS) được chèn vào cuối mỗi frame để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu Tầng liên kết dữ liệu sẽ thêm một header vào frame trước khi gửi tới tầng vật lý, trong đó chứa địa chỉ vật lý của cả nút gửi và nút nhận.
Khi dữ liệu đến card giao tiếp mạng (NIC) ở tầng vật lý, nó được phát ra mạng mà không có bất kỳ bổ sung nào cho frame Tầng vật lý không quan tâm đến nội dung của frame, mà chỉ đơn giản nhận các bit dữ liệu và truyền tải chúng qua mạng.
Khi các gói dữ liệu đến nút nhận, chúng được NIC của tầng vật lý tại hệ thống nhận xử lý và chuyển tiếp lên các tầng hệ thống Mỗi tầng sẽ bổ sung thông tin tương ứng từ hệ thống gửi trước khi truyền gói lên tầng tiếp theo, cho đến khi gói dữ liệu được hợp nhất và yêu cầu được thực thi.
Nút nhận sẽ tạo ra một phản hồi và gửi lại nút gửi ban đầu theo đúng trình tự đã mô tả Mỗi tầng trong mô hình OSI sẽ bổ sung thông tin điều khiển, định dạng và địa chỉ vào dữ liệu mà nó xử lý Hệ thống nhận sẽ phiên dịch và sử dụng thông tin bổ sung này khi đảo ngược quá trình, truyền dữ liệu từ tầng vật lý lên tầng ứng dụng.
Data Tầng liên kết dữ liệu
Bảng sau đây tổng kết đơn vị dữ liệu do các tầng quản lý:
Tầng Đơn vị dữ liệu
Tầng ứng dụng, trình diễn, phiên Data
Tầng liên kết dữ liệu Frame
Mô tả các thành phần của khuôn dữ liệu (Frame)
Dữ liệu truyền qua mạng được chia thành các khối nhỏ, kích thước của chúng phụ thuộc vào hình trạng lôgíc của mạng Ví dụ, mạng Ethernet giới hạn kích thước khối dữ liệu tối đa là 1500 byte Những khối dữ liệu nhỏ này được gọi là frame (khung hoặc khuôn dạng).
Có hai loại frame: Ethernet và Token Ring – tương ứng với tên hai loại mạng được sử dụng thông thường nhất
Công ty Xerox Corporation đã bắt đầu phát triển công nghệ Ethernet vào năm 1970 Nhờ vào sự hợp tác giữa Xerox Corp., DEC và Intel, Ethernet đã được cải tiến, hiện có bốn công nghệ chính đang được sử dụng: 10Base2, 10Base5, 10BaseT và 100BaseT.
Token Ring, được phát triển bởi IBM vào năm 1980, sử dụng công nghệ vòng để kết nối các nút Trong hệ thống này, một thẻ bài (token) được truyền quanh mạng, cho phép các thiết bị giao tiếp một cách có tổ chức và hiệu quả.
Flow Control, Sequencing and Error Checking Information
Một nút trong mô hình OSI chỉ có thể truyền dữ liệu trên mạng khi nhận được thẻ bài Mạng được cấu trúc dưới dạng vòng, nơi các tín hiệu dữ liệu chỉ được truyền theo một hướng quanh vòng đó.
Mặc dù lý thuyết cho phép truyền cả frame Ethernet và Token Ring trên cùng một mạng, nhưng trong thực tế, điều này không khả thi Giao tiếp Ethernet không thể phiên dịch frame Token Ring và ngược lại, do đó, một mạng chỉ có thể là Ethernet hoặc Token Ring, không thể kết hợp cả hai Tuy nhiên, có thể sử dụng nhiều giao thức khác nhau trên cùng một mạng, ví dụ như TCP/IP và IPX/SPX có thể hoạt động đồng thời trên mạng Ethernet vì chúng sử dụng cùng một kiểu frame dữ liệu.
2.4.1 Một khuôn dữ liệu Ethernet điển hình
Các thành phần của frame Ethernet 802.3 bao gồm:
Preamble (Phần mở đầu) là tín hiệu đánh dấu sự khởi đầu của toàn bộ frame, thông báo cho mạng rằng dữ liệu đang được truyền Quan trọng là trường này không được tính vào kích thước của frame vì nó là một phần của quá trình giao tiếp.
