Tổng quan về mạng máy tính

máy tính và việc phóng lên các vệ tinh truyền thông cùng việc sử dụng chúng. Do công nghệ tiến bộ quá nhanh, các lĩnh vực nói trên kết hợp với nhau nhanh chóng và sự khác biệt giữa thu thập, truyền, lưu trữ và xử lý thóng tin biến mất rất mau. Các tổ chức có hàng trăm trụ sở trên vùng địa dư rộng lớn mong muốn có thể kiểm tra tình hình hiện thời ở các trụ sở xa nhất bằng cách bấm nút. Khi khả năng thu thập, xử lý và phân phối thông tin phát triển, nhu cầu xử lý thông tin phức tạp tinh vi hơn cũng phát triển nhanh hơn. Mặc dù ngành máy tính non trẻ hơn so với các ngành công nghiệp khác như công nghiệp xe hơi và vận tải hàng không, nhưng nó đã phát triển ngoạn mục trong một thời gian ngắn. Trong vòng hai thập niên đầu, các hệ máy tính bị co cụm, thông thường chỉ hoạt động trong phạm vi một phòng lớn. Một công ty có quy mô trung bình hay một trường đại học có thể có một hay hai máy, các cơ sở lớn có nhiều lắm là vài chục máy. ý tưởng cho rằng trong vòng 20 năm có được những máy tính mạnh như thế mà lại nhỏ hơn một con tem thư và có thể sản xuất số lượng hàng triệu chiếc được coi như một ảo tưởng khoa học. Sự sát nhập giữa máy tính với truyền thông đã ảnh hưởng sâu sắc đến cách tổ chức các hệ thống máy tính. Khái niệm “trung tâm điện toán", là một căn phòng với một máy tính lớn mà những người sử dụng đưa công việc vào đó để xử lý, đến nay đã lạc hậu. Mô hình cũ với một máy đơn nhất phục vụ tất cả các nhu cầu tính toán của một tổ chức nay được thay thế bằng một mô hình có nhiều máy riêng rẽ nhưng kết nối với nhau để làm việc. Các hệ thống như thế gọi là các mạng máy tính. Việc thiết kế và tổ chức các mạng là chủ đề của báo cáo này. Trong sách, thuật ngữ "Mạng máy tính” được dùng để chỉ một nhóm máy tính độc lập được kết nối với nhau. Hai chiếc máy tính gọi là được kết nối nếu chúng có khả năng chuyển đổi thông tin cho nhau. Sự kết nối được thực hiện thông qua một dây dẫn bằng kim loại, qua sợi quang học hay qua sóng vi-ba và vệ tinh truyền thông. Do yêu cầu tự trị của máy tính, ta cần loại trừ các hệ thống máy có mối liên hệ chủ/tớ rõ rệt. Nếu một máy có thể khởi động, dừng lại hay kiểm soát được máy khác, các máy sẽ không tự trị. Như thế một hệ thống gồm một đơn vị điều khiển và nhiều máy tớ phụ thuộc sẽ không thể là một mạng được: một máy tính lớn có các máy in và thiết bị đầu cuối từ xa cũng không thể gọi là mạng. Cũng có một lầm lẫn đáng kể trong cách nói giữa một mạng máy tính và một hệ phân cấp. Điểm khác biệt then chốt là trong một hệ phân cấp, không thể thấy được sự tồn tại của nhiều máy tính tự trị. Người sử dụng có thể gõ một lệnh để chạy một chương trình. Hệ điều hành tuyển chọn bộ xử lý tốt nhất, tìm và chuyển tải mọi tập tin nhập vào bộ xử lý đó rồi đặt kết quả vào nơi thích ứng. Nói khác đi người sử dụng hệ phân cấp không biết nó có nhiều bộ xử lý, dường như nó là một bộ xử lý ảo duy nhất mà thôi. Mọi thao tác như: định vị công việc cho bộ xử lý, định vị tập tin trên đĩa, chuyển động của các tập tin giữa các nơi lưu trữ và nơi cần thiết cũng như mọi chức năng hệ thống khác … đều phải tự động. Đối với mạng, người dùng phải đăng nhập (log onto) rõ ràng vào một máy, đăng ký công việc từ xa cũng phải rõ ràng, tự di chuyển các tập tin và quản lý tổng quát mọi việc quản lý mạng của cá nhân mình. Còn đối với hệ phân cấp lại không có gì hiển hiện cả, tất cả đều được hệ thống thực hiện tự động mà không cần sự hiểu biết của người dùng. Thật ra, một hệ phân cấp là một hệ phần mềm được xây dựng ở trên nền của môt mạng. Sự khác biệt giữa một mạng và một hệ phân cấp nằm ở phần mềm (nói riêng là hệ điều hành) hơn là ở phần cứng. Tuy nhiên, có sự trùng lặp đáng kể giữa hai khái niệm trên. Thí dụ, cả hệ phân cấp lẫn mạng máy tính đều cần di