Xây dựng mạng máy tính và một số kiến trúc mạng thực tế

t phần không thể thiếu là chúng ta phải hiểu về các thành phần phần cứng đã liên kết chúng lại. Trong thời gian qua, em đã tìm hiểu về những phương tiện phần cứng giúp chúng ta đã xây dựng nên một mạng máy tính rộng lớn như ngày nay. Khái niệm phần cứng là một khái niệm rộng. Vì thời gian có hạn em không thể trình bày chi tiết hết tất cả các loại phần cứng tạo nên một mạng. Em xin được trình bày những khái niệm cơ bản và cần thiết khi hiểu về mạng máy tính. Để hiểu được các phần cứng và chức năng chúng trên mạng, em mạnh dạn trình bày chúng dưới góc nhìn xây dựng mạng và một số kiến trúc mạng thực tế để biết vai trò cụ thể của những loại phần cứng khác nhau. Do thời gian hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện em không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Thế Quế đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện bài tiểu luận này. Đặc biệt là những kiến thức thầy đã truyền đạt cho em, những vấn đề thầy nêu ra đã giúp em hiểu được sâu hơn về mạng. Nhưng đồng thời còn có nhiều vấn đề em còn phải nghiên cứu thêm nữa. Hà Nội, ngày 6 tháng 6 năm 2004 Giới thiệu về mạng máy tính Các ích lợi của mạng máy tính Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được nối với nhau bởi các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó. Qua định nghĩa đơn giản và còn “thô” về mạng máy tính trên đây chúng ta cũng thấy được hai yếu tố cơ bản của mạng máy tính là đường truyền vật lý và kiến trúc mạng, những yếu tố này sẽ được xem xét một cách chi tiết trong các phần sau. Mạng máy tính thực sự là một tập các máy tính, nhưng việc nối chúng thành mạng sẽ mang lại lợi ích gì. Trong hoàn cảnh hiện nay một mạng máy tính có thể mang lại các lợi ích sau: Trao đổi thông tin: Mạng máy tính cho phép chúng ta trao đổi thông tin một cách dễ dàng và thuận tiện. Khi đã có mạng máy tính chúng ta có thể trao đổi thông tin với mọi phòng ban trong cùng tổ chức (hoặc công ty) mà không cần phải dùng đến các phương pháp thủ công. Hơn nữa ngày nay Internet đã trở nên phổ biến nếu mạng riêng của tổ chức (hoặc công ty) được kết nối vào Internet thì việc trao đổi thông tin không bị bó hẹp trong phạm vi tổ chức (công ty) hay quốc gia mà việc trao đổi thông tin có tính toàn cầu. Chia sẻ thông tin: Nhiều thông tin trên mạng có thể được xử lý tập trung và chia sẻ cho toàn bộ các máy trên mạng điều này cho phép đạt được sự nhất quán cao của thông tin. Chia sẻ tài nguyên: Các tài nguyên có giá trị cao (kể cả phần cứng và phần mềm) được dùng chung, điều này giúp cho việc giảm chi phí trang bị, cũng như tăng hiệu quả của việc sử dụng tài nguyên. Lưu giữ thông tin: Thực hiện sao lưu dữ liệu một cách tập trung, tránh các tổn thất do sự cố gây ra. Bảo vệ thông tin: Dựa vào việc thiết lập một cơ chế bảo mật thông tin và xác định quyền truy nhập thông tin trên mạng thông tin được bảo vệ an toàn tránh được việc truy nhập bất hợp pháp cũng như rò rỉ thông tin. Trao đổi e-mail: E-Mail là một trong những dịch vụ quan trọng của mạng máy tính, cho phép người sử dụng trao đổi thông tin mà không yêu cầu bên gửi và bên nhận phải có mặt cùng lúc. Các mô hình mạng máy tính Một máy tính trên mạng có thể thuộc một trong ba loại như sau: Máy trạm (Client): không cung cấp tài nguyên mà chỉ sử dụng tài nguyên từ mạng. Máy chủ (Server): cung cấp tài nguyên và các dịch vụ cho các máy trên mạng. Peer: sử dụng tài nguyên và đồng thời cũng cung cấp tài nguyên cho mạng. Dựa vào cách mà các máy tính được nối vào mạng cũng như cách mà chúng tương tác với mạng và với nhau, mạng máy tính được chia làm ba mô hình cơ bản như sau: Mô hình trạm-chủ (Client-Server): Các máy trạm được nối với các máy chủ, nhận quyền truy nhập mạng và tài nguyên mạng từ các máy chủ. Đối với Windows NT các máy được tổ chức thành các miền (domain). An ninh trên các domain được quản lý bởi một số máy chủ đặc biệt gọi là domain controller. Trên domain có một master domain controller được gọi là PDC (Primary Domain Controller) và một BDC (Backup Domain Controller) để đề phòng trường hợp PDC gặp sự cố. Mô hình mạng ngang hàng (Peer-to-Peer): Mô hình này không có máy chủ, các máy trên mạng chia sẻ tài nguyên không phụ thuộc vào các máy khác trên mạng. 