Bài giảng Mạng và thiết bị truyền dẫn

Mạng Và Thiết Bị Truyền Dẫn 
Sự Phát Triển Của Mạng 
Các máy tính đơn lẻ với dữ liệu cục bộ 
Kết nối mạng, các tài nguyền và dữ liệu được chia sẽ trong toàn mạng 
Theo Phạm Vi Kết Nối: 
LAN(Local area network) 
CAN (Campus area network) 
MAN (Metropolitan are network) 
WAN (Wide are network) 
Các Loại Mạng (Theo Phạm Vi Kết Nối) 
Các Loại Mạng 
Mạng cục bộ (LAN – Local Area Network) 
Phạm vi kết nối vật lý hẹp 
Tốc độ cao 
Dễ dàng thi công và quản lý 
Mạng đô thị (MAN – Metropolitan Area Network) 
Có phạm vi kết nối rộng (thành phố, ngoại ô) 
Tốc độ thường cao 
Mạng diện rộng (WAN – Wide Area Network) 
Mạng công cộng 
Phạm vi kết nối rộng 
Sử dụng các dịch vụ đường truyền khác nhau (điện thoại, vệ tinh ) 
Tốc độ có nhiều loại (phụ thuộc vào từng kết nối) 
Các Loại Mạng 
LAN Technologies 
LAN (Local Area Network): 1. Group of Computer, 2. Chia sẻ tài nguyên mạng (Printers, Application, Database ) 
Topology (Sơ đồ kết nối) 
Transmission Medium ( Phương tiện truyền dẫn) 
Media Access Control Technique (Kỹ thuật kiều khiển truy cập) 
Topologies (Bus & Tree) 
Topologies (Star & Ring) 
Frame Transmission on Bus LAN 
Frame Transmission on a Ring LAN 
Ethernet 
Token Ring 
Fast Ethernet 
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 
Media Access Control Methods 
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)-> Đa truy cập nhận biết sóng mang tránh xung đột 
Một thiết bị có frame cần truyền sẽ lắng nghe đường truyền cho đến khi nào đường truyền Ethernet không còn bị chiếm. 
Khi đường truyền Ethernet không còn bị chiếm, máy gửi bắt đầu gửi frame. 
Máy gửi cũng bắt đầu lắng nghe để đảm bảo rằng không có xung đột xảy ra. 
Nếu có xung đột, tất cả các máy trạm đã từng gửi ra frame sẽ gửi ra một tín hiệu nghẽn để đảm bảo tất cả các máy trạm đều nhận ra collision. 
Sau khi tín hiệu nghẽn là hoàn tất, mỗi máy gửi của của những frame bị xung đột sẽ khởi động một bộ định thờI timer và chờ hết khoản thời gian này sẽ cố gắng truyền lại. Những máy không tạo ra collision sẽ không phải chờ. 
Sau khi các thời gian định thời là hết, máy gửi có thể bắt đầu một lần nữa với bước 1. 
Ethernet & Fast Ethernet (CSMA/CD) 
CSMA/CD 
Mạng có thể chạy với tốc độ 4-16Mps, hoạt động trong Ring Topology. Thiết bị trong mạng Ring sử dụng thẻ bài Token để điều khiển truy cập đường truyền 
1-Token được truyền trên mạng nhờ các Stations 
2-Nếu một Station muốn truyền dữ liệu, nó sẽ giữ Token 
3-Sau khi dữ liệu truyền tới đích. Station gửi gói tin sẽ tái tạo lại Token và gửi trả lại lên mạng 
TOKEN RING (4Mps-16Mps) 
Token Ring 
Network Devices: Workstations, Printers, Servers 
Network Communication Devices: Hub, Routers, Switches 
Network Interface Cards (NICs) 
Cable 
Network Operating System: Linux, Windows, Netware 
LAN Components (Các Thành Phần Trong Mạng LAN) 
Network Communication Devices (Thiết bị truyền thông mạng) 
Repeater: Tái tạo và khuyếch đại tín hiệu điện 
Router: Chức năng cơ bản của Router là định tuyến liên mạng 
Hub: Repeater nhiều port 
Switch: Thiết bị nhiều port sử dụng để chuyển tiếp gói tin từ cổng này sang cổng khác 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
18 of 29 
Xây dựng mạng cục bộ 
Phần cứng: 
Máy tính 
Cạc mạng 
Cáp truyền dẫn 
Hub/Switch 
Card mạng 
Card mạng (hay còn gọi là NIC card hay Adapter card ) là thiết bị nối kết giữa máy tính và cáp mạng. Chúng thường giao tiếp với máy tính qua các khe cắm như: ISA, PCI hay USB... 
