Mạng máy tính

1.1. Định nghĩa mạng máy tính

Mạng máy tính là tập hợp các máy tính đơn lẻ được kết nối với nhau bằng các phương tiện

truyền vật lý (Transmission Medium) và theo một kiến trúc mạng xác định (Network Architecture).

Mạng viễn thông cũng là mạng máy tính. Các node chuyển mạch là hệ thống máy tính được

kết nối với nhau bằng các đường truyền dẫn và hoạt động truyền thông tuân theo các chuẩn mô hình tham chiếu OSI. Hình 1.2 mô tả khái quát các thành phần của định nghĩa.

        Kiến trúc mạng gồm cấu trúc mạng (Topology) và giao thức mạng (Protocols). Topology là cấu trúc hình học của các thực thể mạng và giao thức mạng là tập các quy tắc chuẩn các thực thể hoạt động truyền thông phải tuân theo.

1.2. Mục tiêu mạng máy tính

1.2.1. Mục tiêu kết nối mạng máy tính

- Cùng chia sẻ các tài nguyên chung, bất kỳ người sử dụng nào cũng có quyền khai thác, 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

xẩy ra sự cố kỹ thuật thì vẫn duy trì sự hoạt động bình thường của hệ thống.

- Tạo môi trường giao tiếp giữa người với người. Chinh phục được khoảng cách, con người

có thể trao đổi, thảo luận với nhau cách xa nhau hàng nghìn km.

1.2.2. Lợi ích kết nối mạng

- Có thể giảm số lượng máy in, đĩa cứng và các thiết bị khác. Kinh tế trong việc đầu tư xây

dựng cho một hệ thống tin học của một cơ quan, xí nghiêp, doanh nghiệp...

- Dùng chung tài nguyên đắt tiền như máy in, phần mềm...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.

- Bảo đảm 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 mạng đa dạng,

chia sẻ tài nguyên chung và giảm bớt các chi phí về đầu tư trang thiết bị.

1.3. Các dịch vụ mạng

1.3.1. Các xu hướng phát triển dịch vụ mạng máy tính

- Cung cấp các dịch vụ truy nhập vào các nguồn thông tin ở xa để khai thác và xử lý thông

tin. Cung cấp các dịch vụ mua bán, giao dịch qua mạng...

- Phát triển các dịch vụ tương tác giữa người với người trên phạm vi diện rộng. Đáp ứng

nhu cầu trao đổi thông tin đa dịch vụ, đa phương tiện. Tạo các khả năng làm việc theo nhóm bằng các dịch vụ thư điện tử, video hội nghị, chữa bệnh từ xa ...

- Xu hướng phát triển các dịch vụ giải trí trực tuyến (Online) hiện đại. Các hình thức dịch

vụ truyền hình, nghe nhạc, chơi game trực tuyến qua mạng......

1.3.2. Các dịch vụ phổ biến trên mạng máy tính

- Dịch vụ tệp (File services) cho phép chia sẻ tài nguyên thông tin chung, chuyển giao các

tệp dữ liệu từ máy này sang máy khác. Tìm kiếm thông tin và điều khiển truy nhập. Dịch vụ thư điện tử E_Mail (Electronic mail) cung cấp cho người sử dụng phương tiện trao đổi, tranh luận bằng thư điện tử. Dịch vụ thư điện tử giá thành hạ, chuyển phát nhanh, an toàn và nội dung có thể tích hợp các loại dữ liệu.

6

Chương 1: Khái niệm về mạng máy tính

- Dịch vụ in ấn: Có thể dùng chung các máy in đắt tiền trên mạng. Cung cấp khả năng đa truy nhập đến máy in, phục vụ đồng thời cho nhiều nhu cầu in khác nhau. Cung cấp các dịch vụ FAX và quản lý được các trang thiết bị in chuyên dụng.

- Các dịch vụ ứng dụng hướng đối tượng: Sử dụng các dịch vụ thông điệp (Message) làm

trung gian tác động đến các đối tượng truyền thông. Đối tượng chỉ bàn giao dữ liệu cho tác nhân (Agent) và tác nhân sẽ bàn giao dữ liệu cho đối tượng đích.

- Các dịch vụ ứng dụng quản trị luồng công việc trong nhóm làm việc: Định tuyến các tài

liệu điện tử giữa những người trong nhóm. Khi chữ ký điện tử được xác nhận trong các phiên giao dịch thì có thể thay thế được nhiều tiến trình mới hiệu quả và nhanh chóng hơn.

- Dịch vụ cơ sở dữ liệu là dịch vụ phổ biến về các dịch vụ ứng dụng, là các ứng dụng theo

mô hình Client/Server. Dịch vụ xử lý phân tán lưu trữ dữ liệu phân tán trên mạng, người dùng trong suốt và dễ sử dụng, đáp ứng các nhu cầu truy nhập của người sử dụng.