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 bạn 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, do vậy bạn có thể phải biết mật khẩu để có thể truy nhập được tới các tài nguyên được chia sẻ. Mô hình lai (Hybrid): Mô hình này là sự kết hợp giữa Client-Server và Peer-to-Peer. Phần lớn các mạng máy tính trên thực tế thuộc mô hình này. Trong mô hình mạng có máy chủ (server) không phải mọi máy chủ đều hoạt động như nhau mà chúng được dành riêng để thực hiện những nhiệm vụ chuyên biệt nhằm hỗ trợ các máy trạm trên mạng, một máy chủ có thể thực hiện toàn bộ các nhiệm vụ này hoặc cũng có thể có một số máy chủ sẽ thực hiện mộ nhiệm vụ riêng biệt nào đó. Trong thực tế thường gặp các loại máy chủ sau: File server: Cung cấp các dịch vụ về tệp. Người sử dụng có thể trao đổi, đọc, ghi và điều khiển mức độ truy nhập cũng như dữ liệu của các tệp, các dịch vụ về tệp thường là các loại dịch vụ sau: Truyền tệp (file transfer): Cho phép truyền các tệp giữa các máy trên mạng, người sử dụng có thể truyền tệp giữa máy chủ và máy trạm, giữa các máy trạm hoặc giữa các máy chủ mà không phải dùng đĩa mềm (hoặc các phương tiện lưu trữ khác) để copy sang máy khác một cách thủ công. Lưu trữ tệp và lưu chuyển dữ liệu (file storage and data migration): Thực hiện việc lưu trữ thông tin phân tán trên mạng, cho phép lưu trữ khối lượng thông tin cực lớn, giảm chi phí trang bị. Cập nhật và đồng bộ các tệp (file update and synchronization): Cung cấp các dịch vụ đảm bảo sự nhất quán về thông tin giữa những người sử dụng, đảm bảo thông tin luôn được cập nhật. Lưu trữ tệp (file archive): Cho phép thực hiện sao lưu dự phòng các thông tin quan trọng một cách tập trung, giảm thiểu thiệt hại do sự cố. Print server: Cung cấp các dịch vụ cho phép dùng chung máy in mạng mà không cần phải dùng đến các thiết bị chuyển mạch (phải chuyển mạch một cách thủ công). Nó có thể thực hiện các dịch vụ sau: Cho phép người sử dụng dùng chung các máy in. Cho phép đặt máy in ở bất kỳ vị trí nào trên mạng. Nâng cao hiệu năng hoạt động của các trạm nhờ sử dụng mạng tốc độ cao, hàng đợi in và cơ chế spooling. Cho phép người sử dụng chia sẻ các dịch vụ về fax. Application server: Cho phép sử dụng chung các phần mềm có chi phí cao, có thể sử dụng các phần mềm từ mạng để giảm chi phí. Message server: Phục vụ giao tiếp thông tin giữa người sử dụng ở nhiều dạng khác nhau (hình ảnh, âm thanh ...), các phục vụ được phân thành 4 nhóm chủ yếu: Thư tín điện tử (Electronic mail hay E-Mail) Các ứng dụng làm việc nhóm (Workgroup application) Các ứng dụng hướng đối tượng (Object-oriented application) Các phục vụ về thư mục (Directory service) Database server: Cung cấp các tính năng mạnh của các hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho các máy có cấu hình yếu, thực hiện mô hình cơ sở dữ liệu phân tán. Các loại Topology của mạng máy tính Khi nói đến kiến trúc của một mạng máy tính bất kỳ hai vấn đề được quan tâm trước hết là Topology và giao thức (Protocol) của mạng. Topology: Thể hiện cách nối các máy tính trên mạng với nhau. Có hai kiểu nối chủ yếu là điểm-điểm (point-to-point) và quảng bá (broadcast hay point-to-multipoints). Point-to-point: Các đường truyền nối từng cặp nút với