	- Chuẩn bị dữ liệu đưa lên mạng: trước khi đưa lên mạng, dữ liệu phải được chuyển từ dạng byte, bit sang tín hiệu điện để có thể truyền trên cáp.- Gửi dữ liệu đến máy tính khác.- Kiểm soát luồng dữ liệu giữa máy tính và hệ thống cáp 
Địa chỉ MAC ( M edia A ccess C ontrol): mỗi card mạng có một địa chỉ riêng dùng để phân biệt card mạng này với card mạng khác trên mạng. Địa chỉ này do IEEE ( I nstitute of E lectrical and E lectronics E ngineers - Viện Công Nghệ Điện và Điện tử) cấp cho các nhà sản xuất card mạng 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
19 of 29 
Modem 
Modem là thiết bị dùng để nối hai máy tính hay hai thiết bị ở xa thông qua mạng điện thoại . Modem thường có hai loại: internal (là loại được gắn bên trong máy tính giao tiếp qua khe cắm ISA hoắc PCI, hình phía trên bên trái là Modem internal giao tiếp PCI), external (là loại thiết bị đặt bên ngoài CPU và giao tiếp với CPU thông qua cổng COM theo chuẩn RS - 232, hình phía trên bên phải). Cả hai loại trên đều có cổng giao tiếp RJ11 để nối với dây điện thoại. Chức năng của Modem là chuyển đổi tín hiệu số (digital) thành tín hiệu tương tự (analog) để truyền dữ liệu trên dây điện thoại. Tại đầu nhận, modem chuyển dữ liệu ngược lại từ dạng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để truyền vào máy tính . 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
20 of 29 
Transceiver 
Còn được gọi là MAU - Medium Access Unit (Đơn vị truy cập trung gian). Được dùng để chuyển giao diện kết nối của một thiết bị không tương thích với giao diện kết nối một loại cáp nào đó trở thành tương thích. Transceiver có khả năng nhận được tín hiệu số và tín hiệu tương tự 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
21 of 29 
Repeater 
Trong một mạng LAN, giới hạn của cáp mạng là 100m (cho loại cáp mạng CAT 5 UTP – là cáp được dùng phổ biến nhất hiện nay), bởi tín hiệu bị suy hao trên đường truyền nên không thể đi xa hơn. Vì vậy, để có thể kết nối các thiết bị ở xa hơn, mạng cần các thiết bị để khuếch đại và định thời lại tín hiệu, giúp tín hiệu có thể truyền dẫn đi xa hơn giới hạn này. 
