Giáo trình Mạng máy tính 2

Chương 1

Sơ lược lịch sử phát triển của mạng máy tính

Vào giữa những năm 50 khi những thế hệ máy tính đầu tiên được đưa vào hoạt động thực

tế với những bóng đèn điện tử thì chúng có kích thước rất cồng kềnh và tốn nhiều năng

lượng. Hồi đó việc nhập dữ liệu vào các máy tính được thông qua các tấm bìa mà người

viết chương trình đã đục lỗ sẵn. Mỗi tấm bìa tương đương với một dòng lệnh mà mỗi một

cột của nó có chứa tất cả các ký tự cần thiết mà người viết chương trình phải đục lỗ vào

ký tự mình lựa chọn. Các tấm bìa được đưa vào một "thiết bị" gọi là thiết bị đọc bìa mà

qua đó các thông tin được đưa vào máy tính (hay còn gọi là trung tâm xử lý) và sau khi

tính toán kết quả sẽ được đưa ra máy in. Như vậy các thiết bị đọc bìa và máy in được thể

hiện như các thiết bị vào ra (I/O) đối với máy tính. Sau một thời gian các thế hệ máy mới

được đưa vào hoạt động trong đó một máy tính trung tâm có thể được nối với nhiều thiết

bị vào ra (I/O) mà qua đó nó có thể thực hiện liên tục hết chương trình này đến chương

trình khác.

Cùng với sự phát triển của những ứng dụng trên máy tính các phương pháp nâng cao khả

năng giao tiếp với máy tính trung tâm cũng đã được đầu tư nghiên cứu rất nhiều. Vào

giữa những năm 60 một số nhà chế tạo máy tính đã nghiên cứu thành công những thiết bị

truy cập từ xa tới máy tính của họ. Một trong những phương pháp thâm nhập từ xa được

thực hiện bằng việc cài đặt một thiết bị đầu cuối ở một vị trí cách xa trung tâm tính toán,

thiết bị đầu cuối này được liên kết với trung tâm bằng việc sử dụng đường dây điện thoại

và với hai thiết bị xử lý tín hiệu (thường gọi là Modem) gắn ở hai đầu và tín hiệu được

truyền thay vì trực tiếp thì thông qua dây điện thoại.

Hình 1.1. Mô hình truyền dữ liệu từ xa đầu tiên

Những dạng đầu tiên của thiết bị đầu cuối bao gồm máy đọc bìa, máy in, thiết bị xử lý tín

hiệu, các thiết bị cảm nhận. Việc liên kết từ xa đó có thể thực hiên thông qua những vùng

khác nhau và đó là những dạng đầu tiên của hệ thống mạng.

Trong lúc đưa ra giới thiệu những thiết bị đầu cuối từ xa, các nhà khoa học đã triển khai

một loạt những thiết bị điều khiển, những thiết bị đầu cuối đặc biệt cho phép người sử

dụng nâng cao được khả năng tương tác với máy tính. Một trong những sản phẩm quan

trọng đó là hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM. Hệ thống đó bao gồm các màn hình,

các hệ thống điều khiển, các thiết bị truyền thông được liên kết với các trung tâm tính

toán. Hệ thống 3270 được giới thiệu vào năm 1971 và được sử dụng dùng để mở rộng

khả năng tính toán của trung tâm máy tính tới các vùng xa. Ðể làm giảm nhiệm vụ truyền

thông của máy tính trung tâm và số lượng các liên kết giữa máy tính trung tâm với các

thiết bị đầu cuối, IBM và các công ty máy tính khác đã sản xuất một số các thiết bị sau:

Thiết bị kiểm soát truyền thông: có nhiệm vụ nhận các bit tín hiệu từ các kênh

truyền thông, gom chúng lại thành các byte dữ liệu và chuyển nhóm các byte đó

tới máy tính trung tâm để xử lý, thiết bị này cũng thực hiện công việc ngược lại để

chuyển tín hiệu trả lời của máy tính trung tâm tới các trạm ở xa. Thiết bị trên cho

phép giảm bớt được thời gian xử lý trên máy tính trung tâm và xây dựng các thiết

bị logic đặc trưng.

Thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối: cho phép cùng một lúc kiểm soát nhiều

thiết bị đầu cuối. Máy tính trung tâm chỉ cần liên kết với một thiết bị như vậy là

có thể phục vụ cho tất cả các thiết bị đầu cuối đang được gắn với thiết bị kiểm

soát trên. Ðiều này đặc biệt có ý nghĩa khi thiết bị kiểm soát nằm ở cách xa máy

tính vì chỉ cần sử dụng một đường điện thoại là có thể phục vụ cho nhiều thiết bị

đầu cuối.

Hình 1.2: Mô hình trao đổi mạng của hệ thống 3270

Vào giữa những năm 1970, các thiết bị đầu cuối sử dụng những phương pháp liên kết qua

đường cáp nằm trong một khu vực đã được ra đời. Với những ưu điểm từ nâng cao tốc độ

truyền dữ liệu và qua đó kết hợp được khả năng tính toán của các máy tính lại với nhau.

Ðể thực hiện việc nâng cao khả năng tính toán với nhiều máy tính các nhà sản xuất bắt

đầu xây dựng các mạng phức tạp. Vào những năm 1980 các hệ thống đường truyền tốc

độ cao đã được thiết lập ở Bắc Mỹ và Châu Âu và từ đó cũng xuất hiện các nhà cung cấp

các dịnh vụ truyền thông với những đường truyền có tốc độ cao hơn nhiều lần so với

đường dây điện thoại. Với những chi phí thuê bao chấp nhận được, người ta có thể sử

dụng được các đường truyền này để liên kết máy tính lại với nhau và bắt đầu hình thành

các mạng một cách rộng khắp. Ở đây các nhà cung cấp dịch vụ đã xây dựng những

đường truyền dữ liệu liên kết giữa các thành phố và khu vực với nhau và sau đó cung cấp

các dịch vụ truyền dữ liệu cho những người xây dựng mạng. Người xây dựng mạng lúc

này sẽ không cần xây dựng lại đường truyền của mình mà chỉ cần sử dụng một phần các

năng lực truyền thông của các nhà cung cấp.