• Start of Frame Delimiter (SFD) – Chứa thônng tin khởi đầu của việc định địa chỉ frame
• Destination Address – Chứa địa chỉ của nút đích
• Source Address – Chứa địa chỉ của nút nguồn
• Length (LEN) – Chứa chiều dài của gói
• Data – Chứa dữ liệu được truyền từ nút nguồn
• Pad – Được sử dụng để tăng kích thước của frame tới kích thước yêu cầu nhỏ nhất là 46 byte
Preamble SFD Start of Frame Delimiter
Frame Check Sequence (Error Checking Information)
Hình 2.5 Một khuôn dữ liệu Ethernet điển hình
Frame Check Sequence (FCS) là một giải thuật quan trọng giúp xác định độ chính xác của dữ liệu nhận được Giải thuật phổ biến nhất được sử dụng cho FCS là Cyclic Redundancy Check (CRC).
2.4.2 Một khuôn dữ liệu Token Ring điển hình
Các thành phần của frame Token ring 802.5 bao gồm:
• Start Delimiter (SD) – Báo hiệu bắt đầu gói Nó là một trong ba trường tạo thành khuôn dạng Token Ring
• Access Control (AC) – Chứa thông tin về độ ưu tiên của frame Nó là trường thứ hai tạo thành khuôn dạng Token Ring
• Frame Control (FC) – Định nghĩa kiểu của frame, được dùng trong Frame
• Destination Address – Chứa địa chỉ của nút đích
• Source Address – Chứa địa chỉ của nút nguồn
• Data – Chứa dữ liệu được truyền từ nút nguồn, cũng có thể chứa thông tin quản lý và tìm đường
• Frame Check Sequence (FCS) – Được sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn của frame
• End Delimiter (ED) – Báo hiệu kết thúc frame Nó là trường thứ ba của khuôn dạng Token Ring
Frame Check Sequence (Error Checking Information)
Hình 2.6 Một khuôn dữ liệu Token Ring điển hình
• Frame Status (FS) – Báo hiệu nút đích nhận dạng và sao chép đúng frame hay không
2.4.3 Giới thiệu các chuẩn đặc tả mạng IEEE 802.x
Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) là cơ quan chịu trách nhiệm xây dựng mô hình OSI Ngoài ra, ISO cũng đã thông qua một bộ tiêu chuẩn mang tên "Project 802", nhằm chuẩn hóa các thành phần vật lý của mạng Các tiêu chuẩn này được phát triển bởi Viện.
Kỹ thuật Điện và Điện tử (IEEE) tập trung vào các vấn đề như khả năng kết nối, môi trường truyền mạng, thuật toán kiểm tra lỗi, mã hóa và các công nghệ liên quan khác.
Bảng sau đây tổng quát hoá các chuẩn trong đề án “Project 802” :
802.1 Internetworking Bao gồm việc định tuyến, tạo cầu nối, và các giao tiếp liên mạng
802.2 Logical Link Control Liên quan tới việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu qua các frame
802.3 Ethernet LAN Bao gồm tất cả các dạng đường truyền và giao tiếp
802.4 Token Bus LAN Bao gồm tất cả các dạng đường truyền và giao tiếp Token
802.5 Token Ring LAN Bao gồm tất cả các dạng đường truyền và giao tiếp Token
Network (MAN) Bao gồm các công nghệ, định địa chỉ và các dịch vụ MAN
Bao gồm môi trường truyền, giao tiếp và các thiết bị khác cho mạng băng tần dải rộng
Bao gồm đường truyền cáp quang và các công nghệ cho các loại mạng khác nhau
Bao gồm sự tích hợp tiếng nói và dữ liệu qua một đường truyền mạng
802.10 Network Security Bao gồm các vấn đề về kiểm soát truy xuất mạng, sự mã hoá, xác nhận và các vấn đề bảo mật khác
802.11 Wireless Networks Các chuẩn cho mạng không dây
Bao gồm các công nghệ 100Mbs-plus, kể cả 100BaseVG-AnyLAN
Câu hỏi ôn tập chương 2
