Chương 3: Bài giảng LT MMT

1
TRƯỜNG SĨ QUAN CH-KT THÔNG TIN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
LÝ THUYẾT
MẠNG MÁY TÍNH
Giảng viên: Phan Thanh Sơn
Bộ môn: KT Mạng & Truyền thông
Tháng 9 năm 2009
2
Chương 3 Mạng cục bộ và liên mạng
CHƯƠNG 3
MẠNG CỤC BỘ VÀ
MẠNG DIỆN RỘNG
3
Nội dung chương 3
Mạng cục bộ
Giới thiệu chung
Các hình trạng và mô hình mạng cục bộ
Các phương thức truyền tín hiệu và truy nhập đường truyền
Các loại mạng cục bộ và các hệ điều hành mạng
Thiết bị mạng
Mạng diện rộng
Khái niệm
Đặc trưng mạng diện rộng
Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN
Một số công nghệ kết nối WAN cơ bản
4
I.1. Giới thiệu chung
Khái niệm LAN: LAN là một hệ thống mạng dùng để kết nối các máy tính trong một phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường học, công ty…). Các máy tính trong mạng LAN có thể chia sẻ tài nguyên với nhau.
Đặc điểm: Một mạng LAN tối thiểu cần có máy chủ (server- máy phục vụ), các thiết bị ghép nối (Repeater, Hub, Switch, Bridge), máy tính con (client-máy khách), card mạng (Network Interface Card–NIC), phương tiện truyền (môi trường) để kết nối các máy tính lại với nhau và tài nguyên dùng chung.
Tốc độ mạng LAN: có thể lên đến 10 Mbps, 100 Mbps hay thậm chí là 1 Gbps (phụ thuộc vào băng thông và kỹ thuật của thiết bị mạng).
Mở rộng của LAN là WAN (Wide Area Network). Có nghĩa là mạng diện rộng. Dùng để nối các LAN lại với nhau (thông qua router). Một hình thức khác nữa của mạng LAN, mới xuất hiện trong những năm gần đây là WLAN (Wireless LAN) – mạng cục bộ không dây.
5
I.2.a. Các hình trạng
Hình trạng của mạng cục bộ thể hiện qua cấu trúc hay hình dáng hình học của các đường dây cáp mạng dùng để liên kết các máy tính thuộc mạng với nhau. Các mạng cục bộ thường hoạt động dựa trên cấu trúc đã định sẵn liên kết các máy tính và các thiết bị có liên quan.
Có 2 phương thức kết nối mạng chính (topo mạng): point to point (điểm-điểm), point to multipoint (điểm-đa điểm) hay broadcast (quảng bá).
Tùy theo cấu trúc của mỗi mạng mà chúng sẽ thuộc vào một trong hai phương thức nối mạng và mỗi phương thức nối mạng sẽ có những yêu cầu khác nhau về phần cứng và phần mềm.
6
a. Hình trạng của mạng (tt)
Dạng đường thẳng (Bus)
Các máy tính đều được nối vào một đường truyền chính.
Giới hạn hai đầu bởi một loại đầu nối đặc biệt gọi là terminator.
Mỗi trạm được nối vào bus qua một đầu nối chữ T (T_connector) hoặc một bộ thu phát (transceiver).
Tín hiệu được truyền trên cả hai chiều của đường truyền theo từng gói một, mỗi gói đều phải mang địa chỉ trạm đích.
T
R
DATA
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Chính là của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
7
a. Hình trạng của mạng (tt)
Mỗi trạm có thể nhận và truyền dữ liệu theo vòng một chiều và dữ liệu được truyền theo từng gói một.
Mỗi gói dữ liệu đều có mang địa chỉ trạm đích, mỗi trạm khi nhận được một gói dữ liệu nó sẽ kiểm tra nếu đúng với địa chỉ của mình thì nó nhận lấy còn nếu không phải thì nó sẽ phát lại cho trạm kế tiếp.
Dạng vòng tròn (Ring)
Các máy tính được liên kết với nhau thành một vòng tròn theo phương thức "điểm - điểm“.
Mỗi trạm của mạng được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater) do đó cần có giao thức điều khiển việc cấp phát quyền được truyền dữ liệu trên vòng mạng cho trạm có nhu cầu.
T
R
DATA
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Chính là của tôi
8
a. Hình trạng của mạng (tt)
Dạng hình sao (star)
Tất cả các trạm được nối vào một thiết bị trung tâm (Hub, Switch, Router).
Thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển tín hiệu đến trạm đích với phương thức kết nối "điểm - điểm".
Ưu điểm là không đụng độ hay tắc nghẽn đường truyền, lắp đặt đơn giản, dễ dàng thêm, bớt trạm. Nếu có trục trặc trên một trạm thì cũng không gây ảnh hưởng đến toàn mạng, dễ kiểm soát và khắc phục sự cố.
Độ dài cáp nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (< 100m) tốn nhiều dây cáp, tốc độ truyền dữ liệu không cao.
DATA
Không phải của tôi
Chính là của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
Không phải của tôi
9
I.2.b. Mô hình mạng cục bộ
Mạng ngang hàng (Peer to Peer)
Các thông tin
Các máy tính bình đẳng như nhau trong mạng
Không có cấp quyền tập trung.
Số lượng máy tính có giới hạn.
Người dùng tự quản lý máy tính của mình.
Được xây dựng trên nhiều hệ điều hành.
Người dùng có thể chia sẻ tài nguyên như tập tin, máy in.
Chi phí thấp (phần mềm, phần cứng, đào tạo).