Vào năm 1974 công ty IBM đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối được chế tạo cho

lĩnh vực ngân hàng và thương mại, thông qua các dây cáp mạng các thiết bị đầu cuối có

thể truy cập cùng một lúc vào một máy tính dùng chung. Với việc liên kết các máy tính

nằm ở trong một khu vực nhỏ như một tòa nhà hay là một khu nhà thì tiền chi phí cho các

thiết bị và phần mềm là thấp. Từ đó việc nghiên cứu khả năng sử dụng chung môi trường

truyền thông và các tài nguyên của các máy tính nhanh chóng được đầu tư.

Vào năm 1977, công ty Datapoint Corporation đã bắt đầu bán hệ điều hành mạng của

mình là "Attached Resource Computer Network" (hay gọi tắt là Arcnet) ra thị trường.

Mạng Arcnet cho phép liên kết các máy tính và các trạm đầu cuối lại bằng dây cáp mạng,

qua đó đã trở thành là hệ điều hành mạng cục bộ đầu tiên.

Từ đó đến nay đã có rất nhiều công ty đưa ra các sản phẩm của mình, đặc biệt khi các

máy tính cá nhân được sử dụng một cánh rộng rãi. Khi số lượng máy vi tính trong một

văn phòng hay cơ quan được tăng lên nhanh chóng thì việc kết nối chúng trở nên vô cùng

cần thiết và sẽ mang lại nhiều hiệu quả cho người sử dụng.

Ngày nay với một lượng lớn về thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng cao. Mạng

máy tính hiện nay trở nên quá quen thuộc đối với chúng ta, trong mọi lĩnh vực như khoa

học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục... Hiện nay ở nhiều nơi mạng đã

trở thành một nhu cầu không thể thiếu được. Người ta thấy được việc kết nối các máy

tính thành mạng cho chúng ta những khả năng mới to lớn như:

Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên của mạng (như thiết bị, chương

trình, dữ liệu) khi được trở thành các tài nguyên chung thì mọi thành viên của

mạng đều có thể tiếp cận được mà không quan tâm tới những tài nguyên đó ở đâu.

Tăng độ tin cậy của hệ thống: Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc và lưu

trữ (backup) các dữ liệu chung và khi có trục trặc trong hệ thống thì chúng có thể

được khôi phục nhanh chóng. Trong trường hợp có trục trặc trên một trạm làm

việc thì người ta cũng có thể sử dụng những trạm khác thay thế.

Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin: Khi thông tin có thể

được sữ dụng chung thì nó mang lại cho người sử dụng khả năng tổ chức lại các

công việc với những thay đổi về chất như:

Ðáp ứng những nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại.

Cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu.

Tăng cường năng lực xử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán.

Tăng cường truy nhập tới các dịch vụ mạng khác nhau đang được cung

cấp trên thế giới.

Với nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội nên vấn đề kỹ thuật trong mạng là mối

quan tâm hàng đầu của các nhà tin học. Ví dụ như làm thế nào để truy xuất thông tin một

cách nhanh chóng và tối ưu nhất, trong khi việc xử lý thông tin trên mạng quá nhiều đôi

khi có thể làm tắc nghẽn trên mạng và gây ra mất thông tin một cách đáng tiếc.

Hiện nay việc làm sao có được một hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an toàn với lợi ích

kinh tế cao đang rất được quan tâm. Một vấn đề đặt ra có rất nhiều giải pháp về công

nghệ, một giải pháp có rất nhiều yếu tố cấu thành, trong mỗi yếu tố có nhiều cách lựa

chọn. Như vậy để đưa ra một giải pháp hoàn chỉnh, phù hợp thì phải trải qua một quá

trình chọn lọc dựa trên những ưu điểm của từng yếu tố, từng chi tiết rất nhỏ.

Ðể giải quyết một vấn đề phải dựa trên những yêu cầu đặt ra và dựa trên công nghệ để

giải quyết. Nhưng công nghệ cao nhất chưa chắc là công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt

nhất là công nghệ phù hợp nhất.

Chương 2

Những khái niệm cơ bản của mạng máy tính

Với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, hiện nay các mạng máy tính đã phát triển một

cách nhanh chóng và đa dạng cả về quy mô, hệ điều hành và ứng dụng. Do vậy việc

nghiên cứu chúng ngày càng trở nên phức tạp. Tuy nhiên các mạng máy tính cũng có

cùng các điểm chung thông qua đó chúng ta có thể đánh giá và phân loại chúng.

I. Định nghĩa mạng máy tính

Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được nối với nhau bởi đường truyền

theo một cấu trúc nào đó và thông qua đó các máy tính trao đổi thông tin qua lại

cho nhau.

Đường truyền là hệ thống các thiết bị truyền dẫn có dây hay không dây dùng để

chuyển các tín hiệu điện tử từ máy tính này đến máy tính khác. Các tín hiệu điện tử đó

biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (on - off). Tất cả các tín hiệu

được truyền giữa các máy tính đều thuộc một dạng sóng điện từ. Tùy theo tần số của

sóng điện từ có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền các tín hiệu. Ở đây

đường truyền được kết nối có thể là dây cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện

thoại, sóng vô tuyến ... Các đường truyền dữ liệu tạo nên cấu trúc của mạng. Hai khái

niệm đường truyền và cấu trúc là những đặc trưng cơ bản của mạng máy tính.

