Bài giảng Mạng máy tính và internet

Chia sẻ: Minh Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:136

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Mạng máy tính và internet cung cấp cho người học các kiến thức: Tổng quan về mạng máy tính và internet, mô hình tham chiếu OSI, môi trường truyền dẫn và thiết bị mạng, họ giao thức TCP/IP, cơ sở giao thức định tuyến. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mạng máy tính và internet

MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET ...................... 8 1.1 Khái quát về mạng máy tính .................................................................................. 8 1.1.1. Lịch sử mạng máy tính ................................................................................ 8 1.1.2. Khái niệm mạng máy tính ............................................................................ 9 1.1.3. Các thành phần trong mạng máy tính ........................................................ 10 1.1.4. Mục tiêu của mạng máy tính ..................................................................... 10 1.1.4.1. Mục tiêu kết nối mạng máy tính ................................................................. 10 1.1.4.2. Lợi ích kết nối mạng ................................................................................... 10 1.1.5. Phân loại mạng máy tính ........................................................................... 11 1.1.5.1. Phân loại theo khoảng cách địa lý ............................................................. 11 1.1.5.2. Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch ............................................... 13 1.1.5.4. Phân loại mạng theo kiến trúc mạng (Topology) ....................................... 16 1.2 Các loại mô hình mạng ........................................................................................ 19 1.2.1. Các mô hình xử lý mạng ............................................................................ 19 1.2.1.1. Mô hình xử lý mạng tập trung .................................................................... 19 1.2.1.2. Mô hình xử lý mạng phân phối ................................................................... 20 1.2.1.3. Mô hình xử lý mạng cộng tác ..................................................................... 20 1.2.2. Các mô hình quản lý mạng ........................................................................ 21 1.2.2.1. Mô hình Workgroup ................................................................................... 21 1.2.2.2. Mô hình Domain ......................................................................................... 21 1.2.3. Các mô hình điều hành mạng .................................................................... 21 1.2.3.1. Mạng ngang hàng (Peer to Peer Network) ................................................ 21 1.2.3.2. Mô hình mạng khách chủ (Client- Server Network) .................................. 22 1.3 Mạng cục bộ- LAN (Local Area Network).......................................................... 23 1.3.1. Đặc trưng cơ bản của mạng cục bộ LAN .................................................. 23 1.3.1.1. Đặc trưng về địa lý ..................................................................................... 23 1.3.1.2. Đặc trưng về tốc độ truyền ......................................................................... 24 1.3.1.3. Đặc trưng về độ tin cậy .............................................................................. 24 1
1.3.1.4. Đặc trưng về quản lý .................................................................................. 24 1.3.1.5. Đặc trưng về cấu trúc ................................................................................. 24 1.3.2. Các phương pháp truy nhập đường truyền vật lý ...................................... 24 1.3.2.1. Phương thức đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD ................................................................................................................ 25 1.3.2.2. Phương pháp Token Bus ( dùng thẻ bài trong mạng tuyến tính) ............... 26 1.3.2.3. Phương pháp Token Ring (dùng thẻ bài trong mạng hình vòng)............... 27 1.3.2.4. Cơ chế đa truy nhập tránh xung đột CSMA/CA ............................................ 29 1.4 Mạng Internet ....................................................................................................... 29 1.4.1. Lịch sử ra đời ............................................................................................. 29 1.4.2. Cấu trúc của mạng Internet ........................................................................ 