Các vấn đề quan tâm
Người dùng cần được đào tạo
Cấu hình yêu cầu của các máy tính
10
Mạng ngang hàng
Username: Stephan
Resource: None
Users Pass Access
Bob 12345 Read
John @star Write Marry IloveU Full Alan qwerty None Diane !@#$% Full
Username: Stephan
Resource: None
Users Pass Access
Bob 12345 Read
John @star Write Marry IloveU Full Alan qwerty None Diane !@#$% Full
Username: Diane
Resource: Printer
Users Pass Access
Bob 12345 Read
John @star Write Marry IloveU Full
Alan qwerty Write Stephan 098765 Full
Username: Bob
Resource: Database
Users Pass Access
Stephan 098765 Read
John @star None Marry IloveU Full Alan qwerty None Diane !@#$% Full
Username: Mary
Resource: Software
Users Pass Access
Bob 12345 Read
John @star Write Diane !@#$% Read
Alan qwerty Write Stephan 098765 None
11
I.2.b. Mô hình mạng cục bộ (tt)
Mạng khách/phục vụ (Client/Server)
Các thông tin
Cấp quyền tập trung.
Hệ thống mạng được tổ chức chặt chẽ, tuân theo những quy tắc nhất định.
Giới hạn mạng chủ yếu do cơ sở hạ tầng mạng.
Chi phí cao (Thiết bị, phần mềm, nhân sự).
Các hệ thống máy chủ
File Server
Printer Server
Application Server
Mail Server
Database Server
Các vấn đề quan tâm
Trình độ và kinh nghiệm của người quản trị mạng: an toàn mạng, sao lưu, dự phòng, …
Cấu hình và khả năng mở rộng của các hệ thống máy chủ.
12
Mạng khách/phục vụ
Domain: Server (SAM)
Resource: Printer, Software, DB, Multimedia, File
Users Pass Access Time
Bob 12345 Read Full
John @star Write 7-17
Marry IloveU List 7-11
Alan qwerty None None
Stephan 098765 Full 13-17
13
I.3.a. Các kỹ thuật truyền tín hiệu
Kỹ thuật truyền tương tự
Mã hóa các bit như dạng sóng
Sử dụng trong hệ thống telephone/modem
Radio (wireless LAN)
Kênh vệ tinh
Kỹ thuật truyền số
Mã hóa các bit như dạng xung
Amplitude
Time
Amplitude
Time
Liên tục
Rời rạc
14
Kỹ thuật truyền tương tự
15
Kỹ thuật truyền số
16
Chuyển đổi tín hiệu
MODEM (MOdulate and DEModulate)




CSU/DSU(Channel Service Unit/Data Service Unit)
17
Chia sẻ môi trường truyền
18
I.3.b. Các phương thức truyền tín hiệu
Có hai phương thức truyền tín hiệu trong mạng cục bộ là dùng băng tần cơ sở (baseband) và băng tần rộng (broadband).
Băng tầng cơ sở chỉ chấp nhận một kênh dữ liệu duy nhất.
Băng rộng có thể chấp nhận đồng thời hai hoặc nhiều kênh truyền thông cùng phân chia giải thông của đường truyền.
Phương thức truyền trên băng tần cơ sở truyền tín hiệu đi dưới cả hai dạng: tương tự (analog) hoặc số (digital).
Phương thức truyền trên băng tần rộng chia giải thông (tần số) của đường truyền thành nhiều giải tần con, trong đó mỗi dải tần con đó cung cấp một kênh truyền dữ liệu tách biệt.
19
Băng tần cơ sở và băng tần rộng
20
I.3.c. Các phương thức truy nhập đường truyền
Có nhiều giao thức khác nhau để truy nhập đường truyền vật lý, nhưng chủ yếu phân thành hai loại:
Phương thức truy nhập ngẫu nhiên:
Phương thức đa truy nhập sử dụng sóng mang CSMA (Carrier Sense Multiple Access – hay còn gọi là phương thức “nghe trước khi nói” – listen before talk)
Phương thức đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Phương thức truy nhập có điều khiển:
Token Bus
Token Ring
21
Phương thức CSMA/CD
Đây là phương pháp truy nhập ngẫu nhiên sử dụng cho mạng có cấu trúc dạng hình Bus. Tất cả các node truy nhập ngẫu nhiên vào trường truyền chung. Vì vậy cần có cơ chế tránh xung đột và nghẽn thông tin. CSMA/CD là phương pháp cải tiến của phương pháp CSMA (Nghe trước khi nói - Listen before talk).
T
R
Tôi “nghe” đường truyền rỗi hay k0
Đường truyền đang bận
Đường truyền đang rỗi
Tôi có thể:
Chờ trong 1 khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi tiếp tục “nghe”
Nghe liên tục cho đến khi thấy đường truyền rỗi.
Nghe liên tục cho đến khi thấy đường truyền rỗi và truyền dữ liệu ít thôi (022
Phương thức Token Bus
Sử dụng một thẻ bài (token) để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho một trạm cần truyền dữ liệu.
Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và nội dung gồm các thông tin điều khiển được quy định riêng cho mỗi phương pháp.
Thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logic nối các trạm có nhu cầu truyền dữ liệu lại với nhau.
Khi một trạm nhận được thẻ bài nó có quyền truy nhập đường truyền trong một thời gian xác định và có thể truyền một hoặc nhiều đơn vị dữ liệu.
Khi đã hết dữ liệu hoặc hết thời gian cho phép, nó chuyển thẻ bài cho trạm tiếp theo trên vòng logic.
23
Phương thức Token Bus (tt)
T=B
S=F
A
T=E
S=B
C
T=F
S=C
E
T=A
S=E
F
T=C
S=A
B

D
Token
Không tham gia, chỉ nhận dữ liệu
24
Duy trì trạng thái thực tế của mạng
Bổ sung định kỳ các trạm nằm ngoài vòng logic nếu có nhu cầu truyền dữ liệu.
Loại bỏ một trạm không còn nhu cầu truyền dữ liệu ra khỏi vòng logic.
Quản lý lỗi: giám sát sự cố “đứt vòng” hoặc trùng địa chỉ.