Hình 2.1: Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng

Với sự trao đổi qua lại giữa máy tính này với máy tính khác đã phân biệt mạng máy

tính với các hệ thống thu phát một chiều như truyền hình, phát thông tin từ vệ tinh xuống

các trạm thu thụ động... vì tại đây chỉ có thông tin một chiều từ nơi phát đến nơi thu mà

không quan tâm đến có bao nhiêu nơi thu, có thu tốt hay không.

Đặc trưng cơ bản của đường truyền vật lý là giải thông. Giải thông của một đường

chuyền chính là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng được. Tốc độ truyền dữ liệu

trên đường truyền còn được gọi là thông lượng của đường truyền - thường được tính bằng

số lượng bit được truyền đi trong một giây (Bps). Thông lượng còn được đo bằng đơn vị

khác là Baud (lấy từ tên nhà bác học - Emile Baudot). Baud biểu thị số lượng thay đổi tín

hiệu trong một giây.

Ở đây Baud và Bps không phải bao giờ cũng đồng nhất. Ví dụ: nếu trên đường dây

có 8 mức tín hiệu khác nhau thì mỗi mức tín hiệu tương ứng với 3 bit hay là 1 Baud

tương ứng với 3 bit. Chỉ khi có 2 mức tín hiệu trong đó mỗi mức tín hiệu tương ứng với 1

bit thì 1 Baud mới tương ứng với 1 bit.

II. Phân loại mạng máy tính

Do hiện nay mạng máy tính được phát triển khắp nơi với những ứng dụng ngày càng

đa dạng cho nên việc phân loại mạng máy tính là một việc rất phức tạp. Người ta có thể

chia các mạng máy tính theo khoảng cách địa lý ra làm hai loại: Mạng diện rộng và Mạng

cục bộ.

Mạng cục bộ (Local Area Networks - LAN) là mạng được thiết lập để liên kết

các máy tính trong một khu vực như trong một toà nhà, một khu nhà.

Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN) là mạng được thiết lập để liên

kết các máy tính của hai hay nhiều khu vực khác nhau như giữa các thành phố hay

các tỉnh.

Sự phân biệt trên chỉ có tính chất ước lệ, các phân biệt trên càng trở nên khó xác

định với việc phát triển của khoa học và kỹ thuật cũng như các phương tiện truyền dẫn.

Tuy nhiên với sự phân biệt trên phương diện địa lý đã đưa tới việc phân biệt trong nhiều

đặc tính khác nhau của hai loại mạng trên, việc nghiên cứu các phân biệt đó cho ta hiểu

rõ hơn về các loại mạng.

III. Sự phân biệt giữa mạng cục bộ và mạng diện rộng

Mạng cục bộ và mạng diện rộng có thể được phân biệt bởi: địa phương hoạt động,

tốc độ đường truyền và tỷ lệ lỗi trên đường truyền, chủ quản của mạng, đường đi của

thông tin trên mạng, dạng chuyển giao thông tin.

Địa phương hoạt động: Liên quan đến khu vực địa lý thì mạng cục bộ sẽ là mạng

liên kết các máy tính nằm ở trong một khu vực nhỏ. Khu vực có thể bao gồm một tòa nhà

hay là một khu nhà... Điều đó hạn chế bởi khoảng cách đường dây cáp được dùng để liên

kết các máy tính của mạng cục bộ (Hạn chế đó còn là hạn chế của khả năng kỹ thuật của

đường truyền dữ liệu). Ngược lại mạng diện rộng là mạng có khả năng liên kết các máy

tính trong một vùng rộng lớn như là một thành phố, một miền, một đất nước, mạng diện

rộng được xây dựng để nối hai hoặc nhiều khu vực địa lý riêng biệt.

Tốc độ đường truyền và tỷ lệ lỗi trên đường truyền: Do các đường cáp của mạng

cục bộ đươc xây dựng trong một khu vực nhỏ cho nên nó ít bị ảnh hưởng bởi tác động

của thiên nhiên (như là sấm chớp, ánh sáng...). Điều đó cho phép mạng cục bộ có thể

truyền dữ liệu với tốc độ cao mà chỉ chịu một tỷ lệ lỗi nhỏ. Ngược lại với mạng diện rộng

do phải truyền ở những khoảng cách khá xa với những đường truyền dẫn dài có khi lên

tới hàng ngàn km. Do vậy mạng diện rộng không thể truyền với tốc độ quá cao vì khi đó

tỉ lệ lỗi sẽ trở nên khó chấp nhận được.

Mạng cục bộ thường có tốc độ truyền dữ liệu từ 4 đến 16 Mbps và đạt tới 100 Mbps

nếu dùng cáp quang. Còn phần lớn các mạng diện rộng cung cấp đường truyền có tốc độ

thấp hơn nhiều như T1 với 1.544 Mbps hay E1 với 2.048 Mbps.

(Ở đây bps (Bit Per Second) là một đơn vị trong truyền thông tương đương với 1 bit

được truyền trong một giây, ví dụ như tốc độ đường truyền là 1 Mbps tức là có thể truyền

tối đa 1 Megabit trong 1 giây trên đường truyền đó).

Thông thường trong mạng cục bộ tỷ lệ lỗi trong truyền dữ liệu vào khoảng 1/10⁷-10⁸

còn trong mạng diện rộng thì tỷ lệ đó vào khoảng 1/10⁶- 10⁷

Chủ quản và điều hành của mạng: Do sự phức tạp trong việc xây dựng, quản lý,

duy trì các đường truyền dẫn nên khi xây dựng mạng diện rộng người ta thường sử dụng

các đường truyền được thuê từ các công ty viễn thông hay các nhà cung cấp dịch vụ

truyền số liệu. Tùy theo cấu trúc của mạng những đường truyền đó thuộc cơ quan quản lý

khác nhau như các nhà cung cấp đường truyền nội hạt, liên tỉnh, liên quốc gia. Các đường

truyền đó phải tuân thủ các quy định của chính phủ các khu vực có đường dây đi qua

như: tốc độ, việc mã hóa.

