Mạng máy tính và quản trị mạng máy tính

g xây dựng hệ thống máy tính để phục vụ, chỉ đạo, điều hành công việc và đã bước đầu mang lại những kết quả khả quan. Với người kỹ sư cũng như những nhà chuyên môn về mạng, yêu cầu không những chỉ có thể sử dụng thành thạo mà cần hiểu rõ cấu trúc, cách thức hoạt động để vận hành và sử dụng mạng có hiệu quả. Chính vì lý do đó nên em đã chọn đề tài “Mạng máy tính và quản trị mạng máy tính” để làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình. Trong quá trình học tập ở trường, em đã được trang bị những kiến thức về mạng máy tính nói riêng và những kiến thức về điện tử nói chung do có sự dạy bảo của các thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy và thầy hướng dẫn thực tập Phạm Thế Hanh. Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, các cô giáo đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như làm đồ án tốt nghiệp này. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cũng như toàn thể các bạn để hoàn thiện và phát triển hơn nữa công việc thực hiện đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội 03/2003 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Dung Chương I: Tổng quan Trong những năm gần đây nhờ sự phát triển vượt bậc của các ngành công nghệ điện tử, thông tin, viễn thông con người trên mọi miền thế giới ngày một gần nhau hơn, các thông tin liên lạc ngày một đại chúng và phổ cập hơn. Luồng ánh sáng của nền công nghệ thông tin tràn ngập khắp mọi nơi. Vậy mạng máy tính là gì? Mạng máy tính đơn giản là một tập hợp các máy tính và các thiết bị ngoại vi khác được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn để chia sẻ thông tin và các tài nguyên, chia sẻ cho nhau cả về phần cứng và phần mềm. Mạng máy tính có thể chỉ là hai máy tính nối với nhau nhằm chia sẻ các ngoại vi và cũng có thể tới hàng ngàn máy tính trên khắp mọi miền thế giới để chia sẻ thông tin. Mạng máy tính ngày nay đã trở thành sinh mệnh của các hãng kinh doanh và các công sở. Chúng được kết nối với nhau theo một nguyên tắc để có thể liên hệ với nhau một cách dễ dàng giữa các máy trong cùng một mạng. Trên phương diện tổng thể, mạng là sự kết hợp của hai yếu tố quan trọng: phương tiện và con người. + Phương tiện: Là các thiết bị phần cứng cũng như phần mềm được liên kết với nhau theo một nguyên tắc nào đó tạo nên các tài nguyên. Trên thực tế, tài nguyên là các phương tiện lưu trữ, các thiết bị in Fax, Modem, máy vẽ và bản thân các thông tin trên mạng. + Con người: Là chủ thể đang có quyền tham gia vào các hoạt động của mạng. Thông qua các phương tiện, con người có thể liên hệ với nhau, liên hệ với các tài nguyên và các mạng khác bên ngoài ở một mức độ cho phép. 1. Kết cấu vật lý của mạng (Topology Network). Cách bố trí các đường dây nối các thành phần của mạng như máy chủ, các trạm làm việc… với nhau gọi là Topology. Topology như một bản đồ cho thấy dây cáp giữa các máy tính với các trạm làm việc liên kết với nhau như thế nào. Topology rất quan trọng vì nó xác định máy sẽ đặt ở đâu và bố trí như thế nào. Có nhiều cách bố trí lắp đặt mạng với nhau, sau đây là 3 cấu hình chính và 2 cấu hình khác. Ring Topology (mạng hình xuyến) Là một vòng logic khép kín hình xuyến của một đường cáp. Các gói tin hay các nhóm bit luôn chuyển theo một hướng vòng theo đường xuyến từ một thiết bị này sang thiết bị khác trong mạng. Mỗi thiết bị trong mạng đóng vai trò như một máy nhắc, nghĩa là nó phải làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu. ưu điểm: Điều khiển đơn giản và giảm nguy cơ chồng chéo số liệu vì thông tin chạy trên mạng theo một chiều nhất định. Mạng hình xuyến này tiết kiệm dây dẫn hơn ở mạng hình sao và gần bằng mạng hình ống. Nhược điểm: Nếu một nút hỏng sẽ ảnh hưởng đến các nút sau đó theo chiều truyền số