chuyển các tập tin. Sự khác nhau ở chỗ ai điều khiển sự di chuyển? Hệ thống hay người sử dụng? Mặc dù cuốn sách này ưu tiên cho mạng máy tính, vẫn có nhiều đề mục cũng quan trọng cho các hệ phân cấp. Chương 1: sử DụNG MạNG Trước khi khảo sát chi tiết kỹ thuật, chúng ta hãy dành chút thời gian thảo luận tại sao mọi người quan tâm đến mạng máy tính và có thể dùng mạng cho mục đích gì. 1. Mạng đối với các công ty Nhiều công ty có rất nhiều máy tính làm việc, thông thường các máy tính này nằm ở các bộ phận cách xa nhau. Chẳng hạn một công ty có nhiều xưởng chế tạo, họ có thề đặt ở mỗi xưởng một máy tính để theo dõi vật tư, hàng tồn kho, điều động sản xuất và tính lương tại chỗ. Ban đầu, mỗi một máy tính làm việc biệt lập, nhưng tại một số nơi, nhà quản lý có thể quyết định nối kết chúng nhằm tạo ra khả năng trích và liên kết các thông tin chung của toàn công ty. Vấn đề ở đây là sự chia sẻ nguồn tài nguyên và mục tiêu là làm cho tất cả các chương trình, máy móc thiết bị, đặc biệt là các dữ liệu có hiệu lực cho bất cứ ai trên mạng, bất chấp tình trạng vật chất của tài nguyên và người sử dụng. Nói khác đi, một người cách xa dữ liệu của mình đến cả ngàn cây số cũng có thể sử dụng dữ liệu đó như người ở tại chỗ vậy. Mục tiêu thứ hai là cung cấp độ tin cậy cao bằng cách có các nguồn hỗ trợ khác nhau. Thí dụ, một tập tin có thể được sao chép trên hai hoặc ba máy, như vậy nếu một trong các tập tin này hư hỏng (do lỗi phần cứng) thì các bản sao khác sẽ được dùng. Hơn nữa, sự hiện diện của nhiều CPU có nghĩa là nếu một trong chúng có vấn đề, các CPU khác có thể nắm quvền kiểm soát dù hiệu suất có giảm sút đi. Đối với giới quân sự, ngân hàng, kiểm soát không lưu, an toàn phản ứng hạt nhân và nhiều ứng dụng khác nữa, khả năng tiếp tục hoạt động khi gặp phải các sự cố phần cứng rất quan trọng. Một mục tiêu thứ ba là tiết kiệm tiền bạc. Các máy tính nhỏ có tỷ lệ giữa giá cả với hiệu suất nhỏ hơn nhiều so với các máy tính lớn. Máy tính loại lớn (main frame) (máy lớn cỡ cả phòng) nhanh hơn gấp mười lần máy nhỏ, nhưng giá tiền lại đắt gấp ngàn lần. Sự mất cân đối đó khiến cho nhiều nhà thiết kế hệ thống phải xây dựng các hệ thống gồm những máy tính cá nhân, mỗi máy một người sử dụng, dữ liệu được giữ trong một hay nhiều máy chủ dùng chung. Trong mô hình này, người sử dụng gọi là khách (client) và toàn bộ hệ thống được gọi là mô hình client/server (khách/chủ). Xem hình 1.1. Trong mô hình client/server, việc truyền thông thường có dạng một thông điệp yêu cầu từ client đến server để đòi hỏi làm một số việc. Máy server sẽ thực hiện công việc và gửi lại thông tin phân phối. Thông thường có rất nhiều máy client, một số ít máy server. Hình 1.1. Mô hình client - server (khách - chủ) Một mục tiêu khác nữa để lập mạng là khả năng nâng cấp bằng cách thêm nhiều bộ xử lý hơn. ở máy tính mainframe, khi hệ thống bị tràn phải thay thế bằng một hệ thống lớn hơn, chi phí thường cao và công việc của người sử dụng bị dán đoạn. Còn trong mô hình client/server, có thể thêm client và server mới khi cần. Một mục tiêu nữa của việc thiết lập mạng máy tính đó là cung cấp phương tiện truyền thông mạnh giữa các nhân viên ở cách xa nhau. Bằng cách dùng mạng, hai hay nhiều người sống xa nhau dễ dàng viết báo cáo cho nhau. Khi một công nhân thay đổi chi tiết trên một tài liệu trực tuyến, người khác có thể thấy ngay sự thay đổi đó thay vì phải chờ thư trong vài ngày. Như thế việc đôn đốc điều phối giữa những nhóm làm việc xa nhau trở nên dễ dàng. Điều này trước đây không thể thực hiện được. Trong tương lai, việc sử dụng mạng để cải tiến việc truyền thông giữa con người với nhau có thể sẽ quan trọng hơn các mục tiêu kỹ thuật. Mạng đối với đời sống con người Động cơ để cấu tạo các mạng máy tính trên đây về cơ bản