Còn đối với mạng cục bộ thì công việc đơn giản hơn nhiều, khi một cơ quan cài đặt

mạng cục bộ thì toàn bộ mạng sẽ thuộc quyền quản lý của cơ quan đó.

Đường đi của thông tin trên mạng: Trong mạng cục bộ thông tin được đi theo con

đường xác định bởi cấu trúc của mạng. Khi người ta xác định cấu trúc của mạng thì thông

tin sẽ luôn luôn đi theo cấu trúc đã xác định đó. Còn với mạng diện rộng dữ liệu cấu trúc

có thể phức tạp hơn nhiều do việc sử dụng các dịch vụ truyền dữ liệu. Trong quá trình

hoạt động các điểm nút có thể thay đổi đường đi của các thông tin khi phát hiện ra có trục

trặc trên đường truyền hay khi phát hiện có quá nhiều thông tin cần truyền giữa hai điểm

nút nào đó. Trên mạng diện rộng thông tin có thể có các con đường đi khác nhau, điều đó

cho phép có thể sử dụng tối đa các năng lực của đường truyền hay nâng cao điều kiện an

toàn trong truyền dữ liệu.

Dạng chuyển giao thông tin: Phần lớn các mạng diện rộng 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... Trong khi đó các mạng cục bộ chủ yếu phát triển trong việc

truyền dữ liệu thông thường. Điều này có thể giải thích do việc truyền các dạng thông tin

như video, tiếng nói trong một khu vực nhỏ ít được quan tâm hơn như khi truyền qua

những khoảng cách lớn.

Các hệ thống mạng hiện nay ngày càng phức tạp về chất lượng, đa dạng về chủng

loại và phát triển rất nhanh về chất. Trong sự phát triển đó số lượng những nhà sản xuất

từ phần mềm, phần cứng máy tính, các sản phẩm viễn thông cũng tăng nhanh với nhiều

sản phẩm đa dạng. Chính vì vậy vai trò chuẩn hóa cũng mang những ý nghĩa quan trọng.

Tại các nước các cơ quan chuẩn quốc gia đã đưa ra các những chuẩn về phần cứng và các

quy định về giao tiếp nhằm giúp cho các nhà sản xuất có thể làm ra các sản phẩm có thể

kết nối với các sản phẩm do hãng khác sản xuất.

Chương 3

Mô hình truyền thông

I. Sự cần thiết phải có mô hình truyền thông

Để một mạng máy tính trở một môi trường truyền dữ liệu thì nó cần phải có những yếu tố

sau:

Mỗi máy tính cần phải có một địa chỉ phân biệt trên mạng.

Việc chuyển dữ liệu từ máy tính này đến máy tính khác do mạng thực hiện

thông qua những quy định thống nhất gọi là giao thức của mạng.

Khi các máy tính trao đổi dữ liệu với nhau thì một quá trình truyền giao dữ liệu đã được

thực hiện hoàn chỉnh. Ví dụ như để thực hiện việc truyền một file giữa một máy tính với

một máy tính khác cùng được gắn trên một mạng các công việc sau đây phải được thực

hiện:

Máy tính cần truyền cần biết địa chỉ của máy nhận.

Máy tính cần truyền phải xác định được máy tính nhận đã saün sàng nhận thông

tin

Chương trình gửi file trên máy truyền cần xác định được rằng chương trình nhận

file trên máy nhận đã saün sàng tiếp nhận file.

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.

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.

Điều trên đó cho thấy giữa hai máy tính đã có một sự phối hợp hoạt động ở mức độ cao.

Bây giờ thay vì chúng ta xét cả quá trình trên như là một quá trình chung thì chúng ta sẽ

chia quá trình trên ra thành một số công đoạn và mỗi công đoạn con hoạt động một cách

độc lập với nhau. Ở đây chương trình truyền nhận file của mỗi máy tính được chia thành

ba module là: Module truyền và nhận File, Module truyền thông và Module tiếp cận

mạng. Hai module tương ứng sẽ thực hiện việc trao đổi với nhau trong đó:

Module truyền và nhận file cần được thực hiện tất cả các nhiệm vụ trong các ứng

dụng truyền nhận file. Ví dụ: truyền nhận thông số về file, truyền nhận các mẫu

tin của file, thực hiện chuyển đổi file sang các dạng khác nhau nếu cần. Module

truyền và nhận file không cần thiết phải trực tiếp quan tâm tới việc truyền dữ liệu

trên mạng như thế nào mà nhiệm vụ đó được giao cho Module truyền thông.

Module truyền thông quan tâm tới việc các máy tính đang hoạt động và saün

sàng trao đổi thông tin với nhau. Nó còn kiểm soát các dữ liệu sao cho những dữ

liệu này có thể trao đổi một cách chính xác và an toàn giữa hai máy tính. Điều đó

có nghĩa là phải truyền file trên nguyên tắc đảm bảo an toàn cho dữ liệu, tuy nhiên

ở đây có thể có một vài mức độ an toàn khác nhau được dành cho từng ứng dụng.

Ở đây việc trao đổi dữ liệu giữa hai máy tính không phụ thuộc vào bản chất của

mạng đang liên kết chúng. Những yêu cầu liên quan đến mạng đã được thực hiện

ở module thứ ba là module tiếp cận mạng và nếu mạng thay đổi thì chỉ có module

tiếp cận mạng bị ảnh hưởng.