Khởi tạo vòng logic: Khi cài đặt mạng hoặc đứt vòng cần phải khởi tạo lại vòng. Việc khởi tạo vòng logic được thực hiện khi một hoặc nhiều trạm phát hiện Bus hoạt động vượt qua giá trị ngưỡng thời gian (Time-out) hoặc thẻ bài bị mất. Có nhiều nguyên nhân, chẳng hạn mạng mất nguồn hoặc trạm giữ thẻ bài hỏng. Lúc đó, trạm phát hiện sẽ gửi thông báo “yêu cầu thẻ bài” tới một trạm được chỉ định trước có trách nhiệm sinh thẻ bài mới và chuyển đi theo vòng logic.
25
Phương thức Token Ring
Dùng thẻ bài lưu chuyển trên đường vật lý để cấp phát quyền truy nhập đường truyền.
Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài “rỗi” (free). Khi đó trạm sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài sang trạng thái “bận” (busy) và truyền một đơn vị dữ liệu cùng với thẻ bài đi theo chiều của vòng. Các trạm khác muốn truyền dữ liệu phải đợi thẻ bài “rỗi”.
Dữ liệu đến trạm đích phải được sao chép lại, sau đó cùng với thẻ bài đi tiếp cho đến khi quay về trạm nguồn.
Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu và đổi bit thẻ bài thành “rỗi” và cho lưu chuyển tiếp trên vòng để các trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu.
26
Phương thức Token Ring (tt)
T
R
A
D
C
B
B đọc thông tin điều khiển trong DATA, so sánh địa chỉ, thấy không phải là của mình nên chuyển dữ liệu cùng thẻ bài đi tiếp
C đọc thông tin điều khiển trong DATA, so sánh địa chỉ, thấy dữ liệu là chuyển cho mình, nên sao chép lại, thêm thông tin vào header và chuyển dữ liệu cùng thẻ bài đi tiếp
D đọc thông tin điều khiển trong DATA, so sánh địa chỉ, thấy không phải là của mình nên chuyển dữ liệu cùng thẻ bài đi tiếp
Thẻ bài quay về A, chuyển trạng thái từ BUSY sang FREE, truyền cho trạm muốn truy cập đường truyền tiếp theo
A nhận được thẻ bài, chuyển trạng thái từ FREE sang BUSY, bắt đầu truyền dữ liệu
27
Ý nghĩa của việc quay vòng thẻ bài
Sự quay về lại trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo ra cơ chế báo nhận tự nhiên: trạm đích có thể gửi vào đơn vị dữ liệu (phần header) các thông tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mình.
Chẳng hạn, các thông tin đó có thể là:
(1) trạm đích không tồn tại hoặc không hoạt động;
(2) trạm đích tồn tại nhưng dữ liệu không được sao chép;
(3) dữ liệu đã được tiếp nhận;
(4) có lỗi.
28
Các vấn đề liên quan
Có hai vấn đề có thể dẫn đến phá vỡ hệ thống cần giải quyết, đó là:
Vấn đề mất thẻ bài.
Vấn đề thẻ bài “bận” lưu chuyển không dừng trên vòng.
Đối với vấn đề mất thẻ bài: Có thể quy định trước một trạm điều khiển chủ động (Active Monitor), phát hiện mất thẻ bài bằng cách dùng cơ chế ngưỡng thời gian Time-out. Sau khoảng thời gian đó, nếu không nhận lại được thẻ bài, trạm sẽ phát hiện tình trạng phục hồi bằng cách phát lại thẻ bài mới.
Đối với vấn đề thẻ bài “bận” lưu chuyển trên vòng không dừng: trạm Monitor sử dụng một bit trên thẻ bài đánh dấu (M=1) khi gặp một thẻ bài bận đi qua nó. Nếu nó gặp lại một thẻ bài bận với bit đã đánh dấu đó thì có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài bận cứ quay vòng mãi. Lúc đó, trạm Monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành “rỗi” và chuyển tiếp trên vòng. Tuy nhiên, cần chọn một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm Monitor khi bị hỏng.
29
I.4.a. Các loại mạng cục bộ
Ethernet và chuẩn IEEE 802
Mạng cục bộ Token Ring
Giao diện số liệu phân bố sử dụng quang FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
Mạng LAN ATM
30
Ethernet và chuẩn IEEE 802
Ethernet
Là công nghệ của mạng LAN cho phép truyền tín hiệu giữa các máy tính với tốc độ 10Mbps đến 10 Gbps. Trong các kiểu Ethernet thì kiểu sử dụng cáp xoắn đôi là thông dụng nhất. Hiện nay có khoảng 85% mạng LAN sử dụng công nghệ Ethernet.
Năm 1980, Xerox, tập đoàn Intel và tập đoàn Digital Equipment đưa ra tiêu chuẩn Ethernet 10 Mbps (Tiêu chuẩn DIX).
Năm 1985, IEEE đưa ra tiêu chuẩn về Ethernet đầu tiên với tên gọi "IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications“.
31
Quan hệ IEEE 802 với OSI
32
Thành phần mạng Ethernet
Data terminal Equipment (DTE): Các thiết bị truyền và nhận dữ liệu DTEs thường là PC, Workstation, File Server, Print Server ...
Data Communication Equipment (DCE): Là các thiết bị kết nối mạng cho phép nhận và chuyển khung trên mạng. DCE có thể là các thiết bị độc lập như Repeter, Switch, Router hoặc các khối giao tiếp thông tin như Card mạng, Modem ..
Interconnecting Media: Cáp xoắn đôi, cáp đồng (mỏng/dày), cáp quang.
33
Những đặc điểm cơ bản của Ethernet
Cấu hình truyền thống: Bus/Star
Cấu hình khác Star/Bus
Kỹ thuật truyền: Base band
Phương pháp truy nhập: CSMA/CD.
Quy cách kỹ thuật: IEEE 802.3.