nhau, mỗi nút có trách nhiệm lưu trữ tạm thời và sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho tới đích. Broadcast: Tất cả các nút mạng phân chia chung một đường truyền vật lý, dữ liệu được gửi có thể được tiếp nhận bởi tất cả các nút trên mạng, mỗi nút căn cứ vào địa chỉ đích của dữ liệu để biết đó có phải là dữ liệu gửi cho mình không. Protocol: Là tập hợp các quy tắc, quy ước truyền thông trên mạng mà mỗi phần tử tham gia truyền thông trên mạng phải tuân thủ để đảm bảo cho mạng hoạt động được tốt. Topylogy và Protocol là hai khái niệm rất cơ bản của mạng máy tính, đứng trên góc độ một quản trị mạng thì khi xem xét một mạng máy tính bất kỳ điều đầu tiên cần xem xét là Topology và Protocol của mạng. Protocol của mạng sẽ được xem xét sau, chúng ta sẽ xem xét một số topology phổ biến của mạng bao gồm: Bus topology: Đây là kiểu nối broadcast, các máy trên mạng được nối vào cùng một đường trục duy nhất. Trong kiểu nối này ở một thời điểm chỉ một máy trên mạng được phép truyền thông tin. Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của mạng là tín hiệu truyền trên bus khi đến một đầu bus có thể bị phản hồi trở lại gây nhiễu cho các tín hiệu đang được truyền trên bus do đó để đảm bảo cho hoạt động của mạng cần có một thiết bị gọi là terminator được lắp ở hai đầu bus để khử tín hiệu phản hồi. Star topology: Đây là kiểu nối point-to-point, trong kiểu nối này các máy được nối từ ra từ một hub trung tâm, hub này sẽ thực hiện chuyển mạch phục vụ cho việc trao đổi thông tin giữa các máy. Ring topology: Đây cũng là kiểu nối point-to-point, các máy được nối theo một vòng khép kín, mỗi máy trên mạng có một máy liền trước và liền sau. Star bus và Star Ring: Là kiểu nối phối hợp giữa bus và star hoặc giữa bus và ring. Trong kiểu nối star bus các hub được nối với nhau trên cùng một bus chung, các máy được nối vào các hub theo kiểu star còn trong kiểu nối star ring thì hub trung tâm được tổ chức như một ring, các máy được nối vào hub trung tâm theo kiểu star. Physical mesh topology: Đây là kiểu nối broadcast, trong một topology mesh thực sự có một đường nối giữa hai máy tính bất kỳ trong mạng, phần lớn các mesh topology thực tế là các hybrid mesh topology nghĩa là không cần bao gồm tất cả các liên kết từ một máy bất kỳ đến tất cả các máy khác trên mạng. Mỗi loại topology đều có những ưu, nhược điểm riêng, sự lựa chọn một topology nào phụ thuộc vào các yêu cầu về mạng như độ an toàn, dễ cài đặt .... Các phương tiện mạng (Network Media) Các phương tiện mạng được dùng để truyền các tín hiệu vật lý qua mạng, thực hiện quá trình giao tiếp giữa các trạm trên mạng, mỗi phương tiện có những đặc điểm, những ưu, nhược điểm riêng tuỳ thuộc vào môi trường vật lý dùng để truyền tín hiệu. Để nâng cao hiệu năng sử dụng mạng, sau đây chúng ta sẽ xem xét một số môi trường truyền thông phổ biến nhất: Đồng (Copper): Đồng là vật liệu được sử dụng sớm nhất và rộng rãi nhất trong việc truyền thông, các loại dây đồng chiếm phần lớn trong các loại cáp truyền thông, truyền thông sử dụng dây đồng đã và sẽ còn phát triển trong tương lai. Thuỷ tinh (Glass): Thuỷ tinh là vật liệu mới được sử dụng trong truyền thông, tuy nhiên loại vật liệu này đã và đang phát triển hết sức nhanh chóng, vật liệu này truyền tín hiệu không phải là sóng điện từ như các vật liệu truyền thống mà truyền các tín hiệu quang học (ánh sáng) do đó cần có thiết bị để chuyển đổi tín hiệu điện từ thành tín hiệu có thể truyền được trên cáp quang và ngược lại. Truyền tin bằng cáp quang có ưu điểm lớn so với các phương pháp khác là tín hiệu không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, không bị thu trộm cũng như cho phép truyền giữa hai điểm có khoảng cách rất xa về mặt địa lý. Không khí (Air): Cả