Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình mạng máy tính toàn tập P1
GIÁO TRÌNH MẠNG MÁY TÍNH Hà nội 11-2000 Chương Sơ lược lịch sử phát triển mạng máy tính Vào năm 50 hệ máy tính đưa vào hoạt động thực tế với bóng đèn điện tử chúng có kích thước cồng kềnh tốn nhiều lượng Hồi việc nhập liệu vào máy tính thơng qua bìa mà người viết chương trình đục lỗ sẵn Mỗi bìa tương đương với dịng lệnh mà cột có chứa tất ký tự cần thiết mà người viết chương trình phải đục lỗ vào ký tự lựa chọn Các bìa đưa vào "thiết bị" gọi thiết bị đọc bìa mà qua thơng tin đưa vào máy tính (hay cịn gọi trung tâm xử lý) sau tính toán kết đưa máy in Như thiết bị đọc bìa máy in thể thiết bị vào (I/O) máy tính Sau thời gian hệ máy đưa vào hoạt động máy tính trung tâm nối với nhiều thiết bị vào (I/O) mà qua thực liên tục hết chương trình đến chương trình khác Cùng với phát triển ứng dụng máy tính phương pháp nâng cao khả giao tiếp với máy tính trung tâm đầu tư nghiên cứu nhiều Vào năm 60 số nhà chế tạo máy tính nghiên cứu thành công thiết bị truy cập từ xa tới máy tính họ Một phương pháp thâm nhập từ xa thực việc cài đặt thiết bị đầu cuối vị trí cách xa trung tâm tính tốn, thiết bị đầu cuối liên kết với trung tâm việc sử dụng đường dây điện thoại với hai thiết bị xử lý tín hiệu (thường gọi Modem) gắn hai đầu tín hiệu truyền thay trực tiếp thơng qua dây điện thoại Hình 1.1 Mơ hình truyền liệu từ xa Những dạng thiết bị đầu cuối bao gồm máy đọc bìa, máy in, thiết bị xử lý tín hiệu, thiết bị cảm nhận Việc liên kết từ xa thực hiên thơng qua vùng khác dạng hệ thống mạng Trong lúc đưa giới thiệu thiết bị đầu cuối từ xa, nhà khoa học triển khai loạt thiết bị điều khiển, thiết bị đầu cuối đặc biệt cho phép người sử dụng nâng cao khả tương tác với máy tính Một sản phẩm quan trọng hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 IBM Hệ thống bao gồm hình, hệ thống điều khiển, thiết bị truyền thông liên kết với trung tâm tính tốn Hệ thống 3270 giới thiệu vào năm 1971 sử dụng dùng để mở rộng khả tính tốn trung tâm máy tính tới vùng xa Ðể làm giảm nhiệm vụ truyền thơng máy tính trung tâm số lượng liên kết máy tính trung tâm với thiết bị đầu cuối, IBM cơng ty máy tính khác sản xuất số thiết bị sau: Thiết bị kiểm sốt truyền thơng: có nhiệm vụ nhận bit tín hiệu từ kênh truyền thông, gom chúng lại thành byte liệu chuyển nhóm byte tới máy tính trung tâm để xử lý, thiết bị thực cơng việc ngược lại để chuyển tín hiệu trả lời máy tính trung tâm tới trạm xa Thiết bị cho phép giảm bớt thời gian xử lý máy tính trung tâm xây dựng thiết bị logic đặc trưng Thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối: cho phép lúc kiểm sốt nhiều thiết bị đầu cuối Máy tính trung tâm cần liên kết với thiết bị phục vụ cho tất thiết bị đầu cuối gắn với thiết bị kiểm sốt Ðiều đặc biệt có ý nghĩa thiết bị kiểm sốt nằm cách xa máy tính cần sử dụng đường điện thoại phục vụ cho nhiều thiết bị đầu cuối Hình 1.2: Mơ hình trao đổi mạng hệ thống 3270 Vào năm 1970, thiết bị đầu cuối sử dụng phương pháp liên kết qua đường cáp nằm khu vực đời Với ưu điểm từ nâng cao tốc độ truyền liệu qua kết hợp khả tính tốn máy tính lại với Ðể thực việc nâng cao khả tính tốn với nhiều máy tính nhà sản xuất bắt đầu xây dựng mạng phức