Vận tốc truyền 10Mbps, 100Mbps ... 10Gbps
Loại cáp: Cáp đồng trục mảnh, cáp đồng trục dày, cáp xoắn đôi, cáp quang ...
34
Các loại cáp Ethernet
10BASE-F: Dùng cáp quang, tốc độ 10 Mb/s, phạm vi cáp 4km. Chuẩn này được phân thành 3 dạng con: 10BASE-FL, 10BASE-FB và 10BASE-FP.
10BASE-T: Sử dụng một dải tần rộng hỗ trợ cho các tốc độ tín hiệu 10Mb/s. Dùng cáp UTP, với mạng hình sao.
100BASE-X: Gọi là Fast Ethernet, mạng hình sao tương tự 10BASE-, tốc độ 100Mb/s. Chuẩn này gồm 100 BASE-TX dùng cho cáp UTP hoặc STP 2 đôI, 100 BASE-FX dùng cho cáp quang đa mode, 100 BASE-T4 dùng cho cáp UTP 4 đôi (Four Twisted Pairs).
10BROAD36: Dùng Broadband, tốc độ 10Mb/s, cáp đồng trục 75 Ohm, phạm vi cáp 1800 m (lên tới 3600m trong cấu hình cáp đôi), sử dụng topo dạng BUS.
10BASE-2 Dùng cáp đồng trục mỏng (thin cable) 50 , T-connector, BNC connector. Khoảng cách tối thiểu giữa hai trạm là 0.5 m. Khoảng cách tối đa giữa hai trạm là 185m.
10BASE-5 Dùng cáp đồng trục dày (thick cable) 50 , còn gọi là cáp vàng, AUI connector (Attachement Unit Interface). Khoảng cách tối đa giữa hai AUI là 2,5 m, khoảng cách tối đa là 500m.
35
Gigabit Ethernet
Sự ra đời của Gigabit Ethernet đã mở ra một kỷ nguyên mới Ethernet tốc độ cao. Gigabit Ethernet được thiết lập dựa trên các nguyên lý cơ bản của 10BASE-T, Fast Ethernet và chuyển mạch Ethernet. Có 3 chuẩn Gigabit Ethernet:
IEEE 802.3z: Mạng Gigabit Ethernet trên cáp quang chuẩn hóa năm 1998. Phương tiện truyền dẫn cơ bản là sợi quang đơn mode (SMF).
IEEE 802.3ab: Gigabit Ehernet trên cáp đồng, đặc trưng bởi 1000Base-T. Sử dụng cả 4 đôi dây cáp UTP Cat 5 (hoặc Cat-6, Cat- 7) với khoảng cách tối đa 100m.
IEEE 802.3ae: 10 Gigabit Ethernet (GbE). Tốc độ Ethernet lên đến 10Gbps, cho phép Ethernet có thể tích hợp với những công nghệ tốc độ cao trên mạng đường trục WAN với tốc độ xấp xỉ 9,5 Gbps.
Nguyên tắc cơ bản khi xây dựng các mạng chuyển mạch tốc độ cao là kết hợp nhiều đoạn mạng tốc độ thấp lại với nhau. Khi mật độ và số lượng các đoạn có tốc độ 100Mbps trong mạng tăng lên thì 1000BASE-X và 1000BASE-T trở thành công nghệ truyền dẫn ở mức cao hơn được sử dụng trên các lõi mạng.
36
Mạng cục bộ Token Ring
Mỗi trạm hoạt động như là một bộ chuyển tiếp (repeater) hỗ trợ cho sự khuyếch đại tín hiệu suy hao.
Có thể sử dụng các loại cáp đồng trục, cáp sợi quang, cáp xoắn đôi. Sử dụng phương thức truy nhập đường truyền Token Ring.
Các trạm của mạng cục bộ Token Ring hoạt động theo 4 chế độ sau:
Chế độ truyền.
Chế độ lắng nghe.
Chế độ bỏ qua.
Chế độ nhận.
37
T
R
A
D
C
B
A: Listen
A: Transmit
B: Listen
C: Receive
D: Bypass
38
FDDI
FDDI là một tập các giao thức ANSI truyền dữ liệu qua cáp quang.
Các mạng FDDI sử dụng phương thức truy nhập Token Passing, tốc độ có thể đạt đến 100 Mbps.
FDDI được sử dụng làm Backbone cho các mạng diện rộng MAN, WAN.
Một trong các ứng dụng là để kết nối các máy chủ tốc độ cao. Khi đóng vai trò là một mạng xương sống (Backbone), FDDI liên kết các thiết bị mạng khác nhau như Router, Switch, Brigde, các bộ tập trung... để tạo thành một mạng lớn hơn từ các mạng con.
Tuy nhiên FDDI không được dùng cho các mạng diện rộng (WAN) có bán kính lớn hơn 100 km.
39
Ưu điểm của FDDI
FDDI có thể được cấu hình như là hai mạng Ring ngược nhau độc lập. Điều này làm tăng tính ổn định hệ thống cao hơn. Nếu cấu hình (Topo) của mạng được thiết kế hai đường quang của cả hai mạng khác nhau về mặt vật lý thì sẽ đảm bảo cho hai mạng không bị phá hủy trong cùng một thời gian khi xảy ra các sự cố liên quan đến hệ thống cáp.
FDDI có đặc tính tự hồi phục bằng kỹ thuật Autowraping. Lỗi phát sinh ở Ring sơ cấp (Ring đang hoạt động) sẽ được khắc phục bằng cách nối vòng với Ring thứ cấp (Ring dự phòng), tạo thành một Ring đơn và cho phép mạng FDDI hoạt động ở tốc độ cao nhất. Phần cứng mạng có khả năng phát hiện ra sự cố của cáp giữa các điểm kết nối, do có hai đường cáp nên trạm phát hiện ra lỗi sẽ tự động nối vòng hai Ring với nhau thành một Ring đơn.
