Chư ơ ng 1: Nhậ p môn mạ ng máy tính
1
CHƯ Ơ NG 1: NHẬ P MÔN MẠ NG MÁY TÍNH
I. Khái niệ m mạ ng máy tính
Sự kế t hợ p củ a máy tính vớ i các hệ thố ng truyề n thông đặ c biệ t l à viễ n thông đã tạ o ra mộ t sự
chuyể n biế n có tính cách mạ ng trong vấ n đề tổ chứ c khai thác v à sử dụ ng các hệ thố ng máy tính. Mô
hình tậ p trung dự a trên các máy tính lớ n đãđư ợ c thay thế bở i mộ t mô hình tổ chứ c sử dụ ng mớ i trong
đó các máy tính đơ n lẻ đư ợ c kế t nố i lạ i để cùng thự c hiệ n công việ c. Mộ t môi tr ư ờ ng làm việ c nhiề u
ngư ờ i sử dụ ng phân tán đã hình thành, cho phép nâng cao hi ệ u quả khai thác tài nguyên chung từ
nhữ ng vị trí địa lý khác nhau. Các hệ thố ng nh ư thế đư ợ c gọ i là các mạ ng máy tính (computer
networks).
Như vậ y, mạ ng máy tính cho phép ng ư ờ i sử dụ ng trao đổ i thông tin, chia sẻ t ài nguyên, phố i hợ p
làm việ c…Mạ ng máy tính ngày nay đã trở thành mộ t lĩnh vự c nghiên cứ u phát triể n vàứ ng dụ ng cố t
lõi củ a công nghệ thông tin (CNTT), bao gồ m rấ t nhiề u vấ n đề , từ kiế n trúc đế n các nguy ên lý thiế t kế ,
cài đặ t và mô hình ứ ng dụ ng.
Từ đây, chúng ta có thể định nghĩa: mạ ng máy tính là mộ t tậ p hợ p các máy tính đ ư ợ c nố i vớ i nhau
bở i các đư ờ ng truyề n vậ t lý theo mộ t kiế n trúc n ào đó.
Đư ờ ng truyề n vậ t lý
Đư ờ ng truyề n vậ t lý dùng để chuyể n các tín hiệ u điệ n tử giữ a các máy tính. Các tín hiệ u điệ n tử đó
biể u thị các giá trị dữ liệ u d ư ớ i dạ ng các xung nhị phân (on-off). Tấ t cả các tín hiệ u đư ợ c truyề n giữ a
các máy tính đề u thuộ c mộ t dạ ng sóng điệ n từ n ào đó, trả i từ các tầ n số radio tớ i sóng cự c ngắ n (viba)
và tia hồ ng ngoạ i. Tùy theo tầ n số củ a sóng điệ n từ có thể d ùng các đư ờ ng truyề n vậ t lý khác nhau để
truyề n tín hiệ u.
Khi xem xét lự a chọ n đư ờ ng truyề n vậ t lý, ta cầ n chú ý tớ i các đặ c tr ư ng cơ bả n củ a chúng là giả i
thông (Bandwidth), độ suy hao và độ nhiễ u điệ n từ .
Giả i thông củ a mộ t đư ờ ng truyề n chính là độ đo phạ m vi tầ n số mà nó có thể đáp ứ ng đư ợ c. Ví dụ ,
giả i thông củ a đư ờ ng điệ n thoạ i là 400 - 4000 Hz, có nghĩa là nó có thể truyề n các tín hiệ u vớ i các tầ n
số nằ m trong phạ m vi tầ n số từ 400 dế n 4000 chu kỳ/giây.
Thông lư ợ ng (Throughput) củ a đ ư ờ ng truyề n là tố c độ truyề n dữ liệ u trên đư ờ ng truyề n, thư ờ ng
đư ợ c tính bằ ng số lư ợ ng bit đư ợ c truyề n đi trong 1 giây.
Độ suy hao là độ đo sự yế u đi củ a tín hiệ u tr ên đư ờ ng truyề n, nó phụ thuộ c vào độ dài củ a đư ờ ng
truyề n. Còn độ nhiễ u điệ n từ gây ra bở i tiế ng ồ n điệ n từ b ên ngoài làm ả nh hư ở ng đế n tín hiệ u trên
đư ờ ng truyề n.