vẫn là yếu tố kinh tế và công nghệ. Nếu các máy lớn (mainframe) có công suất mạnh và giá cả hợp lý thì hầu hết các công ty đều chọn để đưa dữ liệu của họ vào đó và cung cấp thiết bị đầu cuối để các nhân viên nối kết vào. Vào thập niên 1970 và những năm đầu tiên của thập niên 1980, hầu hết các công ty đều hoạt động theo cách này. Mạng máy tính chỉ trở nên phổ biến lúc chúng đưa ra được ưu điểm khổng lồ về giá cả/hoạt động vượt trội các mạng máy tính lớn. Từ các năm 1990, mạng máy tính bắt đầu phục vụ cho tư nhân tại nhà riêng. Các dịch vụ này và động cơ sử dụng chúng hoàn toàn khác với mô hình "hiệu quả công ty" đã được trình bày ở phần trước. Sau đây là ba dịch vụ nổi tiếng đã được tạo ra: 1/ Truy cập thông tin từ xa. 2/ Liên lạc giữa người với người. 3/ Giải trí tương tác. Việc truy cập thông tin từ xa diễn ra dưới nhiều hình thức. Một lĩnh vực luôn cần đến việc truy nhập thông tin từ xa là lĩnh vực tài chính. Nhiều người trả tiền hóa đơn, quản lý tài khoản ngân hàng của mình và sử dụng vốn đầu tư của họ bằng điện tử. Việc mua sắm tại nhà cũng trở nên phổ biển cùng với khả năng xem xét các catalog trực tuyến của hàng ngàn công ty. Một số catalog cung cấp hình ảnh video về bất cứ sản phẩm nào ngay khi bạn nhấp chuột (mouse) trên tên sản phẩm. Báo chí sẽ đưa tin trực tuyến và từng người có thể yêu cầu tòa soạn cung cấp những tin tức về các nhà chính trị tham nhũng, những trận cháy lớn, những vụ xì-căng-đan trứ danh và về bệnh dịch … Ban đêm khi bạn đang ngủ, các tin tức sẽ được tải về đĩa cứng trong máy hay được in lên máy in laser của bạn. ở cấp độ nhỏ, dịch vụ này đã hình thành. Bước kế tiếp theo sau báo chí (và các tạp chí cũng như tập san khoa học) là thư viện trực tuyến. Tùy nơi giá cả, kích cỡ và trọng lượng cúa máy tính xách tay mà các cuốn sách in trở nên lạc hậu. Một ứng dụng khác rơi vào đặc trưng này là việc truy cập đến hệ thông tin như World Wide Web hiện nay, gồm các thông tin về nghệ thuật, doanh nghiệp, nấu ăn, chính phủ, sức khỏe, lịch sử, vui chơi giải trí, khoa học, thể thao, du lịch và rất nhiều đề tài cho bất cứ ai quan tâm. Tất cả những ứng dụng đó liên quan đến những tương tác giữa một người với một cơ sở dữ liệu ở xa. Đặc trưng rộng rãi thứ hai của việc dùng mạng sẽ là các tương tác giữa người với người. Thư điện tử (e-mail) được hàng triệu người dùng rộng rãi, nó chứa đựng âm thanh và hình ảnh như văn bản vậy. E-mail sẽ cho phép những người dùng từ xa liên lạc với nhau mà không cần chờ đợi, có thể thấy hình ảnh và nghe nhau nói. Công nghệ này cho phép có những cuộc hội thảo ảo gọi là video conference (hội nghị trên video) giữa những người ở xa nhau. Các cuộc hội nghị ảo sẽ được sử dụng cho các trường học từ xa, hội chẩn y học từ những chuyên gia ở cách xa nhau và nhiều ứng dụng khác. Những nhóm tin toàn cầu với những thảo luận đáng tin cậy cũng đang được phát triển. Đặc trưng thứ ba là giải trí, đây là một ngành công nghiệp phát triển khổng lồ. ứng dụng bao trùm ở đây là video. Có thể chọn bất cứ phim ảnh hay chương trình truyền hình ở đâu đó, tại mọi xứ sở và cho hiển thị trên màn hình ngay tức thì. Các phim mới có thể trở nên có tính giao lưu, người sử dụng có thể xem tình cờ bất cứ đoạn nào trong phim. Truyền hình sinh động có thể cũng được tương tác, khán giả tham gia vào các cuộc thi đố, chọn lựa đấu thủ, v.v … ở góc độ khác, sự thống trị có thể không phải là video mà là các trò chơi. Chúng ta sẵn có những trò chơi mô phỏng với thời gian thật như che giấu và nhìn thấy trong một ngục tối và các bộ mô phỏng phi hành với những người chơi trên một đội đang cố gắng hạ gục các đấu thủ ở đội kia. Nếu thực hiện với dụng cụ bảo hộ và thời gian thực ba chiều, hình ảnh di động chất lượng cao, chúng ta sẽ có một loại thực tế ảo dùng chung toàn