Module tiếp cận mạng được xây dựng liên quan đến các quy cách giao tiếp với

mạng và phụ thuộc vào bản chất của mạng. Nó đảm bảo việc truyền dữ liệu từ

máy tính này đến máy tính khác trong mạng.

Như vậy thay vì xét cả quá trình truyền file với nhiều yêu cầu khác nhau như một tiến

trình phức tạp thì chúng ta có thể xét quá trình đó với nhiều tiến trình con phân biệt dựa

trên việc trao đổi giữa các Module tương ứng trong chương trình truyền file. Cách này

cho phép chúng ta phân tích kỹ quá trình file và dễ dàng trong việc viết chương trình.

Việc xét các module một cách độc lập với nhau như vậy cho phép giảm độ phức tạp cho

việc thiết kế và cài đặt. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng

mạng và các chương trình truyền thông và được gọi là phương pháp phân tầng (layer).

Nguyên tắc của phương pháp phân tầng là:

Mỗi hệ thống thành phần trong mạng được xây dựng như một cấu trúc nhiều

tầng và đều có cấu trúc giống nhau như: số lượng tầng và chức năng của mỗi tầng.

Các tầng nằm chồng lên nhau, dữ liệu được chỉ trao đổi trực tiếp giữa hai tầng

kề nhau từ tầng trên xuống tầng dưới và ngược lại.

Cùng với việc xác định chức năng của mỗi tầng chúng ta phải xác định mối quan

hệ giữa hai tầng kề nhau. Dữ liệu được truyền đi từ tầng cao nhất của hệ thống

truyền lần lượt đến tầng thấp nhất sau đó truyền qua đường nối vật lý dưới dạng

các bit tới tầng thấp nhất của hệ thống nhận, sau đó dữ liệu được truyền ngược lên

lần lượt đến tầng cao nhất của hệ thống nhận.

Chỉ có hai tầng thấp nhất có liên kết vật lý với nhau còn các tầng trên cùng thứ

tư chỉ có các liên kết logic với nhau. Liên kết logic của một tầng được thực hiện

thông qua các tầng dưới và phải tuân theo những quy định chặt chẽ, các quy định

đó được gọi giao thức của tầng.

Hình 3.1: Mô hình phân tầng gồm N tầng

II. Mô hình truyền thông đơn giản 3 tầng

Nói chung trong truyền thông có sự tham gia của các thành phần: các chương trình ứng

dụng, các chương trình truyền thông, các máy tính và các mạng. Các chương trình ứng

dụng là các chương trình của người sử dụng được thực hiện trên máy tính và có thể tham

gia vào quá trình trao đổi thông tin giữa hai máy tính. Trên một máy tính với hệ điều

hành đa nhiệm (như Windows, UNIX) thường được thực hiện đồng thời nhiều ứng dụng

trong đó có những ứng dụng liên quan đến mạng và các ứng dụng khác. Các máy tính

được nối với mạng và các dữ liệu được trao đổi thông qua mạng từ máy tính này đến máy

tính khác.

Việc gửi dữ liệu được thực hiện giữa một ứng dụng với một ứng dụng khác trên hai máy

tính khác nhau thông qua mạng được thực hiện như sau: Ứng dụng gửi chuyển dữ liệu

cho chương trình truyền thông trên máy tính của nó, chương trình truyền thông sẽ gửi

chúng tới máy tính nhận. Chương trình truyền thông trên máy nhận sẽ tiếp nhận dữ liệu,

kiểm tra nó trước khi chuyển giao cho ứng dụng đang chờ dữ liệu.

Với mô hình truyền thông đơn giản người ta chia chương trình truyền thông thành ba

tầng không phụ thuộc vào nhau là: tầng ứng dụng, tầng chuyển vận và tầng tiếp cận

mạng.

Tầng tiếp cận mạng liên quan tới việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính và mạng

mà nó được nối vào. Để dữ liệu đến được đích máy tính gửi cần phải chuyển địa

chỉ của máy tính nhận cho mạng và qua đó mạng sẽ chuyển các thông tin tới đích.

Ngoài ra máy gửi có thể sử dụng một số phục vụ khác nhau mà mạng cung cấp

như gửi ưu tiên, tốc độ cao. Trong tầng này có thể có nhiều phần mềm khác nhau

được sử dụng phụ thuộc vào các loại của mạng ví dụ như mạng chuyển mạch,

mạng chuyển mạch gói, mạng cục bộ.

Tầng truyền dữ liệu thực hiện quá trình truyền thông không liên quan tới mạng

và nằm ở trên tầng tiếp cận mạng. Tầng truyền dữ liệu không quan tâm tới bản

chất các ứng dụng đang trao đổi dữ liệu mà quan tâm tới làm sao cho các dữ liệu

được trao đổi một cách an toàn. Tầng truyền dữ liệu đảm bảo các dữ liệu đến

được đích và đến theo đúng thứ tự mà chúng được xử lý. Trong tầng truyền dữ

liệu người ta phải có những cơ chế nhằm đảm bảo sự chính xác đó và rõ ràng các

cơ chế này không phụ thuộc vào bản chất của từng ứng dụng và chúng sẽ phục vụ

cho tất cả các ứng dụng.

Tầng ứng dụng sẽ chứa các module phục vụ cho tất cả những ứng dụng của

người sử dụng. Với các loại ứng dụng khác nhau (như là truyền file, truyền thư

mục) cần các module khác nhau.

Hình 3.2 Mô hình truyền thông 3 tầng

Trong một mạng với nhiều máy tính, mỗi máy tính một hay nhiều ứng dụng thực hiện

đồng thời (Tại đây ta xét trên một máy tính trong một thời điểm có thể chạy nhiều ứng

dụng và các ứng dụng đó có thể thực hiện đồng thời việc truyền dữ liệu qua mạng). Một

ứng dụng khi cần truyền dữ liệu qua mạng cho một ứng dụng khác cần phải gọi 1 module

tầng ứng dụng của chương trình truyền thông trên máy của mình, đồng thời ứng dụng kia

cũng sẽ gọi 1 module tầng ứng dụng trên máy của nó. Hai module ứng dụng sẽ liên kết

với nhau nhằm thực hiện các yêu cầu của các chương trình ứng dụng.

