Mạng máy tính

Đề tài: Mạng máy tính

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, máy tính trở nên phổ biến với mọi người, nó mang lại cho con người khả năng to lớn và làm được những công việc phi thường : tính toán nhanh, chính xác các phép toán phức tạp, điều khiển tự động và làm việc theo sự lập tŕnh của con người. Máy tính ra đời không chỉ là công cụ giải phóng sức lao động, hỗ trợ tối đa trong sản xuất mà c̣n là phương tiện học tập, giải trí bổ Ưch trong đời sống của mọi người. Sù phát triển của máy tính c̣ng nh­ công nghệ thông tin sẽ mang lại những thành tựu to lớn cho sự phát triển kinh tế của đất nước. Là phương tiện tiếp cận nhanh nhất đến các thành tựu của khoa học kỹ thuật.

Sức mạnh của máy tính được tăng lên nhiều lần khi các máy tính được kết nối thành một mạng máy tính. Là cơ sở hạ tầng cho phép truyền dữ liệu, trao đổi thông tin và điều khiển từ xa, tạo nên một môi trường giao tiếp, liên kết mọi người vượt qua hạn chế về khoảng cách. Với mạng máy tính toàn cầu chóng ta có thể dễ dàng tiếp cận với thế giới bên ngoài, tiếp cận với những thành tựu khoa học tiên tiến nhất trên thế giới.

Hiện nay, ứng dụng công nghệ thông tin trong sản xuất và phát triển kinh tế là mục tiêu hàng đầu của đất nước. Mạng máy tính trở thành một lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và ứng dụng cốt lơi của công nghệ thông tin, bao gồm rất mhiều vấn đề từ kiến trúc, đến nguyên lư thiết kế, cài đặt và mô h́nh ứng dụng. Mạng viễn thông nói chung và máy tính và mạng máy tính nói riêng là công cụ không thể thiếu trong hoạt động của bộ máy nhà nước, các doanh nghiệp, trường học, . và rất nhiều các lĩnh vực sản xuất khác. Nă đóng vai tṛ nh­ cầu nối để trao đổi thông tin giữa các chính phủ, các tổ chức xă hội và giữa mọi người với nhau.

Qua thời gian thực tập tại công ty cùng với sự hướng dẫn của các thầy cô giao khoa điện tử viễn thông và các tài liệu thu thập được em đă hoàn thành đồ án tốt nghiệp về lư thuyết về mạng máy tính, các giao thức truyền thông và các ứng dụng bao gồm những kiến thức cơ bản về các loại mạng, mô h́nh mạng, kiến trúc mạng, và các thiết bị kết nối mạng, mô h́nh OSI,TCP/IP Với mong muốn t́m hiểu kỹ về công nghệ thông tin, mạng máy tính để có thể xây dựng, ứng dụng tối đa các tiện Ưch mà mạng máy tính mang lại trong các lĩnh vực truyền thông và phát triển phần mềm





Chương 1

Giới thiệu mạng máy tính
1.1 Thế nào là một mạng máy tính

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Mét mạng máy tính là một hệ thống trong đó gồm một số các máy tính độc lập được nối với nhau để chia sẻ dữ liệu và các thiết bị ngoại vi nh­ đĩa cứng và máy in Một mạng máy tính đơn giản nhất gồm hai máy tính được nối với nhau bởi cáp cho phép chúng chia sẻ dữ liệu. Tất cả các mạng máy tính đều bắt nguồn từ hệ thống đơn giản này. Mạng máy tính ra đời khi có sự cần thiết phải chia sẻ dữ liệu. Máy tính cá nhân là một công cụ rất mạnh, có thể xử lư, thao tác trên một khối lượng lớn dữ liệu một cách nhanh chóng nhưng nó không cho phép người dùng có thể chia sẻ dữ liệu. Khi chưa có mạng người dùng hoặc in tài liệu hoặc copy file ra đĩa khác để mang đi đến máy tính khác và copy vào máy tính đó. Đó được xem nh­môi trường làm việc độc lập.