tạp Vào năm 1980 hệ thống đường truyền tốc độ cao thiết lập Bắc Mỹ Châu Âu từ xuất nhà cung cấp dịnh vụ truyền thơng với đường truyền có tốc độ cao nhiều lần so với đường dây điện thoại Với chi phí thuê bao chấp nhận được, người ta sử dụng đường truyền để liên kết máy tính lại với bắt đầu hình thành mạng cách rộng khắp Ở nhà cung cấp dịch vụ xây dựng đường truyền liệu liên kết thành phố khu vực với sau cung cấp dịch vụ truyền liệu cho người xây dựng mạng Người xây dựng mạng lúc không cần xây dựng lại đường truyền mà cần sử dụng phần lực truyền thông nhà cung cấp Vào năm 1974 công ty IBM giới thiệu loạt thiết bị đầu cuối chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng thương mại, thông qua dây cáp mạng thiết bị đầu cuối truy cập lúc vào máy tính dùng chung Với việc liên kết máy tính nằm khu vực nhỏ tịa nhà khu nhà tiền chi phí cho thiết bị phần mềm thấp Từ việc nghiên cứu khả sử dụng chung môi trường truyền thông tài nguyên máy tính nhanh chóng đầu tư Vào năm 1977, công ty Datapoint Corporation bắt đầu bán hệ điều hành mạng "Attached Resource Computer Network" (hay gọi tắt Arcnet) thị trường Mạng Arcnet cho phép liên kết máy tính trạm đầu cuối lại dây cáp mạng, qua trở thành hệ điều hành mạng cục Từ đến có nhiều cơng ty đưa sản phẩm mình, đặc biệt máy tính cá nhân sử dụng cánh rộng rãi Khi số lượng máy vi tính văn phịng hay quan tăng lên nhanh chóng việc kết nối chúng trở nên vô cần thiết mang lại nhiều hiệu cho người sử dụng Ngày với lượng lớn thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày cao Mạng máy tính trở nên quen thuộc chúng ta, lĩnh vực khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục Hiện nhiều nơi mạng trở thành nhu cầu thiếu Người ta thấy việc kết nối máy tính thành mạng cho khả to lớn như: Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên mạng (như thiết bị, chương trình, liệu) trở thành tài nguyên chung thành viên mạng tiếp cận mà khơng quan tâm tới tài ngun đâu Tăng độ tin cậy hệ thống: Người ta dễ dàng bảo trì máy móc lưu trữ (backup) liệu chung có trục trặc hệ thống chúng khơi phục nhanh chóng Trong trường hợp có trục trặc trạm làm việc người ta sử dụng trạm khác thay Nâng cao chất lượng hiệu khai thác thông tin: Khi thông tin sữ dụng chung mang lại cho người sử dụng khả tổ chức lại công việc với thay đổi chất như: Ðáp ứng nhu cầu hệ thống ứng dụng kinh doanh đại Cung cấp thống liệu Tăng cường lực xử lý nhờ kết hợp phận phân tán Tăng cường truy nhập tới dịch vụ mạng khác cung cấp giới Với nhu cầu đòi hỏi ngày cao xã hội nên vấn đề kỹ thuật mạng mối quan tâm hàng đầu nhà tin học Ví dụ làm để truy xuất thơng tin cách nhanh chóng tối ưu nhất, việc xử lý thông tin mạng q nhiều đơi làm tắc nghẽn mạng gây thông tin cách đáng tiếc Hiện việc có hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an toàn với lợi ích kinh tế cao quan tâm Một vấn đề đặt có nhiều giải pháp cơng nghệ, giải pháp có nhiều yếu tố cấu thành, yếu tố có nhiều cách lựa chọn Như để đưa giải pháp hồn chỉnh, phù hợp phải trải qua trình chọn lọc dựa ưu điểm yếu tố, chi tiết nhỏ Ðể giải vấn đề phải dựa yêu cầu đặt dựa công nghệ để giải Nhưng công nghệ cao chưa công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt công nghệ phù hợp Chương