40
Minh họa FDDI
41
Mạng LAN ATM
Mạng LAN được xây dựng đựa trên kỹ thuật ATM gọi là Local LAN (LATM).
Bộ điều khiển mạng đặt trong tổng đài ATM, tổng đài định lộ trình các thông báo và kiểm soát truy nhập trong trường hợp nghẽn mạch. Ngược với kỹ thuật LAN truyền thống, việc điều khiển được cài đặt trong các bộ giao tiếp mạng.
Thông lượng rộng, dễ mở rộng bằng cách thêm nhiều node chuyển mạch tốc độ cao (hay thấp) cho các thiết bị nối vào.
Là phương tiện liên kết mạng giữa kỹ thuật LAN và WAN.
ATM có thể đáp ứng các yêu cầu nhờ các đường dẫn ảo và các kênh ảo, rất dễ tích hợp các lớp đa dịch vụ.
Các gói tin là tế bào có độ dài cố định, vì vậy việc dùng ATM trong một mạng đầu cuối cho phép xoá dần ranh giới giữa LAN và WAN.
42
I.4.b. Các hệ điều hành mạng
Cần phải có một hệ điều hành trên phạm vi toàn mạng có chức năng quản lý dữ liệu, tính toán và xử lý một cách thống nhất.
HĐH mạng được thiết kế theo một hướng tối ưu khác với HĐH đơn. Mục đích của HĐH đơn là cung cấp cách thức thực hiện công việc tốt nhất cho người sử dụng trên máy đơn. Ngược lại, mục đích của HĐH mạng là tạo ra một sự điều phối tốt nhất có thể cho tất cả những người sử dụng đang truy cập vào máy chủ (server) chứ không phải nhằm tạo ra một sự ưu tiên cho bất kỳ trường hợp nào.
HĐH mạng (Network Operating System-NOS) là phần mềm điều hành một hệ thống mạng máy tính kết nối với nhau, cho phép người sử dụng chia sẻ chương trình, dữ liệu, tài nguyên và truy cập vào máy phục vụ.
43
Các hệ điều hành mạng
Có hai phương pháp tạo ra phần mềm phục vụ:
Giữ nguyên các HĐH cục bộ, HĐH mạng được cài đặt như một tập các chương trình tiện ích.
Bỏ qua tất cả các HĐH trên các máy đơn và cài đặt một HĐH thống nhất trên toàn mạng. Chúng được gọi là các HĐH phân tán (distributed operating system).
Mỗi cách tiếp cận có ưu và nhược điểm riêng của chúng.
Các dịch vụ phổ biến trên HĐH mạng thường có thể phân thành các loại sau:
Truy cập ứng dụng: các client yêu cầu các ứng dụng thực hiện trên server.
Truy cập cơ sở dữ liệu: các client yêu cầu truy cập cơ sở dữ liệu trên server, thường là ngôn ngữ SQL.
Dịch vụ in ấn.
Truyền thông qua mạng: sử dụng các phần mềm thực hiện các giao thức IPX/SPX, TCP/IP.
44
Các hệ điều hành mạng
HĐH mạng NetWare của Novell: là HĐH phổ biến, nó có thể dùng cho các mạng nhỏ (khoảng từ 5-25 máy tính) và cũng có thể dùng cho các mạng lớn gồm hàng trǎm máy tính. Có nhiều phiên bản của Netware. Netware là một HĐH mạng cục bộ dùng cho các máy tính theo chuẩn của IBM hay các máy tính Apple Macintosh.
HĐH mạng Windows NT của MS: là HĐH của hãng Microsoft, cũng là HĐH đa nhiệm, đa người sử dụng. Đặc điểm của nó là tương đối dễ sử dụng, hỗ trợ mạnh cho phần mềm WINDOWS. Ngoài ra, Windows NT có thể liên kết tốt với máy chủ Novell Netware. Tuy nhiên, để chạy có hiệu quả, Windows NT cũng đòi hỏi cấu hình máy tương đối mạnh. HĐH mạng Windows for Worrkgroup là HĐH mạng ngang hàng nhỏ, cho phép một nhóm người làm việc (khoảng 3-4 người) dùng chung ổ đĩa trên máy của nhau, dùng chung máy in nhưng không cho phép chạy chung một ứng dụng (hiện nay rất ít sử dụng).Hiện nay có Windows 2000 Server&Pro, Windows Server 2003, Windows Server 2008.
HĐH mạng UNIX: là HĐH do các nhà khoa học xây dựng và được dùng rất phổ biến trong các phòng thí nghiệm, các trường ĐH. HĐH mạng UNIX là HĐH đa nhiệm, đa người sử dụng, phục vụ cho truyền thông tốt. Nhược điểm của nó là hiện nay có nhiều Version khác nhau, không thống nhất gây khó khǎn cho người sử dụng. Ngoài ra HĐH này khá phức tạp lại đòi hỏi cấu hình máy mạnh.
BSD (Berkeley Software Distribution), Linux là các HĐH phát triển dựa trên UNIX và có thể cài chạy trên các máy tính có cấu hình thấp hơn.
45
5. Thiết bị mạng
46
5.a. Thiết bị thu phát (Transceive)
Kết nối các phương tiện truyền khác nhau với NIC
Được tích hợp trên NIC
Là thiết bị hoạt động ở tầng 1 của mô hình OSI
47
5.b. Thiết bị lặp tín hiệu (Repeater)
Phục hồi tín hiệu, khuếch đại tín hiệu.
Cho phép mở rộng mạng vượt xa chiều dài giới hạn của một môi trường truyền.
Được hiện thực bằng phần cứng. Tích hợp trên card Token Ring
Là thiết bị hoạt động ở tầng 1 của mô hình OSI
48
5.c. Thiết bị tập trung dây (Hub)
Thực hiện chức năng như Repeater (nên còn có tên là bộ lặp đa cổng) tuy nhiên có mở rộng.
Tạo ra điểm kết nối tập trung (nên có tên bộ tập trung dây).