30 1.4.3. Các tiêu chuẩn kết nối thiết bị ................................................................... 31 1.4.4. Các tiêu chuẩn nhận dạng thiết bị trên mạng ............................................. 32 1.4.5. Tên miền và địa chỉ IP ............................................................................... 32 1.4.6. Chu trình chuyển giao thông tin trên mạng Internet .................................. 33 1.4.6.1. Kết nối vào mạng Internet .......................................................................... 33 1.4.6.2. Kết nối tới một trang Web .......................................................................... 34 1.5 Mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) ................................................... 35 1.5.1. Khái niệm mạng riêng ảo ........................................................................... 35 1.5.2. Cấu trúc mạng riêng ảo .............................................................................. 36 1.5.3. Phân loại mạng riêng ảo VPN ................................................................... 38 1.5.3.1. Mạng riêng ảo truy cập (Remote Access VPNs) ........................................ 38 1.5.3.2. Mạng riêng ảo VPN nội bộ (Intranet VPNs) .............................................. 41 1.5.3.3. Mạng riêng ảo VPN mở rộng (Extranet VPNs) ......................................... 42 CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI ............................................................. 45 2.1 Khái niệm giao thức mạng máy tính (Protocol)................................................... 45 2.1.1. Khái niệm ................................................................................................... 45 2.1.2. Chức năng của giao thức............................................................................ 45 2.2 Mô hình kiến trúc đa tầng .................................................................................... 47 2
2.2.1. Các quy tắc phân tầng ................................................................................ 47 2.2.2. Lưu chuyển thông tin trong kiến trúc đa tầng............................................ 49 2.2.3. Nguyên tắc truyền thông đồng tầng ........................................................... 49 2.2.4. Giao diện tầng, quan hệ các tầng kề nhau và dịch vụ ................................ 50 2.2.5. Dịch vụ và chất lượng dịch vụ ................................................................... 51 2.3 Mô hình tham chiếu OSI (Open System Interconnection) .................................. 53 2.3.1. Giới thiệu kiến trúc mô hình tham chiếu OSI ............................................ 53 2.3.2. Sự ghép nối giữa các mức .......................................................................... 54 2.3.3. Vai trò và chức năng của các tầng trong mô hình OSI .............................. 55 2.3.3.1. Tầng ứng dụng (Application Layer) ........................................................... 55 2.3.3.2. Tầng trình bày (Presentation Layer) .......................................................... 55 2.3.3.3. Tầng phiên (Session Layer) ........................................................................ 55 2.3.3.4. Tầng vận chuyển (Transport Layer)........................................................... 56 2.3.3.5. Tầng mạng (Network Layer) ...................................................................... 56 2.3.3.6. Tầng liên kết dữ liệu (Data link Layer) ...................................................... 56 2.3.3.7. Tầng vật lý (Physical layer) ....................................................................... 57 2.4 Quá trình xử lý và vận chuyển một gói dữ liệu trong mô hình OSI .................... 58 2.4.1. Quá trình đóng gói dữ liệu tại máy gửi ...................................................... 58 2.4.2. Quá trình truyền dữ liệu từ máy gửi đến máy nhận ................................... 59 2.4.3. Quá trình xử lý gói tin tại máy nhận .......................................................... 60 CHƯƠNG 3. MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN VÀ THIẾT BỊ MẠNG ...................... 62 3.1 Môi trường truyền dẫn ......................................................................................... 62 3.1.1. Khái niệm môi trường truyền dẫn .............................................................. 62 3.1.2. Tần số truyền thông ................................................................................... 62 3.1.3. Các đặc tính của phương tiện truyền dẫn................................................... 62 3.1.4. Các phương thức truyền dẫn ...................................................................... 63 3.2 Các loại cáp truyền dẫn ........................................................................................ 64 3.2.1. Cáp đồng trục ............................................................................................. 64 3.2.2. Cáp xoắn đôi .............................................................................................. 66 3