môi trường đồng và thuỷ tinh đều có những yếu điểm khi không thể thực hiện nối dây giữa các trạm. Trong trường hợp này việc sử dụng môi trường truyền không khí với phương tiện truyền hồng ngoại tỏ ra có ưu thế hơn. So với các phương tiện sử dụng hai môi trường truyền trên thì phương tiện truyền bằng hồng ngoại có tốc độ truyền thấp hơn, tuy nhiên nó lại có ưu điểm khi thực hiện truyền tin giữa những khoảng cách địa lý, hoặc trong những điều kiện không thể thực hiện nối dây giữa các trạm. Môi trường truyền này thường sử dụng tia hồng ngoại như tín hiệu mang tin do vậy rất nhạy cảm với ánh sáng, khi thiết kế cần chú ý giảm tác động của ánh sáng tới quá trình truyền tín hiệu. Sóng radio (Radio): Mặc dầu sóng radio cũng sử dụng môi trường truyền tin là không khí nhưng sóng radio lại có thể truyền xuyên qua tường ngăn cũng như trong điều kiện ánh sáng. Truyền tin bằng sóng radio là phương tiện truyền tin rất phổ biến, tuy nhiên sóng radio chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiễu điện từ, vì vậy khi thiết kế các phương tiện truyền tin bằng sóng radio cần chú ý để giảm tối đa ảnh hưởng của nhiễu tác động lên môi trường truyền tin. Các thành phần của mạng máy tính Có rất nhiều thành phần cấu thành một mạng máy tính ở đây chúng ta chỉ xem xét các phương tiện chủ yếu để nối các máy tính lại với nhau thành mạng máy tính bao gồm đường truyền tin giữa các máy và vỉ mạch mạng (network adaptor). Khi sử dụng đường truyền để truyền tín hiệu, có hai phương pháp truyền tín hiệu thường được sử dụng là: Dải cơ sở (baseband): Phương pháp này sử dụng toàn bộ dải thông của đường truyền phục vụ cho một kênh truyền duy nhất, phần lớn các mạng LAN hiện tại sử dụng phương pháp này. Dải rộng (broadband): Phương pháp này chia dải thông của đường truyền để sử dụng cho nhiều kênh truyền, các kênh truyền sử dụng các tần số khác nhau, phương pháp này cho phép nhiều kênh logic cùng sử dụng một đường truyền vật lý. Khi thực hiện quá trình truyền tin có thể sử dụng hai phương pháp truyền sau: Phương pháp truyền đồng bộ (Synchronous): Trong quá trình truyền tin cần có các tín hiệu đồng bộ để đảm bảo sự hoạt động đồng bộ giữa bên gửi và bên nhận. Phương pháp truyền không đồng bộ (Asynchronous): Trong quá trình truyền không cần có tín hiệu đồng bộ. Đường truyền tin được chia làm hai loại hữu tuyến (cable media) và vô tuyến (wireless media), trong mỗi loại lại được phân biệt bởi các phương tiện sử dụng, tuy nhiên các loại đường truyền thường được đánh giá dựa trên một số chỉ tiêu chung như sau: Giá thành (Cost) Khả năng cài đặt (Installation) Dải thông (Bandwidth Capacity) Dung lượng nút mạng (Nodes Capacity) Độ suy hao của tín hiệu (Attenuation) Độ nhiễu điện từ của tín hiệu (Electromegnetic Interference) Sau đây chúng ta sẽ xem xét từng loại đường truyền. Đường truyền hữu tuyến (cable media) Hiện nay thường dùng các loại đường truyền hữu tuyến sau: Cáp đôi xoắn (Twisted pair): Gồm hai đường dây dẫn đồng được xoắn vào nhau. Xoắn như vậy để giảm nhiễu điện từ gây ra bởi môi trường xung quanh và gây ra bởi bản thân chúng đối với nhau, cáp đôi xoắn có hai loại: Loại có bọc kim (Shielded) STP: Lớp bọc kim bên ngoài cáp có tác dụng chống nhiễu điện từ. Loại không có bọc kim (Unshielded) UTP: Không có lớp bọc kim bên ngoài như STP. Đây là loại cáp được dùng rất phổ biến trong thực tế vì nó là giải pháp phù hợp giữa hiệu năng và chi phí. Cáp đồng trục (Coaxial cable): Hai đường dây dẫn của cáp có cùng một trục chung, bao gồm: Một giây dẫn trung tâm (thường là dây đồng cứng) Một giây dẫn tạo thành một đường ống bao xung quan giây dẫn trung tâm, giây này có thể là giây bện hoặc lá kim loại, dây dẫn bên ngoài này còn có tác dụng chống nhiễu điện từ. Cáp đồng trục thường