Giáo trình Quản trị mạng

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.

1

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:

2

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.

3

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.

4

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.

5

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.

6

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:

7

Ðáp ứng những nhu cầu của hệ thống ứng

dụng kinh doanh hiện đại.

Cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu.

8

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

9

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

10

tạo nên cấu trúc của mạng. Hai khái niệm đường truyền và cấu trúc là những đặc trưng cơ bản

của mạng máy tính.

11

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.

12

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.

13

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

14

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 1/10⁷-10⁸còn

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.

15

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

16

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:

17

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:

18

Máy tính cần truyền cần biết địa chỉ của

máy nhận.

Máy tính cần truyền phải xác định được

máy tính nhận đã sẵn sàng nhận thông tin

19

Chương trình gửi file trên máy truyền cần

xác định được rằng chương trình nhận file trên máy nhận đã sẵn 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.

20