3.2.2.1. Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu STP .................................................. 66 3.2.2.2. Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc chống nhiễu UTP ...................................... 67 3.2.3. Cáp quang (Fiber-optic cable) ................................................................... 67 3.2.3.1. Phân loại cáp quang................................................................................... 68 3.2.3.2. Ưu điểm của cáp quang .............................................................................. 70 3.3 Đường truyền vô tuyến ........................................................................................ 70 3.3.1. Sóng vô tuyến (Radio) ............................................................................... 71 3.3.2. Sóng Viba .................................................................................................. 72 3.3.3. Hồng ngoại ................................................................................................. 72 3.4 Các loại thiết bị mạng thông dụng ....................................................................... 73 3.4.1. Card mạng (NIC hay Adapter) .................................................................. 73 3.4.2. Modem (Bộ điều chế và giải điều chế) ...................................................... 74 3.4.3. Repeater (Bộ khuếch đại tín hiệu) ............................................................. 75 3.4.4. Hub............................................................................................................. 75 3.4.5. Bridge (Cầu nối) ........................................................................................ 76 3.4.6. Switch (bộ chia) ......................................................................................... 77 3.4.7. Wireless Access Point ................................................................................ 78 3.4.8. Router (Bộ định tuyến) .............................................................................. 78 3.4.9. Gateway- Proxy ......................................................................................... 80 CHƯƠNG 4. HỌ GIAO THỨC TCP/IP ...................................................................... 82 4.1 Mô hình TCP/IP ................................................................................................... 82 4.1.1. Mô hình kiến trúc TCP/IP.......................................................................... 83 4.1.2. Vai trò và chức năng các tầng trong mô hình TCP/IP ............................... 83 4.1.2.1. Tầng truy cập mạng (Network Access Layer) ............................................ 83 4.1.2.2. Tầng mạng (Internet Layer) ....................................................................... 84 4.1.2.3. Tầng vận chuyển (Transport Layer)........................................................... 85 4.1.2.4. Tầng ứng dụng (Applycation Layer) .......................................................... 85 4.1.3. Quá trình đóng gói dữ liệu ......................................................................... 85 4.1.4. Quá trình phân mảnh dữ liệu ..................................................................... 86 4
4.2 Một số giao thức cơ bản của bộ giao thức TCP/IP .............................................. 86 4.2.1. Giao thức điều khiển truyền TCP (Transmission Control Protocol) ......... 86 4.2.1.1. Giới thiệu .................................................................................................... 86 4.2.1.2. Hoạt động của giao thức TCP .................................................................... 87 4.2.1.3. Điều khiển lưu lượng trong TCP ................................................................ 90 4.2.1.4. Cấu trúc gói dữ liệu TCP ........................................................................... 90 4.2.2. Giao thức gói tin người dùng UDP (User Datagram Protocol) ................. 92 4.2.2.1. Giới thiệu về giao thức UDP ...................................................................... 92 4.2.2.2. Cấu trúc gói tin UDP ................................................................................. 