Tín hiệu được phân phối đến tất cả các thiết bị kết nối (nên có tên là bộ chia tín hiệu).
Một số chức năng quản lý cũng được tích hợp.
Là thiết bị hoạt động ở tầng 1 của mô hình OSI

49
Các loại Hub
Có ba loại hub:
Hub đơn (stand alone hub)
Hub phân tầng (stackable hub)
Hub mo-đun (modular hub)
Modular hub rất phổ biến cho các hệ thống mạng vì nó có thể dễ dàng mở rộng và luôn có chức nǎng quản lý, modular có từ 4 đến 14 khe cắm, có thể lắp thêm các modular Ethernet 10BASET.
Stackable hub là lý tưởng cho những cơ quan muốn đầu tư tối thiểu ban đầu nhưng lại có kế hoạch phát triển LAN sau này.
50
5.d. Card giao tiếp mạng (NIC)
Chuẩn mạng cục bộ sử dụng
Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.
Tốc độ truyền dữ liệu.
Môi trường truyền thông
Twisted-pair, coaxial hay fiber-optic.
Wireless.
Slot cắm
ISA, PCI, PCI-X
PCMCIA
Là thiết bị hoạt động ở tầng 2 của mô hình OSI
51
MAC Address
Địa chỉ MAC không có cấu trúc (địa chỉ phẳng).
Địa chỉ MAC được ghi vào ROM và được chép vào RAM khi NIC khởi động
Biểu diễn bởi 6 bytes (octet):
0000.0c12.3456 hay 00-00-0c-12-34-56.
Còn gọi là Ethernet address.
Mỗi máy tính dùng địa chỉ MAC (địa chỉ vật lý) để xác định chính nó.
Địa chỉ MAC được ghi lên trên NIC (card mạng) lúc xuất xưởng và không thay đổi được.
52
Định dạng địa chỉ mạng
53
Định dạng địa chỉ mạng
54
Minh họa địa chỉ MAC
55
Sử dụng địa chỉ MAC
56
5.e. Thiết bị cầu nối (Bridge)
Là cầu nối hai hoặc nhiều đoạn (segment) của một mạng.
Thông minh hơn trong việc quyết định có chuyển tín hiệu qua đoạn mạng kia hay không, lọc những gói dữ liệu để gửi đi (hay không gửi) cho đoạn nối, hoặc gửi trả lại nơi xuất phát.
Tăng hiệu suất mạng bởi loại trừ lưu lượng mạng không cần thiết và giảm sự đụng độ. Các bridge cũng thường được dùng để phân chia một mạng lớn thành hai mạng nhỏ nhằm làm tǎng tốc độ.
Chia mạng thành các đoạn mạng và lọc lưu lượng dựa trên địa chỉ MAC. Chuyển các gói tin có đích ở phần mạng bên kia dựa vào địa chỉ vật lý
Chuyển frame giữa các đoạn mạng có giao thức tầng 2 khác nhau. Mặc dầu ít chức nǎng hơn router, nhưng bridge cũng được dùng phổ biến.
Theo mô hình OSI thì Bridge thuộc tầng 2.
57
5.e. Thiết bị cầu nối (Bridge)
58
5.f. Thiết bị chuyển mạch (Switch)
Chức nǎng chính của Switch là cùng một lúc duy trì nhiều cầu nối giữa các thiết bị mạng bằng cách dựa vào một loại đường truyền xương sống (backbone) nội tại tốc độ cao. Switch có nhiều cổng, mỗi cổng có thể hỗ trợ toàn bộ Ethernet LAN hoặc Token Ring (nên còn gọi là cầu nối đa cổng). Tốc độ cao hơn Bridge, thay thế Hub với hệ thống dây giữ nguyên, sử dụng bảng địa chỉ MAC để xác định đoạn mạng frame cần truyền.
Bộ chuyển mạch kết nối một số LAN riêng biệt và cung cấp khả nǎng lọc gói dữ liệu giữa chúng.
Các Switch là loại thiết bị mạng mới, nhiều người cho rằng, nó sẽ trở nên phổ biến nhất vì nó là bước đầu tiên trên con đường chuyển sang chế độ truyền không đồng bộ ATM. Hỗ trợ các tính năng mới như VLAN (LAN ảo).
Theo mô hình OSI thì Switch thuộc tầng 2.
59
5.f. Thiết bị chuyển mạch (Switch)
60
5.g. Bộ định tuyến (Router)
Chức nǎng cơ bản của router là gửi đi các gói dữ liệu dựa trên địa chỉ phân lớp của mạng và cung cấp các dịch vụ như bảo mật, quản lý lưu thông...
Giống như bridge, router là một thiết bị thông minh đối với các mạng thực sự lớn. Router biết địa chỉ của tất cả các máy tính ở từng phía và có thể chuyển các thông điệp cho phù hợp. Chúng còn phân đường-định tuyến để gửi từng thông điệp có hiệu quả.
Theo mô hình OSI thì chức nǎng của router thuộc tầng 3, cung cấp thiết bị với thông tin chứa trong các header của giao thức, giúp cho việc xử lý các gói dữ liệu thông minh.
Dựa trên những giao thức, router cung cấp dịch vụ mà trong đó mỗi packet dữ liệu được đọc và chuyển đến đích một cách độc lập.
Khi số kết nối tǎng thêm, mạng theo dạng router trở nên kém hiệu quả và cần suy nghĩ đến sự thay đổi.
61
Chức năng bộ định tuyến
Tìm đường
Quá trình tính toán dựa trên địa chỉ IP đích để quyết định sẽ gửi gói tin ra cổng nào.
Chuyển gói tin
Đóng gói gói tin lại theo giao thức ở cổng ra và chuyển gói tin ra cổng đó.