Các ứng dụng đó sẽ trao đổi với nhau thông qua mạng, tuy nhiên trong 1 thời điểm trên

một máy có thể có nhiều ứng dụng cùng hoạt động và để việc truyền thông được chính

xác thì các ứng dụng trên một máy cần phải có một địa chỉ riêng biệt. Rõ ràng cần có hai

lớp địa chỉ:

Mỗi máy tính trên mạng cần có một địa chỉ mạng của mình, hai máy tính trong

cùng một mạng không thể có cùng địa chỉ, điều đó cho phép mạng có thể truyền

thông tin đến từng máy tính một cách chính xác.

Mỗi một ứng dụng trên một máy tính cần phải có địa chỉ phân biệt trong máy

tính đo. Nó cho phép tầng truyền dữ liệu giao dữ liệu cho đúng ứng dụng đang

cần. Địa chỉ đó được gọi là điểm tiếp cận giao dịch. Điều đó cho thấy mỗi một

ứng dụng sẽ tiếp cận các phục vụ của tầng truyền dữ liệu một cách độc lập.

Các module cùng một tầng trên hai máy tính khác nhau sẽ trao đổi với nhau một

cách chặt chẽ theo các qui tắc xác định trước được gọi là giao thức. Một giao thức

được thể hiện một cách chi tiết bởi các chức năng cần phải thực hiện như các giá

trị kiểm tra lỗi, việc định dạng các dữ liệu, các quy trình cần phải thực hiện để

trao đổi thông tin.

Hình 3.3 Ví dụ mô hình truyền thông đơn giản

Chúng ta hãy xét trong ví dụ (như hình vẽ trên): giả sử có ứng dụng có điểm tiếp cận giao

dịch 1 trên máy tính A muốn gửi thông tin cho một ứng dụng khác trên máy tính B có

điểm tiếp cận giao dịch 2. Úng dụng trên máy tính A chuyển các thông tin xuống tầng

truyền dữ liệu của A với yêu cầu gửi chúng cho điểm tiếp cận giao dịch 2 trên máy tính

B. Tầng truyền dữ liệu máy A sẽ chuyển các thông tin xuống tầng tiếp cận mạng máy A

với yêu cầu chuyển chúng cho máy tính B (Chú ý rằng mạng không cần biết địa chỉ của

điểm tiếp cận giao dịch mà chỉ cần biết địa chỉ của máy tính B). Để thực hiện quá trình

này, các thông tin kiểm soát cũng sẽ được truyền cùng với dữ liệu.

Đầu tiên khi ứng dụng 1 trên máy A cần gửi một khối dữ liệu nó chuyển khối đó cho tầng

vận chuyển. Tầng vận chuyển có thể chia khối đó ra thành nhiều khối nhỏ phụ thuộc vào

yêu cầu của giao thức của tầng và đóng gói chúng thành các gói tin (packet). Mỗi một gói

tin sẽ được bổ sung thêm các thông tin kiểm soát của giao thức và được gọi là phần đầu

(Header) của gói tin. Thông thường phần đầu của gói tin cần có:

Địa chỉ của điểm tiếp cận giao dịch nơi đến (Ở đây là 3): khi tầng vận chuyển

của máy B nhận được gói tin thì nó biết được ứng dụng nào mà nó cần giao.

Số thứ tự của gói tin, khi tầng vận chuyển chia một khối dữ liệu ra thành nhiều

gói tin thì nó cần phải đánh số thứ tự các gói tin đó. Nếu chúng đi đến đích nếu sai

thứ tự thì tầng vận chuyển của máy nhận có thể phát hiện và chỉnh lại thứ tự.

Ngoài ra nếu có lỗi trên đường truyền thì tầng vận chuyển của máy nhận sẽ phát

hiện ra và yêu cầu gửi lại một cách chính xác.

Mã sửa lỗi: để đảm bảo các dữ liệu được nhận một cách chính xác thì trên cơ sở

các dữ liệu của gói tin tầng vận chuyển sẽ tính ra một giá trị theo một công thức

có sãn và gửi nó đi trong phần đầu của gói tin. Tầng vận chuyển nơi nhận thông

qua giá trị đó xác định được gói tin đó có bị lỗi trên đường truyền hay không.

Bước tiếp theo tầng vận chuyển máy A sẽ chuyển từng gói tin và địa chỉ của máy tính

đích (ở đây là B) xuống tầng tiếp cận mạng với yêu cầu chuyển chúng đi. Để thực hiện

được yêu cầu này tầng tiếp cận mạng cũng tạo các gói tin của mình trước khi truyền qua

mạng. Tại đây giao thức của tầng tiếp cận mạng sẽ thêm các thông tin điều khiển vào

phần đầu của gói tin mạng.

Hình 3.4: Mô hình thiết lập gói tin

Trong phần đầu gói tin mạng sẽ bao gồm địa chỉ của máy tính nhận, dựa trên địa chỉ này

mạng truyền gói tin tới đích. Ngoài ra có thể có những thông số như là mức độ ưu tiên.

Như vậy thông qua mô hình truyền thông đơn giản chúng ta cũng có thể thấy được

phương thức hoạt động của các máy tính trên mạng, có thể xây dựng và thay đổi các giao

thức trong cùng một tầng.