cầu. Tóm lại, khả năng trộn thông tin, truyền thông và giải trí chắc chắn sẽ hình thành một ngành công nghiệp mới mang tính quần chúng đặt nền tảng trên mạng máy tính. Các vấn đề xã hội Sự giới thiệu rộng rãi của mạng sẽ nêu lên những vấn đề mới của xã hội đạo đức và chính trị. ở đây ta chỉ xem xét ngắn ngọn một vài vấn đề; còn việc khảo sát đầy đủ các vấn đề này sẽ cần ít nhất là một cuốn sách. Tính năng phổ biến của nhiều mạng là các newsgroup (nhóm tin) hay bulletin boards (bảng thông báo), ở đó, người ta có thể trao đổi thông tin với các cá nhân có cùng quan điểm. Khi đề tài bị thu hẹp vào các chủ điểm kỹ thuật hoặc thú tiêu khiển, như làm vườn chẳng hạn, thì không có quá nhiều vấn đề rắc rối nảy sinh. Rắc rối chính là các nhóm tin thiết lập trên các đề tài mà mọi người thật sự lo lắng đến như chính trị, tôn giáo, hay tình dục. Các thông điệp không chỉ hạn chế trong phạm vi văn bản. Các ảnh chụp màu độ phân giải cao và các bộ phim video này có thể truyền dễ dàng trên mạng máy tính. Một số người có quan điểm buông thả cuộc sống (take a live - and let live view) thì thích thú, nhưng nhiều người khác cảm thấy một số thông tin là không thể chấp nhận được (sách, báo, phim ảnh khiêu dâm trẻ em). Thế là tranh luận dữ dội. Người ta đã kiện các điều hành viên mạng, đổ trách nhiệm cho họ về các nội dung của mình, như với nhật báo và tạp chí vậy. Câu trả lời khó tránh được là một mạng máy tính cũng như một công ty điện thoại hay một bưu cục, không thể giám sát nổi những gì người sử dụng nói. Hơn nữa, khi có được các thông điệp thì điều tra và điều hành viên có thể xóa bỏ những gì có khả năng làm mình bị kiện, và như thế là vi phạm quyền tự do ngôn luận của người dùng. Một điều ngộ nhận kbác là quyền người thuê với người cho thuê. Nhiều người đọc và viết e-mail khi làm việc, vài người cho thuê đã yêu cầu được quyền đọc và có thể kiểm tra các thông điệp của người thuê, bao gồm các thông điệp gửi từ thiết bị đầu cuối (terminal) ở nhà sau giờ làm việc. Không phải người thuê nào cũng bằng lòng với việc làm này. Mối quan hệ người cho thuê có quyền với người thuê cũng dùng trong trường hợp trường đại học với sinh viên chăng? Còn về trường trung học với học sinh thì sao? Năm 1994, đại học Carnegie-Mellon quyết định ngắt dòng thông điệp đến một vài nhóm tin phân phối về tinh dục vì nhà trường cảm thấy nội dung không phù hợp với lớp trẻ (tức là những học sinh dưới 18 tuổi). Các mạng máy tính có khả năng gởi thông điệp như nhau. Trong vài trường hợp, khả năng này có thể được ưa chuộng. Chẳng hạn, các học viên, quân nhân, người được thuê và công dân có thể dùng nó để miệt thị, với thái độ không đúng, các giáo sư, sĩ quan, giám thị và chính trị gia mà không phải sợ bị trả đũa. Mặt khác, tại Hoa Kỳ và các nền dân chủ khác, luật pháp đặc biệt cho phép một bị cáo quyền đối diện và tranh cãi với người buộc tội mình trước tòa án. Những cáo buộc như nhau không tự nhiên mà có nếu không có sự xuất hiện của mạng máy tính. Nói tóm lại, mạng máy tính, cũng như báo chí, đã trải qua 500 năm, cho phép các công dân bình thường phân phối cái nhìn theo nhiều cách đến các khán giả khác nhau hơn trước. Sự tự do mới thiết lập này đưa đến nhiều vấn đề xã hội, chính trị và đạo đức nan giải, (bạn hãy xem giải pháp của các vấn đề này như một bài tập). Chương 2: pHầN CứNG MạNG Bây giờ là lúc tạ từ vấn đề ứng dụng và những yếu tố xã hội để nói sang vấn đề kỹ thuật trong việc thiết kế mạng. Có hai hướng quan trọng: công nghệ truyền tải và kích thước. Nói rộng ra, có hai loại công nghệ truyền tải: 1/ Các mạng quảng bá (broadcast). 