62
5.h. Gateway
Ban đầu thuật ngữ Gateway được dùng trong bộ giao thức Internet để chỉ bộ định tuyến (Router). Ngày nay, Gateway thường được sử dụng để ám chỉ một hệ thống hoạt động tại 3 tầng trên cùng của mô hình OSI (Session, Presentation, Applycation), cho phép truyền thông giữa các hệ giao thức khác nhau của các tầng trên.
Gateway là một tổ hợp phần cứng và phần mềm để kết nối những máy tính không giống nhau (cả phần cứng và hệ điều hành) và những mạng khác nhau, sử dụng những thủ tục và giao thức khác nhau. Gateway có thể chuyển đổi địa chỉ mạng từ một kiểu mạng này thành một kiểu mạng khác. Kỹ thuật của Gateway phức tạp hơn Bridge và Router.
Những hệ thống hợp thành mạng Internet được kết nối bởi những mini computer hoạt động như những Gateway, những Gateway này kết nối những vị trí riêng biệt một cách rộng rãi thành kết nối mạng qua một mạng chuyển mạch gói (packet switching) như Telenet hay Tymenet.
Gateway không chỉ sử dụng cho những kết nối có khoảng cách xa. Nếu ta muốn kết nối hai loại LAN khác nhau (như một mạng Macintosh và một mạng Unix) có thể dùng Gateway để chuyển địa chỉ và dữ liệu. Gateway cũng được dùng để kết nối một Microcomputer và một Mainframe, và những loại Mainframe khác lại với nhau.
63
5.h. Gateway
64
II.1. Khái niệm về liên mạng (Internetworking)
Liên mạng (internetworking) là một tập các mạng riêng lẻ được nối với nhau bởi các thiết bị mạng trung gian, có chức năng như là một mạng đơn. Các mạng thành phần tạo nên liên mạng được gọi là mạng con (Subnetworks), Các thiết bị được nối đến các mạng con được gọi là hệ thống đầu cuối (End nodes) và những thiết bị nối các mạng con lại với nhau được gọi là các thiết bị liên kết liên mạng (Intermediate nodes)
Thuật ngữ “internetworking” thường được sử dụng dưới dạng rút gọn là “internet”. Một cách chung nhất, internet là một tập hợp các mạng được nối với nhau.
Thuật ngữ “Internet” (chữ I hoa) là đề cập đến mạng internetwork toàn cầu, bao gồm hàng triệu mạng trên thế giới liên kết với nhau và hoạt động theo chuẩn TCP/IP, tích hợp các dịch vụ đa dạng.
65
II.1. Khái niệm về liên mạng (Internetworking)
Liên mạng có thể được liên kết bởi LAN to LAN, LAN to WAN và WAN to WAN. Có ba phương pháp liên kết liên mạng phổ biến tương ứng với 3 tầng cuối của mô hình OSI.
Phương pháp liên kết tại tầng vật lý, cùng cấu trúc và phương thức trao đổi thông tin. Bộ lặp Repeater hoạt động tại tầng vật lý, là thiết bị được sử dụng để mở rộng chiều dài của một mạng LAN.
Phương pháp liên kết tại tầng liên kết dữ liệu (Datalink), có cấu trúc khác nhau và phương thức trao đổi thông tin khác nhau. Cầu nối(Bridge) và các bộ chuyển mạch (Switched) tầng 2 hoạt động tại tầng liên kết dữ liệu. Những thiết bị này hỗ trợ cho các giao thức tầng vật lý khác nhau và có thể liên kết giữa các mạng LAN có cấu trúc khác nhau.
Phương pháp liên kết sử dụng tầng mạng (Network Layer) hay tầng Internet (Inernet Layer) cho các mạng khác nhau về phần cứng, khác nhau về phần mềm, khác nhau về giao thức và thường cung cấp những chức năng và ứng dụng khác nhau. Thiết bị liên kết liên mạng trợ giúp cho các giao thức mạng như IP, IPX, Apple Talk.
66
Minh họa liên mạng
67
II.2. Mạng diện rộng
WAN, là mạng được thiết lập để liên kết các máy tính của hai hay nhiều khu vực khác nhau, ở khoảng cách xa về mặt địa lý, như giữa các quận trong một thành phố, hay giữa các thành phố hay các miền trong nước.
Mạng WAN bao phủ vùng địa lý rộng lớn có thể là một quốc gia, một lục địa hay toàn cầu. Mạng WAN thường là mạng của các công ty đa quốc gia hay toàn cầu. Do phạm vi rộng lớn của mạng WAN nên thông thường mạng WAN là tập hợp các mạng LAN, MAN nối lại với nhau bằng các phương tiện như: vệ tinh (satellites), sóng viba (microwave), cáp quang, cáp điện thoại...
68
II.3. Đặc trưng của WAN
WAN có thể kết nối thành mạng riêng của một tổ chức, hay có thể phải kết nối qua nhiều hạ tầng mạng công cộng và của các công ty viễn thông khác nhau.
WAN có thể dùng đường truyền có băng thông thay đổi trong khoảng rất lớn từ 56Kbps đến T1 với 1.544 Mbps hay E1 với 2.048 Mbps,....và đến Gigabit-Gbps là các đường trục nối các quốc gia hay châu lục.
Do kết nối của nhiều LAN, MAN lại với nhau nên mạng rất phức tạp và có tính toàn cầu nên thường là các tổ chức quốc tế đứng ra qui định và quản trị.
Chi phí cho các thiết bị và các công nghệ mạng WAN rất đắt tiền.
Phần lớn các WAN hiện nay được phát triển cho việc truyền đồng thời trên đường truyền nhiều dạng thông tin khác nhau như: video, tiếng nói, dữ liệu...nhằm làm giảm chi phí dịch vụ.
69
Minh họa kết nối WAN
 
70
II.4. Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN
Xã hội càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin càng đòi hỏi việc xử lý thông tin phải được tiến hành một cách nhanh chóng và chính xác.