  Repeater là một thiết bị ở lớp 1 (Physical Layer) trong mô hình OSI. Repeater có vai trò khuếch đại tín hiệu vật lý ở đầu vào và cung cấp năng lượng cho tín hiệu ở đầu ra để có thể đến được những chặng đường tiếp theo trong mạng. Điện tín, điện thoại, truyền thông tin qua sợi quang và các nhu cầu truyền tín hiệu đi xa đều cần sử dụng Repeater. 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
22 of 29 
Hub 
Hub làm việc tại tầng 1 - tầng Vật lý (Physical) trong mô hình OSI.Hub có 3 loại là Active Hub (Hub chủ động), Passive Hub (Hub bị động) và Smart Hub .- Passive Hub : Kết nối tất cả các cổng giao giao tiếp mạng lại với nhau trên nó, chuyển tín hiệu điện từ cổng giao tiếp này qua cổng giao tiếp khác. Nhưng không có chức năng khuyếch đại tín hiệu và xử lý tín hiệu do cấu tạo không chứa các linh kiện điện tử và nguồn cung cấp điện riêng.- Active Hub : là thiết bị đấu nối cáp dùng để chuyển tiếp tín hiệu từ đoạn cáp này đến đoạn cáp khác với chất lượng cao hơn. Thiết bị này có linh kiện điện tử và nguồn riêng nên hoạt động như một Repeater có nhiều cổng (port).- Smart Hub hay Intelligent Hub : là một active hub nhưng được cấu tạo thêm bộ vi xử lý và bộ nhớ cho phép người quản trị có thể điều khiển mọi hoạt động của hệ thống mạng từ xa, ngoài ra còn có chức năng chuyển mạch (Switching), cho phép tín hiệu điện chuyển đến đúng port cần nhận. 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
23 of 29 
Bridge 
Bridge là thiết bị mạng thuộc lớp 2 của mô hình OSI (Data Link Layer). Bridge được sử dụng để ghép nối 2 mạng để tạo thành một mạng lớn duy nhất . Trong Bridge có bảng địa chỉ MAC, bảng địa chỉ này dùng để quyết định đường đi của gói tin. Bảng địa chỉ này có thể được khởi tạo tự động hoặc phải cấu hình bằng tay. Bridge quan sát các gói tin (packet) trên mọi mạng. Khi thấy một gói tin từ một máy tính thuộc mạng này chuyển tới một máy tính trên mạng khác, Bridge sẽ sao chép và gửi gói tin này tới mạng đích 
Ưu điểm của Bridge là: cho phép mở rộng cùng một mạng logic với nhiều kiểu cáp khác nhau. Chia mạng thành nhiều phân đoạn khác nhau nhằm giảm lưu lượng trên mạng. Khuyết điểm của Bridge là: chậm hơn Repeater vì phải xử lý các gói tin, chưa tìm được đường đi tối ưu trong trường hợp có nhiều đường đi. Việc xử lý gói tin dựa trên phần mềm. 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
24 of 29 
Switch 
Là thiết bị giống như Bridge nhưng nhiều port hơn, cho phép ghép nối nhiều đoạn mạng với nhau. Switch cũng dựa vào bảng địa chỉ MAC để quyết định gói tin nào đi ra port nào nhằm tránh tình trạng giảm băng thông khi số máy trạm trong mạng tăng lên, bảng này cung cấp thông tin giúp các gói thông tin đến đúng địa chỉ. Switch cũng hoạt động tại lớp 2 trong mô hình OSI. Việc xử lý gói tin dựa trên phần cứng (chip).Ngày nay, trong các giao tiếp dữ liệu, Switch thường có 2 chức năng chính là chuyển các khung dữ liệu từ nguồn đến đích, và xây dựng các bảng Switch. Switch hoạt động ở tốc độ cao hơn nhiều so với Repeater và có thể cung cấp nhiều chức năng hơn như khả năng tạo mạng LAN ảo (VLAN). 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
25 of 29 
Router 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
26 of 29 
Gateway 
Gateway cho phép nối ghép hai loại giao thức với nhau. Ví dụ: mạng của bạn sử dụng giao thức IP và mạng của ai đó sử dụng giao thức IPX, Novell, DECnet, SNA... hoặc một giao thức nào đó thì Gateway sẽ chuyển đổi từ loại giao thức này sang loại khác. Qua Gateway, các máy tính trong các mạng sử dụng các giao thức khác nhau có thể dễ dàng "nói chuyện" được với nhau. Gateway không chỉ phân biệt các giao thức mà còn còn có thể phân biệt ứng dụng như cách bạn chuyển thư điện tử từ mạng này sang mạng khác, chuyển đổi một phiên làm việc từ xa... 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
27 of 29 
Proxy 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
28 of 29 
Wireless Access Point 
Wireless Access Point là thiết bị kết nối mạng không dây được thiết kế theo chuẩn IEEE 802.11b, cho phép nối LAN to LAN, dùng cơ chế CSMA/CA để giải quyết tranh chấp, dùng cả hai kiến trúc kết nối mạng là Infrastructure và AdHoc, mã hóa theo 64/128 bit. Nó còn hỗ trợ tốc độ truyền không day lên 11Mbps trên băng tần 2,4 GHz ÍM dùng công nghệ radio DSSS (Direct Sequence spread Spectrum). 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
29 of 29 
Router là thiết bị mạng lớp 3 của mô hình OSI (Network Layer). Router kết nối hai hay nhiều mạng IP (hay còn gọi là mạng logic ) với nhau. 