1.4. Cấu trúc mạng (Topology)

Topology là cấu trúc hình học không gian của mạng thực chất là cách bố trí vị trí vật lý các

node và cách thức kết nối chúng lại với nhau. Có hai kiểu cấu trúc mạng: kiểu điểm - điểm (Point to Point) và kiểu quảng bá (Multi Point).

1.4.1. Kiểu điểm - điểm (Point to Point)

Đường truyền nối từng cặp node lại với nhau theo một hình học xác định. Một kênh truyền

vật lý sẽ được thiết lập giữa 2 node có nhu cầu trao đổi thông tin. Chức năng các node trung gian: tiếp nhận, lưu trữ tạm thời và gửi tiếp thông tin sang node tiếp theo khi đường truyền rỗi. Cấu trúc điểm- điểm gọi là mạng lưu và gửi tiếp (Store - and - Forward).

Ưu điểm là ít khả năng đụng độ thông tin (Collision). Nhược điểm của nó là hiệu suất sử

dụng đường truyền thấp. Chiếm dụng nhiều tài nguyên, độ trễ lớn, tiêu tốn nhiều thời gian để thiết lập đường truyền và xử lý tại các node. Vì vậy tốc độ trao đổi thông tin thấp.

1.4.2. Kiểu đa điểm hay quảng bá (Point to Multipoint, Broadcasting)

Tất cả các node cùng truy nhập chung trên một đường truyền vật lý. Một thông điệp được

truyền đi từ một node nào đó sẽ được tất cả các node còn lại tiếp nhận và kiểm tra địa chỉ đích trong thông điệp có phải của nó hay không. Cần thiết phải có cơ chế để giải quyết vấn đề đụng độ thông tin (Collision) hay tắc nghẽn thông tin trên đường truyền trong các mạng hình BUS và hình RING.

Các mạng có cấu trúc quảng bá được phân chia thành hai loại: quảng bá tĩnh và quảng bá

động phụ thuộc vào việc cấp phát đường truyền cho các node. Trong quảng bá động có quảng bá động tập trung và quảng bá động phân tán.

Quảng bá tĩnh: Chia thời gian thành nhiều khoảng rời rạc và dùng cơ chế quay vòng

(Round Robin) để cấp phát đường truyền. Các node có quyền được truy nhập khi đến cửa thời gian của nó.

Quảng bá động tập trung: Một thiết bị trung gian có chức năng tiếp nhận yêu cầu liên lạc và

cấp phát đường truyền cho các node. Kiểu cấp phát này giảm được tối đa thời gian chết của đường truyền, hiệu suất kênh truyền cao, nhưng thiết kế phức tạp và khó khăn.

Quảng bá động phân tán: Không có bộ trung gian, các node tự quyết định có nên hay không

nên truy nhập đường truyền, phụ thuộc vào trạng thái của mạng.

1.5. Khái niệm giao thức mạng máy tính (Protocols)

1.5.1. Khái niệm về giao thức

Các thực thể của mạng muốn trao đổi thông tin với nhau phải bắt tay, đàm phán về một số

thủ tục, quy tắc... Cùng phải "nói chung một ngôn ngữ". Tập quy tắc hội thoại được gọi là giao

thức mạng (Protocols). Các thành phần chính của một giao thức bao gồm:

- Cú pháp: định dạng dữ liệu, phương thức mã hoá và các mức tín hiệu.

- Ngữ nghĩa: thông tin điều khiển, điều khiển lưu lượng và xử lý lỗi..

Trao đổi thông tin giữa hai thực thể có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp. Trong hai hệ thống kết

nối điểm - điểm, các thực thể có thể trao đổi thông tin trực tiếp không có sự can thiệp của các thực thể trung gian. Trong cấu trúc quảng bá, hai thực thể trao đổi dữ liệu với nhau phải thông qua các

 thực thể trung gian. Phức tạp hơn khi các thực thể không chia sẻ trên cùng một mạng chuyển mạch, kết nối gián tiếp phải qua nhiều mạng con.

 1.5.2. Chức năng giao thức

Đóng gói: Trong quá trình trao đổi thông tin, các gói dữ liệu được thêm vào một số thông tin

điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, mã phát hiện lỗi, điều khiển giao thức... Việc thêm thông tin điều khiển vào các gói dữ liệu được gọi là quá trình đóng gói (Encapsulation). Bên thu sẽ được thực hiện ngược lại, thông tin điều khiển sẽ được gỡ bỏ khi gói tin được chuyển từ tầng dưới lên tầng trên.

Phân đoạn và hợp lại: Mạng truyền thông chỉ chấp nhận kích thước các gói dữ liệu cố định.