2/ Các mạng nối điểm (point-to-point). Các mạng quảng bá có một kênh truyền thông đơn được dùng chung cho tất cả các máy trên mạng. Các thông tin ngắn gọi là gói tin (Packet) theo một số ngữ cảnh, được gởi bởi bất cứ máy nào đều được nhận bởi tất cả các máy khác. Một trường địa chỉ trong gói tin chỉ định người nhận: Khi nhận một gói tin, máy kiểm tra một địa chỉ. Nếu gói tin gửi cho nó, nó sẽ xử lý; nếu gói tin gửi cho máy khác, nó bỏ qua ngay. Để ví von việc này: một người đang ở cuối hành lang có nhiều phòng và la lên: "Anh Watson, lại đây, tôi muốn gặp". Dù gói tin này thật sự được nhận bởi nhiều người (nghe tiếng la), nhưng chỉ một mình ông Watson đáp lời thôi, mọi người khác đều bỏ qua. Một thí dụ khác là phát ngôn viên ở sân bay gọi mọi hành khách của chuyến bay 644 đến cổng 12 để báo cáo gì đó, mọi hành khách khác sẽ không quan tâm. Hệ quảng bá cũng cho phép khả năng định địa chỉ của một gói tin cho mọi nơi nhận bằng cách nhận một mã đặc biệt trong trường địa chỉ. Khi một gói tin có mã ấy được truyền đi, mọi máy trên mạng dều nhận và xử lý. Chế độ thao tác này gọi là thông tin quảng bá (broad casting). Vài hệ quảng bá cũng hỗ trợ đến một vài nhóm máy, đôi khi được biết đến như là đa quảng (multicasting), mọi sơ đồ có thể dành riêng một bit để chỉ định đa quảng, n-1 bit địa chỉ còn lại có chể lưu giữ con số của nhóm. Mỗi máy có thể “thuê bao" đến một hay tất cả các nhóm. Interprocessor Processors Example distance located in same 0,1 m Circuit board Data how machine 1 m System Multicomputer 10 m Room Local area network 100 m Building 1 km Camous 10 km City Metropolitan area network 100 km Country Wide area network 1.000 km Continent 10.000 km Planet The Internet Hình 1.2. Xếp loại các bộ xử lý giao nối vớì nhau theo cấp độ Ngược lại các mạng nối điểm chứa đựng những sự kết nối giữa từng cặp máy. Để đi từ nơi gởi đến nơi nhận, một gói tin trên kiểu mạng này có thể viếng thăm một hay nhiều máy ngay lập tức. Thường có nhiều đường (route) có cự ly khác nhau, thuật toán chọn đường (routing) đóng một vai trò quan trọng trong mạng nối điểm. Như một nguyên tắc chung (dù có nhiều ngoại lệ), các mạng nhỏ địa phương có khuynh hướng dùng tới mạng quảng bá, trong khi các mạng lớn thường là mạng điểm-điểm. Một tiêu chưẩn khác để xếp loại các mạng là kích thước của chúng. Hình 1.2. xếp loại các hệ đa xử lý theo kích thước vật lý. Trên cùng là các máy theo dòng dữ liệu, những máy tính song song với nhiều đơn vị chức năng cùng làm việc trên cùng một chương trình. Kế đến là các máy đa điện toán, những hệ thống liên lạc với nhau bằng cách gởi các thông điệp trên các bus rất ngắn và cực nhanh. Ngoài các máy đa điện toán còn có là mạng thật, các máy tính liên lạc bằng cách chuyển thông điệp lên các dây cáp dài hơn, có thể chia thành mạng cục bộ (LAN), mạng đô thị (MAN) và mạng diện rộng (WAN). Khoảng cách là một đại lượng quan trọng để xếp loại vì những kỹ thuật khác nhau được sử dụng ở những bậc khác nhau. Cuốn sách này chỉ đề cập những mạng thật sự và sự liên kết giữa chúng. Sau đây, xin giới thiệu vắn tắt đến phần cứng của mạng. 1. Mạng cục bộ (LAN) Mạng cục bộ, gọi chung là LAN (local area NETwork) là những mạng riêng trong một cao ốc hay một khu tập thể cỡ vài kilômét. Mạng này được dùng rộng rãi để kết nối các máy tính cá nhân và trạm làm việc (work station) trong các văn phòng và phân xưởng trong công ty để dùng chung tài nguyên (máy in chẳng hạn) và trao đổi thông tin. LAN phân biệt với các kiểu mạng khác ở ba đặc trưng: (1) kích cỡ, (2) công nghệ truyền, (3) cách cấu hình (topology). LAN hạn chế về kích cỡ, tức là thời gian truyền tải xấu được hạn chế và biết trước. Biết được hạn chế này để có thể dùng kiểu thiết kế khác đi. Điều này sẽ làm việc quản trị mạng trở nên đơn giản. LAN thường dùng công nghệ truyền tải có một dây cáp đơn nhất cho mọi máy gắn vào, giống như mạng dây điện thoại sử dụng ở nông thôn. Các LAN truyền thông với tốc độ từ 10 