	- Ưu điểm của Router : Về mặt vật lý, Router có thể kết nối với các loại mạng khác lại với nhau, từ những Ethernet cục bộ tốc độ cao cho đến đường dây điện thoại đường dài có tốc độ chậm.  - Nhược điểm của Router : Router chậm hơn Bridge vì chúng đòi hỏi nhiều tính toán hơn để tìm ra cách dẫn đường cho các gói tin, đặc biệt khi các mạng kết nối với nhau không cùng tốc độ 
Mạng máy tính – Những kiến thức cơ sở 
30 of 29 
Thiết Bị Hữu Tuyến 
Coaxial cable: Cáp đồng trục có hai loại: Thick coaxial (500m) - Thin coaxial (185m) 
Twisted pair cable: Gồm 4 câp dây dẫn điện được xoắn lại theo từng đôi, bên ngoài có vỏ bọc hoặc không có (Tương đương với 2 thuật ngữ là STP (Shield Twisted pair & UTP (Unshield Twisted pair)) 
Fiber Optic Cables 
Vô Tuyến: Sóng Radio, Vi Sóng, Sóng hồng ngoại 
Physical Transmission Media (Phương Tiện Truyền Dẫn) 
Cáp đồng trục 
Được sử dụng rộng rãi trong các mạng công cộng 
Truyền được khoảng cách xa 
Phù hợp cả 2 loại tín hiệu: tương tự và số 
ThinNet (cáp mảnh) 
Thi công dễ 
Khoảng cách sử dụng tốt là 185m 
ThinkNet (cáp béo) 
Cứng và khó thi cộng 
Chiều dài khoảng cách đảm bảo tín hiệu là 500m 
STP : . Cáp xoắn đôi có bọc ít bị tác động bởi nhiễu điện và có tốc độ truyền qua khoảng cách xa cao hơn cáp xoắn đôi trần. - Tốc độ: tốc độ lý thuyết 500Mbps, thực tế khoảng 155Mbps, với đường chạy 100m. Tốc độ phổ biến 16Mbps (Token Ring).  UDP : kh ông có lớp vỏ đồng chống nhiễu. Cáp xoắn đôi trần sử dụng chuẩn 10BaseT hoặc 100BaseT.. Độ dài tối đa của một đoạn cáp là 100 mét. Không có vỏ bọc chống nhiễu nên dễ bị nhiễu khi đặt gần các thiết bị và cáp khác do đó thông thường dùng để đi dây trong nhà. Đầu nối dùng đầu RJ-45 
Đầu kết nối 
BNC Connector: sử dụng cho kết nối cáp đồng trục 
RJ45 và RJ11: Sử dụng cho kết nối cáp xoắn đôi 
Phần Cứng Kết Nối 
Thiết bị không dây 
Sóng radio 
Sóng ngắn radio 
Thường được chia thành 2 giải tần: Giải tần cao (VHF – very high Frequency) và giải tần rất cao (UHF – Ultra high Frequency) 
Vi sóng 
Truyền trên mặt đất hoặc qua vệ tinh 
Khả năng cung cấp băng thông rộng 
Giá thành mềm dẻo, chi phí thấp 
Tín hiệu hồng ngoại 
Thiết bị rẻ 
Tốc độ cao 
Chống khả năng dò gỉ tín hiệu 
Thiết Bị Không Dây 
Ví dụ : Đ ể thực hiện việc truyền một file giữa một máy tính với một máy tính khác 
1- Máy tính cần truyền cần biết địa chỉ của máy nhận. 