1 Mục tiêu của việc phân tích thiết kế các mạng máy tính theo quan điểm phân tầng là: (chọn 1) a Để dễ dàng cho việc quản trị mạng b Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng c Đề nâng cấp hệ thống mạng dễ dàng hơn d Không phải các lý do trên
2 Nếu một hệ thống mạng có 8 tầng thì tổng số các quan hệ (giao diện) cần phải xây dựng là …… a 16 b 24 c 15 d 22
3 Tầng ……… của mô hình OSI có thể giao tiếp trực tiếp với tầng đối diện của hệ thống máy tính khác a Application b Data link c Network d Physical e Transport
4 Những tầng nào của mô hình OSI cung cấp việc kiểm soát luồng dữ liệu?(chọn 3) a Data-Link b Transport c Application d Presentation e Network
5 Một gói (packet) mạng bao gồm: (chọn 1) a Một header, một body và một trailer b Một địa chỉ của máy gửi và một thông báo c Một chuỗi văn bản với thông tin định dạng d Một URL tương ứng với một địa chỉ www
6 Đơn vị dữ liệu do tầng Liên kết Dữ liệu quản lý là ……… a Bit b Packet c Frame d Segment
7 Một Router làm việc ở tầng nào trong mô hình OSI? a Data-Link b Transport c Application d Presentation e Network
8 Những vấn đề liên quan đến kiểm soát truy xuất mạng, mã hoá, xác nhận và bảo mật mạng thuộc chuẩn nào trong các chuẩn do IEEE 802.X xây dựng? a 802.2 b 802.3 c 802.4 d 802.5 e 802.10 f 802.11
9 Tầng nào của mô hình OSI liên quan đến các dịch vụ hỗ trợ trực tiếp phần mềm truyền file, truy xuất cơ sở dữ liệu và e-mail a Application b Data link c Network d Physical e Transport
10 Một cách tổng quát, dữ liệu có thể truyền trực tiếp từ một tầng của hệ thống gửi sang thẳng tầng đối diện (đồng mức) của hệ thống nhận trong mô hình OSI a Đúng b Sai
ĐƯỜNG TRUYỀN VẬT LÝ
Truyền dữ liệu: tín hiệu tương tự (analogue) và tín hiệu số hoá (digital)
Tín hiệu truyền đi trên mạng hoặc là tương tự (analog), hoặc là số
Tín hiệu tương tự là tập hợp các sóng liên tục do biến đổi điện áp, tương tự như cách truyền tín hiệu trên điện thoại Tuy nhiên, tín hiệu này không thể loại bỏ nhiễu trong quá trình truyền dữ liệu, dẫn đến độ chính xác thấp trong việc truyền tải thông tin.
Các đại lượng đặc trưng cho tín hiệu tương tự là: Biên độ và tần số Ðại lượng để đo tần số là Hz
Một trong những vấn đề của tín hiệu tương tự đó là chúng bị suy giảm
Biên độ tín hiệu tỉ lệ nghịch với khoảng cách truyền đi Khi tín hiệu tương tự đi qua các thiết bị như HUB hay Repeater, biên độ tín hiệu được khuyếch đại, nhưng đồng thời nhiễu cũng được khuyếch đại theo.
Hình 3.1 Tín hiệu tương tự
Tín hiệu số được hình thành từ các xung điện áp, và khi chúng đi qua thiết bị như HUB hay Repeater, quá trình tái tạo sẽ diễn ra, chỉ truyền hoặc lập lại các tín hiệu nguyên mẫu 1 hoặc 0 Điều này giúp tín hiệu số ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu, mang lại độ tin cậy cao hơn so với tín hiệu tương tự.
Các đặc tính của đường truyền mạng
Khi quyết định môi trường truyền thông trên mạng, cần lưu ý một số vấn đề quan trọng như dung lượng (throughput), băng thông (bandwidth), chi phí, kích thước, độ linh động, các thiết bị liên kết và nhiễu Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả của hệ thống truyền thông mà bạn lựa chọn.
Dung lượng (throughput hay capacity) là lượng dữ liệu truyền qua đường truyền trong một đơn vị thời gian, được đo bằng MegaBits/giây (Mbps) Dung lượng mạng máy tính phụ thuộc vào khoảng cách địa lý và môi trường sử dụng.