đến 100 Mbps, có độ trễ thấp (hàng chục microgiây), và rất ít lỗi. Các LAN mới hơn có thể thao tác với tốc độ cao hơn, đến hàng trăm megabit/giây. Trong sách này, ta sẽ quan tâm tới LAN truyền thống và đo tốc độ trên đường truyền bằng megabit/s (Mbps) chứ không dùng megabytes/s (Mbps). Một megabit là 1.000.000 bit chứ không phải 220 = l.048.576 bit. Có thể có nhiều cách cấu hình (topology) cho các LAN quảng bá. Hình 1.3. nêu ra hai loại. Trong một mạng bus (tức là một cáp tuyến tính), vào bất cứ khoảnh khắc nào một máy có thể là máy chínb và cho phép truyền tải. Mọi máy khác bị yêu cầu hạn chế việc truyền gởi. Cần có một cơ chế phân xử để giải quyết các xung đột khi hai hay nhiều máy muốn chuyển tin cùng một lúc. Cơ chế phân xử có thể là tập trung hay phân tán. Thí dụ chuẩn IEEE 802.3, hay được gọi là EtherNet TM, là một mạng quảng bá trên nền tảng bus với kiểm soát được phân cấp hoạt động tại tốc độ 10 hay 100 Mbps. Các máy trên một EtherNet có thể truyền tải khi chúng muốn: nếu hai hay nhiều gói tin va chạm nhau, từng máy phải chờ đợi một thời gian nào đó và cố gắng truyền lại sau. Hình 1.3. Hai mạng quảng bá (a) Bus; (b) Ring Một loại hệ thống quảng bá thứ hai là ring (vòng). Trong một ring, mỗi bit lan tỏa quanh nó; không chờ đợi phần còn lại của gói tin. Điển hình là từng bit dạo quanh toàn thể ring trong thời gian nó chiếm để truyền một vài bit. Như mọi hệ quảng bá khác, cần có một số quy tắc để sắp xếp các thao tác truy cập đồng thời đến ring. Nhiều phương pháp được sử dụng sẽ được đề cập sau. Chuẩn IEEE 802.5 (IBM token ring) là một hệ điều hành LAN phố biến ở tốc độ 4 và 16 Mbps. Các mạng quảng bá có thể được chia thêm thành hai loại: tĩnh và động, tùy thuộc cách phân phối kênh. Một sự phân phối tĩnh tiêu biểu có thể chia thời gian thành các khoảng rời rạc và chạy một thuật toán vòng cổ (round robin), cho phép từng máy chỉ quảng bá khi có khe thời gian đến. Định vị tĩnh bỏ trống dung lượng kênh khi một máy không làm gì trong thời gian định vị khe, nên hầu hết các hệ thống nhắm đến định vị kênh động (tức là theo nhu cầu). Phương pháp định vị động với một kênh chung có thể tập trung hay phân tán. Trong phương pháp định vị tập trung, có một thực thể đơn: thí dụ một bộ trọng tải cho bus, nó xác định người sê đi tiếp. Có thể làm việc ấy bằng cách chấp nhận các yêu cầu và quyết định tương ứng với một số thuật toán bên trong. Trong phương pháp định vị kênh phân tán, không có thực thể trung tâm, mỗi máy phải tự quyết định lấy việc truyền tải hay không. Bạn có thể nghĩ rằng việc này luôn luôn dẫn đến sự hỗn loạn nhưng không phải. Sau này ta sẽ khảo sát nhiều thuật toán được thiết kế để có được trật tự trong mạng. Một loại LAN khác được xây dựng bằng các đường truyền điểm-điểm. Các đường riêng được nối với một máy riêng khác. Như vậy một LAN thực sự là một mạng diện rộng mini. Ta sẽ xem xét sau. 2. Mạng đô thị (MAN – Metropolitan Area NETwork) Một mạng đô thị (MAN) căn bản là một phiên bản lớn hơn của một LAN và thường sử dụng công nghệ analog. Nó thường bao trùm một nhóm các văn phòng công ty gần nhau hay một thành phố và có thể là tư hoặc công. Một MAN có thể hỗ trợ cả dữ liệu lẫn tiếng nói và có thể liên lạc với mạng truyền hình cáp ở địa phương. Một MAN chỉ có một hay hai cáp và không có các phần tự chuyển rẽ gồm các gói tin mạch shunt chạy trên một hoặc vài đường ra. Việc không phải chuyển làm đơn giản thiết kế. Lý do chính để phân biệt các MAN như một đặc trưng riêng biệt là ở chuẩn được thừa nhận cho chúng, chuẩn ấy nay đã được cài đặt, gọi là DQDB (Distributed Queue Dual Bus - còn gọi là chuẩn 802.6 do IEEE định nghĩa). DQDB chứa hai bus đơn hướng (trên cáp) để nối các máy với nhau. Như trong Hình 1.4. Mỗi bus có một đầu cuối (head-end), đó là thiết bị