92 4.2.3. Giao thức liên mạng IP .............................................................................. 93 4.2.3.1. Chức năng của giao thức IP....................................................................... 93 4.2.3.2. Cấu trúc gói dữ liệu IP ............................................................................... 93 4.2.3.3. Phân mảnh và hợp nhất các gói tin IP ....................................................... 94 4.2.4. Các giao thức phân giải địa chỉ .................................................................. 95 4.2.4.1. Giao thức phân giải địa chỉ ARP ............................................................... 95 4.2.4.2. Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP .................................................. 97 4.2.5. Giao thức thông báo điều khiển mạng ICMP ............................................ 97 4.3 Địa chỉ IPv4 ......................................................................................................... 98 4.3.1. Tổng quan về địa chỉ IPv4 ......................................................................... 98 4.3.2. Các lớp địa chỉ IPv4 ................................................................................. 100 4.3.3. Các loại địa chỉ trong IPv4 ...................................................................... 101 4.3.3.1. Địa chỉ IP Public ...................................................................................... 101 4.3.3.2. Địa chỉ IP Private..................................................................................... 102 4.3.3.3. Subnet Mask ............................................................................................. 103 4.3.4. Phân chia mạng con ................................................................................. 104 4.3.4.1. Giới thiệu về tạo mạng con ...................................................................... 104 4.3.4.2. Phương pháp chia mạng con.................................................................... 106 4.3.4.3. Các dạng bài tập chia mạng con .............................................................. 107 4.3.4.4. Chia Subnet theo phương pháp VLSM ..................................................... 109 5
CHƯƠNG 5. CƠ SỞ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN .................................................. 116 5.1 Các khái niệm cơ bản trong định tuyến ............................................................. 116 5.1.1. Khái niệm định tuyến, bảng định tuyến ................................................... 116 5.1.1.1. Định tuyến: ............................................................................................... 116 5.1.1.2. Bảng định tuyến (routing table) ............................................................... 116 5.1.1.3. Metric ....................................................................................................... 117 5.1.2. Giao thức định tuyến và giao thức được định tuyến ................................ 117 5.1.2.1. Giao thức định tuyến: ............................................................................... 117 5.1.2.2. Giao thức được định tuyến: ...................................................................... 118 5.1.3. Khoảng cách địa lý (Administrative Distance (AD)) .............................. 118 5.2 Các thuật toán định tuyến .................................................................................. 119 5.2.1. Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất .......................................................... 119 5.2.1.1. Thuật toán Bellman- Ford ........................................................................ 119 5.2.1.2. Thuật toán Dijkstra .................................................................................. 121 5.2.2. Thuật toán định tuyến Vector khoảng cách ............................................. 122 5.2.2.1. Giới thiệu về thuật toán vector khoảng cách ........................................... 122 5.2.2.2. Hoạt động của giao thức sử dụng thuật toán vector khoảng cách .......... 124 5.2.3. Thuật toán trạng thái đường liên kết ........................................................ 125 5.2.3.1. Giới thiệu về thuật toán ............................................................................ 125 5.2.3.2. Hoạt động của giao thức sử dụng thuật toán trạng thái đường liên kết .. 125 5.2.4. So sánh hai thuật toán định tuyến ............................................................ 127 5.2.4.1. Thuật toán Vector khoảng cách ............................................................... 