Các giao thức ở các tầng thấp cần phải cắt dữ liệu thành những gói có kích thước quy định. Quá trình này gọi là quá trình phân đoạn. Ngược với quá trình phân đoạn bên phát là quá trình hợp lại bên thu. Dữ liệu phân đoạn cần phải được hợp lại thành thông điệp thích hợp ở tầng ứng dụng (Application). Vì vậy vấn đề đảm bảo thứ tự các gói đến đích là rất quan trọng. Gói dữ liệu trao đổi giữa hai thực thể qua giao thức gọi là đơn vị giao thức dữ liệu PDU (Protocol Data Unit).

Điều khiển liên kết: Trao đổi thông tin giữa các thưc thể có thể thực hiện theo hai phương

thức: hướng liên kết (Connection - Oriented) và không liên kết (Connectionless). Truyền không liên kết không yêu cầu có độ tin cậy cao, không yêu cầu chất lượng dịch vụ và không yêu cầu xác nhận. Ngược lại, truyền theo phương thức hướng liên kết, yêu cầu có độ tin cậy cao, đảm bảo chất lượng dịch vụ và có xác nhận. Trước khi hai thực thể trao đổi thông tin với nhau, giữa chúng một kết nối được thiết lập và sau khi trao đổi xong, kết nối này sẽ được giải phóng.

Giám sát: Các gói tin PDU có thể lưu chuyển độc lập theo các con đường khác nhau, khi

đến đích có thể không theo thứ tự như khi phát. Trong phương thức hướng liên kết, các gói tin phải được yêu cầu giám sát. Mỗi một PDU có một mã tập hợp duy nhất và được đăng ký theo tuần tự. Các thực thể nhận sẽ khôi phục thứ tự các gói tin như thứ tự bên phát.

Điều khiển lưu lượng liên quan đến khả năng tiếp nhận các gói tin của thực thể bên thu và

số lượng hoặc tốc độ của dữ liệu được truyền bởi thực thể bên phát sao cho bên thu không bị tràn ngập, đảm bảo tốc độ cao nhất. Một dạng đơn giản của của điều khiển lưu lượng là thủ tục dừng và đợi (Stop-and Wait), trong đó mỗi PDU đã phát cần phải được xác nhận trước khi truyền gói tin tiếp theo. Có độ tin cậy cao khi truyền một số lượng nhất định dữ liệu mà không cần xác nhận. Kỹ thuật cửa sổ trượt là thí dụ cơ chế này. Điều khiển lưu lượng là một chức năng quan trọng cần phải được thực hiện trong một số giao thức.

Điều khiển lỗi là kỹ thuật cần thiết nhằm bảo vệ dữ liệu không bị mất hoặc bị hỏng trong

quá trình trao đổi thông tin. Phát hiện và sửa lỗi bao gồm việc phát hiện lỗi trên cơ sở kiểm tra khung và truyền lại các PDU khi có lỗi. Nếu một thực thể nhận xác nhận PDU lỗi, thông thường gói tin đó sẽ phải được phát lại.

Đồng bộ hoá: Các thực thể giao thức có các tham số về các biến trạng thái và định nghĩa

trạng thái, đó là các tham số về kích thước cửa sổ, tham số liên kết và giá trị thời gian. Hai thực thể truyền thông trong giao thức cần phải đồng thời trong cùng một trạng thái xác định. Ví dụ cùng trạng thái khởi tạo, điểm kiểm tra và huỷ bỏ, được gọi là đồng bộ hoá. Đồng bộ hoá sẽ khó khăn nếu một thực thể chỉ xác định được trạng thái của thực thể khác khi nhận các gói tin. Các góitin không đến ngay mà phải mất một khoảng thời gian để lưu chuyển từ nguồn đến đích và các gói tin PDU cũng có thể bị thất lạc trong quá trình truyền.

Địa chỉ hoá: Hai thực thể có thể truyền thông được với nhau, cần phải nhận dạng được

nhau. Trong mạng quảng bá, các thực thể phải nhận dạng định danh của nó trong gói tin. Trong các mạng chuyển mạch, mạng cần nhận biết thực thể đích để định tuyến dữ liệu trước khi thiết lập kết nối. 

1.6. Cáp mạng - phương tiện truyền (Network Medium)

Phương tiện truyền vật lý là vật truyền tải các tín hiệu điện tử giữa các thành phần mạng với

nhau, bao gồm các loại cáp và các phương tiện vô tuyến.