liệu. Nếu đường dây bị đứt thì toàn bộ hệ thống cũng ngừng hoạt động, nối dây phức tạp. Hình 1: Mạng hình xuyến (Ring). . Bus Topology (mạng hình ống) Bao gồm một đường cáp chính được kết thúc ở cả hai đầu bằng Terminator. Các node (điểm) cũng như Server (máy chủ) được nối trực tiếp vào đường cáp chính này làm hành lang chuyển tải tín hiệu hay còn gọi là xương sống của mạng (Back Bone). Tín hiệu từ một thiết bị được truyền đi theo cả hai hướng của cáp. Tất cả các nút để có thể sử dụng đường dây chính này, phía hai đầu dây cáp được bọc bởi Terminator để tránh bức xạ tín hiệu, phối hợp trở kháng để khép kín mạng. Điều khiển mạng này có thể theo phương pháp tập trung hay phương pháp phân bố. Các tín hiệu và bó liệu (Packet) khi di chuyển lên hoặc xuống trong dây cáp đều mang theo điạ chỉ nơi đến, mỗi nút trên mạng khi thấy dữ liệu đi ngang qua đều so sánh địa chỉ trên bó thông tin đó có trùng khớp với địa chỉ của nút hay không, nếu khớp với địa chỉ của mình thì nhận lấy còn nếu không thì phải cho qua. Ví dụ của mạng này là Ethernet và Greet. ưu điểm: Loại mạng này dùng cáp ít nhất, dễ lắp đặt. Các nút thao tác độc lập với nhau nên nếu sai hỏng nút này thì không ảnh hưởng tới hoạt động của nút khác và của mạng. Có thể mở rộng hay thu hẹp một cách đơn giản. nhược điểm: Nếu dây cáp chính bị hỏng thì toàn bộ mạng sẽ ngừng hoạt động. Nếu lưu lượng trên mạng lớn sẽ làm ùn tắc trên mạng, do đó đều phải có phương pháp thâm nhập mạng để tránh sự chồng chéo số liệu do nhiều nút cùng gửi thông tin trên mạng. Mặt khác, khi cáp bị sự cố thì phát hiện đoạn nào hỏng để sửa chữa là rất khó khăn do kiểu chạy đường cáp là không có cấu trúc, nghĩa là không có một điểm tập trung. T T T T T T T Server Terminator Terminator Back Bone Hình 2: Mạng hình ống (Bus). Star Topology (Mạng hình sao) Theo cấu hình này, mỗi một node (điểm) thiết bị được cung cấp một tập hợp các dây nối, nối vào một Hub trung tâm trong mạng. Tất cả các thông tin đều phải đi qua trung tâm trong mạng, nơi mà các đường dây từ các trạm làm việc kéo về tụ lại nên nó trở thành điểm ngăn chia các vấn đề trong mạng và tập hợp các thông tin thống kê trong mạng. Thiết bị trung tâm có thể là một Server hay một hộp nối (Wring Hub) đặc biệt. Cách bố trí mạng sao là loại bố trí đầu tiên tương tự như một hệ thống điện thoại. Ví dụ cho mạng hình sao là mạng Starlan của ATT và Snet của NOWELL. ưu điểm: Sử dụng nguyên lý nối song song nên có nút nào sai hỏng thì các nút khác vẫn chạy bình thường. Việc chuẩn đoán những vấn đề trực trặc tương đối dễ dàng vì trạm làm việc sẽ báo về hệ thống trung tâm những hỏng hóc để phát hiện và thay thế. Cấu trúc đơn giản, các thuật toán đơn giản và ổn định. Đụng độ khi truyền dữ liệu không thể xảy ra vì mỗi trạm đều có đường dây riêng của mình. Mạng sao có thể mở rộng hay thu hẹp một cách dễ dàng tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng cơ quan, xí nghiệp. Nhược điểm: Khả năng mở rộng vào trung tâm điều khiển thấp. Khi trung tâm có sự cố thì toàn bộ mạng cũng ngừng trệ. Do vậy số lượng mạng lớn thì số lượng các đôi dây quy tụ về trung tâm sẽ rất lớn gây ra vấn đề quản lý các đầu nối rất khó khăn. 1 4 5 6 3 2 Hình 3: Mạng hình sao (Star). Phối hợp Star/Bus Topology Bộ phối tích tín hiệu (Splitter) giữ vai trò như một thiết bị trung tâm, hệ thống mạng có thể chọn Ring hoặc Bus Topology. Cấu hình bố trí đường dây này đem lại những lợi điểm khi toà nhà gồm nhiều nhóm làm việc, ở rất xa nhau. Cấu hình Star/Bus cũng có vài lợi điểm cũng như nhược điểm của cả hai cấu hình Star và Bus. Ví dụ của cách phối hợp mạng này là Arcnet. Cấu hình này đưa lại sự uyển chuyển trong việc bố trí đường dây thích ứng đối với bất kỳ toà nhà nào. Arcnet sử dụng phương thức liên lạc theo kiểu “thẻ bài” (Token Pass