Việc thiết lập một hệ thống mạng diện rộng - WAN và truy cập từ xa sẽ làm gia tăng gấp bội hiệu quả công việc nhờ việc chia sẻ và trao đổi thông tin được thực hiện một cách dễ dàng, tức thì (thời gian thực). Khi đó khoảng cách về mặt địa lý giữa các vùng được thu ngắn lại. Các giao dịch được diễn ra gần như tức thì, thậm chí ta có thể tiến hành các hội nghị truyền hình, các ứng dụng đa phương tiện...
Đặc biệt đối với các giao dịch khách/phục vụ (Client/Server), hệ thống kết nối WAN từ các LAN của văn phòng trung tâm tới LAN của các chi nhánh sẽ là hệ thống trao đổi thông tin chính của cơ quan hay tổ chức. Nó giúp tăng cường và thay đổi về chất công tác quản lý và trao đổi thông tin, tiến bước vững chắc tới một nền thương mại điện tử (e-commerce), chính phủ điện tử (e-goverment) trong tương lai không xa.
71
II.5. Một số công nghệ kết nối WAN cơ bản
Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Swiching Network)
Mạng chuyển gói (Packet Switching Network)
Kết nối WAN dùng mạng riêng ảo (Virtual Personal Network)
Các thiết bị dùng cho WAN
72
II.5.a. Mạng chuyển mạch kênh
Mạng chuyển mạch thực hiện việc liên kết giữa hai điểm nút qua một đường nối tạm thời hay giành riêng giữa điểm nút này và điểm nút kia. Đường nối này được thiết lập trong mạng thể hiện dưới dạng cuộc gọi thông qua các thiết bị chuyển mạch.
Với mô hình này mọi nút mạng có thể kết nối với bất kỳ một nút khác. Thông qua những đường nối và các thiết bị chuyên dùng người ta có thể tao ra một liên kết tạm thời từ nơi gửi tới nơi nhận, kết nối này duy trì trong suốt phiên làm việc và được giải phóng ngay sau khi phiên làm việc kết thúc. Để thực hiện một phiên làm việc cần có các thủ tục đầy đủ cho việc thiết lập liên kết trong đó có việc thông báo cho mạng biết địa chỉ của nút gửi và nút nhận.
Hiện nay có 2 loại mạng chuyển mạch là chuyển mạch tương tự (analog) và chuyển mạch số (digital)
73
Mô hình kết nối WAN dùng mạng chuyển mạch kênh
74
Chuyển mạch tương tự (Analog)
Việc chuyển dữ liệu qua mạng chuyển mạch tương tự được thực hiện qua mạng điện thoại. Các trạm trên mạng sử dụng một thiết bị có tên là modem, thiết bị này sẽ chuyển các tín hiệu số từ máy tính sang tín hiệu tương tự có thể truyền dữ liệu đi trên các kênh điện thoại và ngược lại biến tín hiệu dạng tương tự thành tín hiệu số.
Một minh họa kết nối dùng mạng chuyển mạch là kết nối qua mạng điện thoại PSTN, hay còn gọi là kết nối quay số (dial-up).
75
Mạng chuyển mạch số (Digital)
ISDN - Intergrated Services Digital Network: là một loại mạng viễn thông số tích hợp đa dịch vụ cho phép sử dụng cùng một lúc nhiều dịch vụ trên cùng một đường dây điện thoại thông thường. Với cơ sở điện thoại cố định hạ tầng hiện có, ISDN là giải pháp cho phép truyền dẫn thoại, dữ liệu và hình ảnh tốc độ cao. Người dùng cùng một lúc có thể truy cập WAN và gọi điện thoại, fax mà chỉ cần một đường dây điện thoại duy nhất, thay vì 3 đường nếu dùng theo kiểu thông thường.
Kết nối ISDN có tốc độ và chất lượng cao hơn hẳn dịch vụ kết nối theo kiểu quay số qua mạng điện thoại thường (PSTN). Tốc độ truy cập mạng WAN có thể lên đến 128 Kbps nếu sử dụng đường ISDN 2 kênh và tương đương 2.048 Mbps nếu sử dụng ISDN 30 kênh.
76
Mạng chuyển mạch số (Digital)
77
Mạng kênh thuê riêng (Leased lines Network)
Cách kết nối phổ biến nhất hiện nay giữa hai điểm có khoảng cách lớn vẫn là Leased Line (tạm gọi là đường thuê bao riêng).
Với kỹ thuật chuyển mạch giữa các nút của mạng (tương tự hoặc số) có một số lượng lớn đường dây truyền dữ liệu, với mỗi đường dây trong một thời điểm chỉ có nhiều nhất một phiên giao dịch, khi số lượng các trạm sử dụng tăng cao người ta nhận thấy việc sử dụng mạng chuyển mạch trở nên không kinh tế. Để giảm bớt số lượng các đường dây kết nối giữa các nút mạng người ta đưa ra một kỹ thuật gọi là ghép kênh.
Phương thức ghép kênh theo tần số (Frequence Division Multiplexing - FDM)
Phương thức ghép kênh theo thời gian (Time Division Multiplexing - TDM)
78
Mạng kênh thuê riêng
79
Các công nghệ xDSL
Việc kết nối WAN được thực hiện đầu tiên dùng modem tương tự qua mạng điện thoại, đến nay phương thức này chỉ dừng lại ở tốc độ truyền tải rất thấp, tối đa là 56kbps/line
Để vượt qua ngưỡng tốc độ người ta chuyển sang dùng kỹ thuật số xDSL. Trên đường dây điện thoại thì thực tế chỉ dùng một khoảng tần số rất nhỏ từ 0KHz đến 20KHz để truyền dữ liệu âm thanh (điện thoại). Công nghệ DSL tận dụng đặc điểm này để truyền dữ liệu trên cùng đường dây, nhưng ở tần số 25.875 KHz đến 1.104 MHz .
ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line): đường thuê bao kỹ thuật số không đối xứng là một công nghệ mới nhất cung cấp kết nối t