Kiế n trúc mạ ng
Kiế n trúc mạ ng máy tính (Network architecture) thể hiệ n cách nố i các máy tính vớ i nhau ra sao v à
tậ p hợ p các quy tắ c, quy ư ớ c mà tấ t cả các thự c thể tham gia truyề n thông tr ên mạ ng phả i tuân theo để
đả m bả o cho mạ ng hoạ t độ ng tố t. Cách nố i các máy tính đ ư ợ c gọ i là hình trạ ng (topology) củ a mạ ng
(gọ i gọ n là topo củ a mạ ng). Còn tậ p hợ p các quy tắ c, quy ư ớ c truyề n thông thìđư ợ c gọ i là giao thứ c
(protocol) củ a mạ ng.
Topo mạ ng:
Có 2 kiể u nố i mạ ng chủ yế u l à điể m-điể m (point to point) và quả ng bá (boardcast hay point to
multipoint)
Chư ơ ng 1: Nhậ p môn mạ ng máy tính
2
Theo kiể u điể m-điể m, các đư ờ ng truyề n nố i từ ng cặ p nút vớ i nhau v à mỗ i nút đề u có trách nhiệ m
lư u trữ tạ m thờ i sau đó chuyể n tiế p dữ liệ u đi cho tớ i đích. Do cách thứ c l àm việ c như thế nên mạ ng
kiể u này còn đư ợ c gọ i là mạ ng "lư u và chuyể n tiế p". Mộ t số dạ ng topo củ a mạ ng điể m -điể m:
Theo kiể u quả ng bá, tấ t cả các nút phân chia chung mộ t đ ư ờ ng truyề n vậ t lý. Dữ liệ u đ ư ợ c gử i đi
từ mộ t nút nào đó sẽ có thể đư ợ c tiế p nhậ n bở i tấ t cả các nút c òn lạ i, bở i vậ y cầ n chỉ ra địa chỉ đích củ a
dữ liệ u để mỗ i nút căn cứ v ào đó kiể m tra xem dữ liệ u có phả i d ành cho máy mình hay không?
Mộ t số topo mạ ng kiể u quả ng bá:
Giao thứ c mạ ng:
Việ c trao đổ i thông tin, cho d ù là đơ n giả n nhấ t, cũng đề u phả i tuân theo nhữ ng quy tắ c nhấ t định.
Ngay cả hai ngư ờ i nói chuyệ n vớ i nhau, muố n cho cuộ c nói chuyệ n có kế t quả th ì ít nhấ t cả hai cũng
phả i ngầ m tuân thủ quy tắ c: khi ng ư ờ i này nói thì ngư ờ i kia nghe và ngư ợ c lạ i. Việ c truyề n tín hiệ u
trên mạ ng cũng vậ y, cầ n phả i có nhữ ng quy tắ c, quy ư ớ c về nhiề u mặ t, từ khuôn dạ ng (cú pháp, ngữ
nghĩa) củ a dữ liệ u cho tớ i các thủ tụ c gử i, nhậ n dữ liệ u, kiể m soát hiệ u quả v à chấ t lư ợ ng truyề n tin, xử
lý các lỗ i và sự cố . Tậ p hợ p tấ t cả các quy tắ c, quy ư ớ c đó đư ợ c gọ i là giao thứ c (protocol0 củ a mạ ng.
Các mạ ng có thể sử sụ ng các giao thứ c khác nhau t ùy vào sự lự a chọ n củ a ngư ờ i thiế t kế .