Communication) giúp chương trình hiệu năng của mạng, đồng thời tránh đụng độ dữ liệu như ta đã gặp ở trên mạng Bus. Spiliter ooooooooo Spiliter Ws Ws Ws Ws Ws Ws Ws Ws Hình 4: Phối hợp Star/Bus Phối hợp Star/Ring Topology Một “thẻ bài” (Token) liên lạc được chuyển chạy vòng quanh một hộp nối (Hub) trung tâm, theo các trạm làm việc được chạy toả ra từ các hộp nối, các khoảng cách cần thiết. Cấu hình có lợi điểm cũng như bất lợi của Star và Ring Topology. IBM là một ví dụ điển hình về loại mạng này. Tín hiệu Ws Ws Ws Ws Hình 5: Cấu hình Star/Ring đơn giản. 2. Mô hình OSI Khi thiết kế, các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình. Từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng: phương pháp truy nhập đường truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức khác nhau… Sự không tương thích đó làm trở ngại cho sự tương tác của người sử dụng các mạng khác nhau. Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn thì trở ngại đó càng không thể chấp nhận được đối với người sử dụng. Sự thúc bách của khách hàng đã khiến cho các nhà sản xuất và các nhà nghiên cứu, thông qua các Tổ chức chuẩn hoá quốc gia và quốc tế đã tích cực tìm kiếm một sự hội tụ cho các sản phẩm mạng trên thị trường. Để có được điều đó, trước hết cần xây dựng một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm về mạng. Vì lý do đó, Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International Standard Organization – viết tắt là ISO) đã lập ra một tiểu ban nhằm phát triển một khung chuẩn như thế. Kết quả là năm 1984, ISO đã xây dựng xong Mô hình tham chiếu cho việc nối kết các hệ thống mở (Reference Model for Open Systems Interconnection hay gọi tắt là OSI). Mô hình này được dùng làm cơ sở để nối kết các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán. Từ “mở” ở đây nói lên khả năng hai hệ thống có thể kết nối để trao đổi thông tin với nhau nếu chúng tuân thủ mô hình tham chiếu và các chuẩn liên quan. Kết quả là Mô hình OSI gồm có 7 tầng với tên gọi và chức năng được trình bày dưới đây: 8 User Người sử dụng 7 Application ứng dụng 6 Presentation Trình bày 5 Session Phiên 4 Transport Truyền tải 3 Network Network Network Mạng 2 Data Link DL DL Liên kết dữ liệu 1 Physical Phy Phy Vật lý Hình 6: Mô hình 7 tầng OSI Tầng 1: Physical Phần này thực hiện việc ghép nối tất cả các phần tử cứng lại với nhau thành một mạng bằng phương pháp vật lý. Để thực hiện mức này cần phải có các phần tử cần thiết như bộ thu phát tín hiệu (Receiver/Tran-receiver), các bộ nối cáp và cáp truyền dẫn. Mức này liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bit không có cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ các phương tiện cơ, điện, hàm, thủ tục. . Tầng 2: Data Link Cung cấp phương tiện để truyền thông tin dạng chuỗi bit ở mức mạng thành đoạn thông tin (Frame) qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu tới mức vật lý với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm tra luồng dữ liệu cần thiết. Tầng 3: Network Tầng này đảm bảo thông tin giữa các mạng con trong mạng lớn, thực hiện việc chọn đường và chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch thích hợp, thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/hợp dữ liệu nếu cần. Trường hợp có nhiều mạng con thì mức mạng phải giải quyết các thủ tục đảm bảo thông tin được trao đổi kịp thời khi các Packet thông tin hình thành ở nhiều mạng con khác nhau trong cùng một thời điểm, đảm bảo sự đụng độ khi tốc độ truyền các Packet thông tin ở các mạng con là không như nhau. Tầng 4: Transport Tầng này xử lý các thông tin để chuyển tiếp từ các chức năng, từ mức phiên đến mức mạng và ngược lại. Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end – to – end), thực hiện cả việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu giữa hai đầu mút. Cũng có thể thực hiện việc ghép kênh (Multiplexing), cắt/hợp dữ liệu nếu cần. Lớp này nhận tin từ tầng phiên và chia thành các đơn vị số liệu nhỏ hơn rồi chuyển chúng tới tầng mạng. Các Packet có thể không truyền theo thứ tự quy định nhất là trong trường hợp chuẩn bị cho tầng mạng truyền thông tin theo nhiều đường khác nhau. Tương tự như vậy thông tin từ trạm gửi đến trạm nhận. Lớp truyền được thực hiện bởi hệ thống các máy chủ. Tầng 5: Session Tầng phiên là tầng thấp nhất trong nhóm các tầng cao, nó là tầng đầu tiên thiết lập liên lạc có đồng bộ giữa trạm và đích. Một cách đơn giản, tầng này đảm nhiệm việc mở các phiên hội giữa phần thu và phát, truyền dữ liệu rồi đóng phiên hội. Các dịch vụ chính do phần này cung cấp liên quan đến đồng bộ và độc lập với tầng chuyển tải. Mục tiêu của nó là cung cấp cho người sử dụng cuối các chức năng cần thiết để quản trị các phiên ứng dụng của họ, cụ thể là: Cung cấp các điểm đồng bộ hoá để kiểm soát việc trao đổi dữ liệu. áp đặt các quy tắc cho các tương tác giữa các ứng dụng của người sử dụng. Cung cấp cơ chế “lấy lượt” (nắm quyền) trong quá trình trao đổi dữ liệu. Lớp này cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng, thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và huỷ bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng. Tầng 6: Presentation Mục đích của tầng này là đảm bảo cho các hệ thống cuối có thể truyền thông có kết quả ngay cả khi chúng sử dụng các biểu diễn dữ liệu khác nhau. Để đạt được điều đó, nó cung cấp một biểu diễn chung để dùng trong truyền thông và cho phép chuyển đổi từ biểu diễn cục bộ sang biểu diễn chung đó. Chúng chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các ứng dụng qua môi trường OSI. Giải quyết các thủ tục tiếp nhận một cách chính quy vào mạng, lựa chọn cách tiếp nhận số liệu và biến đổi các ký tự, chữ số của mã ASCII hay các loại mã khác vào ký tự điều khiển thành kiểu mã nhị nhân thống nhất để các loại mã khác nhau có thể thâm nhập vào mạng. Tầng 7: Application Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán. Phục vụ trực tiếp cho User, cung cấp tất cả các yêu cầu phối ghép cần thiết cho người sử dụng, yêu cầu phục vụ chúng như: chuyển file, sử dụng các Terminal của hệ thống…Mức ứng dụng có khả năng thành lập bất kỳ yêu cầu nào của User dưới các lệnh thông tin. Nói cách khác, mức này đảm bảo tự động hoá quá trình thông tin giúp cho người sử dụng khai thác mạng tốt hơn. Điều hấp dẫn của tiếp cận OSI chính là ở chỗ nó hứa hẹn giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa hai máy tính không giống nhau. Hai hệ thống, dù khác nhau như thế nào đi nữa đều có thể truyền thông với nhau một cách hiệu quả nếu chúng đảm bảo những điều kiện chung sau: - Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông. - Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập hợp các tầng. Các tầng đồng mức phải cung cấp các chức năng như nhau (nhưng phương thức không nhất thiết phải giống nhau). - Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung. Để đảm bảo những điều kiện trên cần phải có các chuẩn. Các chuẩn phải xác định các chức năng và dịch vụ được cung cấp bởi một tầng (nhưng không cần chỉ ra chúng phải cài đặt như thể nào - điều đó có thể khác nhau trên các hệ thống). Các chuẩn cũng phải xác định giao thức giữa các tầng đồng mức. Mô hình OSI 7 tầng chính là cơ sở để xây dựng các chuẩn đó. Quá trình truyền thông tin Ta có thể hình dung quá trình truyền thông tin từ lớp 7 xuống lớp 1 như hình vẽ sau: 8 User User Data àPDU8 7 A PCI7 SDU7 àPDU7 6 P PCI6 SDU6 àPDU6 5 S PCI5 SDU5 àPDU5 4 T PCI4 SDU4 àPDU4 3 N PCI3 SDU3 àPDU3 2 DL H T ……….. H T à Frames 1 Phy Dòng bít trên đường truyền vật lý Hình 7: Quá trình truyền thông tin từ lớp 