H́nh 1.1 Môi trường độc lập

Với số lượng dữ liệu cần chia sẻ lớn và khoảng cách xa th́ việc copy ra đĩa mềm không thể đáp ứng được công việc. Và để có thể chia sẻ dữ liệu với nhau th́ các máy tính phải kết nối với nhau, sự kết nối các máy tính cùng với các thiết bị ngoại vi tạo thành một mạng máy tính.

1.1.1 Tại sao phải sử dụng máy tính
Với khả năng to lớn của máy tính cá nhân ngày nay th́ tại sao mạng máy tính là cần thiết? Mạng máy tính là cần thiết v́ mạng máy tính tăng hiệu quả và giảm giá thành. Mạng máy tính có được những cái đó v́ ba nguyên nhân chính sau:

- Chia sẻ thông tin (hay dữ liệu)
- Chia sẻ phần cứng và phần mềm
- Quản lư và hỗ trợ tập trung


Ngoài ra khi máy tính nối vào mạng có thể chia sẻ:

- Tài liệu(biên bản , bảng tính , hoá đơn )
- Thông tin Email
- Phần mềm xử lư văn bản
- Phần mềm quản lư cấu h́nh phần mềm
- File h́nh ảnh , audio, video
- Máy in
- Máy fax
- Modem
- CD-ROM và các loại đĩa cứng khác

Và c̣n rất nhiều thứ có thể chia sẻ trên mạng. Khả năng của mạng máy tính là không thể thay đổi trước khi t́m ra một cách trao đổi dữ liệu khác không dùng mạng máy tính.

Chia sẻ thông tin (dữ liệu )Khả năng chia sẻ thông tin nhanh chóng và không đắt được chứng minh là một trong những tính năng thông dụng nhất của mạng máy tính. Nhiều báo cáo tổng kết rằng Email là dịch vụ sử dụng số một của người sử dụng Internet. Rất nhiều các doanh nghiệp đầu tư vào mạng máy tính để tận dụng các lợi Ưch của mạng dùa trên Email và các chương tŕnh tiện Ưch khác như chương tŕnh đặt lịch

Sử dụng các tài nguyên có sẵn trên mạng có thể giảm các giao tiếp bằng giấy tờ, tăng hiệu quả và dữ liệu có thể sử dụng đồng thời bởi nhiều người sử dụng. Người quản lư có thể sử dụng các tiện Ưch để giao tiếp nhanh chóng và hiệu quả với nhiều người để tổ chức công việc và lên kế hoạch công việc.

Chia sẻ phần cứng và phần mềm

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Trước khi có mạng máy tính người sử dụng máy tính phải có riêng máy in, máy vẽ và các thiết bị ngoại vi khác. Chỉ có một cách để chia sẻ máy in là ngồi ngay tại máy tính nối với máy in.

H́nh 1.2 Máy in với máy tính đơn lẻ
Với mạng máy tính cho phép nhiều người có thể chia sẻ dữ liệu và các thiết bị ngoại vi khác. Nếu nhiều người cần sử dụng máy in họ có thể sử dụng chung một máy in trên mạng

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


H́nh 1.3 Chia sẻ máy in với môi trường mạng

Mạng máy tính cho phép chia sẻ và chuẩn hoá các ứng dông nh­ : chương tŕnh xử lư văn bản, bảng tính, database để chắc chắn rằng tất cả mọi người đều sử dụng cùng một phần mềm và đúng phiên bản của nó.

Quản lư và hỗ trợ tập trung
Mạng máy tính cho phép dễ dàng quản lư và hỗ trợ các dịch vụ một cách tập trung, các máy tính có thể được hỗ trợ và quản lư bởi một máy chủ.
1.1.2 Hai loại mạng chính LAN và WAN
Có rất nhiều cách phân chia mạng máy tính. Mạng máy tính có thể phân chia vào hai nhóm tuỳ thuộc vào kích cỡ và chức năng của nó.