II. Lợ i ích và xu thế phát triể n củ a mạ ng máy tính
1. Lợ i ích
- Làm cho các tài nguyên có giá tr ị cao trở nên khả dụ ng đố i vớ i ngư ờ i sử dụ ng trên mạ ng (không
quan tâm đế n vị trí địa lý củ a tài nguyên và ngư ờ i sử dụ ng)
-Tăng độ tin cậ y củ a hệ thố ng nhờ khả năng thay thế khi xả y ra sự cố đố i vớ i mộ t máy tính n ào đó
(quan trọ ng đố i vớ i các ứ ng dụ ng trong thờ i gian thự c)
- Chia sẻ tài nguyên dùng chung :
Dữ liệ u, các chư ơ ng trình ứ ng dụ ng
Các thiế t bị ngoạ i vi : ổ đĩa ngoài, Printer, Scanner
Ring (vòng)
Bus (xa lộ )
Satelitte (vệ tinh)
hoặ c radio
Star (hình sao)
Loop (chu trình)
Tree (cây)
Complete (đầ y đủ )
Chư ơ ng 1: Nhậ p môn mạ ng máy tính
3
- Cho phép giao tiế p trự c tuyế n (online).
Cụ thể như , nhữ ng lợ i ích củ a mạ ng máy tính gồ m :
- Nhiề u ngư ờ i có thể dùng chung phầ n mề m tiệ n ích
- Mộ t nhóm ngư ờ i có thể thự c hiệ n mộ t đề án, nế u nố i mạ ng họ sẽ d ùng chung dữ liệ u củ a đề án,
dùng chung tệ p tin chính củ a đề án, họ trao đổ i thông tin dễ d àng.
- Dữ liệ u đư ợ c quả n lý tậ p trung nên an toàn hơ n, trao đổ i giữ a ngư ờ i sử dụ ng thuậ n lợ i và nhanh
chóng hơ n .
- Có thể sử dụ ng chung các thiế t bị ngoạ i vi đắ t tiề n (máy in, máy vẽ …)
-Ngư ờ i sử dụ ng có thể trao đổ i th ư tín vớ i nhau dễ dàng và thể sử dụ ng mạ ng như mộ t công cụ để
phổ biế n tin tứ c, thông báo về mộ t chính sách mớ i, về nộ i dung buổ i họ p, về các thông tin kin h tế
khác như giá trị thị trư ờ ng, tin giao vặ t, hoặ c xế p thờ i khoá biể u củ a mộ t ng ư ờ i chen lẫ n vớ i thờ i
khoá biể u củ a ngư ờ i khác …
- Mộ t số ngư ờ i sử dụ ng không cầ n phả i trang bị máy tính đắ t tiề n
- Rấ t an toàn dữ liệ u và phầ n mề m vì hệ điề u hành sẽ khoá các các tin (file) khi có nhữ ng ngư ờ i
không đủ quyề n hạ n truy nhậ p v ào các tệ p tin và thư mụ c
2. Xu thế phát triể n
- Mạ ng cụ c bộ không dây
- Mạ ng cụ c bộ dự a trên các tổ ng đài và hệ thố ng điệ n thoạ i có sẵ n trong từ ng khu nh à (đơ n vị,
trư ờ ng họ c, doanh nghiệ p)
- Mạ ng Internet tố c độ cao (ADSL, VDSL,…)
- Mạ ng internet dự a trên mạ ng điệ n lư ớ i sẵ n có
- Các dịch vụ gia tăng trên Internet:
+ Truy xuấ t thông tin (vố n đã có sẵ n từ trư ớ c)
+Thư ơ ng mạ i điệ n tử
+ Giả i trí qua mạ ng
+Đào tạ o từ xa
+ Hộ i nghị trự c tuyế n
III. Phân loạ i mạ ng máy tính
Có nhiề u loạ i mạ ng khác nhau t ùy thuộ c vào yế u tố chính đư ợ c chọ n để làm chỉ tiêu phân loạ i,
chẳ ng hạ n đó là "khoả ng cách địa lý", "kỹ thuậ t chuyể n mạ ch", hay " kiế n trúc mạ ng"…
1. Phân loạ i theo khoả ng cách địa lý
- Mạ ng cụ c bộ (Local Area Network - LAN ): là mạ ng đư ợ c cài đặ t trong mộ t phạ m vi tư ơ ng đố i nhỏ
(ví dụ trong mộ t tòa nhà, khu trư ờ ng họ c…) vớ i khoả ng cách lớ n nhấ t giữ a các máy tính nút mạ ng
chỉ trong vòng vài chụ c km trở lạ i.