7 xuống lớp 1 Trên hình 7, khi người sử dụng (lớp 8) muốn gửi khối dữ liệu (user Data tương đương với PDU8), họ sẽ truyền khối dữ liệu cho lớp 7. Lúc này khối dữ liệu thành SDU7. Lớp 7 sẽ xử lý và gắn thêm phần thông tin điều khiển thủ tục lớp 7 vào SDU7. Toàn bộ khối thông tin trở thành PDU7 và nó lại tiếp tục được truyền xuống lớp bên dưới. Quá trình cứ tiếp tục như vậy đến lớp 2. ở đây PDU3 khi chuyển xuống lớp 2 được xử lý bằng cách cắt ra thành nhiều đoạn dữ liệu nhỏ, mỗi đoạn dữ liệu được gắn thêm phần tiếp đầu H (Header) và phần tiếp đuôi T (Trailer). Ta có thể coi PCI2 chính bằng tổng của H và T: H+T=PCI2. Tại lớp này các khối dữ liệu gọi là các khung truyền và nó sẽ được truyền trên đường truyền vật lý. Chương II: TCP/IP Chính phủ Mỹ đã nhận ra tầm quan trọng và tiềm năng của công nghệ liên mạng trong nhiều năm và đã tài trợ cho nhiều công trình nghiên cứu để tạo ra một liên mạng quốc gia. Nhờ các tài trợ này, một công nghệ liên mạng tiên tiến, kết quả nghiên cứu của Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) đã được chọn. Công nghệ của DARPA bao gồm một tập hợp các chuẩn quy định chi tiết cách thức các máy tính liên lạc với nhau, cũng như một tập hợp các quy ước để liên kết các mạng máy tính và phân luồng liên lạc. Tên chính thức của tập hợp này là TPC/IP (Internet Protocol Suite – Bộ giao thức TPC/IP) và thường được gọi là TPC-IP (theo tên của hai tiêu chuẩn chính của nó). Như vậy, từ một dự án nghiên cứu, phát triển mạng thông tin máy tính dựa trên công nghệ chuyển mạch gói phục vụ nghiên cứu và phát triển của Bộ quốc phòng Mỹ, Internet ngày nay trở thành mạng của các mạng thông tin máy tính toàn cầu, được kết nối trên cơ sở bộ giao thức trao đổi dữ liệu TPC/IP, đáp ứng ngày càng phong phú hầu hết các dịch vụ thông tin liên lạc của xã hội tiến tới trở thành hạ tầng thông tin liên lạc của xã hội hiện tại và tương lai. Cấu trúc phân lớp trong TCP/IP Nếu mô tả TCP/IP theo mô hình các lớp ta có hình vẽ sau: Application Bao gồm các ứng dụng và các tiến trình sử dụng trên mạng Host to Host Layer Cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu liên tục Internet Layer Định nghĩa đơn vị truyền và có nhiệm vụ tìm đường Network Access Layer Bao gồm các công việc cần thiết để truy nhập tới mạng Hình 9: Mô hình chồng giao thức TCP/IP. Để hình dung vị trí của TCP/IP trong một kiến trúc mạng ta so sánh chức năng của nó với mô hình ISO/OSI qua hình dưới đây: OSI Reference Model Internet Protocol Suite Application FTP, Telnet SMTP, SNMP NFS Presentation XOR Session RPC Transport TCP, UPF Network Routing Protocols IP ICMP Datalink ARP RAPP Physical Not Specified Hình 10: So sánh TCP/IP với OSI. ARP: Address Resolution Protocol FTP: File Transfer Protocol SMTP: Simple Mail Transfer Protocol SNMP: Simple Network Management Protocol NFS: Network File System ICMP: Internet Control Message Protocol TCP: Transmission Control Protocol Như vậy TCP tương ứng với lớp 4 cộng thêm một số chức năng của lớp 5 trong họ gao thức chuẩn OSI còn IP tương ứng với lớp 3 của mô hình OSI. Trong cấu trúc phân lớp của TCP/IP khi dữ liệu truyền từ lớp ứng dụng cho đến lớp vật lý, mỗi lớp đều cộng thêm phần đầu (Header) vào phần điều khiển của mình để đảm bảo cho việc truyền dữ liệu được chính xác. Mỗi thông tin điều khiển này được gọi là một Header và được đặt ở phần dữ liệu được truyền. Mỗi lớp xem tất cả các thông tin mà nó nhận được từ lớp trên là dữ liệu và đặt phần thông tin điều khiển Header của nó vào trước phần thông tin này. Việc cộng thêm vào các Header ở mỗi lớp trong quá trình truyền tin được gọi là Encapsulation. Quá trình nhận dữ liệu diễn ra theo chiều ngược lại: mỗi lớp sẽ tách phần Header trước khi truyền dữ liệu lên lớp trên. Mỗi lớp có một cấu trúc dữ liệu riêng, độc lập