Những khái niệm mạng máy tính Với phát triển khoa học kỹ thuật, mạng máy tính phát triển cách nhanh chóng đa dạng quy mô, hệ điều hành ứng dụng Do việc nghiên cứu chúng ngày trở nên phức tạp Tuy nhiên mạng máy tính có điểm chung thơng qua đánh giá phân loại chúng I Định nghĩa mạng máy tính Mạng máy tính tập hợp máy tính nối với đường truyền theo cấu trúc thơng qua máy tính trao đổi thơng tin qua lại cho Đường truyền hệ thống thiết bị truyền dẫn có dây hay khơng dây dùng để chuyển tín hiệu điện tử từ máy tính đến máy tính khác Các tín hiệu điện tử biểu thị giá trị liệu dạng xung nhị phân (on - off) Tất tín hiệu truyền máy tính thuộc dạng sóng điện từ Tùy theo tần số sóng điện từ dùng đường truyền vật lý khác để truyền tín hiệu Ở đường truyền kết nối dây cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện thoại, sóng vơ tuyến Các đường truyền liệu tạo nên cấu trúc mạng Hai khái niệm đường truyền cấu trúc đặc trưng mạng máy tính Hình 2.1: Một mơ hình liên kết máy tính mạng Với trao đổi qua lại máy tính với máy tính khác phân biệt mạng máy tính với hệ thống thu phát chiều truyền hình, phát thơng tin từ vệ tinh xuống trạm thu thụ động có thơng tin chiều từ nơi phát đến nơi thu mà khơng quan tâm đến có nơi thu, có thu tốt hay khơng Đặc trưng đường truyền vật lý giải thông Giải thơng đường chuyền độ đo phạm vi tần số mà đáp ứng Tốc độ truyền liệu đường truyền gọi thông lượng đường truyền - thường tính số lượng bit truyền giây (Bps) Thơng lượng cịn đo đơn vị khác Baud (lấy từ tên nhà bác học - Emile Baudot) Baud biểu thị số lượng thay đổi tín hiệu giây Ở Baud Bps đồng Ví dụ: đường dây có mức tín hiệu khác mức tín hiệu tương ứng với bit Baud tương ứng với bit Chỉ có mức tín hiệu mức tín hiệu tương ứng với bit Baud tương ứng với bit II Phân loại mạng máy tính Do mạng máy tính phát triển khắp nơi với ứng dụng ngày đa dạng việc phân loại mạng máy tính việc phức tạp Người ta chia mạng máy tính theo khoảng cách địa lý làm hai loại: Mạng diện rộng Mạng cục Mạng cục (Local Area Networks - LAN) mạng thiết lập để liên kết máy tính khu vực nhà, khu nhà Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN) mạng thiết lập để liên kết máy tính hai hay nhiều khu vực khác thành phố hay tỉnh Sự phân biệt có tính chất ước lệ, phân biệt trở nên khó xác định với việc phát triển khoa học kỹ thuật phương tiện truyền dẫn Tuy nhiên với phân biệt phương diện địa lý đưa tới việc phân biệt nhiều đặc tính khác hai loại mạng trên, việc nghiên cứu phân biệt cho ta hiểu rõ loại mạng III Sự phân biệt mạng cục mạng diện rộng Mạng cục mạng diện rộng phân biệt bởi: địa phương hoạt động, tốc độ đường truyền tỷ lệ lỗi đường truyền, chủ quản mạng, đường thông tin mạng, dạng chuyển giao thông tin Địa phương hoạt động: Liên quan đến khu vực địa lý mạng cục mạng liên kết máy tính nằm khu vực nhỏ Khu vực bao gồm tịa nhà khu nhà Điều hạn chế khoảng cách đường dây cáp dùng để liên kết máy tính mạng cục (Hạn chế cịn hạn chế khả kỹ thuật đường truyền liệu) Ngược lại mạng diện rộng mạng có khả liên kết máy tính vùng rộng lớn thành phố, miền, đất nước, mạng diện rộng xây dựng để nối hai nhiều khu vực địa lý riêng biệt Tốc độ đường truyền tỷ lệ lỗi đường truyền: Do đường cáp mạng cục đươc xây dựng khu