- Mạ ng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN): Là mạ ng đư ợ c cài đặ t trong phạ m vi mộ t đô thị
hay mộ t trung tâm kinh tế - xã hộ i có bán kính khoả ng 100 km trở lạ i
- Mạ ng diệ n rộ ng (Wide Area Network - WAN): Phạ m vi củ a mạ ng có thể v ư ợ t qua biên giớ i quố c
gia và thậ m chí cả lụ c địa.
- Mạ ng toàn cầ u (Global Area Network - GAN): phạ m vi củ a mạ ng trả i rộ ng kháp các lụ c địa củ a trái
đấ t.
2. Phân loạ i theo kỹ thuậ t chuyể n mạ ch
Mạ ng chuyể n mạ ch kênh (circuit - switched networks):
Chư ơ ng 1: Nhậ p môn mạ ng máy tính
4
Trong trư ờ ng hợ p này, khi có hai thự c thể cầ n trao đổ i thông tin vớ i nhau th ì giữ a chúng sẽ đư ợ c
thiế t lậ p mộ t "kênh" (circuit) cố định và đư ợ c duy trì cho đế n khi mộ t trong hai b ên ngắ t liên lạ c. Các
dữ liệ u chỉ đư ợ c truyề n theo con đư ờ ng cố định đó.
Phư ơ ng pháp chuyể n mạ ch kênh có hai như ợ c điể m chính: mộ t là phả i tiêu tố n thờ i gian để thiế t
lậ p con đư ờ ng (kênh) cố định giữ a hai thự c thể , v à hai là hiệ u suấ t sử dụ ng đư ờ ng truyề n không cao vì
sẽ có lúc kênh bị bỏ không do cả hai đề u hế t thông tin cầ n truyề n trong khi các thự c thể khác không
đư ợ c phép sử dụ ng kênh truyề n này. Mạ ng điệ n thoạ i là mộ t ví dụ điể n hình củ a mạ ng chuyể n mạ ch
kênh.
Mạ ng chuyể n mạ ch thông báo (message - switched networks):
Thông báo (message) là mộ t đơ n vị thông tin củ a ngư ờ i sử dụ ng có khuôn dạ ng đ ư ợ c quy định
trư ớ c. Mỗ i thông báo đề u có chứ a v ùng thông tin điề u khiể n trong đó chỉ rõđích củ a thông báo. Căn
cứ vào thông tin này mà mỗ i nút trung gian có thể chuyể n thông báo tớ i nút kế tiế p theo đ ư ờ ng dẫ n tớ i
đích củ a nó. Như vậ y mỗ i nút cầ n phả i lư u trữ tạ m thờ i để "đọ c" thông tin điề u khiể n tr ên thông báo để
rồ i sau đó chuyể n tiế p thông báo đi. Tùy thuộ c vào điề u kiệ n củ a mạ ng, các thông báo khác nhau có
thể đư ợ c gử i đi trên các con đư ờ ng khác nhau.
Phư ơ ng pháp này có nhi ề u ư u điể m so vớ i phư ơ ng pháp chuyể n mạ ch kênh:
+ Hiệ u suấ t sử dụ ng đư ờ ng truyề n cao vì không bị chiế m dụ ng độ c quyề n mà đư ợ c phân chia giữ a
nhiề u thự c thể .
+ Mỗ i nút mạ ng có thể lư u trữ thông báo cho tớ i khi kênh truyề n rỗ i mớ i gử i thông báo đi, do đó
giả m đư ợ c tình trạ ng tắ c nghẽ n.
+ Có thể điề u khiể n việ c truyề n tin bằ ng cách sắ p xế p độ ư u tiên cho các thông báo.
+ Có thể tăng hiệ u suấ t sử dụ ng giả i thông củ a mạ ng bằ ng cách gán địa chỉ quả ng bá (boardcast
addressing) để gử i thông báo đồ ng thờ i tớ i nhiề u đích.