được chia làm hai loại là cáp béo (thick coaxial) và cáp gầy (think coaxial). Cáp quang (Fiber Optic cable): Bao gồm một giây dẫn trung tâm là một hoặc một bó sợi thuỷ tinh hoặc plastic có thể truyền dẫn tín hiệu quang, được bọc một lớp áo có tác dụng phản xạ các tín hiệu ánh sáng trở lại để giảm sự mất mát tín hiệu, bên ngoài cùng là lớp vỏ plastic bảo vệ. Như vậy cable quang không truyền tín hiệu điện mà chỉ truyền tín hiệu quang (các tín hiệu dữ liệu phải được biến đổi thành tín hiệu quang để truyền đi và khi nhận chúng sẽ lại được biến đổi trở lại thành dạng tín hiệu điện). Sự so sánh giữa các loại cable trên đối với các chỉ tiêu đánh giá cơ bản được cho trong bảng sau: Loại cáp UTP STP Coaxial Fiber-optic Chỉ tiêu đánh giá Giá thành Thấp nhất Bình thường Bình thường Cao nhất Khả năng cài đặt Dễ Tương đối dễ Tương đối dễ Khó Dải thông 1-155 Mbps (thường đạt mức 10 Mpbs) 1-155 Mpbs (thường đạt mức 16 Mbps) Thường đạt mức 10 Mbps 2 Gbps (thường đạt mức 100 Mbps) Số lượng nút mạng 2 2 30 (10base2) 100(10base5) 2 Độ suy hao Lớn (độ dài chạy cáp tối đa khảong vài trăm mét) Như UTP Nhỏ (độ dài chạy cáp tối đa khoảng vài km). Nhỏ nhất (độ dài chạy cáp tối đa khoảng vài chục km) Nhiễu điện từ Chịu ảnh hưởng mạnh của nhiễu điện từ, dễ bị thu trộm ít bị nhiễu điện từ hơn UTP, dễ bị thu trộm Như STP Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, không bị thu trộm Đường truyền vô tuyến (wireless media) Thường dùng các loại phương tiện vô tuyến sau: Sóng Radio (Radio wave): Sóng Radio bao gồm các tần số từ 10 KHz đến 1 GHz, sóng Radio bao gồm các loại: Sóng ngắn (Short-wave) Tần số rất cao (Very-high-frequency hoặc VHF): gồm các tần số của sóng vô tuyến hoặc các tần số Radio FM. Tần số tối cao (Ultra-high-frequency hoặc UHF): gồm các tần số Radio và tần số sóng vô tuyến. Để thực hiện thu, phát tín hiệu đối với tần số Radio thường dùng các loại Antenna thu phát sau: Omnidirectional towers Half-wave dipole Random-lenght wire Beam (như Yagi) Truyền theo tần số Radio có ba phương pháp sau: Công suất thấp, tần số đơn (Low power, single frequency): Chỉ thực hiện thu, phát tín hiệu ở một tần số. Thường do năng lượng thấp nên giới hạn thu, phát thường là từ 20 đến 30 mét. Công suất cao, tần số đơn (High power, single frequency): Cũng tương tự như công suất thấp, tần số đn, nhưng vì năng lượng lớn hơn nên giới hạn thu, phát được mở rộng hơn nhiều so với Low power, single frequency. Trải phổ (Spread spectrum): Sử dụng cùng tần số như các phương pháp truyền bằng sóng Radio khác nhưng thay vì chỉ sử dụng một tần số, phương pháp này thường sử dụng vài tần số cùng lúc, phương pháp này có thể sử dụng hai sơ đồ điều chế là: Điều chế tần số trực tiếp (Direct frequency modulation): đây là phương pháp hay dùng nhất. Phương pháp này chia dữ liệu nguyên thuỷ thành từng phần (được gọi là chips) sau đó truyền trên các tần số khác nhau, để tránh bị thu trộm một vài tần số sai cũng có thể được truyền. Việc truyền và thu tín hiệu được thực hiện đồng thời và phía thu đã biết tần số nào là hợp lệ sẽ cô lập các chips sau đó liên kết lại để nhận được dữ liệu trong khi bỏ đi những thông tin được thêm vào để gây nhiễu. Frequency hopping: Phương pháp này thực hiện chuyển mạch rất nhanh giữa các tần số định trước, để làm được điều này giữa phía thu và phía phát phải đảm bảo được sự đồng bộ rất cao. Sự so sánh các phương thức trên dựa trên các chỉ tiêu đánh giá cơ bản như bảng sau: Phương thức Low power, single frequency High power, single frequency Spread spectrum Chỉ tiêu Giá thành Vừa phải đối với các phương tiện vô tuyến Cao hơn low power single frequency Vừa phải Khả năng cài đặt Đơn giản Khó Vừa phải Dải thông 1-10 Mbps 1-10 Mbps 2-6 Mbps Độ suy hao Cao Thấp Cao Nhiễu