vực nhỏ bị ảnh hưởng tác động thiên nhiên (như sấm chớp, ánh sáng ) Điều cho phép mạng cục truyền liệu với tốc độ cao mà chịu tỷ lệ lỗi nhỏ Ngược lại với mạng diện rộng phải truyền khoảng cách xa với đường truyền dẫn dài có lên tới hàng ngàn km Do mạng diện rộng truyền với tốc độ q cao tỉ lệ lỗi trở nên khó chấp nhận Mạng cục thường có tốc độ truyền liệu từ đến 16 Mbps đạt tới 100 Mbps dùng cáp quang Còn phần lớn mạng diện rộng cung cấp đường truyền có tốc độ thấp nhiều T1 với 1.544 Mbps hay E1 với 2.048 Mbps (Ở bps (Bit Per Second) đơn vị truyền thông tương đương với bit truyền giây, ví dụ tốc độ đường truyền Mbps tức truyền tối đa Megabit giây đường truyền đó) Thơng thường mạng cục tỷ lệ lỗi truyền liệu vào khoảng 1/107-108 cịn mạng diện rộng tỷ lệ vào khoảng 1/106 - 107 Chủ quản điều hành mạng: Do phức tạp việc xây dựng, quản lý, trì đường truyền dẫn nên xây dựng mạng diện rộng người ta thường sử dụng đường truyền thuê từ công ty viễn thông hay nhà cung cấp dịch vụ truyền số liệu Tùy theo cấu trúc mạng đường truyền thuộc quan quản lý khác nhà cung cấp đường truyền nội hạt, liên tỉnh, liên quốc gia Các đường truyền phải tuân thủ quy định phủ khu vực có đường dây qua như: tốc độ, việc mã hóa Cịn mạng cục cơng việc đơn giản nhiều, quan cài đặt mạng cục tồn mạng thuộc quyền quản lý quan Đường thông tin mạng: Trong mạng cục thông tin theo đường xác định cấu trúc mạng Khi người ta xác định cấu trúc mạng thơng tin ln ln theo cấu trúc xác định Cịn với mạng diện rộng liệu cấu trúc phức tạp nhiều việc sử dụng dịch vụ truyền liệu Trong q trình hoạt động điểm nút thay đổi đường thông tin phát có trục trặc đường truyền hay phát có q nhiều thơng tin cần truyền hai điểm nút Trên mạng diện rộng thơng tin có đường khác nhau, điều cho phép sử dụng tối đa lực đường truyền hay nâng cao điều kiện an toàn truyền liệu Dạng chuyển giao thông tin: Phần lớn mạng diện rộng phát triển cho việc truyền đồng thời đường truyền nhiều dạng thông tin khác như: video, tiếng nói, liệu Trong mạng cục chủ yếu phát triển việc truyền liệu thơng thường Điều giải thích việc truyền dạng thơng tin video, tiếng nói khu vực nhỏ quan tâm truyền qua khoảng cách lớn Các hệ thống mạng ngày phức tạp chất lượng, đa dạng chủng loại phát triển nhanh chất Trong phát triển số lượng nhà sản xuất từ phần mềm, phần cứng máy tính, sản phẩm viễn thông tăng nhanh với nhiều sản phẩm đa dạng Chính vai trị chuẩn hóa mang ý nghĩa quan trọng Tại nước quan chuẩn quốc gia đưa chuẩn phần cứng quy định giao tiếp nhằm giúp cho nhà sản xuất làm sản phẩm kết nối với sản phẩm hãng khác sản xuất Chương Mơ hình truyền thơng I Sự cần thiết phải có mơ hình truyền thơng Để mạng máy tính trở mơi trường truyền liệu cần phải có yếu tố sau: Mỗi máy tính cần phải có địa phân biệt mạng Việc chuyển liệu từ máy tính đến máy tính khác mạng thực thơng qua quy định thống gọi giao thức mạng Khi máy tính trao đổi liệu với trình truyền giao liệu thực hồn chỉnh Ví dụ để thực việc truyền file máy tính với máy tính khác gắn mạng cơng việc sau phải thực hiện: Máy tính cần truyền cần biết địa máy nhận Máy tính cần truyền phải xác định máy tính nhận sẵn sàng nhận thơng tin Chương trình gửi file máy truyền cần xác định chương trình nhận file máy nhận