Băng thông (bandwidth) là thước đo sự khác biệt giữa tần số cao nhất và tần số thấp nhất trong môi trường truyền tải, và nó có mối liên hệ trực tiếp với dung lượng của đường truyền Khi một mạng máy tính hoạt động ở tần số nhất định, băng thông sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tải dữ liệu.
870MHz và 880Hz thì băng thông của nó là 10MHz Thông thường băng thông là lượng dữ liệu thật sự đi qua đường truyền Ðơn vị đo là Hz
Chi phí là yếu tố quan trọng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chi phí cài đặt, chi phí cơ sở hạ tầng, chi phí bảo trì và hỗ trợ.
So sánh tín hiệu số tần số cao và tần số thấp
Kích thước và quy mô của môi trường truyền thông mạng máy tính phụ thuộc vào số lượng nút trong mỗi phân đoạn, số lượng phân đoạn và chiều dài của từng phân đoạn Lựa chọn loại cáp phù hợp sẽ ảnh hưởng đến những yếu tố này.
Số lượng nút trong mỗi phân đoạn càng nhiều sẽ làm giảm tín hiệu trên đường truyền, dẫn đến việc tín hiệu suy yếu qua mỗi nút Do đó, dữ liệu nhận được tại nút sau có thể khác với dữ liệu ở nút trước Số nút và chiều dài tổng cộng của từng phân đoạn phụ thuộc vào loại cáp đang được sử dụng.
Độ trễ tín hiệu là một yếu tố quan trọng cần lưu ý, định nghĩa thời gian từ khi tín hiệu được gửi đi cho đến khi nhận được Chẳng hạn, khi sử dụng MS Word để xử lý văn bản từ server, độ trễ có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.
Khi lưu tài liệu trên thanh toolbar, độ trễ được tính từ thời điểm MS Word hiển thị thông báo, qua mô hình OSI, đến card mạng, tiếp theo là cáp, qua trường truyền dẫn, và qua các thiết bị như HUB, SWITCH, hoặc ROUTER, trước khi đến card mạng trên server.
OSI được chấp nhận bởi server, tuy nhiên, lỗi trên đường truyền có thể xảy ra khi thời gian trễ đủ lớn Vì vậy, mỗi loại cáp thường quy định số phân đoạn và chiều dài tối đa cho một phân đoạn nhằm giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi.
Thiết bị liên kết (Connectors) là các thiết bị quan trọng giúp kết nối dây mạng với các nút trong mạng như trạm làm việc, máy chủ, máy in, HUB, Switch và Routers Một số thiết bị liên kết phổ biến bao gồm BNC và T.
Nhiễu điện từ là vấn đề phổ biến trong các hệ thống cáp, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đường truyền Hai nguyên nhân chính gây ra nhiễu bao gồm điện và tần số sóng âm thanh Giảm thiểu nhiễu là cần thiết để cải thiện hiệu suất truyền tải dữ liệu.
Các mạng LAN: Baseband và Broadband
Các mạng cục bộ chia làm hai loại: Mạng cục bộ băng thông cơ sở và mạng cục bộ băng thông rộng (Baseband và Broadband LAN)
Mạng cục bộ băng thông cơ sở (Baseband LAN) chỉ cho phép truyền một dạng tín hiệu duy nhất trên một kênh truyền, giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu so với kỹ thuật tín hiệu tương tự Ngược lại, mạng cục bộ băng thông rộng (Broadband LAN) thường sử dụng cáp xoắn hoặc cáp quang để tạo ra nhiều kênh truyền dữ liệu, mỗi kênh có tần số sóng khác nhau Điều này cho phép truyền đồng thời các tín hiệu âm thanh và hình ảnh Mạng băng thông rộng rất phù hợp cho các bệnh viện và viện đại học.
Các loại cáp mạng
Các phương tiện nối mạng được phân loại thành hai nhóm chính: có quy định giới hạn và không quy định giới hạn Các phương tiện có quy định giới hạn chủ yếu là cáp, trong khi các phương tiện không quy định bao gồm sóng vô tuyến, laser, viba và tia hồng ngoại Hệ thống cáp được chia thành ba loại cơ bản: cáp đồng trục (Coaxial), cáp xoắn đôi (twisted-pair) và cáp sợi quang (optical fiber).