với cấu trúc dữ liệu được dùng ở lớp dưới của nó. Sau đây là giải thích một số khái niệm thường gặp: Stream: Dòng số liệu được truyền trên cơ sở đơn vị với số liệu là byte. Số liệu được trao đổi giữa các ứng dụng dùng TCP được gọi là Stream trong khi dùng UDP chúng được gọi là Message. Mỗi gói số liệu TCP được gọi là Segment còn UDP định nghĩa cấu trúc dữ liệu của nó là Packet. Lớp Internet xem tất cả các dữ liệu như các khối và gọi là Datagram. Bộ giao thức TCP/IP có thể dùng điểu khiển khác nhau của lớp mạng dưới cùng, mỗi loại có thể có một thuật ngữ khác nhau để truyền dữ liệu. Phần lớn các mạng kết cấu phần dữ liệu truyền đi dưới dạng Packet hay là các Frame. Application Stream Transport Segment/Datagram Internet Datagram Network Access Frame Chương III: Môi trường truyền dẫn Khi các thành phần của mạng đặt đúng chỗ thì ta phải dùng các dây cáp nối các thành phần đó với nhau thành mạng. Loại dây nối phổ biến nhất hiện nay là cáp dây xoắn có bọc ngoài và không có bọc ngoài, cáp đồng trục và cáp sợi quang. Loại dây điện thoại cũng trở nên phổ biến cho việc nối mạng từ xa. Ngoài ra, việc kết nối cũng có thể siêu âm hoặc qua tín hiệu vô tuyến. Mỗi loại cáp đều có những ưu điểm của nó. Một số bị nhiễu sóng, một số có thể là nhiễu vật lý nhưng yếu tố quyết định loại cáp nào có thể sử dụng tuỳ theo yêu cầu của mạng. Các loại cáp thường Cáp là môi trường vật lý dùng để nối các thiết bị mạng với nhau. Chúng dẫn thông tin từ một thiết bị tính toán sang các thiết bị khác. Cáp đồng trục (Coaxial Cable) Bao gồm một dây dẫn được bao bọc trong một môi trường cách điện, một dây dẫn thứ hai đóng vai trò như là dây đất và một lớp nhựa bọc ngoài. Do cấu trúc từ hai lớp vỏ nên cáp đồng trục tương đối nhiễm với các nhiễu điện từ, như là động cơ, và có thể kéo dài khoảng cách mà không sợ bị suy giảm tính năng hoạt động. Nó tạo ra khả năng rất tốt khi lựa chọn cáp đồng trục để nối giữa các toà nhà cách xa nhau như là đường trục (Backbone - đường xương sống). Cáp đồng trục có rất nhiều kích cỡ. Các mạng cục bộ đầu tiên sử dụng hai loại cáp mà thường được biết đến như là cáp béo (thick cable) và cáp gầy (thin cable). Cáp béo là loại cáp dùng rất thông dụng cho các đường cáp đồng trục (Backbone – Network) trong những năm 1970 – 1980. Nó có thể đi xa hơn cáp gầy nhưng khó cài đặt và đắt hơn. Ưu điểm của cáp béo là đi xa (500 km) và cho phép ghép nối 100 node trên segment cable. Cáp này to, nặng và khó cài đặt. Nó dùng trong trường độ nhiễu môi trường lớn hơn bình thường. Tuyệt đối không được cắt cáp để cài đặt. Khoảng cách giữa hai điểm ít nhất là 2,5 m. Ngày nay loại cáp gầy được sử dụng nhiều hơn. Cáp gầy (thin cable, RJ58 cable, lobase2 cable) có độ dài tối đa của một segment không quá 185 m và số điểm nối cho phép là 30 node/segment. Loại cáp này rẻ tiền và cài đặt. Cáp đôi dây xoắn (Twisted-Pair cable) Bao gồm hai dây dẫn được cách điện và được xoắn lại với nhau, và được bọc trong một vỏ nhựa chung. Có hai loại lựa chọn: cáp bọc kim loại và không kim loại. Cáp không bọc (Unshieded Twisted-Pair: UTP) giống như loại cáp dùng trong các hệ thống các dây cáp không bọc kim UTP và vì cáp không bọc rẻ và do sử dụng, nên chúng trở thành môi trường mạnh và rất phổ biến trong những năm gần đây. Cáp xoắn bọc kim (Shieded Twisted-Pair: STP) Có một lớp kim loại bọc ngoài nên ít bị xuyên nhiễu hơn là loại cáp xoắn không bọc kim UTP và có thể kéo đi xa hơn mà không sợ bị mất các tín hiệu ban đầu. Cáp đôi dây xoắn có thể chia làm 5 loại, phụ thuộc vào khả năng tải dữ liệu: Class 1, class 2: tốc độ không quá 5 mbps. Class 3: tốc độ không qúa 16 mbps. Class 4: tốc độ không quá 20 mbps. Class 5: tốc độ không quá 100 mbps. Cáp đôi dây xoắn dùng trong mạng hình sao. Các node được nối chung với nhau thông qua