127 5.2.4.2. Thuật toán trạng thái đường liên kết........................................................ 127 5.3 Một số giao thức định tuyến thông dụng ........................................................... 128 5.3.1. Giao thức RIP (Routing Information Protocol) ....................................... 128 5.3.1.1. Giới thiệu .................................................................................................. 128 5.3.1.2. Các giá trị về thời gian............................................................................. 128 5.3.1.3. Hoạt động của giao thức RIP ................................................................... 128 5.3.1.4. Cấu trúc gói tin RIP ................................................................................. 129 6
5.3.2. Giao thức IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) ............................ 130 5.3.2.1. Giới thiệu .................................................................................................. 130 5.3.2.2. Các giá trị thời gian ................................................................................. 130 5.3.2.3. Hoạt động của giao thức IGRP ................................................................ 130 5.3.2.4. Cấu trúc gói tin IGRP .............................................................................. 131 5.3.3. Giao thức OSPF (Open Short Path First) ................................................ 132 5.3.3.1. Giới thiệu .................................................................................................. 132 5.3.3.2. Hoạt động của OSPF ............................................................................... 132 5.3.3.3. Phân vùng trong OSPF ............................................................................ 134 5.3.3.4. Định dạng gói tin của OSPF .................................................................... 135 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET 1.1 Khái quát về mạng máy tính 1.1.1. Lịch sử mạng máy tính Từ đầu những năm 60 đã xuất hiện các mạng xử lý trong đó các trạm cuối (terminal) thụ động được nối vào một máy xử lý trung tâm. Vì máy xử lý trung tâm làm tất cả mọi việc: quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý sự đồng bộ của các trạm cuối v.v…, trong khi đó các trạm cuối chỉ thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu mà không thực hiện bất kỳ chức năng xử lý nào nên hệ thống này vẫn chưa được coi là mạng máy tính. Giữa năm 1968, Cục các dự án nghiên cứu tiên tiến (ARPA – Advanced Research Projects Agency) của Bộ Quốc phòng Mỹ đã xây dựng dự án nối kết các máy tính của các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang, mở đầu là Viện nghiên cứu Standford và 3 trường đại học (Đại học California ở Los Angeless, Đại học California ở Santa Barbara và Đại học Utah). Mùa thu năm 1969, 4 trạm đầu tiên được kết nối thành công, đánh dấu sự ra đời của ARPANET. Giao thức truyền thông dùng trong ARPANET lúc đó đặt tên là NCP (Network Control Protocol). Giữa những năm 1970, họ giao thức TCP/IP được Vint Cerf và Robert Kahn phát triển cùng tồn tại với NCP, đến năm 1983 thì hoàn toàn thay thế NCP trong ARPANET. Trong những năm 70, số lượng các mạng máy tính thuộc các quốc gia khác nhau đã tăng lên, với các kiến trúc mạng khác nhau (bao gồm cả phần cứng lẫn giao thức truyền thông), từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng, gây khó khăn cho người sử dụng. Trước tình hình đó, vào năm 1984 Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO đã cho ra đời Mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Reference Model for Open Systems Interconnection - gọi tắt là mô hình OSI). Với sự ra đời của OSI và sự xuất hiện của máy tính cá nhân, số lượng mạng máy tính tính trên toàn thế giới đã tăng lên nhanh chóng. Đã xuất hiện những khái niệm về các loại mạng LAN, MAN. Tới tháng 11/1986 đã có tới 5089 máy tính được nối vào ARPANET, và đã xuất hiện thuật ngữ “Internet”. 8
Năm 1987, mạng xương sống (backborne) NSFnet (National Science Foundation network) ra đời với tốc độ đường truyền nhanh hơn (1,5 Mb/s thay vì 56Kb/s trong ARPANET) đã thúc đẩy sự tăng trưởng của Internet. Mạng Internet dựa trên NSFnet đã vượt qua biên giới của Mỹ. Đến năm 1990, quá trình chuyển đổi sang Internet - dựa trên NSFnet kết thúc. NSFnet giờ đây cũng chỉ còn là một mạng xương sống thành viên của mạng Internet toàn cầu. Như vậy có thể nói lịch sử phát triển của Internet cũng chính là lịch sử phát triển của mạng máy tính. 1.1.2. Khái niệm mạng máy tính Mạng máy tính là tập hợp các máy tính đơn lẻ được kết nối với nhau bằng phương tiện truyền vật lý (Tranmission Medium) và theo một kiến trúc mạng xác định (Network Architecture). Hình 1.1. Mô hình mạng máy tính Kiến trúc mạng bao gồm cấu trúc mạng (Topology) và giao thức mạng (Protocol). Topology là cấu trúc hình học của các thực thể mạng và giao thức mạng là tập hợp các quy tắc chuẩn mà các thực thể hoạt động truyền thông phải tuân theo. 9