3.4.1 Cáp đồng trục (Coaxial cable)
Là loại cáp xuất hiện đầu tiên, gồm hai dây dẫn: một lõi bên trong và một lớp bọc ngoài (Hình 3.4)
Cáp đồng trục chia ra làm hai loại
• Cáp đồng trục dày (Thick cable) - 10BASE-5
• Cáp đồng trục mảnh (Thin Cable) - 10BASE-2 Một số thông số kỹ thuật về 2 loại cáp này:
Cáp đồng trục mảnh (10BASE-2) Giá trị
Tốc độ truyền dữ liệu ( Max) 10 Mbps
Chiều dài tối đa cho 1 phân đoạn 185 meters
Số trạm tối đa trên 1 phân đoạn 30
Khảng cách tối thiểu giữa hai trạm 0.5m
Cáp đồng trục dày ( 10BASE-5) Giá trị
Tốc độ truyền dữ liệu ( Max) 10 Mbps
Chiều dài tối đa cho 1 phân đoạn 500 meters
Số trạm tối đa trên 1 phân đoạn 50
Khảng cách tối thiểu giữa hai trạm Multiples of 2.5m
Cáp đồng trục dày (RG-62) thường được dùng trong một mạng máy tính nó tạo thành các đường xương sống (backbone) trong hệ thống mạng (Hình
Cáp đồng trục mảnh (RG-58A/U) thường dùng để nối các trạm làm việc trên một mạng cục bộ (Hình 3.6)
Cáp đồng trục có các tính chất sau:
• Bị ảnh hưỡng của nhiễu bên ngoài và phải được bọc để làm giảm độ nhiễu ảnh hưởng đó
• Khi khoảng cách mạng lớn, nó có thể thu lấy các nhiễu tạp âm và nhiễu từ xe cộ và các nguồn điện khác
• Phát ra các tín hiệu khác
Hình 3.5 Sơ đồ mạng dùng cáp đồng trục dày
Hình 3.6 Sơ đồ mạng dùng cáp đồng trục mảnh
3.4.2 Cáp xoắn đôi (Twisted Pair cable)
Có hai loại cáp xoắn đôi:
• Có bọc ngoài (Shielded Twisted Pair cable - STP)
Cáp xoắn đôi không bọc ngoài, hay còn gọi là cáp UTP, là loại cáp thường được sử dụng cho mạng Ethernet.
Ngoài ra cáp UTP loại 5 còn gọi là cáp 10BASE-T
Cáp xoắn đôi có các tính chất sau
➢ Là hệ thống cáp kinh tế nhất
➢ Có thể dùng những đường cáp điện thoại có sẵn trong một số trường hợp
➢ Có chiều dài hạn chế
➢ Có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu bên ngoài
3.4.3 Cáp quang (Fibre-Optic cable)
Một số đặc điểm cơ bản của cáp sợi quang:
• Có nhiều kích cỡ khác nhau và chúng chuyển tải ánh sáng chớ không phải điện
• Thường được dùng kết hợp với những loại cáp khác như là một đường nối kiểu xương sống giữa các server và các LAN
• Có ưu thế lớn về chiều dài cáp và tốc độ truyền nhanh hơn hẳn các loại cáp khác
• Không phát ra tín hiệu
• Không bị ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài
Các thông số kỹ thuật của hệ thống cáp rất quan trọng và có thể được kiểm tra dựa trên năm tính chất chính: chiều dài cáp, hệ số suy giảm, và nhiễu chen ngang đầu cáp.
Tạp nhiễu - Ðộ thất thoát
Khi lắp đặt mạng, việc lựa chọn loại cáp là rất quan trọng Cáp quang được coi là loại cáp an toàn nhất, tuy nhiên, giá thành của nó khá cao.