điện từ Cao Cao Thấp Dải tần số Cỡ GHz Cỡ GHz Tất cả các di tần số Radio. Sóng Viba (Microwave): Truyền tin bằng phương pháp này sử dụng các tần số cao hơn so với tần số Radio, thường phương pháp này cho kết quả và thông lượng tốt hơn so với sóng Radio. Truyền tin bằng sóng viba có hai phương pháp: Mặt đất (Terrestrial Microwave): Thường sử dụng trực tiếp các parapolic Antenna để truyền và nhận tín hiệu ở tần số vài GHz. Vệ tinh (Statellite): Phương pháp này cũng sử dụng trực tiếp các parabolic Antenna để truyền và nhận tín hiệu ở tần số vài GHz, điểm khác biệt giữa phương pháp này và phương pháp trên là tín hiệu được truyền từ Antenna phát lên vệ tinh sau đó tín hiệu từ vệ tinh được truyền xuống cho Antenna thu, do vệ tinh bay ở độ cao rất cao so với mặt đất phương pháp này có thể thực hiện truyền tin ở khoảng cách rất xa trên mặt đất. So sánh hai phương thức trên dựa trên các chỉ tiêu đánh giá cơ bản ta có bảng so sánh sau: Phương thức Terrestrial Microwave Statellite Chỉ tiêu Giá thành Tương đối cao Cao Khả năng cài đặt Tương đối khó Khó Dải thông Khoảng 1-10 Mbps Khoảng 1-10 Mbps Dung lượng nút mạng 2 2 Độ suy hao Phụ thuộc điều kiện truyền (chịu ảnh hưởng của áp suất không khí) Phụ thuộc điều kiện truyền (chịu ảnh hưởng của áp suất không khí) Nhiễu điện từ ít ít Dải tần số 4-6, 21-23 GHz Thường 11-14 GHz Hồng ngoại (Infrared): Sử dụng ánh sáng hồng ngoại để truyền tín hiệu, vì ánh sáng hồng ngoại có tần số rất cao phương pháp này cho thông lượng truyền tin cao. Truyền tin bằng tia hồng ngoại thường sử dụng hai phương pháp: Điểm-điểm (Point-to-point) Quảng bá (Broadcast) Bảng đánh giá các phương pháp trên với các chỉ tiêu đánh giá cơ bản như sau: Phương thức Point-to-Point Broadcast Chỉ tiêu Giá thành Tương đối cao Tương đối cao Khả năng cài đặt Vừa phải Dễ Dải thông 100 Kbps ở khoảng cách 1 km Dưới 1 Mbps Độ suy hao Phụ thuộc cường độ ánh sáng và điều kiện môi trường Cao Nhiễu điện từ Phụ thuộc cường độ ánh sáng Phụ thuộc cường độ ánh sáng, dễ bị thu trộm Dải tần số 100 GHz-1000 THz 100 GHz-1000THz Vỉ mạch mạng (network adapter) Vỉ mạch mạng (Network Adapter hoặc Network Interface Card hay NIC) là thiết bị thực hiện giao tiếp giữa máy tính và mạng. Vỉ mạch mạng có thể được thiết kế ngay trong bảng mạch chính (mother board) của máy tính hoặc ở dạng có thể cài đặt được vào một khe cắm (slot) của máy tính. Vỉ mạch mạng thực hiện tất cả các chức năng để thực hiện sự giao tiếp giữa máy tính và mạng, nó thực hiện chuyển đổi dữ liệu lưu trữ trong máy tính thành tín hiệu thích hợp với đường truyền vật lý được sử dụng và ngược lại. Các chức năng này được thực hiện ra sao phụ thuộc vào đường truyền vật lý và giao thức được sử dụng và chúng được điều khiển bởi các driver thường được cung cấp bởi nhà sản xuất, các ứng dụng giao tiếp với vỉ mạch mạng thông qua các hàm chuẩn được cung cấp bởi driver, điều này làm tăng tính mềm dẻo của ứng dụng trong các môi trường làm việc khác nhau. Để vỉ mạch mạng có thể hoạt động tốt thực hiện sự giao tiếp giữa máy tính và mạng, vỉ mạch mạng được cần được cấu hình đúng để có thể hoạt động một cách chính xác. Vỉ mạch mạng cần có IRQ cũng như các cổng vào ra riêng, để tránh xung đột với các thiết bị ngoại vi khác Vỉ mạch mạng cần được đặt cấu hình phù hợp. Sau đây là các mức IRQ được sử dụng trong máy tính: IRQ Common use 0 Timer 1 Keyboard 2 Secondary IRQ controller 3 COM 2 and COM 4 4 COM 1 and COM 3 5 LPT 2 or MIDI device 6 Floppy disk drive 7 LPT 1 8 Real-time clock 9 Free or sound card 10 Free or primary SCSI adapter 11 Free or secondary SCSI adapter 12 PS/2 Mouse 13 Floating-point processor 14 Primay hard disk controller 15 Free or secondary hard disk controller Thường sử dụng IRQ 5 cho LAN adapter nếu máy tính