1.6.1. Đặc trưng cơ bản của đường truyền

Băng thông (Bandwidth): Băng thông của một đường truyền là miền tần số giới hạn thấp và

tần số giới hạn cao, tức là miền tần số mà đường truyền đó có thể đáp ứng được. Ví dụ băng thông của cáp thoại từ 400 đến 4000 Hz, có nghĩa là nó có thể truyền các tín hiệu với tần số từ 400 đến 4000 chu kỳ/giây. Băng thông của cáp phụ thuộc vào chiều dài của cáp. Cáp ngắn băng thông cao và ngược lại. Vì vậy khi thiết kế lắp đặt cáp, chiều dài cáp sao cho không vượt qua giới hạn cho phép, vì có thể xẩy ra lỗi trong quá trình truyền.

Thông lượng (Throughput) Thông lượng của đường truyền là số lượng các bit (chuỗi bit)

được truyền đi trong một giây. Hay nói cách khác là tốc độ của đường truyền dẫn. Ký hiệu là bit/s hoặc bps. Tốc độ của đường truyền phụ thuộc vào băng thông và độ dài của nó. Một mạng LAN Ethernet tốc độ truyền 10 Mbps và có băng thông là 10 Mbps.

Suy hao (Attenuation): Là độ đo sự suy yếu của các tín hiệu trên đường truyền. Suy hao phụ

thuộc vào độ dài của cáp, cáp càng dài thì suy hao càng cao. Khi thiết kế cáp cũng rất cần quan tâm đến giới hạn chiều dài cho phép của từng loại cáp.

1.6.2. Các loại cáp mạng

Cáp đồng trục (Coaxial cable): Là phương tiện truyền các tín hiệu có phổ rộng và tốc độ

cao. Băng thông của cáp đồng trục từ 2,5 Mbps (ARCnet) đến 10 Mbps (Ethernet). Thường sử dụng để lắp đặt mạng hình BUS (các loại mạng LAN cục bộ Thick Ethernet, Thin Ethernet) và mạng hình sao (mạng ARCnet).

Cáp đồng trục gồm: một dây dẫn trung tâm, một dây dẫn ngoài, tạo nên đường ống bao

quanh trục, tầng cách điện giữa 2 dây dẫn và cáp vỏ bọc ngoài.

Các loại cáp đồng trục .

- Cáp RC-8 và RCA-11, 50 Ohm dùng cho mạng Thick Ethernet. - Cáp RC-58 , 50 Ohm dùng cho mạng Thin Ethernet. - Cáp RG-59 , 75 Ohm dùng cho truyền hình cáp. - Cáp RC-62, 93 Ohm dùng cho mạng ARCnet.

Cáp xoắn đôi (Twisted Pair cable): Cáp xoắn đôi được sử dụng trong các mạng LAN cục

bộ. Giá thành rẻ, dễ cài đặt, có vỏ bọc tránh nhiệt độ, độ ẩm và có loại có khả năng chống nhiễu

STP (Shield Twisted Pair). Cáp cơ bản có 2 dây đồng xoắn vào nhau, giảm độ nhạy của cáp với

EMI, giảm bức xạ âm nhiễu tần số radio gây nhiễu. Các loại cáp xoắn:

- Cáp có màng chắn (STP): Loại cáp STP thường có tốc độ truyền vào khoảng 16 Mbps

trong loại mạng Token Ring. Với chiều dài 100 m tốc độ đạt 155 Mbps (lý thuyết là 500 Mbps). Suy hao cho phép khoảng 100 m, đặc tính EMI cao. Giá thành cao hơn cáp Thin Ethernet, cáp xoắn trần, nhưng lại rẻ hơn giá thành loại cáp Thick Ethernet hay cáp sợi quang. Cài đặt đòi hỏi tay nghề và kỹ năng cao.

- Loại cáp không có vỏ bọc UTP (Unshield Twisted Pair): Cáp trần không có khả năng

chống nhiễu, tốc độ truyền khoảng 100 Mbps. Đặc tính suy hao như cáp đồng, giới hạn độ dài tối đa 100m. Do thiếu màng chắn nên rất nhạy cảm với EMI, không phù hợp với môi trường các nhà máy. Được dùng phổ biến cho các loại mạng, giá thành hạ, dễ lắp đặt.

Cáp sợi quang (Fiber Optic Cable) rất lý tưởng cho việc truyền dữ liệu, băng thông có thể

đạt 2 Gbps, tránh nhiễu tốt, tốc độ truyền 100 Mbps trên đoạn cáp dài vài km. Cáp sợi quang gồm một hoặc nhiều sợi quang trung tâm được bao bọc bởi một lớp vỏ nhựa phản xạ các tín hiệu trở lại, vì vậy hạn chế sự suy hao, mất mát tín hiệu. Cáp sợi quang chỉ truyền các tín hiệu quang. Các tín hiệu dữ liệu được biến đổi thành các tín hiệu quang trên đường truyền và khi nhận, các tín hiệu quang chuyển thành các tín hiệu dữ liệu. Cáp sợi quang hoạt động một trong hai chế độ: chế độ đơn (Single Mode) và đa chế độ (Multi Mode). Cài đặt cáp sợi quang đòi hỏi phải có kỹ năng cao, quy trình khó và phức tạp.