Local Area Network ( LAN )
Một mạng LAN (Local area Network) là một mạng gồm các máy tính nối với nhau theo một cách cơ bản. Mạng LAN có thể đơn giản ( hai máy tính nối với nhau bởi một dây cáp) đến phức tạp (hàng trăm máy tính và các thiết bị ngoại vi được nối với nhau trong một tổ chức)

- Truyền dữ liệu với tốc độ cao
- Tồn tại trong một khoảng vật lư hạn chế
- Công nghệ mạng thường không đắt

Wide Area Network ( WAN )
Mạng WAN cung cấp kết nối cho khoảng cách xa trong phạm vi đất nước hay toàn cầu, được kết nối với nhau theo đường điện thoại hay vệ tinh. Một công ty đa quốc gia có thể có mạng WAN để kết nối các văn pḥng ở các quốc gia khác nhau trên thế giới. Các thuộc tính của mạng này là:
- Không giới hạn về mặt địa lư
- Dễ bị lỗi hơn trong khi truyền dữ liệu
- Gồm nhiều mạng LAN kết nối với nhau
- Phức tạp hơn mạng LAN
- Công nghệ dắt hơn
1.2 Cấu h́nh mạng
Cấu h́nh mạng là phương thức cài đặt để xác định cách máy tính chia sẻ thông tin, mô h́nh của mạng
1.2.1 Khái quát cấu h́nh mạng
Thông thường tất cả các mạng có những thành phần, chức năng, đặc tính chung bao gồm :
- Server: máy tính cung cấp các tài nguyên chia sẻ cho người sử dụng trên mạng.
- Client: máy tính truy cập các tài nguyên trên mạng do máy tính server cung cấp.
- Media: Dây nối các máy tính với nhau.
- Shared data: Các file cung cấp cho client bởi server trên mạng
- Shared printer và các thiết bị ngoại vi khác:các tài nguyên khác được cung cấp bởi server.
-
[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Resources : các dịch vụ hay tài nguyên khác có sẵn trên mạng

H́nh 1.4 Các thành phần chung của mạng

Cùng với các thành phần trên nhưng mạng có thể chia làm hai loại:

- Mạng ngang hàng (Peer to Peer )
- Mạng dùa trên máy chủ (Server based)

Việc phân biệt hai loại mạng Peer to peer và server based là rất quan trọng v́ mỗi loại có các khả năng khác nhau. Chọn mạng nào phụ thuộc vào các nhân tố sau:
- Quy mô của tổ chức
- Mức độ bảo mật cần thiết
- Loại kinh doanh
- Mức độ hỗ trợ quản trị
- Số lượng vận chuyển trên mạng
- Sự đ̣i hỏi của người sử dụng mạng
- Ngân sách chi phí cho mạng

1.2.1 Mạng peer to peer
Trong mạng peer to peer không có máy chủ và không có phân cấp cho các máy tính trong mạng.Tất cả các máy tính là nh­nhau. Mỗi máy tính có thể xem là client cũng có thể xem nh­ server cung cấp tài nguyên cho máy tính khác. Không có người quản trị cho toàn bộ mạng. Các đặc tính của mạng Peer to peer:

Cỡ
Mạng peer to peer cũng được gọi là Workgroup. Mét workgroup biểu thị cho một nhóm người. Thường có khoảng 10 hoặc Ưt hơn máy tính trong một mạng peer to peer.

Giá thành
Mạng peer to peer thường đơn giản bởi v́ mỗi máy tính có chức năng nh­ mét client và một server. Không cần có một server mạnh hay các thành phần khác cho một mạng tốc độ cao nên mạng peer to peer thường rẻ hơn mạng server based.

Hệ điều hành
Mạng peer to peer có thể xây dựng trên nhiều hệ điều hành và không cần thêm các phần mềm khác để xây dựng mạng peer to peer. Các hệ điều hành nh­ :

- Microsoft Windows 9X,NT Workstation
- Novell Personal NetWare
- AppleTalk (the networking system for Apple Macintosh computers)
- Artisoft LANtastic
Nơi thích hợp dùng mạng peer to peerMạng peer to peer là môi trường lùa chọn tốt khi:
- Có 10 hoặc Ưt hơn người sử dụng
- Người sử dụng chia sẻ tài nguyên , máy in nhưng không cần có server .
- Không cần bảo mật
- Tổ chức và mạng sẽ được phát triển trong tương lai.