Hub/repeater, thường sử dụng đầu nối RJ45. Cáp quang (Fiber – Optic – Cable) Được cấu thành từ thuỷ tinh và nhựa tổng hợp. Chúng truyền thông tin dựa trên các hạt photons, hay gọi là ánh sáng. Chính vì cáp này là môi trường ít bị ảnh hưởng của hiện tượng xuyên nhiễu điện tử hơn tất cả các loại môi trường khác nên nó là môi trường lý tưởng trong các môi trường bị nhiễu mạng. Cáp quang cũng có thể kéo dài đi xa hơn tất cả các loại cáp đồng trục hay cáp đôi dây xoắn nên nó hiện nay được sử dụng để nôi giữa các địa điểm cách xa nhau. Tuy nhiên hiện giá thành cài đặt và bảo dưỡng của cáp quang còn rất cao nên chúng chưa thể dùng cho các máy tính để bàn. Ethernet Standard cho phép một segment fiber optic (10 base – FL) đi xa với 2 km. Việc chạy cáp Fiber Optic chỉ cần thiết trong một lần. Khi nhu cầu tăng lên, ta có thể sử dụng FDDI hoặc các công nghệ cao tốc hơn Ethernet chạy trên đường cáp quang sẵn có này, và như vậy không nhất thiết phải chạy cáp lại. Dạng tín hiệu truyền Tín hiệu truyền được truyền trên mạng có thể là dạng số (Digital) hoặc là dạng tín hiệu tương tự (Analog). Nếu tín hiệu là tương tự thì phải qua Modem để biến đổi tín hiệu số từ máy tính thành tín hiệu tương tự để truyền qua mạng điện thoại và đầu bên nhận được lại dùng Modem để biến đổi ngược lại. Để truyền tín hiệu tương tự người ta dùng nguyên lý thông tin nhiều kênh. Chương IV: Các thành phần cấu thành mạng Các thành phần của mạng máy tính bao gồm phần cứng và phần mềm cấu thành nên một mạng. Tuỳ từng trường hợp, phụ thuộc vào kích cỡ và mục đích ban đầu, một mạng có thể sử dụng tất cả các thành phần sau: Network Adapter (Thiết bị mạng) Thiết bị mạng là một thiết bị dùng để liên kết với mạng. Cụ thể nó có thể là một bàn cắm vào một trong những khe cắm (slot) trong thiết bị để có một đầu nối thích hợp với kiểu cáp mạng đã có. Trong một vài trường hợp Network Adapter có thể nằm ngoài (external network adapter) hoặc cũng có khi được lắp sẵn trên bảng mạch chủ (motherboard) như Local Talk trong các máy Macintosh. Server (Máy chủ) Máy chủ là một máy tính tốc độ cao, công suất lớn đóng vai trò như một kho hàng trung tâm (Center Repository) bao gồm dữ liệu và các chương trình ứng dụng cho mạng. Trong phần lớn các môi trường mạng, Server không thực hiện các chức năng tính toán. Trái lại, nó gửi dữ liệu đến các trạm làm việc khi có yêu cầu, và các trạm sẽ thực hiện tính toán và thực hiện chương trình. Network Operating System (Hệ điều hành mạng – NOS) Là một chương trình phần mềm thị sát trường trú trong Server. Nó điều khiển sự hoạt động của mạng bằng cách định nghĩa những người nào có quyền sử dụng mạng và quản lý sự chia sẻ thông tin và tài nguyên của mạng (máy in, Modem…) giữa các người sử dụng. Không có NOS, các thiết bị máy tính sẽ vẫn là cách biệt ngay cả khi chúng được nối vật lý với nhau. Hệ điều hành mạng chạy trên đỉnh của tất cả các hệ điều hành và cũng phải phụ thuộc vào chúng. Các hệ điều hành mạng bao gồm Novell Netware, Microsoft LAN Manager… Repeater (Bộ nhắc lại) Repeater được dùng để ghép nối hai hoặc nhiều hơn các segment cáp lại với nhau. Khi một segment đã đạt tới giới hạn của số điểm nối cho phép, hoặc có độ dài lớn hơn cho phép, chất lượng tín hiệu sẽ bị giảm sút Repeater có nhiệm vụ đồng bộ thời gian (re-times) và khuếch đại (re-amplifies) tín hiệu trên các segment được nối. Repeater cũng được tính như là một điểm nối trong mạng. Như vậy mạng 10 Base2 (Thin Ethernet) cho phép nối 29 máy và 1 Repeater, mạng 10 Base5 (Thick Ethernet) cho phép nối 95 máy và 5 Repeater. Repeater cũng có nhiệm vụ theo dõi các segment và khi cần thiết cô lập những segment bị hỏng khỏi mạng. Và một điểm khác cần lưu ý là khi dùng Repeater để kéo dài mạng ta có thể sẽ làm giải thông của mạng bị quá tải. Khi đó ta cần sử