1.6.3. Các phương tiện vô tuyến

Radio: Quang phổ của điện từ nằm trong khoảng 10 KHz đến 1GHz. Có nhiều giải tần:

Sóng ngắn (Short Wave), VHF (VeryHightFrequency)-Tivi&Radio FM và UHF (Ultra Hight

Frequency)-Tivi

Đặc tính truyền: tần số đơn, công suất thấp không hỗ trợ tốc độ dữ liệu các mạng cục bộ

LAN yêu cầu. Tần số đơn, công suất cao dễ cài đặt, băng thông cao từ 1 - 10 Mbps, suy hao chậm. Khả năng nhiễu từ thấp, bảo mật kém. Giá thành cao trung bình. Radio quang phổ trải (Spread spectrum) độ tin cậy cao, bảo mật dữ liệu. Băng thông cao, tốc độ truyền có thể đạt theo yêu cầu của các mạng cục bộ.

Viba: Truyền thông viba có hai dạng: Viba mặt đất và vệ tinh. Viba mặt đất sử dụng các

trạm thu và phát. Kỹ thuật truyền thông vệ tinh sử dụng các trạm thu mặt đất (các đĩa vệ tinh) và các vệ tinh. Tín hiệu đến vệ tinh và từ vệ tinh đến trạm thu một lượt đi hoặc về 23.000 dặm. Thời gian truyền một tín hiệu độc lập với khoảng cách. Thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến các trạm nằm vòng tròn 1/3 chu vi quả đất là như nhau, gọi là trễ lan truyền (Propagation Delay). Thông thường là 0,5-5 giây.

Tia hồng ngoại (Infrared system): Có 2 phương thức kết nối mạng Point - to - Point và

Multi Point. Point - to - Point tiếp sóng các tín hiệu hồng ngoại từ thiết bị này sang thiết bị khác.Giải tần từ 100 GHz đến 1000 THz, tốc độ truyền khoảng 100 Kbps-16 Mbps. Multi Point truyền đồng thời các tín hiệu hồng ngoại đến các thiết bị. Giải tần số từ 100 GHz đến 1000 THz, nhưng tốc độ truyền chỉ đạt tối đa 1 Mbps.

1.7. Phân loại mạng

1.7.1. Theo khoảng cách

a. Mạng cục bộ LAN (Local Area Networks):

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:

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 10ms), độ tin cậy cao, tỷ số lỗi bit từ 10-8 đến 10-11.

Cấu trúc tôpô của mạng đa dạng. Ví dụ Mạng hình BUS, hình vòng (Ring), hình sao (Star)

và các loại mạng kết hợp, lai ghép..... 

- Mạng hình BUS hoạt động theo kiểu quảng bá (Broadcast). Tất cả các node truy nhập chung trên một đường truyền vật lý có đầu và cuối (BUS). Chuẩn IEEE 802.3 được gọi là Ethernet, là một mạng hình BUS quảng bá với cơ chế điều khiển quảng bá động phân tán, trao đổi thông tin với tốc độ 10 Mbps hoặc 100 Mbps.

Phương thức truy nhập đường truyền được sử dụng trong mạng hình BUS hoặc TOKEN

BUS, hoặc đa truy nhập sử dụng sóng mang với việc phát hiện xung đột thông tin trên đường truyền CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

- Mạng hình vòng (RING) là mạng quảng bá (Broadcast), tất cả các node cùng truy nhập

chung trên một đường truyền vật lý. Tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chiều duy nhất, theo liên kết điểm - điểm. Dữ liệu được chuyển một cách tuần tự từng bit quanh vòng, qua các bộ chuyển tiếp. Bộ chuyển tiếp có ba chức năng: chèn, nhận và hủy bỏ thông tin. Các bộ chuyển tiếp sẽ kiểm tra địa chỉ đích trong các gói dữ liệu khi đi qua nó.

- Mạng hình sao (Star) các trạm kết nối với một thiết bị trung tâm có chức năng điều khiển toàn bộ hoạt động của mạng. Dữ liệu được truyền theo các liên kết điểm - điểm. Thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch, một bộ chọn đường hoặc đơn giản là một HUB.