bắt đầu hoạt động truyền tải. Để truyền đến máy bên phải của máy gởi thì dùng bus trên. truyền qua trái dùng bus dưới. Một khía cạnh then chốt của MAN là một phương tiện quảng bá (đối với 802.6 là hai cáp) được tất cả các máy tính gắn vào. Việc này làm cho thiết kế đơn giản đi rất nhiều so với các loại mạng khác. Hình 1.4. Kiến trúc mạng đô thị DQDB 3. Mạng diện rộng (WAN - Wide Area NETwork) Một mạng diện rộng, hay WAN, phủ một vùng địa lý rộng lớn, thường là một quốc gia hay lục địa. Nó chứa một tập những máy dự kiến chạy các ứng dụng của người dùng. Ta sẽ theo cách dùng truyền thống và gọi chúng là máy host. Thuật ngữ đầu cuối hệ thống (end-system) đôi khi cũng được dùng. Host được nối bởi một mạng con truyền thông, hay nói tắt là mạng con (subnet). Công việc của subnet là mang các thông điệp từ host này đến các host khác giống như hệ điện thoại chuyển các từ từ người nói đến người nghe. Bằng cách phân biệt mặt truyền thông thuần túy của subnet với một ứng dụng (các host), việc thiết kế toàn bộ mạng thật đơn giản vô cùng. Trong hầu hết các mạng WAN, subnet gồm hai thành phần phân biệt: các đường truyền tải và các phần tử chuyển đổi. Các đường truyền tải (circuit, channel - kênh, hay trunk) di chuyển các bit giữa các máy. Còn các phần tử chuyển đổi là những máy tính đặc biệt dùng để nối hai hay nhiều đường truyền tải. Khi dữ liệu đến một đường nhận, chuyển rẽ phải chọn một đường gởi để chuyển đi. Tuy nhiên, không có công nghệ chuẩn nào được dùng để gọi tên các máy tính ấy cả. Chúng có nhiều dạng như: nút chuyển gói tin (packet switching node), hệ tức thời (immediate system) và chuyển đổi dữ liệu (data switching exchange). Như một thuật ngữ chung cho các máy tính chuyển đổi, ta sẽ chọn thuật ngữ router (bộ chọn đường) nhưng người đọc phải hiểu là không có sự nhất trí về thuật ngữ nơi đây. Trong mô hình này, xem Hình 1.5, một host nói chung được nối với một LAN trên đó có một bộ chọn đường (router), mặc dù trong vài trường hợp một host có thể được nối trực tiếp với một router. Tập hợp các đường truyền thông với các bộ chọn đường (chứ không phải host) thành lập mạng con (subnet). Hình 1.5 Liên hệ giữa các host với subnet Về thuật ngữ subnet trong vài năm gần đây còn có nghĩa thứ hai khi kết hợp với việc định địa chỉ mạng (sẽ nói trong chương 5). Do đó, từ subnet có nghĩa hơi mơ hồ. Nhưng chẳng có từ nào khác với nghĩa ban đầu nên ta cứ tùy tình hình mà dùng một trong hai nghĩa, ý nghĩa của nó sẽ được rõ ràng tùy theo ngữ cảnh. Trong hầu hết các WAN, mạng chứa nhiều cáp hay đường dây điện thoại, mỗi cáp nối với một cáp router. Nếu hai router không dùng chung một cáp thì không bao giờ liên lạc được, chúng phải thực hiện việc này một cách gián tiếp qua những router khác. Khi một gói tin được gởi từ router này sang router khác qua một hay nhiều router trung gian, gói tin được nhận toàn bộ tại từng router trung gian, lưu trữ tại đó cho đến khi đường ra yêu cầu trống thì mới chuyển. Một subnet theo nguyên tắc này gọi là subnet nốỉ điểm, (point-to-point) lưu trư rồi chuyển (store-and-forward) hay chuyển rẽ gói (packet-switched), gần như tất cả mạng WAN (trừ mạng dùng vệ tinh) đều có các subnet lưu trữ rồi chuyển (store-and-forward). Khi các gói tin nhỏ và cùng cỡ, chúng thường được gọi là cell. Khi dùng subnet nối điểm, một vấn đề thiết kế quan trọng là chọn cách bố trí nào để giao nối các router. Hình 1.6 nêu vài cách. Các mạng địa phương được thiết kế như thế thường có tính đối xứng. Ngược lại, WAN tiêu biểu có các bố trí không đều. Hình 1. 