2- Máy tính cần truyền phải xác định được máy tính nhận đa sẵn sàng nhận thông tin 
3- Chương trình gửi file trên máy truyền cần xác định được rằng chương trình nhận file trên máy nhận đa sẵn sàng tiếp nhận file. 
4- Nếu cấu trúc file trên hai máy không giống nhau thì một máy phải làm nhiệm vụ chuyển đổi file từ dạng này sang dạng kia. 
5- Khi truyền file máy tính truyền cần thông báo cho mạng biết địa chỉ của máy nhận để các thông tin được mạng đưa tới đích. 
Sự Cần Thiết Phải Có Mô Hình Truyền Thông 
ISO (The International Standards Organization) 
CCITT (Commité Consultatif International pour le Telegraphe et la Téléphone) 
Các Cơ Quan Chuẩn Định 
OSI (Open Systems Inter Connection) 
1- Protocol: 
Một tập các quy định (Rules) được sử dụng bởi các máy tính cho mục đích truyền thông 
Một quy ước hay một sự chuẩn hóa để kiểm soát kết nối, hoại thoại, truyền dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối 
Protocols có thể được cài đặt bên trong phần cứng hay trong phần mềm, hay trong tổ hợp phần cứng và phần mềm 
Một Số Thuật Ngữ 
Một số giao thức phổ biến 
IP  (Internet Protocol) 
UDP  (User Datagram Protocol) 
TCP  (Transmission Control Protocol) 
DHCP  (Dynamic Host Configuration Protocol) 
HTTP  (Hypertext Transfer Protocol) 
FTP  (File Transfer Protocol) 
Telnet  (Telnet Remote Protocol) 
SSH  (Secure Shell Remote Protocol) 
POP3  (Post Office Protocol 3) 
SMTP  (Simple Mail Transfer Protocol) 
IMAP  (Internet Message Access Protocol) 
SOAP  (Simple Object Access Protocol) 
PPP  (Point-to-Point Protocol) 
2- TCP/UDP Port: Là một số nhị phân 16 Bits. Dùng nhận dạng và phân biệt các ứng dụng, các tiến trình sử lý trên một thiết bị đầu cuối. 
TCP/UDP port do tổ chức IANA (Internet Assigned Numbers Authority) và được chia thành ba dải: 
Well Known Ports: 0 : 1023 
Registered Ports: 1024 : 49151 
Dynamic or Private Ports: 4951 : 65535 
Ví dụ: 
FTP: 21 
HTTP: 80 
Telnet: 23 
OSI : Một thiết kế dựa trên nguyên lý phân tầng (7 layers) lý giải kỹ thuật kết nối giữa các máy tính và thiết kế giao thức mạng giữa chúng 
Cho phép các hệ thống, các thành phần kết nối mạng của các nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động một cách tương thích (interoperability) 
Phân chia các chức năng của giao thức, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế và tăng cường độ tin cậy cho mỗi giao thức 
Layer 7 : Là tầng gần với người sử dụng nhất. Cung cấp các phương tiện cho người dùng truy cập thông tin và dữ liệu trên mạng. Tầng này là giao diện chính để người dùng tương tác với chương trình ứng dụng 
Ví dụ: 
Telnet 
FTP 
SMTP 
DNS, DHCP 
HTTP 
Tầng 7: Tầng Ứng Dụng (Application Layer) 
  Layer 6 : Cung cấp các dịch vụ cho tầng ứng dụng. Tạo y/c đối với tầng phiên (5 layer) 
B iến đổi dữ liệu để cung cấp một giao diện tiêu chuẩn cho tầng ứng dụng. 