1.2.2 Server based network
[TABLE=align: left]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


Trong môi trường có hơn 10 người sử dụng mạng peer to peer sẽ không đáp ứng đầy đủ. Do đó hầu hết các mạng phải có một máy chủ chuyên dụng. Server based network đă trở thành mô h́nh chuẩn cho mạng máy tính. Trong môi trường mạng server based tài nguyên được đặt trên một hay một nhóm các máy chủ, các máy tính client truy nhập tài nguyên và các dịch vụ của server. Các hệ điều hành thiết kế cho mô h́nh mạng này gồm :

- Novell NetWare
- Banyan VINES
- OpenVMS
- IBM OS/2 LAN Server
- Microsoft Windows NT Server

Khi mạng tăng kích cỡ (số máy tính kết nối, khoảng cách kết nối tăng) th́ cần có thêm một vài server. Có rất nhiều loại server trong nhiều mạng lớn:

File và print server
Quản lư các người truy cập và sử dụng file và máy in .

Application server
Application server lưu giữ các chương tŕnh server trong ứng dụng client/server cũng như dữ liệu có sẵn cho client. Một chương tŕnh client truy cập dữ liệu từ một application server. Ví dụ khi bạn cần t́m danh sách các nhân viên từ database của server, server sẽ trả về một tập dữ liệu về các nhân viên

Mail server
Mail server hoạt động nh­ application server, dữ liệu được tải về client từ server.
Fax server
Fax server quản lư vận chuyển fax đến và đi của mạng bởi chia sẻ một hay nhiều fax modem.

Communication server
Communication server quản lư luồng dữ liệu và thông tin e mail của mạng với mạng khác. Người sử dụng từ xa truy cập vào máy server thông qua modem và đường điện thoại.

Directory service server
Directory service server quản lư người dùng và bảo mật các thông tin trên mạng. Ví dụ một vài phần mềm server ghép các máy tính vào trong một nhóm logic (gọi là Domain) cho phép người sử dụng có thể truy cập các tài nguyên trên mạng.

[TABLE=align: left]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


H́nh 1.5 Các server chuyên dụng

Lợi Ưch của mạng server based
Mặc dù khó để cài đặt, cấu h́nh, quản lư nhưng mạng server based có rất nhiều ưu điểm hơn mạng peer to peer:

- Chia sẻ tài ngyên
- Bảo mật
- Dữ liệu dự pḥng
- Số lượng người dùng


1.3 Topology (Cấu trúc liên kết, Sơ đồ h́nh học)
Topology được xem nh­ sù sắp xếp hay cấu trúc vật lư của máy tính, cáp và các thành phần khác của mạng. Topology của mạng ảnh hưởng đến khả năng của nó. Khi lùa chọn một trong các loại topology sẽ tác động tới:

- Loại thiết bị mạng cần
- Khả năng của các thiết bị
- Sự phát triển của mạng
- Cách quản lư mạng
1.3.1 Thiết kế topology

Xem xét các loại topology khác nhau sẽ thấy được khả năng khác nhau của các loại mạng. Topology không chỉ xác định loại cáp xử dụng mà c̣n xác định xem cáp được đi nh­ thế nào : dưới sàn,trên trần hay trên tường Topology cũng xác định cách máy tính trao đổi trên mạng. Các loại topology khác nhau th́ cần các phương thức truy cập khác nhau và chính các phương thức đó ảnh hưởng rất lớn đến mạng.