dụng Brigde, Switch hoặc Router để chia mạng lớn thành những phần nhỏ hơn. Hub Hub được sử dụng trong các mạng hình sao hoặc sao-xuyến. Nó đóng nhiệm vụ như là điểm tập trung cho các đường cáp từ máy Server và các mạng máy tính, thiết bị ngoại vi. Hub có thể là một máy lặp không thông minh (non-intelligent repeaters) chỉ đồng bộ thời gian và khuếch đại tín hiệu. Tuy nhiên Hub có thể là thông minh, thông qua các phần mềm quản trị mạng để theo dõi và kiểm soát luồng thông tin của mạng (SNMP). Ethernet Switches (Chuyển mạch mạng) Ethernet Switches tăng thông lượng của toàn mạng bằng cách chia một mạng thống nhất thành nhiều segment riêng biệt. Ethernet Switches ngăn chặn các luồng thông tin không cần thiết thoát khỏi segment và như vậy sẽ tăng tốc độ của mạng. Khi Ethernet Switches nhận được một gói tin, nó sẽ phân tích địa chỉ của segment gốc và địa chỉ. Nếu chúng giống nhau, gói tin sẽ bị bỏ qua, nếu chúng khác nhau nó sẽ được cho đi tiếp. Ethernet Switches chỉ phân tích các gói tin tại tầng MAC cho nên không phụ thuộc vào các giao thức mạng. Có hai chiến lược kiểm soát các gói tin: cut-through và store-and- forwarded. Cut-through switch chỉ đọc một phần gói tin trước khi cho đi qua hoặc lọc. Loại switch này nhanh nhưng chúng không loại bỏ các gói tin xấu. Store-and-forward switch đọc toàn bộ gói tin trước khi cho qua hoặc lọc bỏ. Loại switch này còn được thiết kế đủ nhanh như loại cut-through nhưng có ưu điểm loại bỏ được các tin xấu. Bridge (Cầu nối) Khi số lượng các điểm nối và mật độ lưu thông trên mạng tăng lên một cách đáng kể, việc truyền dữ liệu có thể trở nên chậm và không hiệu suất. Cầu (bridge) dùng để chia các mạng đã quá tải thành các segment nhỏ hơn để đảm bảo việc kiểm soát luồng lưu thông tốt hơn và sử dụng các dải truyền (band-width) có hiệu quả hơn. các segment vẫn duy trì là một phần của mạng logic. Bridge chỉ truy nhập đến các thông tin địa chỉ vật lý. Chúng sao nguyên và gửi tất cả các gói tin được hướng sang segment khác, không lưu tâm đến giao thức. Các Bridge đơn giản sử dụng một bảng địa chỉ được nhập vào từ trước để xác định địa chỉ riêng của mình (learning bridge). Learning bridge có ba chức năng cơ bản: nghe, chuyển tiếp và lọc. Khi nghe nhận được các gói tin và giải mã địa chỉ gốc. Nếu địa chỉ gốc chứa được lưu lượng cơ sở dữ liệu thì Bridge sẽ ghi lại nó. Sau đó Bridge sẽ kiểm tra địa chỉ đích. Nếu gói tin được hướng đến đoạn khác của mạng, Bridge sẽ gửi gói tin ra cổng thích hợp. Trong trường hợp địa chỉ đích chưa được xác định, Bridge sẽ gửi gói tin ra tất cả các cổng. Nếu địa chỉ đích nằm trong đoạn mạng nội bộ thì Bridge sẽ bỏ qua không xử lý. Cho mục đích bảo mật, Bridge có thể lọc hay bỏ qua các gói tin trên cơ sở các tiêu chuẩn được lập trình trước (như địa chỉ gốc hoặc kiểu của gói tin). Ngoài khả năng store-and-forward các gói tin, Bridge còn sử dụng Spanning Tree Algorithm. Bridge hoạt động bình thường trơn tru trong trường hợp chỉ có một đường dẫn. Trong một số trường hợp, người quản lý mạng thích mở nhiều đường dẫn giữa các đoạn mạng như là một cơ chế back-up. Các vòng quẩn tạo ra bởi các Bridge sẽ làm chậm mạng vì sự trùng lặp các gói tin. Vì lý do đó, IEEE đã chuẩn hoá IEEE 802. 1 D (Spanning Tree Algorithm). Phần lớn các Bridge hiện nay đều cung cấp khả năng này. Spanning Tree Algorithm thiết lập một đường dẫn duy nhất trong mạng có nhiều Bridge song song. Một Bridge sẽ chuyển các gói tin, còn cái khác sẽ khoá lại. Như vậy tránh được khả năng có nhiều đường dẫn đến cùng một đích. Nếu có vấn đề xảy ra với đường dẫn mặc định, thuật toán này cho phép các Bridge trong mạng liên lạc với nhau, các Bridge (và các Switch) thường xuyên trao đổi với nhau thông qua các gói tin BPDU. Router (chọn đường) Router cũng tương tự như Bridge là để liê._.