Như ợ c điể m chủ yế u củ a phư ơ ng pháp chuyể n mạ ch thông báo là không hạ n chế kích thư ớ c củ a
các thông báo, có thể dẫ n đế n phí tổ n lư u trữ tạ m thờ i cao vàả nh hư ở ng đế n thờ i gian đáp (response
time) và chấ t lư ợ ng truyề n đi. Rõ ràng là chuyể n mạ ch thông báo thích hợ p vớ i các dịch vụ thông tin
kiể u như thư điệ n tử hơ n là đố i vớ i các áp dụ ng có tính thờ i gian thự c v ì tồ n tạ i độ trễ nhấ t định do lư u
trữ và xử lý thông tin điề u khiể n tạ i mỗ i nút.
Mạ ng chuyể n mạ ch gói (packet - switched networks)
Trong trư ờ ng hợ p này, mỗ i thông báo đư ợ c chia thành nhiề u phầ n nhỏ hơ n gọ i là các gói tin
(packet) có khuôn dạ ng quy định trư ớ c. Mỗ i gói tin cũng chứ a các thông tin điề u khiể n, trong đó có địa
chỉ nguồ n (ngư ờ i gử i) và đích (ngư ờ i nhậ n) củ a gói tin. Các gói tin thuộ c về mộ t thông báo n ào đó có
thể gử i đi qua mạ ng để tớ i đích bằ ng nhiề u con đ ư ờ ng khác nhau.
Chúng ta thấ y các phư ơ ng pháp chuyể n mạ ch thông báo và chuyể n mạ ch gói là gầ n giố ng nhau.
Điể m khác biệ t làở chỗ các gói tin đư ợ c giớ i hạ n kích thư ớ c tố i đa sao cho các nút mạ ng có thể xử lý
toàn bộ gói tin trong bộ nhớ mà không cầ n phả i lư u trữ tạ m thờ i trên đĩa. Bở i thế nên mạ ng chuyể n
mạ ch gói truyề n các gói tin qua mạ ng nhanh h ơ n và hiệ u quả hơ n so vớ i mạ ng chuyể n mạ ch thông báo.
Vấ n đề khó khăn nhấ t củ a mạ ng loạ i n ày là việ c tậ p hợ p các gói tin để tạ o lạ i thông báo ban đầ u
củ a ngư ờ i sử dụ ng, đặ c biệ t các gói tin đ ư ợ c truyề n theo nhiề u đư ờ ng khác nhau. Cầ n phả i cài đặ t các
cơ chế "đánh dấ u" gói tin và phụ c hồ i các gói tin bị thấ t lạ c hoặ c truyề n bị lỗ i cho các nút mạ ng.
Do có ư u điể m mề m dẻ o và hiệ u suấ t cao hơ n nên hiệ n nay mạ ng chuyể n mạ ch gói đ ư ợ c dùng phổ
biế n hơ n mạ ng chuyể n mạ ch thông bá o. Việ c tích hợ p cả hai kỹ thuậ t chuyể n mạ ch (k ênh và gói) trong
mộ t mạ ng thố ng nhấ t đư ợ c gọ i là mạ ng tích hợ p dịch vụ kỹ thuậ t số - Integrated Services Digital
networks - viế t tắ t ISDN.
3. Phân loạ i theo kiế n trúc mạ ng.
Chư ơ ng 1: Nhậ p môn mạ ng máy tính
5
Ngư ờ i ta còn có thể phân loạ i mạ ng theo kiế n trúc mạ ng (topo và giao thứ c sử dụ ng). Chẳ ng hạ n
chúng ta thư ờ ng nghe nói đế n mạ ng ISO (theo kiế n trúc chuẩ n quố c tế ) hay mạ ng ICP/IP…
IV. Kiế n trúc phân tầ ng OSI
Để giả m độ phứ c tạ p củ a việ c thiế t kế v à cài đặ t mạ ng, hầ u hế t các mạ ng máy tính hiệ n có đề u
đư ợ c phân tích thiế t kế theo quan điể m phân tầ ng (layering). Mỗ i hệ thố ng th ành phầ n củ a mạ ng đư ợ c
xem như là mộ t câud trúc đa tầ ng, trong đó mỗ i tầ ng đ ư ợ c xây trên tầ ng trư ớ c nó. Số lư ợ ng các tầ ng
cũng như tên và chứ c năng củ a mỗ i tầ ng là tùy thuộ c vào các nhà thiế t kế .