1.1.3. Các thành phần trong mạng máy tính Thiết bị đầu cuối: là những thiết bị mà người sử dụng có thể thao tác trực tiếp trên đó để tiến hành giao tiếp với mạng, ví dụ: Máy tính, Laptop, ĐTDĐ, Camera… Thiết bị mạng: để hệ thống mạng có thể hoạt động trơn tru, hiệu quả và khả năng kết nối tới các hệ thống khác đòi hỏi phải sử dụng những thiết bị mạng chuyên dụng. Những thiết bị này rất đa dạng và phong phú về chủng loại nhưng đều dựa trên những thiết bị cơ bản là Repeater, Hub, Switch, Router và Gateway. Giao thức mạng: là tập hợp các quy tắc chuẩn mà các thực thể hoạt động truyền thông phải tuân theo. 1.1.4. Mục tiêu của mạng máy tính 1.1.4.1. Mục tiêu kết nối mạng máy tính - Cùng chia sẻ tài nguyên chung, bất kỳ người sử dụng nào cũng có quyền khai thác và sử dụng tài nguyên của mạng mà không phụ thuộc vào vị trí địa lý của nó. - Nâng cao độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế khi một số thành phần của mạng xảy ra sự cố kỹ thuật thì vẫn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống. - Tạo môi trường giao tiếp giữa con người với con người. Chinh phục được khoảng cách, con người có thể trao đổi, thảo luận với nhau cách xa hàng nghìn km. 1.1.4.2. Lợi ích kết nối mạng - Có thể giảm số lượng máy in, đĩa cứng và các thiết bị khác. Kinh tế hơn trong việc đầu tư xây dựng cho một hệ thống tin học của một cơ quan, xí nghiệp, trường học… - Dùng chung tài nguyên đắt tiền như máy in, phần mêm… Tránh dư thừa dữ liệu, tài nguyên mạng. Có khả năng tổ chức và triển khai các đề án lớn thuận lợi và dễ dàng. - Đảm bảo các tiêu chuẩn thống nhất về tính bảo mật, an toàn dữ liệu khi nhiều người sử dụng tại các thiết bị đầu cuối khác nhau cùng làm việc trên các hệ cơ sở dữ liệu. Tóm lại, mục tiêu kết nối các máy tính thành mạng là cung cấp các dịch vụ đa dạng, chia sẻ tài nguyên chung và giảm bớt chi phí về đầu tư trang tiết bị. 10
1.1.5. Phân loại mạng máy tính 1.1.5.1. Phân loại theo khoảng cách địa lý a. Mạng cục bộ LAN (Local Area Network) Mạng cục bộ LAN: kết nối các máy tính đơn lẻ thành mạng nội bộ, tạo khả năng trao đổi thông tin và chia sẻ tài nguyên trong cơ quan, xí nhiệp... Có hai loại mạng LAN khác nhau: LAN nối dây (sử dụng các loại cáp) và LAN không dây (sử dụng sóng cao tần hay tia hồng ngoại). Đặc trưng cơ bản của mạng cục bộ: Hình 1.2. Mạng cục bộ- LAN Quy mô của mạng nhỏ, phạm vi hoạt động vào khoảng vài km. Các máy trong một tòa nhà, một cơ quan hay xí nghiệp.. nối lại với nhau. Quản trị và bảo dưỡng mạng đơn giản. Công nghệ truyền dẫn sử dụng trong mạng LAN thường là quảng bá (Broadcast), bao gồm một cáp đơn nối tất cả các máy. Tốc độ truyền dữ liệu cao, từ 10-100 Mbps đến hàng trăm Gbps, thời gian trễ nhỏ (cỡ 10s), độ tin cậy cao, tỷ số lỗi bit từ 10-8 đến 10-11. b. Mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network) 11
Mạng đô thị: là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị hoặc một trung tâm kinh tế - xã hội có bán kính khoảng 50 km trở lại. Mạng đô thị hoạt đông theo kiểu quảng bá, LAN to LAN. Mạng cung cấp các dịch vụ thoại, phi thoại và truyền hình cáp. Mạng MAN lớn hơn mạng LAN nhưng nhỏ hơn mạng diện rộng WAN, đóng vai trò kết nối hai mạng LAN và WAN với nhau hoặc kết nối giữa các mạng LAN. Hình 1.3. Ví dụ về mạng MAN c. Mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) Mạng diện rộng: là mạng dữ liệu được thiết kế để kết nối máy tính trong cùng một quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng châu lục. Mạng kết nối các mạng LAN và mạng MAN giữa các khu vực địa lý cách xa nhau. Mạng diện rộng có tốc độ truyền dữ liệu thấp so với mạng cục bộ LAN, tỷ lệ lỗi trên đường truyền cao. Thông thường được kết nối bằng đường truyền mạng viễn thông. Một số mạng diện rộng điển hình: - Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISDN (Integrated Services Digital Network) - Mạng X25 và chuyển mạch khung Frame Relay - Phương thức truyền thông đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) - Mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) 12