không có sound card hoặc secondary printer. Các IRQ thường hay được sử dụng khác là IRQ 3, IRQ 9 nếu không bị sử dụng bởi các thiết bị khác. Các cổng thường được sử dụng với LAN adapter là: 280h 300h 320h 360h Một số kiến trúc mạng trong thực tế Ethernet Ethernet là một trong những kiến trúc mạng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Ethernet sử dụng topology kiểu bus hoặc star-bus, truyền tín hiệu theo dải cơ sở (baseband). Ethernet truy nhập đường truyền vật lý sử dụng phương pháp CSMA/CD (Carier Sense MultiAccess with Collision Detection). Sau đây là nội dung phương pháp CSMA/CD: CSMA/CD là phương pháp được cải tiến từ CSMA. CSMA còn được gọi là LBT (Listen Before Talk). Tư tưởng của phương pháp là khi một trạm muốn thực hiện truyền tin nó phải “nghe” xem đường truyền rỗi hay bận. Nếu đường truyền rỗi nó sẽ truyền dữ liệu đi. Ngược lại nếu đường truyền bận (có trạm khác đang truyền dữ liệu) thì nó phải thực hiện một trong ba giải thuật sau (thường gọi là các giải thuật persistent): Non-persistent: Trạm tạm “rút lui”, chờ đợi trong một thời đoạn ngẫu nhiên sau đó tiếp tục “nghe” đường truyền. 1-persistent: Trạm tiếp tục “nghe” đường truyền, khi phát hiện đường truyền rỗi nó thực hiện truyền dữ liệu đi với xác suất bằng 1. p-persistent: Trạm tiếp tục “nghe” đường truyền nhưng khi phát hiện đường truyền rỗi nó thực hiện truyền dữ liệu đi với xác suất bằng p (0 < p < 1). Giải thuật 1 có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì nếu nhiều hơn một trạm cần truyền khi thấp đường truyền bận sẽ cùng “rút lui” sau đó quay lại “nghe” đường truyền trong các thời đoạn ngẫu nhiên khác nhau, tuy nhiên giải thuật này có nhược điểm lớn là có thể có thời gian “chết” (thời gian đường truyền rỗi) sau mỗi cuộc truyền. Giải thuật 2 hạn chế tối đa thời gian “chết” của đường truyền nhưng lại có khả năng xung đột rất cao (nếu có nhiều hơn một trạm cùng “nghe” đường truyền”. Giải thuật 3 là giải thuật dung hoà với giá trị p được chọn một cách hợp lý. Xung đột xảy ra trên đường truyền trong các trường hợp trên thường là do độ trễ truyền dẫn, một trạm truyền dữ liệu (cùng với sóng mang) đi rồi nhưng do độ trễ truyền dẫn một số trạm đang “nghe” đường truyền không phát hiện thấy vẫn tưởng là đường truyền rỗi và truyền dữ liệu đi. Vấn đề là do các trạm chỉ “nghe trước khi nói” mà không “nghe trong khi nói” nghĩa là trong khi truyền nếu có xung đột thì các trạm vẫn không hay biết. Để khắc phục điều này và để tăng khả năng phát hiện xung đột CSMA đã được cải tiến thành CSMA/CD còn được gọi là LWT (Listen While Talk). CSMA/CD được bổ sung thêm hai quy tắc: Khi một trạm đang truyền dữ liệu, nó vẫn tiếp tục “nghe” đường truyền. Nếu phát hiện xung đột nó sẽ ngừng việc truyền dữ liệu nhưng vẫn tiếp tục gửi tín hiệu sóng mang thêm một thời gian để đảm bảo tất cả các trạm trên mạng đều có thể “nghe” được sự xung đột. Sau khi ngừng truyền dữ liệu trạm chờ đợi trong một thời đoạn ngẫu nhiên rồi lại tiếp tục thử truyền theo các quy tắc của CSMA. CSMA/CD thời gian “chết” của đường truyền đã được giảm xuống đáng kể. CSMA/CD cũng sử dụng 1 trong 3 giải thuật persistent ở trên, trong đó giải thuật 2 là được ưa dùng hơn cả. Ethernet được phân loại dựa vào tốc độ của mạng. Mỗi loại lại được phân loại dựa vào loại cable được dùng. Ta sẽ xem xét hai loại mạng Ethernet được dùng phổ biến nhất là 10 Mbps Ethernet và 100 Mbps Ethernet. 10 Mbps Ethernet Ethernet sử dụng rất nhiều loại cable khác nhau. Sự khác nhau giữa các loại Ethernet là do sử dụng các loại tín hiệu khác nhau, tuy nhiên chúng giống nhau ở đặc tả cho các Ethernet frame và cùng sử dụng phương pháp CSMA/CD để truy cập đường truyền vật lý. Có 4 loại mạng 10 Mbps Ethernet thường được sử dụng nhất là: 10base5 (thicknet): sử dụng cáp đồng trục béo (thick coaxial cable). 