III. Các nhu cầu về chuẩn hóa đối với mạng

Trong phần trên chúng ta đã xem xét một mô hình truyền thông đơn giản, trong thực tế

việc phân chia các tầng như trong mô hình trên thực sự chưa đủ. Trên thế giới hiện có

một số cơ quan định chuẩn, họ đưa ra hàng loạt chuẩn về mạng tuy các chuẩn đó có tính

chất khuyến nghị chứ không bắt buộc nhưng chúng rất được các cơ quan chuẩn quốc gia

coi trọng.

Hai trong số các cơ quan chuẩn quốc tế là:

ISO (The International Standards Organization) - Là tổ chức tiêu chuẩn

quốc tế hoạt động dưới sự bảo trợ của Liên hợp Quốc với thành viên là các cơ

quan chuẩn quốc gia với số lượng khoảng hơn 100 thành viên với mục đích hỗ trợ

sự phát triển các chuẩn trên phạm vi toàn thế giới. Một trong những thành tựu của

ISO trong lãnh vực truyền thông là mô hình hệ thống mở (Open Systems

Interconnection - gọi tắt là OSI).

CCITT (Commité Consultatif International pour le Telegraphe et la

Téléphone) - Tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại làm việc dưới sự

bảo trợ của Liên Hiệp Quốc có trụ sở chính tại Geneva - Thụy sỹ. Các thành viên

chủ yếu là các cơ quan bưu chính viễn thông các quốc gia. Tổ chức này có vai trò

phát triển các khuyến nghị trong các lãnh vực viễn thông.

IV. Một số mô hình chuẩn hóa

1. Mô hình OSI (Open Systems Interconnection)

Mô hình OSI là một cơ sở dành cho việc chuẩn hoá các hệ thống truyền thông, nó được

nghiên cứu và xây dựng bởi ISO. Việc nghiên cứu về mô hình OSI được bắt đầu tại ISO

vào năm 1971 với mục tiêu nhằm tới việc nối kết các sản phẩm của các hãng sản xuất

khác nhau và phối hợp các hoạt động chuẩn hoá trong các lĩnh vực viễn thông và hệ

thống thông tin. Theo mô hình OSI chương trình truyền thông được chia ra thành 7 tầng

với những chức năng phân biệt cho từng tầng. Hai tầng đồng mức khi liên kết với nhau

phải sử dụng một giao thức chung. Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được

áp dụng: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết

(connectionless)

Giao thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai tầng đồng mức cần thiết lập

một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết náy, việc có liên

kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết logic

và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó.

Nhiệm vụ của các tầng trong mô hình OSI:

Tầng ứng dụng (Application layer): tầng ứng dụng quy định giao diện giữa

người sử dụng và môi trường OSI, nó cung cấp các phương tiện cho người sử

dụng truy cập vả sử dụng các dịch vụ củ mô hình OSI.

Tầng trình bày (Presentation layer): tầng trình bày chuyển đổi các thông tin từ

cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu, ngoài ra nó có thể nén dữ

liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền đễ bảo mật.

Tầng giao dịch (Session layer): tầng giao dịch quy định một giao diện ứng

dụng cho tầng vận chuyển sử dụng. Nó xác lập ánh xa giữa các tên đặt địa chỉ, tạo

ra các tiếp xúc ban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch

truyền thông. Nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với

nhau.

Tầng vận chuyển (Transport layer): tầng vận chuyển xác định địa chỉ trên

mạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút (end-to-

end). Để bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng tầng vận chuyển thường

đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự.

Hình 3.5: Mô hình 7 tầng OSI

Chương 4

Mô hình kết nối các hệ thống mở

Open Systems Interconection

Việc nghiên cứu về OSI được bắt đầu tại ISO vào năm 1971 với các mục tiêu nhằm nối

kết các sản phẩm của các hãng sản xuất khác. Ưu điểm chính của OSI là ở chỗ nó hứa

hẹn giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các máy tính không giống nhau. Hai hệ

thống, dù có khác nhau đều có thể truyền thông với nhau một các hiệu quả nếu chúng

đảm bảo những điều kiện chung sau đây:

Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông.

Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng. các tầng đồng mức

phải cung cấp các chức năng như nhau.

Các tầng đồng mức khi trao đổi với nhau sử dụng chung một giao thức

Mô hình OSI tách các mặt khác nhau của một mạng máy tính thành bảy tầng theo mô

hình phân tầng. Mô hình OSI là một khung mà các tiêu chuẩn lập mạng khác nhau có thể

khớp vào. Mô hình OSI định rõ các mặt nào của hoạt động của mạng có thể nhằm đến bởi

các tiêu chuẩn mạng khác nhau. Vì vậy, theo một nghĩa nào đó, mô hình OSI là một loại

tiêu chuẩn của các chuẩn.

I. Nguyên tắc sử dụng khi định nghĩa các tầng hệ thống mở:

Sau đây là các nguyên tắc mà ISO quy định dùng trong quá trình xây dựng mô hình OSI

Không định nghĩa quá nhiều tầng để việc xác định và ghép nối các tầng không

quá phức tạp.

Tạo các ranh giới các tầng sao cho việc giải thích các phục vụ và số các tương

tác qua lại hai tầng là nhỏ nhất.

Tạo các tầng riêng biệt cho các chức năng khác biệt nhau hoàn toàn về kỹ thuật

sử dụng hoặc quá trình thực hiên.

Các chức năng giống nhau được đặt trong cùng một tầng.

Lựa chọn ranh giới các tầng tại các điểm mà những thử nghiệm trong quá khứ

thành công.

Các chức năng được xác định sao cho chúng có thể dễ dàng xác định lại, và các

nghi thức của chúng có thể thay đổi trên mọi hướng.

Tạo ranh giới các tầng mà ở đó cần có những mức độ trừu tượng khác nhau

trong việc sử dụng số liệu.

Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong tầng không ảnh hưởng

đến các tầng khác.