Bảng so sánh các tính năng của cáp
Yếu tố so sánh Cáp UTP Cáp đồng trục Cáp quang
Giá cả Thấp Trung bình Cao
Băng Thông Trung bình Cao Cực kỳ cao
Chiều dài Hàng trăm feet Hàng ngìn feet Hàng dặm
Nhiễu Khá nhiều Thấp Không có Ðộ tin cậy Cao Cao Rất cao
➢ Các thành phần của một mạng sử dụng cáp đồng trục 10BASE-2
-Card giao tiếp 10BASE-2 : hầu hết tất cả đều hỗ trợ hệ thống cáp này
Card cho loại này phải có một đầu nối loại BNC để nối vào dường cáp chính
Trên đường cáp chính có gắn một đầu nối T-Connector để gắn vào một đầu nối
BNC ở phía sau card Nếu máy không có đĩa cứng thì phải gắn thêm một Boot
- Bộ tiếp sức (Repeater): là một thiết bị chọn thêm, dùng để nối 2 đoạn cáp chính và làm tăng tín hiệu truyền qua lại giữa chúng
- Cáp: là loại cáp đồng trục có điện trở là 50 Ohm đường kính 0.2 inch
- Các đầu nối cáp kiểu BNC: được gắn vào hai đầu của khúc cáp
- Các đầu nối T-Connector kiểu BNC dùng để đưa tính hiệu vào và ra
- Các đầu nối thanh ngang kiểu BNC được dùng để nối hai khúc cáp lại với nhau
- Các Terminal gắn ở hai đầu cuối của đoạn mạng, có điện trở là 50
Khi nối mạng bằng loại cáp này, phải tuân theo các quy tắc và hạn chế sau:
- Chiều dài của mỗi đoạn cáp chính tối đa là khoảng 185 mét
- Dùng các T-Connector để nối cáp với card mạng
Chỉ nên sử dụng tối đa 4 repeater để kết nối 5 đoạn cáp mạng chính, trong đó có 3 đoạn được phép nối với trạm làm việc, và 2 đoạn còn lại chỉ được dùng để kết nối với những khoảng cách xa.
- Chiều dài tối đa của toàn mạng là 910 mét
- Tối đa có 30 nút trên mỗi đoạn mạng, các nút ở đây bào gồm: máy tính, server, repeater, router
➢ Các thành phần của một mạng khi dùng cáp xoắn đôi (10BASE-T hay là UTP)
Các trạm làm việc được kết nối với một HUB, giúp khuếch đại tín hiệu từ máy chủ và phân phối tín hiệu đó đến các máy khác trong mạng.
* Các thành phần của một mạng dùng cáp UTP
- Card giao tiếp mạng 10BASE-T
Câu hỏi ôn tập chương 3
1 Công nghệ cáp đồng trục hỗ trợ nhiều kênh, mỗi kênh chiếm khoảng 6 MHz a Thick b Baseband c Broadband d Thin
2 Điều nào là không đúng khi nói về cáp sợi quang trong các điều sau? a It has a lower noise level b Light signals do not attenuate as quickly as electric signals c Light propagates more quickly through glass than electric signals d It is easy to wiretap
3 Việc tăng tốc độ truyền có thể tăng ảnh hưởng của nhiễu và vì vậy giá trị của tín hiệu a Đúng b Sai
3 Loại mội trường truyền nào trong các loại sau không phải là mội trường trường định hướng? a Twisted pair wire b Coaxial cable c Fiber optic cable d Microwave
4 Kỹ thuật chuyển từ dữ liệu số hoá sang tín hiệu tương tự gọi là a Manchester encoding b Modulation c Multiplying d Negotiation
5 Bạn chịu trách nhiệm bảo trì máy tính Microsoft Windows 2000 Server trên mạng công ty của mình Card mạng trong server hiện thời được kết nối tới mạng Bạn thấy có một đầu nối 15 chân ở phía sau của card giao tiếp mạng
The Network Interface Card (NIC) is connected to an external transceiver, and the types of cables that can be used for this network connection include ThinNet coaxial (10Base2), ThickNet coaxial (10Base5), twisted-pair (10BaseT) cable, and fiber-optic cable.
6 Những loại cáp nào thuộc về công nghệ Ethernet 10 Mbps? (Chọn tất cả các câu trả lời đúng) a 10Base2 b 10Base10 c 10BaseTL d 10BaseUT e 10BaseFL f 10Base5
7 Hai loại cáp nào được sử dụng với đầu nối BNC connector và các thành phần terminator? a 10Base2 b 10Base10 c Thinnet d 10BaseUT