Khi thiế t kế , các nhà thiế t kế tự do lự a chọ n kiế n trúc mạ ng ri êng củ a mình. Từ đó dẫ n đế n tình
trạ ng không tư ơ ng thích giữ a các mạ ng: phư ơ ng pháp truy nhậ p đư ờ ng truyề n khác nhau, sử dụ ng họ
giao thứ c khác nhau… Sự không t ư ơ ng thích đó làm trở ngạ i cho sự tư ơ ng tác củ a ngư ờ i sử dụ ng các
mạ ng khác nhau.
Vì lý do đó, Tổ chứ c tiêu chuẩ n hóa quố c tế (International Orgnization for Standardization - ISO)
đã lậ p ra mộ t tiể u ban (vào năm 1977) nhằ m phát triể n mộ t khung chuẩ n. Kế t quả l à vào năm 1984,
ISO đã xây dự ng xong Mô hình tham chiế u cho việ c kế t nố i các hệ thố ng mở (Reference Model for
Open Systems Interconnection) g ọ i tắ t là mô hình OSI
Mô hình OSI gồ m có 7 tầ ng như sau:
1. Tầ ng vậ t lý
Tầ ng Vậ t lý cung cấ p các ph ư ơ ng tiệ n điệ n, cơ , chứ c năng, thủ tụ c để kích hoạ t, duy tr ì và đình chỉ liên
kế t vậ t lý giữ a các hệ thố ng.
Ở đây, thuộ c tính điệ n liên quan đế n sự biể u diễ n các bit (các mứ c điệ n thế ) v à tố c độ truyề n các bit,
thuộ c tính cơ liên quan đế n các tính chấ t vậ t lý củ a giao diệ n vớ i mộ t đư ờ ng truyề n (kích thư ớ c, cấ u
hình). Thuộ c tính chứ c năng chỉ ra các chứ c năng đư ợ c thự c hiệ n bở i các phầ n tử củ a giao diệ n vậ t lý,
giữ a mộ t hệ thố ng và đư ờ ng truyề n, và thuộ c tính thủ tụ c liên quan đế n giao thứ c điề u khiể n việ c
truyề n các xâu bit qua đư ờ ng truyề n vậ t lý.
2. Tầ ng liên kế t dữ liệ u
Tầ ng liên kế t dữ liệ u cung cấ p các ph ư ơ ng tiệ n để truyề n thông tin qua li ên kế t vậ t lý đả m bả o tin cậ y
thông qua các cơ chế đồ ng bộ hóa, kiể m soát lỗ i v à kiể m soát luồ ng dữ liệ u.
3. Tầ ng mạ ng
Cấ u trúc củ a tầ ng Mạ ng (Net work layer) đư ợ c nhiề u chuyên gia đánh giá là phứ c tạ p nhấ t trong các
tầ ng củ a mô hình OSI. Tầ ng Mạ ng cung cấ p các ph ư ơ ng tiệ n để truyề n các đơ n vị dữ liệ u qua mạ ng
thậ m chí qua mộ t mạ ng củ a mạ ng (network of networks). Bở i vậ y nó cầ n phả i đáp ứ ng vớ i nhiề u kiể u
mạ ng và nhiề u kiể u dịch vụ cung cấ p bở i các mạ ng khác nhau. Các dịch vụ v à giao thứ c cho tầ ng
Hệ thố ng mở B
7
APPLICATION
Giao thứ c tầ ng 7
Ứ NG DỤ NG
7
6
PRESENTATION
Giao thứ c tầ ng 6
TRÌNH DIỄ N
6
5
SESSION
Giao thứ c tầ ng 5
PHIÊN
5
4
TRANSPORT
Giao thứ c tầ ng 4
GIAO VẬ N
4
3
NETWORK
Giao thứ c tầ ng 3
MẠ NG
3
2
DATA LINK
Giao thứ c tầ ng 2
LIÊN KẾ T DỮ LIỆ U
2
1
PHYSICAL
Giao thức tầng 1
VẬT LÝ
1
Đường truyền vật lý