M ã hóa dữ liệu, nén dữ liệu, và các thao tác tương tự đối với biểu diễn dữ liệu để trình diễn dữ liệu theo như cách mà chuyên viên phát triển giao thức hoặc dịch vụ cho là thích hợp. Ví dụ : chuyển đổi tệp  văn bản từ mã  EBCDIC  sang mã  ASCII , hoặc  tuần tự hóa  các  đối tượng  ( object serialization ) hoặc các  cấu trúc dữ liệu  ( data structure ) khác sang dạng  XML  và ngược lại. 
Tầng 6: Tầng trình diễn (Presentation layer) 
Ví dụ 
AFP , AppleTalk Filing Protocol - giao thức tệp Apple 
LPP , Lightweight Presentation Protocol - giao thức trình diễn nhẹ 
NCP , NetWare Core Protocol - giao thức nhân Netware 
NDR , Network Data Representation - biểu diễn dữ liệu mạng 
XDR , External Data Representation - biểu diễn dữ liệu ngoại vi 
X.25 PAD , Packet Assembler/Disassembler Protocol 
Layer 5 : K iểm soát các (phiên) hội thoại giữa các máy tính. Tầng này thiết lập, quản lý và kết thúc các kết nối giữa trình ứng dụng cục bộ và trình ứng dụng ở xa. 
Điều khiển hoạt động  song công  ( duplex ) hoặc bán song công  ( half-duplex ) hoặc  đơn công  ( Single ) 
Tầng 5: Tầng Phiên (Session layer) 
Ví dụ: 
ADSP,  AppleTalk Data Stream Protocol 
ASP,  AppleTalk Session Protocol 
H.245,  Call Control Protocol for Multimedia Communication 
L2F,  Laer 2 Forwarding Protocol 
L2TP,  Layer 2 Tunneling Protocol 
NetBIOS,  Network Basic Input Output System 
PAP,  Printer Access Protocol 
PPTP,  Point-to-Point Tunneling Protocol 
RPC,  Remote Procedure Call Protocol 
RTP,  Real-time Transport Protocol 
RTCP,  Real-time Transport Control Protocol 
SMPP,  Short Message Peer-to-Peer 
SCP,  Secure Copy Protocol 
SSH,  Secure Shell 
Layer 4 : C ung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại đầu cuối. 
 Định hướng kết nối 
Phân phát theo trật tự đã gửi 
Dữ liệu tin cậy 
Điều khiển lưu lượng 
Layer 4: Tầng Giao Vận (Transport layer) 
C ung cấp các chức năng và qui trình cho việc truyền các chuỗi dữ liệu có độ dài đa dạng, từ một nguồn tới một đích, thông qua một hoặc nhiều mạng, trong khi vẫn duy trì  chất lượng dịch vụ  ( quality of service ) mà tầng giao vận yêu cầu. 
Thực hiện đánh địa chỉ (IP address) cho các gói tin 
 T hực hiện chức năng  định tuyến ( thiết bị định tuyến  ( router ) hoạt động tại tầng này ) Ví dụ điển hình của giao thức tầng 3 là  giao thức IP 
Layer 3: Tầng mạng ( Network Layer ) 
C ung cấp các phương tiện và cơ chế truy nhập thông tin trên mạng. 
Đánh địa chỉ vật lý (MAC) cho dữ liệu được truyền đi trên mạng 
Ví dụ: 
ATM – Asynchronous Transfer Mode 
Ethernet 
FDDI 
Token Ring 
Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu ( Data Link Layer ) 
Cung cấp các phương tiện truy cập đường truyền vật lý 
Cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện 
Tầng 1: Tầng Vật Lý (Physical Layer)