- Mạng LAN hồng ngoại (Infrared) sử dụng sóng hồng ngoại để truyền dữ liệu. Phạm vi

hoạt động của mạng bị hạn chế trong một phòng, vì tín hiệu hồng ngoại không đi xuyên qua t- ường. Có hai phương pháp kết nối điểm- điểm và kết nối quảng bá. Các mạng điểm - điểm hoạt động bằng cách chuyển tiếp các tín hiệu hồng ngoại từ một thiết bị tới thiết bị kế tiếp. Tốc độ dữ liệu đạt khoảng 100Kb/s đến 16Mb/s. Các mạng quảng bá hồng ngoại có tốc độ truyền dữ liệu thực tế chỉ đạt dưới 1Mb/s.

             - Mạng LAN trải phổ (Spread spectrum) Sử dụng kỹ thuật trải phổ, thường dùng trong công nghiệp và y tế.

- Mạng LAN vi ba băng hẹp: Hoạt động với tần số vi ba nhưng không trải phổ. Có hai

dạng truyền thống: vi ba mặt đất và vệ tinh. Các hệ thống vi ba mặt đất thường hoạt động ở băng tần 4-6 GHz và 21- 23 GHz, tốc độ truyền dữ liệu khoảng vài chục Mbps.

13

Chương 1: Khái niệm về mạng máy tính

b. Mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Networks)

Mạng đô thị MAN hoạt động theo kiểu quảng bá, LAN to LAN. Mạng cung cấp các dịch vụ

thoại và phi thoại và truyền hình cáp. Trong một mạng MAN, có thể sử dụng một hoặc hai đường truyền vật lý và không chứa thực thể chuyển mạch. Dựa trên tiêu chuẩn DQDB (Distributed Queue Dual Bus - IEEE 802.6) quy định 2 cáp đơn kết nối tất cả các máy tính lại với nhau, các máy bên trái liên lạc với các máy bên phải thông tin vận chuyển trên đường BUS trên. Các máy bên trái liên lạc với các máy bên phải, thông tin đi theo đường BUS dưới.

Một số mạng diện rộng điển hình

- Mạng tích số hợp đa dịch vụ ISDN (Integrated Services Digital Network)

- Mạng X25 và chuyển mạch khung Frame Relay

- Phương thức truyền không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode)

- Mạng hội tụ- mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network)

d. Kết nối liên mạng (Internet Connectivity)

Nhu cầu trao đổi thông tin và chia sẻ tài nguyên chung đòi hỏi các hoạt động truyền thông

cần thiết phải kết nối nhiều mạng thành một mạng lớn, gọi là liên mạng.

Liên mạng (internet) là mạng của các mạng con, là một tập các mạng LAN, WAN, MAN

độc lập được kết nối lại với nhau. Kết nối liên mạng có một số lợi ích sau:

Giảm lưu thông trên mạng: Các gói tin thường được lưu chuyển trên các mạng con và các

gói tin lưu thông trên liên mạng khi các mạng con liên lạc với nhau.

Tối ưu hoá hiệu năng: Giảm lưu thông trên mạng là tối ưu hiệu năng của mạng, tuy nhiên

máy chủ (Server Load) sẽ phải tăng tải khi nó được sử dụng như một Router.

Đơn giản hoá việc quản trị mạng: Có thể xác định các sự cố kỹ thuật và cô lập dễ dàng hơn

trong một mạng có quy mô nhỏ, thường là trong một mạng cục bộ chẳng hạn.

Hiệu quả hơn so với mạng WAN có phạm vi hoạt động lớn, chi phí giảm, hiệu năng liên

mạng tăng và độ phức tạp của việc quản lý nhỏ hơn.

Một trong những chức năng chủ yếu của các thiết bị kết nối liên mạng là chức năng định

tuyến (Routing). Có 3 phương thức kết nối liên mạng cơ bản:

- Kết nối các mạng LAN thuần nhất tại tầng vật lý tạo ra liên mạng có phạm vi hoạt động

rộng và tăng số lượng các node trên mạng, giảm bớt lưu lượng trên mỗi mạng con, hạn chế tắc nghẽn và đụng độ thông tin. Các mạng con hoạt động hiệu quả hơn.

- Kết nối các mạng LAN không thuần nhất tại tầng 2 (Data Link) tạo ra một liên mạng bao

gồm một số mạng LAN cục bộ kết nối với nhau bằng các bộ chuyển mạch đến các máy chủ cô lập với tốc độ cao.

- Kết nối các mạng LAN các kiểu khác nhau tại tầng 3 (Network Layer) tạo ra một mạng

WAN đơn. Các node chuyển mạch kết nối với nhau theo một cấu trúc lưới. Mỗi một node chuyển mạch cung cấp dịch vụ cho tập hợp các thiết bị đầu cuối (DTE) của nó.

1.7.2. Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Switched Networks)

- Trước khi trao đổi thông tin, hệ thống sẽ thiết lập kết nối giữa 2 thực thể bằng một đường

truyền vật lý. Thực thể đích nếu bận, kết nối này sẽ bị huỷ bỏ.