10base2 (thinnet): sử dụng cáp đồng trục gầy (thin coaxial cable). 10baseT: sử dụng UTP. 10baseFL: sử dụng cáp sợi quang đơn mốt hoặc đa mốt. 10base5 (Thicknet) Ethernet Cáp được sử dụng cho mạng Ethernet là thicknet hoặc 10base5, số 5 ngụ ý độ dài chạy cáp tối đa là 500 mét. Cứ 2.5 mét của cáp lại được đánh dấu một điểm nối, nếu nối các trạm gần hơn 2.5 mét có thể gây suy giảm tín hiệu. Thicknet có các đặt tả như sau: Độ dài tối đa của một segment là 500 mét. Số lượng tap tối đa là 100. Số lượng segment tối đa là 5. Số lượng segment chứa nút tối đa là 3. Khoảng cách tối thiểu giữa các tap là 2.5 mét. Số lượng repeater cực đại là 4. Độ dài tối đa của mạng có repeater là 2.5 km. Khoảng cách tối đa giữa các AUI drop cable là 50 mét. Thường sử dụng thiết bị gọi là wampire tap để nối vào Thicknet, để nối cáp phải khoan lỗ trên cáp sau đó lắp tap vào. Tap vừa là điểm nối vừa là transceiver. Thicknet sử dụng các đầu nối BNC. Các đầu mút của cáp trong mạng phải được nối với terminator để tránh sự phản hồi của tín hiệu. Thicknet có một số nhược điểm sau: Kích thước cáp lớn. Giá thành cao. Phương pháp nối phức tạp (phải khoan vào cáp). 10base2 (Thinnet Coax) Ethernet Khi cáp thinnet coax (10base2) ra đời nó trở nên rất phổ biến vì giá thành phù hợp, kích thước gọn nhẹ, hiệu năng đối với chi phí cao hơn (so với thicknet) .... 10base2 có các đặc tả như sau: Độ dài tối đa cả một segment là 185 mét. Số lượng segment tối đa là 5. Số lượng segment chứa nút tối đa là 3. Số lượng repeater tối đa là 4. Số lượng thiết bị gắn vào một segment tối đa là 30. Độ dài tối đa của mạng có repeater là 925 mét. Đặc tả cho thinnet là cáp đồng trục 50-ohm RG-58A/U hoặc RG-58C/U, thường sử dụng RG-58A/U, tránh sử dụng cáp RG-59 vì cáp này được sử dụng cho tín hiệu vô tuyến. Tránh sử dụng cáp RG-58U vì các đặc đặc trưng cáp này không phù hợp với các đặc tả của IEEE cho 10base2. Để nối cáp thường sử dụng các đầu nối chữ T hoặc các đầu nối BNC. Cũng tương tự như 10base5 các mút của cáp cần có terminator, các điểm kết thúc của cáp trong mạng phải được nối đất. Điểm khác nhau cơ bản giữa 10base2 và 10base5 là đối với 10base2 transceiver nằm luôn trên card LAN và không phải nối vào cáp như đối với 10base5. Nhược điểm của 10base2 là giá thành cao so với UTP và nếu nối theo topology dạng bus thì mạng không đáng tin cậy, nếu cáp nối của một trong các nút bị đứt thì có thể ảnh hưởng đến toàn mạng. Tuy nhiên vì 10base2 là giải pháp kinh tế nhất trong thời gian dài nên có rất nhiều mạng hiện nay là 10base2. 10baseT (Twisted Pair) Ethernet Sử dụng cáp UTP hiện nay là một xu hướng của các sơ đồ mạng Ethernet dùng phương tiện hữu tuyến. UTP có giá thành thấp hơn và tính mềm dẻo cao hơn cáp 10base5 hoặc 10base2. Đặc tả cho UTP được IEEE đưa ra trong IEEE 802.3, không nên sử dụng STP thay cho UTP vì đặc tả cho 10baseT Ethernet chỉ có đối với UTP. 10baseT Ethernet có các đặc tả như sau: Số lượng segment tối đa là 1024. Số lượng segment có nút tối đa là 1024. Độ dài tối đa của một segment là 100 mét. Số lượng nút tối đa cho một segment là 2. Số lượng nút tối đa cho mạng là 1024. Số lượng hub tối đa trong một chain là 4. Về mặt vật lý 10baseT sử dụng topology star. Tuy nhiên nó lại được tổ chức về mặt logic như sử dụng topology bus, điều này cho phép mạng thừa hưởng được các ưu điểm của cả topology dạng star và topology dạng bus. 10baseT rất dễ troubleshoot vì một segment có vấn đề không gây ảnh hưởng đến các segment khác. Có thể dễ dàng cô lập thiết bị hỏng bằng cách huỷ bỏ liên kết từ hub đến thiết bị đó. Một số hub có khả năng phát hiện cũng như huỷ bỏ liên kết từ xa tới thiết bị hỏng, các hub loại này thường được gọi là._.