Chủ Đề : 12B

Yêu cầu cần đạt của Chủ đề 12B là:

–  Nêu được chức năng chính của một số thiết bị mạng thông dụng. Ví dụ: Access Point, Switch, Modem. Kết nối được các thiết bị đó với PC 

– Mô tả sơ lược được vai trò và chức năng của giao thức mạng nói chung và giao thức TCP/IP nói riêng.

– Các chức năng mạng của hệ điều hành: Sử dụng được các chức năng mạng của hệ điều hành để chia sẻ tài nguyên.

– Thiết lập được kết nối và sử dụng mạng trên thiết bị di động: Kết nổi được thiết bị di động vào mạng máy tính trong điều kiện phần cứng và phần mềm đã được chuẩn bị đầy đủ.

Hình 1. Các thiết bị mạng của mạng LAN

Mạng WLAN (Wireless LAN), còn gọi là mạng cục bộ không dây hay mạng LAN không dây, là một loại mạng LAN sử dụng sóng điện tử để giúp các thiết bị mạng (PC, điện thoại di động, máy tính bảng và các loại thiết bị số khác) kết nối với nhau mà không cần sử dụng dây cáp mạng. WLAN còn được gọi là mạng Wi-Fi (Wireless Fidelity).

Hiện nay, mạng WLAN không chỉ dùng sóng điện từ để truyền dữ liệu mà có thể sử dụng cả cáp mạng, chẳng hạn để kết nối với máy tính để bàn có vị trí cố định. Thông thường sông Wi-Fi dành cho những thiết bị di động như Smartphone, máy tính bảng, laptop.

Mạng diện rộng (WAN - Wide Area Network) là loại mạng máy tính bao trùm một phạm vi địa lí rộng lớn, kết nối các mạng LAN trong một khu vực lớn như một thành phố, một quốc gia hoặc nhiều quốc gia. Internet chính là một mạng WAN.

2. Mạng Internet

Internet hay Mạng (phiên âm tiếng Việt: in-tơ-nét) là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau. Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa (giao thức IP). Mạng internet có tiền thân là dự án APANET của Bộ quốc phòng Hoa Kỳ.

Internet còn là một mạng diện rộng (WAN) đặc biệt cho phép các máy tính và thiết bị khác truy cập và trao đổi thông tin với nhau trên toàn thế giới.

Internet có những đặc điểm sau đây:

- Phủ khắp thế giới với hàng tỉ người dùng.

- Là mạng của các mạng, được tạo thành từ các mạng LAN kết nối lại.

- Không thuộc quyền sở hữu của cá nhân hay tổ chức nào. Tuy nhiên, các mạng thành phần của nó thì có chủ sở hữu hoặc cơ quan chủ quản.

Hiện nay, Internet đã trở thành môi trường kinh doanh, giải trị, làm việc và học tập không thể thiếu đối với con người thông qua những dịch vụ và ứng dụng như:

- Hệ thống trang web tin tức thời sự, thể thao, E-learning, thương mại điện tử, cổng thông tin điện từ, các tiện ích giải trí.

- Email, chat, mạng xã hội và các diễn đàn giúp trao đổi giao tiếp với bạn bè người thân.

- Máy tìm kiếm thông tin cung cấp nguồn thông tin đa dạng và công cụ tra cứu hậu quả

Internet đem lại nhiều lợi ích ở hầu khắp các lĩnh vực của xã hội:

-Trong đời sống hàng ngày: Internet giúp chúng ta trao đổi thông tin, giao lưu với bạn bè đồng nghiệp một cách nhanh chóng và hiệu quả thông qua những ứng dụng như thư điện tử, chat hay hội nghị trực tuyến.

- Trong giáo dục đào tạo: Internet cung cấp các bài giảng, học liệu điện tử và khoá học trực tuyến cho học sinh và cả người lớn, cung cấp cho giáo viên những công cụ dạy học và diễn đàn giao lưu hiệu quả với học sinh.

- Trong khoa học kĩ thuật và y tế: Internet giúp các nhà nghiên cứu kết nối với những đối tác khoa học và các nguồn dữ liệu phong phú ở khắp nơi trên thế giới một cách nhanh chóng và hiệu quả.

- Trong thương mại, tài chính và kinh tế: Internet cung cấp môi trường hoạt động cho các hệ thống thanh toán và thương mại điện từ, các giao dịch tài chính qua mạng.

- Trong văn hoá nghệ thuật và giải trí và thể thao: Internet khiến cho việc thưởng thức của người xem được dễ dàng và thuận tiện hơn thông qua các dịch vụ truyền hình và các kênh phim trực tuyến.

3. Cáp xoắn và cáp quang

Thiết bị mạng giúp các máy tính kết nối với nhau, giúp truyền thông tin từ máy tính này tới máy tính khác. Một thiết bị mạng thường gặp là cáp mạng.