Tạo các ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và dưới nó.

II. Các giao thức trong mô hình OSI

Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết

(connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless).

Giao thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai tầng đồng mức cần thiết lập

một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết náy, việc có liên

kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết logic

và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó.

Như vậy với giao thức có liên kết, quá trình truyền thông phải gồm 3 giai đoạn phân biệt:

Thiết lập liên kết (logic): hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương lượng

với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau (truyền dữ liệu).

Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý kèm

theo (như kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu...) để tăng cường

độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dữ liệu.

Hủy bỏ liên kết (logic): giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho

liên kết để dùng cho liên kết khác.

Đối với giao thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai đoạn truyền dữ liệu mà thôi.

Gói tin của giao thức: Gói tin (Packet) được hiểu như là một đơn vị thông tin dùng trong

việc liên lạc, chuyển giao dữ liệu trong mạng máy tính. Những thông điệp (message) trao

đổi giữa các máy tính trong mạng, được tạo dạng thành các gói tin ở máy nguồn. Và

những gói tin này khi đích sẽ được kết hợp lại thành thông điệp ban đầu. Một gói tin có

thể chứa đựng các yêu cầu phục vụ, các thông tin điều khiển và dữ liệu.

Hình 4.1: Phương thức xác lập các gói tin trong mô hình OSI

Trên quan điểm mô hình mạng phân tầng tầng mỗi tầng chỉ thực hiện một chức năng là

nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và ngược lại. Chức

năng này thực chất là gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu (header) đối với các gói tin trước khi

chuyển nó đi. Nói cách khác, từng gói tin bao gồm phần đầu (header) và phần dữ liệu.

Khi đi đến một tầng mới gói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu đề khác và được xem

như là gói tin của tầng mới, công việc trên tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền lên

đường dây mạng để đến bên nhận.

Tại bên nhận các gói tin được gỡ bỏ phần đầu trên từng tầng tướng ứng và đây cũng là

nguyên lý của bất cứ mô hình phân tầng nào.

Chú ý: Trong mô hình OSI phần kiểm lỗi của gói tin tầng liên kết dữ liệu đặt ở cuối gói

tin

III. Các chức năng chủ yếu của các tầng của mô hình OSI.

Tầng 1: Vật lý (Physical)

Tầng vật lý (Physical layer) là tầng dưới cùng của mô hình OSI là. Nó mô tả các đặc

trưng vật lý của mạng: Các loại cáp được dùng để nối các thiết bị, các loại đầu nối được

dùng , các dây cáp có thể dài bao nhiêu v.v... Mặt khác các tầng vật lý cung cấp các đặc

trưng điện của các tín hiệu được dùng để khi chuyển dữ liệu trên cáp từ một máy này đến

một máy khác của mạng, kỹ thuật nối mạch điện, tốc độ cáp truyền dẫn.

Tầng vật lý không qui định một ý nghĩa nào cho các tín hiệu đó ngoài các giá trị nhị phân

0 và 1. Ở các tầng cao hơn của mô hình OSI ý nghĩa của các bit được truyền ở tầng vật lý

sẽ được xác định.

Ví dụ: Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đôi 10 baseT định rõ các đặc trưng điện của cáp

xoắn đôi, kích thước và dạng của các đầu nối, độ dài tối đa của cáp.

Khác với các tầng khác, tầng vật lý là không có gói tin riêng và do vậy không có phần

đầu (header) chứa thông tin điều khiển, dữ liệu được truyền đi theo dòng bit. Một giao

thức tầng vật lý tồn tại giữa các tầng vật lý để quy định về phương thức truyền (đồng bộ,

phi đồng bộ), tốc độ truyền.

Các giao thức được xây dựng cho tầng vật lý được phân chia thành phân chia thành hai

loại giao thức sử dụng phương thức truyền thông dị bộ (asynchronous) và phương thức

truyền thông đồng bộ (synchronous).

Phương thức truyền dị bộ: không có một tín hiệu quy định cho sự đồng bộ giữa

các bit giữa máy gửi và máy nhận, trong quá trình gửi tín hiệu máy gửi sử dụng

các bit đặc biệt START và STOP được dùng để tách các xâu bit biểu diễn các ký

tự trong dòng dữ liệu cần truyền đi. Nó cho phép một ký tự được truyền đi bất kỳ

lúc nào mà không cần quan tâm đến các tín hiệu đồng bộ trước đó.

Phương thức truyền đồng bộ: sử dụng phương thức truyền cần có đồng bộ giữa

máy gửi và máy nhận, nó chèn các ký tự đặc biệt như SYN (Synchronization),

EOT (End Of Transmission) hay đơn giản hơn, một cái "cờ " (flag) giữa các dữ

liệu của máy gửi để báo hiệu cho máy nhận biết được dữ liệu đang đến hoặc đã

đến.

Tầng 2: Liên kết dữ liệu (Data link)

Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) là tầng mà ở đó ý nghĩa được gán cho các bít được

truyền trên mạng. Tầng liên kết dữ liệu phải quy định được các dạng thức, kích thước, địa

chỉ máy gửi và nhận của mỗi gói tin được gửi đi. Nó phải xác định cơ chế truy nhập

thông tin trên mạng và phương tiện gửi mỗi gói tin sao cho nó được đưa đến cho người

nhận đã định.

Tầng liên kết dữ liệu có hai phương thức liên kết dựa trên cách kết nối các máy tính, đó là

phương thức "một điểm - một điểm" và phương thức "một điểm - nhiều điểm". Với

phương thức "một điểm - một điểm" các đường truyền riêng biệt được thiết lâp để nối các

cặp máy tính lại với nhau. Phương thức "một điểm - nhiều điểm " tất cả các máy phân

chia chung một đường truyền vật lý.