d. Mạng toàn cầu GAN (Global Area Network) Mạng toàn cầu là mạng kết nối các máy tính trên phạm vi toàn thế giới dựa trên đường truyền viễn thông hoặc vệ tinh, là tập hợp của các mạng LAN, MAN, WAN độc lập với nhau. Mạng Internet là một dạng của mạng toàn cầu GAN 1.1.5.2. Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch a. Khái niệm chuyển mạch Chuyển mạch là quá trình định tuyến, thiết lập kết nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Nói các khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông bao gồm chức năng tìm đường đi cho thông tin và chức năng kết nối và chuyển tiếp thông tin. Như vậy chuyển mạch gắn liền với lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO. Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch. b. Mạng chuyển mạch kênh Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin bằng cách cấp một kênh dẫn trực tiếp giữa các đối tượng sử dụng. Hình 1.4. mô hình mạng chuyển mạch kênh Quá trình trao đổi dữ liệu tiến hành qua 3 giai đoạn: - Thiết lập đường dẫn dựa vào nhu cầu trao đổi thông tin. - Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin. 13
- Giải phóng kênh dẫn khi đối tượng sử dụng hết nhu cầu trao đổi thông tin. Đặc điểm của mạng chuyển mạch kênh: - Thực hiện trao đổi thông tin giữa các user theo thời gian thực. - Các user làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin. - Hiệu suất truyền tin thấp. - Yêu cầu độ chính xác thông tin rất cao. - Khi lưu lượng tăng đến một ngưỡng nào đó thì sự trao đổi thông tin mới có thể bị khóa, mạng từ chối mọi yêu cầu kết nối mới đến khi có thể. c. Mạng chuyển mạch thông báo Là loại chuyển mạch phục vụ cho sự trao đổi thông tin giữa các bản tin như điện tín, thư điện tử, file… Thông tin trước khi được truyền đi được đóng gói thành một gói tin, ngoài thông tin thì trong gói tin này còn mạng kèm theo địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, check lỗi… gọi là header. Tại các node mạng, các bản tin được thu nhận lưu vào bộ nhớ đệm để đọc thông tin điều khiển, xử lý chọn đường rồi sắp hàng chờ để được chuyển đi. Hình 1.5. Mô hình mạng chuyển mạch bản tin Đặc điểm của mạng chuyển mạch thông báo: - Không có mối liên hệ thời gian thực giữa các user. - Kênh dẫn không dành riêng cho các user (dùng chung đường truyền). - Hiệu suất sử dụng đường truyền cao, yêu cầu độ chính xác. - Trong nội dung bản tin có chứa thông tin địa chỉ nguồn và đích. 14
- Vẫn chấp nhận kết nối mới khi lưu lượng mạng đang ở mức cao. d. Mạng chuyển mạch gói Là loại mạng mà ở đó các bản tin được chia thành các gói tin nhỏ hơn, được kết nối và truyền tới đích trên nhiều đường truyền khác nhau. Các gói tin này có chiều dài xác định, mỗi gói có thêm phần header mang thông tin địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và số thứ tự gói tin. Tại mỗi node, khi nhận gói tin thì tiến hành xử lý như trong chuyển mạch thông báo. Một bản tin có thể bao gồm nhiều gói, chúng có thể được truyền tới đích theo phương thức hướng kết nối hoặc phương thức phi kết nối. Như vậy, các gói của cùng một bản tin có thể được truyền trên cùng một tuyến qua các nút mạng hoặc cũng có thể được truyền trên các tuyến khác nhau. Thêm vào đó, quá trình truyền tin có thể bị lỗi một vài gói có thể phải truyền lại và do đó các gói có thể đến đích không đúng theo thứ tự, các thiết bị mạng và thiết bị đầu cuối phải có khả năng kiểm soát và sắp xếp lại các gói để khôi phục lại bản tin tại đầu cuối thu. Hình 1.6. Mô hình mạng chuyển mạch gói Đặc điểm mạng chuyển mạch gói: - Trao đổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn mạng chuyển mạch thông báo. - Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh truyền. 15
- Hiệu suất sử dụng kênh truyền cao. - Việc kiểm tra lỗi từng chặng là đảm bảo gói tin truyền không bị lỗi nhưng lại làm giảm tốc độ truyền gói tin qua mạng. - Băng thông của mạng thấp, tốc độ thấp nên chỉ phù hợp với mạng truyền dẫn tốc độ thấp 1.1.5.3. Phân loại mạng theo kiến trúc mạng (Topology) Kiến trúc mạng (Network Topology) là sơ đồ biểu diễn các kiểu sắp xếp, bố trí vật lý của máy tính, dây cáp và những thành phần khác trên mạng theo phương diện vật lý. Có hai kiểu kiến trúc mạng chính là: kiến trúc vật lý (mô tả cách bố trí đường truyền thực sự của mạng), kiến trúc logic (mô tả con đường thực sự mà dữ liệu thật sự di chuyển qua các node mạng). a. Mạng tuyến tính (BUS) Kiến trúc Bus là một kiến trúc cho phép nối mạng các máy tính đơn giản và phổ biến nhất. Nó dùng một đoạn cáp nối tất cả máy tính và các thiết bị trong mạng thành một hàng. Khi một máy tính trên mạng gởi dữ liệu dưới dạng tín hiệu điện thì tín hiệu này sẽ được lan truyền trên đoạn cáp đến các máy tính còn lại, tuy nhiên dữ liệu này chỉ được máy tính có địa chỉ so khớp với địa chỉ mã hóa trong dữ liệu chấp nhận. Mỗi lần chỉ có một máy có thể gởi dữ liệu lên mạng vì vậy số lượng máy