saün sàng tiếp nhận file Nếu cấu trúc file hai máy không giống máy phải làm nhiệm vụ chuyển đổi file từ dạng sang dạng Khi truyền file máy tính truyền cần thơng báo cho mạng biết địa máy nhận để thông tin mạng đưa tới đích Điều cho thấy hai máy tính có phối hợp hoạt động mức độ cao Bây thay xét trình trình chung chia trình thành số công đoạn công đoạn hoạt động cách độc lập với Ở chương trình truyền nhận file máy tính chia thành ba module là: Module truyền nhận File, Module truyền thông Module tiếp cận mạng Hai module tương ứng thực việc trao đổi với đó: Module truyền nhận file cần thực tất nhiệm vụ ứng dụng truyền nhận file Ví dụ: truyền nhận thơng số file, truyền nhận mẫu tin file, thực chuyển đổi file sang dạng khác cần Module truyền nhận file không cần thiết phải trực tiếp quan tâm tới việc truyền liệu mạng mà nhiệm vụ giao cho Module truyền thông Module truyền thông quan tâm tới việc máy tính hoạt động sẵn sàng trao đổi thơng tin với Nó cịn kiểm sốt liệu cho liệu trao đổi cách xác an tồn hai máy tính Điều có nghĩa phải truyền file nguyên tắc đảm bảo an toàn cho liệu, nhiên có vài mức độ an toàn khác dành cho ứng dụng Ở việc trao đổi liệu hai máy tính khơng phụ thuộc vào chất mạng liên kết chúng Những yêu cầu liên quan đến mạng thực module thứ ba module tiếp cận mạng mạng thay đổi có module tiếp cận mạng bị ảnh hưởng Module tiếp cận mạng xây dựng liên quan đến quy cách giao tiếp với mạng phụ thuộc vào chất mạng Nó đảm bảo việc truyền liệu từ máy tính đến máy tính khác mạng Như thay xét trình truyền file với nhiều yêu cầu khác tiến trình phức tạp xét q trình với nhiều tiến trình phân biệt dựa việc trao đổi Module tương ứng chương trình truyền file Cách cho phép phân tích kỹ q trình file dễ dàng việc viết chương trình Việc xét module cách độc lập với cho phép giảm độ phức tạp cho việc thiết kế cài đặt Phương pháp sử dụng rộng rãi việc xây dựng mạng chương trình truyền thơng gọi phương pháp phân tầng (layer) Nguyên tắc phương pháp phân tầng là: Mỗi hệ thống thành phần mạng xây dựng cấu trúc nhiều tầng có cấu trúc giống như: số lượng tầng chức tầng Các tầng nằm chồng lên nhau, liệu trao đổi trực tiếp hai tầng kề từ tầng xuống tầng ngược lại Cùng với việc xác định chức tầng phải xác định mối quan hệ hai tầng kề Dữ liệu truyền từ tầng cao hệ thống truyền đến tầng thấp sau truyền qua đường nối vật lý dạng bit tới tầng thấp hệ thống nhận, sau liệu truyền ngược lên đến tầng cao hệ thống nhận Chỉ có hai tầng thấp có liên kết vật lý với cịn tầng thứ tư có liên kết logic với Liên kết logic tầng thực thông qua tầng phải tuân theo quy định chặt chẽ, quy định gọi giao thức tầng ... cấu trúc mạng Hai khái niệm đường truyền cấu trúc đặc trưng mạng máy tính Hình 2.1: Một mơ hình liên kết máy tính mạng Với trao đổi qua lại máy tính với máy tính khác phân biệt mạng máy tính với... chương trình ứng dụng, chương trình truyền thơng, máy tính mạng Các chương trình ứng dụng chương trình người sử dụng thực máy tính tham gia vào q trình trao đổi thơng tin hai máy tính Trên máy tính. .. Mỗi máy tính mạng cần có địa mạng mình, hai máy tính mạng khơng thể có địa chỉ, điều cho phép mạng truyền thơng tin đến máy tính cách xác Mỗi ứng dụng máy tính cần phải có địa phân biệt máy tính