- Duy trì kết nối trong suốt quá trình 2 thực thể trao đổi thông tin.

- Giải phóng kết nối: Sau khi truyền xong dữ liệu, kết nối sẽ được huỷ bỏ, giải phóng các tài

nguyên đã bị chiếm dụng để sẵn sàng phục vụ cho các yêu cầu kết nối khác.

Nhược điểm là cần nhiều thời gian để thiết lập kênh truyền, vì vậy thời gian thiết lập kênh

chậm và xác suất kết nối không thành công cao. Khi cả hai không còn thông tin để truyền, kênh bị bỏ không trong khi các thực thể khác có nhu cầu.

1.7.3. Mạng chuyển mạch gói (Packet Switched Networks)

15

Chương 1: Khái niệm về mạng máy tính

Nguyên lý chuyển mạch gói: Thông điệp (Message) của người sử dụng được chia thành nhiều gói nhỏ (Packet) có độ dài quy định. Độ dài gói tin cực đại (Maximum Transfer Unit) MTU trong các mạng khác nhau là khác nhau. Các gói tin của một thông điệp có thể truyền độc lập trên nhiều tuyến hướng đích và các gói tin của nhiều thông điệp khác nhau có thể cùng truyền trên một tuyến liên mạng. Tại mỗi node, các gói tin được tiếp nhận, lưu trữ, xử lý tại bộ nhớ, không cần phải lưu trữ tạm thời trên bộ nhớ ngoài (như đĩa cứng) và được chuyển tiếp đến node kế tiếp. Định tuyến các gói tin qua mạng nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Kỹ thuật chuyển mạch gói có nhiều ưu điểm hơn so với chuyển mạch kênh:

- Các gói tin lưu chuyển hướng đích độc lập, trên một đường có thể chia sẻ cho nhiều gói

tin. Vì vậy hiệu suất đường truyền cao hơn.

- Các gói tin được xếp hàng và truyền qua tuyến kết nối.

- Hai thực thể có tốc độ dữ liệu khác nhau có thể trao đổi các gói với tốc độ phù hợp.

- Trong mạng chuyển mạch kênh, khi lưu lượng tăng thì mạng từ chối thêm các yêu cầu kết

nối (do nghẽn) cho đến khi giảm xuống. Trong mạng chuyển mạch gói, các gói tin vẫn được chấp nhận, nhưng trễ phân phát gói tin có thể tăng lên.

Các công nghệ chuyển mạch gói: Nếu một thực thể gửi một gói dữ liệu qua mạng có độ dài

lớn hơn kích thước gói cực đại MTU, nó sẽ được chia thành các gói nhỏ có độ dài quy định và gửi lên mạng. Có hai kỹ thuật được sử dụng trong các mạng chuyển mạch gói là kỹ thuật datagram trong mạng không liên kết (Connectionless) và kỹ thuật kênh ảo cho mạng hướng liên kết (Connection- Oriented).

- Phương thức datagram sử dụng trong mạng không liên kết: Mỗi một gói tin được lưu

chuyển và xử lý độc lập, không cần tham chiếu đến các gói tin đã gửi trước. Mỗi một gói tin được xem như là một datagram.

Ưu, nhược điểm của phương thức datagram: Giai đoạn thiết lập và giải phóng kết nối sẽ

được bỏ qua. Phù hợp với yêu cầu truyền khối lượng dữ liệu không lớn trong thời gian ngắn. Phương thức linh hoạt hơn so với phương thức kênh ảo. Nếu xẩy ra nghẽn thông tin, các datagram có thể được định tuyến ra khỏi vùng nghẽn. Và nếu có node bị hỏng, các gói tin tự tìm một tuyến khác để lưu chuyển hướng đích, việc phân phát các gói tin tin cậy hơn.

Phương thức kênh ảo VC (Virtual Circuit) sử dụng trong mạng hướng liên kết: Trước khi

trao đổi thông tin, hai thực thể tham gia truyền thông đàm phán với nhau về các tham số truyền thông như kích thước tối đa của gói tin, các cửa sổ, đường truyền.... Một kênh ảo đã được hình thành thông qua liên mạng và tồn tại cho đến khi các thực thể ngừng trao đổi với nhau. Tại một thời điểm, có thể có nhiều kênh ảo đi và đến từ nhiều hướng khác nhau. Các gói tin vẫn được đệm tại mỗi node và được xếp hàng đầu ra trên một đường truyền, các gói tin của các thông điệp khác trên kênh ảo khác có thể chia sẻ sử dụng đường truyền này.