1.3.2 Các Topology chuẩn

Tất cả các mạng đều thiết kế từ bốn topology sau:

- Bus
- Ring
- Start
- Mesh

Bốn loại topoplogies này có thể kết hợp tạo ra rất nhiều các topologies khác nhau:

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Bus
H́nh 1.6 Bus topology

Bus topology thường được xem nh­ linear bus bởi v́ các máy tính nối với nhau thành một đường thẳng. Đó là cách thông dụng và đơn giản nhất của mạng máy tính. H́nh 1.6 là một mạng bus topology thông thường, nă bao gồm một đường cáp được gọi là TRUNC nối kết tất cả các máy tính trong mạng.
Truyền thông trên bus
Máy tính trên mạng bus topology truyền thông bởi đánh địa chỉ dữ liệu tới một máy tính đặc biệt và gửi dữ liệu trên cáp nh­các tín hiệu điện. Để hiểu máy tính truyền thông nh­ thế nào trên bus cần làm quen với các khái niệm:

- Sending the signal
- Signal bounce
- Terminator

Sending the signal : Dữ liệu trên mạng ở dạng tín hiệu điện được gửi đến tất cả các máy tính trên mạng. Chỉ một máy tính có địa chỉ trùng với địa chỉ mă hoá trong tín hiệu được truy nhập thông tin. Bởi v́ tại một thời điểm chỉ có mét máy tính có thể gửi tín hiệu nên số máy tính trên mạng sẽ ảnh hưởng tới tốc độ mạng. Không có phương pháp chuẩn để đo ảnh hưởng của số máy tính trên mạng tới tốc độ của mạng . Không Phải chỉ có số lượng máy tính ảnh hưởng tới tốc độ của mạng. Sau đây là một số các nhân tố khác ảnh hưởng tới tốc độ của mạng:

§ Khả năng của phần cứng máy tính trên mạng
§ Tổng số các lệnh chờ để thực hiện
§ Loại ứng dụng được chạy trên mạng
§ Loại cáp được sử dụng trên mạng
§ Khoảng cách giữa các máy tính trên mạng

Signal Bounce : V́ dữ liệu hay tín hiệu điện được gửi đi toàn bộ mạng nên nó truyền từ đầu này tới đầu kia của cáp. Nếu tín hiệu không bị ngắt nó sẽ ảnh hưởng tới các máy tính khác, ngăn cản các máy tính khác gửi tín hiệu. Do đó tín hiệu phải bị dừng sau khi đă t́m thấy đích phù hợp.

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Terminator: Để dừng tín hiệu ở trên, một thành phần được gọi là Terminator được đặt ở cuối của mỗi cáp để hấp thụ tín hiệu tự do. Tất cả các đầu cáp không nối vào máy tính hay connector th́ đều phải nối với một Termonator.

H́nh 1.7 Terminator để hấp thụ tín hiệu tự do


Phá vỡ truyền thông trên mạng

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Khi cáp bị đứt ở đâu đó trên mạng nếu nó chia mạng thành hai phần riêng biệt th́ Ưt nhất có một phần cáp không được nối kết . Khi đó nó sẽ không có terminator, tín hiệu sẽ không bị hấp thụ và mạng sẽ dừng hoạt động. Đó là một trong một số nguyên nhân làm mạng bị háng. H́nh 1.8 minh hoạ cáp bị đứt, mạng sẽ không làm việc .

H́nh 1.8 Đứt dây cáp
Mở rộng mạng
Khi mạng cần mở rộng th́ cáp trong Bus topology có thể được mở rộng theo các cách sau:

§
[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Một thành phần được gọi là barrel connector có thể nối kết hai phần của cáp với nhau. Tuy nhiên Connector có thể làm giảm tín hiệu.
H́nh 1.9 BNC connector có thể sử dụng để nối các đoạn mạng

§
[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Một thiết bị gọi là Repeater có thể được sử dụng để nối hai cáp. Repeater thường tốt hơn connector hay đoạn cáp dài v́ tín hiệu qua repeater được hồi phục trước khi được truyền đi.

H́nh 1.10 Reapeater để mở rộng mạng

Star

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Trong Star topology đoạn cáp từ mỗi máy tính nối tới một bộ phận trung tâm được gọi là hub. H́nh 1.11 minh hoạ bốn máy tính được nối với một hub trong một mạng star.

H́nh 1.11 Star topology