tính trên bus càng tăng thì hiệu suất thi hành mạng càng chậm. Hiện tượng dội tín hiệu: là hiện tượng khi dữ liệu được gởi lên mạng, dữ liệu sẽ đi từ đầu cáp này đến đầu cáp kia. Nếu tín hiệu tiếp tục không ngừng nó sẽ dội tới lui trong dây cáp và ngăn không cho máy tính khác gởi dữ liệu. Để giải quyết tình trạng này người ta dùng một thiết bị terminator (điện trở cuối) đặt ở mỗi đầu cáp để hấp thu các tín hiệu điện tự do. Ưu điểm: kiến trúc này dùng ít cáp, dễ lắp đặt, giá thành rẻ. Khi mở rộng mạng tương đối đơn giản, nếu khoảng cách xa thì có thể dùng repeater để khuếch đại tín hiệu. Khuyết điểm: khi đoạn cáp đứt đôi hoặc các đầu nối bị hở ra thì sẽ có hai đầu cáp không nối với terminator nên tín hiệu sẽ dội ngược và làm cho toàn bộ hệ thống mạng sẽ 16
ngưng hoạt động. Những lỗi như thế rất khó phát hiện ra là hỏng chỗ nào nên công tác quản trị rất khó khi mạng lớn (nhiều máy và kích thước lớn). Hình 1.7. Mô hình mạng tuyến tính- BUS b. Mạng vòng (RING) Trong mạng ring các máy tính và các thiết bị nối với nhau thành một vòng khép kín, không có đầu nào bị hở. Tín hiệu được truyền đi theo một chiều và qua nhiều máy tính. Kiến trúc này dùng phương pháp chuyển thẻ bài (token passing) để truyền dữ liệu quanh mạng. Hình 1.8. Mô hình mạng hình vòng- RING Phương pháp chuyển thẻ bài là phương pháp dùng thẻ bài chuyển từ máy tính này sang máy tính khác cho đến khi tới máy tính muốn gởi dữ liệu. Máy này sẽ giữ thẻ bài và 17
bắt đầu gởi dữ liệu đi quanh mạng. Dữ liệu chuyển qua từng máy tính cho đến khi tìm được máy tính có địa chỉ khớp với địa chỉ trên dữ liệu. Máy tính đầu nhận sẽ gởi một thông điệp cho máy tính đầu gởi cho biết dữ liệu đã được nhận. Sau khi xác nhận máy tính đầu gởi sẽ tạo thẻ bài mới và thả lên mạng. Vận tốc của thẻ bài xấp xỉ với vận tốc ánh sáng. c. Mạng hình sao (STAR) Trong kiến trúc này, các máy tính được nối vào một thiết bị đấu nối trung tâm (Hub hoặc Switch). Tín hiệu được truyền từ máy tính gởi dữ liệu qua hub tín hiệu được khuếch đại và truyền đến tất cả các máy tính khác trên mạng. Ưu điểm: kiến trúc star cung cấp tài nguyên và chế độ quản lý tập trung. Khi một đoạn cáp bị hỏng thì chỉ ảnh hưởng đến máy dùng đoạn cáp đó, mạng vẫn hoạt động bình thường. Kiến trúc này cho phép chúng ta có thể mở rộng hoặc thu hẹp mạng một cách dễ dàng. Khuyết điểm: do mỗi máy tính đều phải nối vào một trung tâm điểm nên kiến trúc này đòi hỏi nhiều cáp và phải tính toán vị trí đặt thiết bị trung tâm. Khi thiết bị trung tâm điểm bị hỏng thì toàn bộ hệ thống mạng cũng ngừng hoạt động. Hình 1.9. Mô hình mạng hình sao (STAR) d. Mạng kết hợp  Mạng kết hợp hình sao và tuyến tính (Star bus) 18
Star bus là mạng kết hợp giữa mạng star và mạng bus. Trong kiến trúc này một vài mạng có kiến trúc hình star được nối với trục cáp chính (bus). Nếu một máy tính nào đó bị hỏng thì nó không ảnh hưởng đến phần còn lại của mạng. Nếu một Hub bị hỏng thì toàn bộ các máy tính trên Hub đó sẽ không thể giao tiếp được. Hình 1.10. Cấu trúc mạng Star-Bus  Mạng kết hợp hình sao và hình vòng (Star Ring) Mạng Star Ring tương tự như mạng Star Bus. Các Hub trong kiến trúc Star Bus đều được nối với nhau bằng trục cáp thẳng (bus) trong khi Hub trong cấu hình Star Ring được nối theo dạng hình Star với một Hub chính. 1.2 Các loại mô hình mạng 1.2.1. Các mô hình xử lý mạng 1.2.1.1. Mô hình xử lý mạng tập trung Toàn bộ các tiến trình xử lý diễn ra tại máy tính trung tâm. Các máy trạm cuối (terminals) được nối mạng với máy tính trung tâm và chỉ hoạt động như những thiết bị nhập xuất dữ liệu cho phép người dùng xem trên màn hình và nhập liệu bàn phím. Các máy trạm đầu cuối không lưu trữ và xử lý dữ liệu. Mô hình xử lý mạng trên có thể triển khai trên hệ thống phần cứng hoặc phần mềm được cài đặt trên server. Ưu điểm: dữ liệu được bảo mật an toàn, dễ backup và diệt virus. Chi phí cho các thiết bị thấp. Khuyết điểm: khó đáp ứng được các yêu cầu của nhiều ứng dụng khác nhau, tốc độ truy xuất chậm. 19
Hình 1.11. Mô hình xử lý mạng tập trung 1.2.1.2. Mô hình xử lý mạng phân phối Các máy tính có khả năng hoạt động độc lập, các công việc được tách nhỏ và giao cho nhiều máy tính khác nhau thay vì tập trung xử lý trên máy trung tâm. Tuy dữ liệu được xử lý và lưu trữ tại máy cục bộ nhưng các máy tính này được nối mạng với nhau nên chúng có thể trao đổi dữ liệu và dịch vụ. Ưu điểm: truy xuất nhanh, phần lớn không giới hạn các ứng dụng. Khuyết điểm: dữ liệu lưu trữ rời rạc khó đồng bộ, backup và rất dễ nhiễm virus Hình 1.12. Mô hình xử lý mạng phân phối 1.2.1.3. Mô hình xử lý mạng cộng tác Mô hình xử lý cộng tác bao gồm 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 20