PHẦN 1	PHẦN 2	PHẦN 3	PHẦN 4	PHẦN 5	PHẦN 6	PHẦN 7	PHẦN 8	PHẦN 9	PHẦN 10
PHẦN 11	PHẦN 12	PHẦN 13	PHẦN 14	PHẦN 15	PHẦN 16	PHẦN 17	PHẦN 18	PHẦN 19	PHẦN 20
PHẦN 21	PHẦN 22	PHẦN 23	PHẦN 24	PHẦN 25	PHẦN 26	PHẦN 27	PHẦN 28	PHẦN 29	PHẦN 30

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

Hiểu rõ các khái niệm cơ bản của mạng máy  tính, định nghĩa mạng máy tính, mục tiêu và ứng dụng của mạng, cấu trúc và các thành phần cơ bản của một mạng máy tính. Các thực thể trên mạng có thể tham gia truyền thông với nhau cần tuân theo tập các phần mềm điều khiển hoạt động của mạng, được gọi là chuẩn, hay còn gọi là tập các giao thức mạng (Protocols).

Về thái độ: Sinh viên cần có thái độ học tập nghiêm túc, nhiệt tình, chủ động tham gia vào nội dung bài giảng, hăng hái phát biểu.

NỘI DUNG BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT.

1.1 Mở đầu:

1.1.1 Khái niệm và ứng dụng mạng máy tính:

Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được nối với nhau bởi đường truyền vật lý theo một kiến trúc mạng xác định nào đó và thông qua đó các máy tính trao đổi thông tin qua lại cho nhau.

Đường truyền là hệ thống các thiết bị truyền dẫn có dây hay không dây dùng để chuyển các tín hiệu điện tử từ máy tính này đến máy tính khác. Các tín hiệu điện tử đó biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (on - off). Tất cả các tín hiệu được truyền giữa các máy tính đều thuộc một dạng sóng điện từ. Tùy theo tần số của sóng điện từ có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền các tín hiệu. Ở đây đường truyền được kết nối có thể là dây cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện thoại, sóng vô tuyến ... Các đường truyền dữ liệu tạo nên cấu trúc của mạng. Hai khái niệm đường truyền và cấu trúc là những đặc trưng cơ bản của mạng máy tính.

Hình 1.1. Sơ đồ mạng máy tính

Đặc trưng cơ bản của đường truyền vật lý là băng thông (bandwidth). Băng thông của một đường chuyền chính là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng được. Tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền còn được gọi là thông lượng của đường truyền (throughput) - thường được tính bằng số lượng bit được truyền đi trong một giây (bps).

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.

1.1.2. Mục tiêu 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.

1.1.3. Lợi ích kết nối mạng.

- Lợi ích về kinh tế: nhờ nối mạng người ta có thể giảm thiểu số lượng máy in, số lượng ổ đĩa, giảm tối đa cấu hình máy trạm trong mạng nội bộ, tiết kiệm được chi phí

- Lợi ích về mặt sử dụng tài nguyên:

+ Thông tin, dữ liệu chỉ cần nhập một lần, lưu trữ ở một nơi, tiết kiệm được thời gian cập nhật, truy cập và dung lượng ổ đĩa.

+ Thông tin, dữ liệu chính xác hơn, nhanh hơn do không phải sao chép cập nhật nhiều lần, nhiều nơi. Giá trị sử dụng của thông tin tăng lên do có nhiều người cùng khai thác sử dụng chúng.

+ Đối với mỗi người sử dụng: chỉ cần ở một nơi có thể tìm kiếm, khai thác mọi thông tin trong mạng một cách thuận tiện, tiết kiệm được thời gian đi lại, tìm kiếm, tra cứu.

+ Thông tin dữ liệu an toàn hơn: chúng ta có thể khoanh vùng khai thác, hạn chế vùng truy nhập thông tin theo yêu cầu và quyền hạn của người sử dụng.

+ Có chiến lược “đầu tư trọng điểm”: hệ thống máy chủ quản lý tài nguyên dùng chung được chế tạo với các chỉ tiêu kỹ thuật đặc biệt đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối

+ Nhờ nối mạng ta có thể tránh được tình trạng lạc hậu về thiết bị, bởi trong nhiều trường hợp chỉ cần tập chung nâng cấp máy chủ, thay hệ điều hành mạng mà không cần nâng cấp tất cả máy trạm

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.

1.1.4. Các dịch vụ mạng.

1.1.4.1. 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..

1.1.4.2. 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.

- 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.

1.1.5. 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 (Point to Multi Point).

1.1.5.1 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).

Hình 1.2. Các mạng có cấu trúc điểm – điểm

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.

1.1.5.2. Kiểu đa điểm hay quảng bá.

Kết nối 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.

Hình 1.3. Các mạng có cấu trúc quảng bá

 

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.

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

1.1.6.1. 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... và cùng phải “nói chung một ngôn ngữ”. Tập hợp các 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.

1.1.6.2. 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 lớp dưới lên lớp 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 lớp 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 lớp 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 gói tin 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.