6 Vài cách bố trí có thé được chấp nhận của một subnet nối điểm (a) Sao (b) Vòng (c) Cây (d) Đầy đủ (e) Các vòng giao nhau (f) Không đều Một khả năng thứ hai cho một WAN là vệ tinh hay hệ radio nối đất. Mỗi router có một ăngten để chuyển nhận qua đó. Mọi router có thể nhận dữ liệu từ vệ tinh, và trong một số trường hợp cũng có thể nghe được việc truyền dữ liệu từ các truyền tải của các router bạn đến vệ tinh. Đôi khi các router được kết nối đến một subnet điểm-điểm quan trọng mà chỉ một vài trong số chúng có ăngten vệ tinh. Các mạng vệ tinh được phổ biến và rất hữu dụng khi ta chú ý đến tính quảng bá. 4. Mạng vô tuyến Các máy tính di động, như máy số tay (notebook) và máy PDA (personal diIPal assitant) là phần phát triển nhanh nhất của công nghệ máy tính. Nhiều chú nhân của các máy ấy có những máy để bàn (desktop) trên LAN và WAN tại sở làm và lại muốn kết nối về nhà khi xa nhà hay trên đường đi. Do kết nối bằng dây trên xe, tàu hay máy bay không thực hiện được, họ rất quan tâm đến mạng không dây (tức vô tuyến). Việc liên lạc truyền thông vô tuyến không phải là ý tưởng gì mới mẻ. Từ năm 1901, Marconi (người ý) đã thực hiện được điện tín không dây từ tàu vào bờ bằng mã Morse (chấm và vạch nay thành nhị phân). Các hệ không dây kỹ thuật số hiện đại có hiệu suất tốt hơn, nhưng ý tưởng cơ bản thì cũng giống nhau. Các mạng vô tuyến có nhiều công dụng. Phổ biến là văn phòng xách tay. Khi đi đường người ta thường muốn dùng thiết bị điện tử mang theo để nhận và gởi các cuộc điện đàm, fax, email, đọc các tập tin từ xa, đăng nhập từ máy từ xa … và làm việc này ở bất cứ nơi đâu trên đất liền, biển cả hoặc trên trời. Các mạng vô tuyến có giá trị cao khi người sử dụng đang ở trên tàu xe hay các nhân viên sửa chữa dùng để liên lạc về nhà. Một ứng dụng khác là để gọi các nhân viên cứu hộ đang ở tại những nơi nguy hiẻm (hỏa hoạn, lụt lội, động đất …) nơi hệ thống điện thoại bị phá hủy. Máy tính ở những nơi này có thé chuyển thông điệp, giữ mẫu ghi tin, v.v … Cuối cùng, các mạng vô tuyến thật quan trọng trong quân sự. Nếu bạn phải chiến đấu ở nơi nào đó trên trái đất, việc ghi chú, việc phụ thuộc vào hệ thống mạng địa phương không phải là ý tưởng tốt, tốt hơn là mang máy theo. Wireless Mobile Applications No No Stationary workstations in offices No Yes Using a portable in a hotel; train maintenance Yes No LANs in older; unwired buildings Yes Yes Portable office; PDA for store inventory Hình 1.7 Các tổ hợp mạng vô tuyến và tính toán di động Mặc dù mạng vô tuyến và điện toán di động thường quan hệ nhau nhưng lại không đồng nhất với nhau. Như trong Hình 1.7. Các máy tính xách tay có lúc được nối dây. Thí dụ, nếu một khách du lịch cắm một máy xách tay vào phích cắm điện thoại trong khách sạn, ta có tính di động mà không cần mạng vô tuyến. Một thí dụ khác là một ai đó dùng máy xách tay suốt hành trình trên tàu lửa đề kiểm tra kỹ thuật. ở đây có dây kéo lê bên dưới (mô hình máy hút bụi). Mặt khác, một số máy tính vô tuyến lại không di động được. Một thí dụ quan trọng ở đây là một công ty sở hữu một cao ốc cũ không có cáp mạng cài đặt trước mà muốn nối các máy tính với nhau. Việc cài đặt mạng LAN vô tuyến có thể tốn thêm một chút ngoài việc mua là mua một hộp nhỏ với vài linh kiện và lắp đặt vài ăngten. Giải pháp này có thể rẻ hơn là đặt dây cho tòa cao ốc. Mặc dù để cài đặt, các LAN vô tuyến cũng có một số bất tiện. Với dung lượng từ 1 đến 2 Mbps, LAN vô tuyến chậm hơn hẳn LAN có dây. Mật độ lỗi sai cũng thường cao hơn và việc truyền tải từ các máy khác nhau có thề bị nhiễu bởi một máy khác nữa. Nhưng dĩ nhiên cũng có những ứng dụng di động vô tuyến thực sự, từ văn phòng di động đến nhân viên đang đi vòng quanh cửa hàng để kiểm kê hàng hóa với một máy PDA. Trong nhiều sân bay bận rộn, các thư ký công ty cho thuê xe làm việc ở bãi đậu với máy tính xách tay vô tuyến. Họ gõ vào số giấy chứng nhận của xe quay về, cho các thông tin về thuê xe và in ra hóa đơn. Các mạng vô tuyến có nhiều dạng. Một số trường đại học._.