Ưu, nhược điểm của phương pháp kênh ảo: Mạng có thể cung cấp các dịch vụ kênh ảo, bao

gồm việc điều khiển lỗi và thứ tự các gói tin. Tất cả các gói tin đi trên cùng một tuyến sẽ đến theo thứ tự ban đầu. Điều khiển lỗi đảm bảo không chỉ các gói đến đích theo đúng thứ tự mà cho tất cả các gói không bị lỗi. Một ưu điểm khác là các gói tin lưu chuyển trên mạng sẽ nhanh hơn vì không cần phải định tuyến tại các node. Tuy nhiên sẽ khó khăn hơn việc thích ứng với nghẽn. Nếu có node bị hỏng thì tất cả các kênh ảo qua node đó sẽ bị mất, việc phân phát datagram càng khó khăn hơn, độ tin cậy không cao.

1.8. Các mô hình xử lý dữ liệu

1.8.1. Mô hình Client-Server

Mô hình Client/Server mô tả các dịch vụ mạng và các ứng dụng được sử dụng để truy nhập

các dịch vụ. Là mô hình phân chia các thao tác thành hai phần: phía Client cung cấp cho người sử dụng một giao diện để yêu cầu dịch vụ từ mạng và phía Server tiếp nhận các yêu cầu từ phía Client và cung cấp các dịch vụ một cách thông suốt cho người sử dụng.

Chương trình Server được khởi động trên một máy chủ và ở trạng thái sẵn sàng nhận các

yêu cầu từ phía Client. Chương trình Client cũng được khởi động một cách độc lập với chương trình Server. Yêu cầu dịch vụ được chương trình Client gửi đến máy chủ cung cấp dịch vụ và chương trình Server trên máy chủ sẽ đáp ứng các yêu cầu của Client. Sau khi thực hiện các yêu cầu từ phía Client, Server sẽ trở về trạng thái chờ các yêu cầu khác.

Trong mô hình Client/Server nhiều lớp, quá trình xử lý được phân tán trên 3 lớp khác nhau với các chức năng riêng biệt. Mô hình này thích hợp cho việc tổ chức hệ thống thông tin trên mạng Internet/ Intranet. Phát triển mô hình 3 lớp sẽ khắc phục được một số hạn chế của mô hình 2 lớp. Các hệ cơ sở dữ liệu được cài đặt trên các máy chủ Web Server và có thể được truy nhập không hạn chế các ứng dụng và số lượng người dùng. 

Lớp khách (Clients) cung cấp dịch vụ trình bày (Presentation Services), giao tiếp người sử

dụng với lớp giao dịch thông qua trình duyệt Browser hay trình ứng dụng để thao tác và xử lý dữ liệu. Giao diện người sử dụng là trình duyệt Internet Explorer hay Netscape.

Lớp giao dịch (Business) cung cấp các dịch vụ quản trị, tổ chức và khai thác cơ sở dữ liệu. Các componenet trước đây được cài đặt trên lớp khách, nay được cài đặt trên lớp giao dịch. Ví dụ, một người sử dụng trên máy khách đặt mua hàng, lớp giao dịch kiểm tra mã mặt hàng để quyết định tiếp tục bán hay không bán. Thành phần của lớp giao dịch trong mô hình Internet là Web Server và COM+/MTS. Công nghệ của Microsoft với Web Server là IIS (Internet Information Services) sử dụng ASP để kết nối Client với COM. Web Server giao tiếp với COM+/MTS component qua COM. COM+/MTS component điều khiển tất cả giao tiếp với lớp dữ liệu nguồn thông qua ODBC hoặc OLE - DB.

Lớp nguồn dữ liệu (Data Source) cung cấp các dịch vụ tổ chức và lưu trữ các hệ cơ sở dữ

liệu quan hệ. Sẵn sàng cung cấp dữ liệu cho lớp giao dịch. Đặc trưng của lớp này là ngôn ngữ tìm kiếm, truy vấn dữ liệu SQL.

1.8.2. Mô hình ngang hàng (Peer-to-Peer)

Trong mô hình ngang hàng tất cả các máy đều là máy chủ đồng thời cũng là máy khách.

Các máy trên mạng chia sẻ tài nguyên không phụ thuộc vào nhau. Mạng ngang hàng thường được tổ chức thành các nhóm làm việc Workgroup. Mô hình này không có quá trình đăng nhập tập trung, nếu đã đăng nhập vào mạng có thể sử dụng tất cả tài nguyên trên mạng. Truy cập vào các tài nguyên phụ thuộc vào người đã chia sẻ các tài nguyên đó, vì vậy có thể phải biết mật khẩu để có thể truy nhập được tới các tài nguyên được chia sẻ.

Mô hình lai (Hybrid): Sự kết hợp giữa Client-Server và Peer-to-Peer. 

TRANG 2 3