Hai loại cáp mạng thông dụng hiện nay là cáp xoắn và cáp quang. Cáp xoắn (Hình 2) có lỗi kim loại và sử dụng dòng điện để truyền dữ liệu, còn cáp quang (Hình 3) sử dụng tia sáng để truyền nên lõi làm bằng chất liệu trong suốt, thường là nhựa tổng hợp hoặc sợi thủy tỉnh. Cáp xoắn sử dụng giắc cắm RJ-45, còn cáp quang có nhiều loại đầu nổi khác nhau.

Hình 2: cáp soắn.

Hiện nay, cáp xoắn UTP (Unshielded Twisted Pair Cáp xoản không có vỏ bọc) đã trở nên thông dụng và chiếm lĩnh thị trường mạng LAN. Đây là loại cáp thông dụng nhất được dùng trong các mạng LAN hiện nay. Có thể bắt gập cáp UTP ở hầu hết các toà nhà cơ quan, văn phòng hay khách sạn. Ưu thế của cáp xoắn là dễ lắp đặt và bảo trì, giá thành thấp. Cáp xoắn UTP gồm 4 đôi dây bện vào nhau một cách đều đặn để chống nhiễu điện từ, bọc ngoài cùng là lớp vỏ bảo vệ lâm bằng nhựa. Cáp xoắn có 2 loại là cáp xoắn đôi có vô bọc (STP) và cáp xoắn không có vỏ bọc (UTP), trong đó cáp STP hầu như không được sử dụng vì có nhiều nhược điểm. Trà qua quá trình phát triển, cáp xoắn UTP có nhiều phiên bản từ CAT 1 tới CAT7, trong đó CAT 5e (tốc độ truyền 1Gbps) và CAT 6 (tốc độ 10Gbps) khá phổ biến hiện nay

Hình 3. Cáp quang

Trong cáp quang (Fiber Optic cable) tín hiệu được truyền đi dưới dạng ảnh sáng. Một xung ánh sáng biểu thị bịt 1 còn trạng thái không có ánh sáng biểu thị bit 0. Lõi sợi quang truyền tín hiệu làm bằng thủy tỉnh hữu cơ hay nhựa tổng hợp có độ trong suốt rất cao, bề mặt được phủ một lớp lót phản chiếu ánh sáng để tin hiệu không lọt ra ngoài. Bên ngoài có một lớp vỏ nhựa báo vệ. Giữa lớp lót phản chiếu ánh sáng và vỏ bọc có thể là một lớp nhựa tổng hợp hay cao cấp hơn là một lưới kim loại để tăng độ bền cho cáp. Trong thực tế, nhờ có kích thước nhỏ, cáp quang thường được bó nhiều sợi với nhau.

Cáp quang có nhiều loại khác nhau nhưng về cơ bản đều bao gồm ba lớp chính:

1. Lõi truyền ánh sáng (core) là sợi thủy tinh hoặc nhựa tổng hợp.

2. Lớp phản quang bọc ngoài (cladding) để phản xạ ánh sáng trở lại vào lỗi.

3. Các lớp phủ bảo vệ bên ngoài (buffer, coating, jacket) để chống thấm, chống lại tác dụng ăn mòn của hoá chất và các tác động vật lí.

Ngoài ra, tùy từng loại cáp khác nhau như cáp treo trên cột, cáp chôn dưới đất, cáp luồn cống mà có thể có thêm những thành phần khác như dây thép chịu lực, vỏ chống thấm,...

Tín hiệu truyền trên cáp quang được phát ra từ một trong hai loại nguồn sáng là nguồn sáng laser (singlemode) và đèn LED (nguồn sáng multimode) (Hình 4). Nguồn sáng LED cổ điển (light emitting diodes 

- Diot phát quang) rẻ tiền hơn nhưng chất lượng ánh sáng không cao, tia sáng tạo với nhiều loại bước sóng khác nhau nên tin hiệu dễ bị mèo, khoảng cách truyền không xa (cỡ vài kilomet). Nguồn sáng single mode phát ra tia laser đơn sắc cho phép đường kính lõi nhỏ có thể đặt được nhiều lôi quang trong cáp, thường được dùng trong các mạng WAN với khoảng cách truyền hàng ngàn kilomet, được dùng cho cáp quang biển.

Hình 4. Nguồn sáng laser (singlemode) và nguồn sáng multimode

4. Thiết bị Hub và Switch

Hub: hoạt động tại tầng vật lý của mạng và chuyển tiếp dữ liệu đến tất cả các thiết bị kết nối. Nguy cơ xung đột tín hiệu cao. 

Sandwich, còn được gọi là Bộ chuyển mạch (Hình 5) là thiết bị nổi trung tâm giúp kết nối các máy tính và thiết bị mạng với nhau bằng dây cáp mạng. Switch: hoạt động tại tầng dữ liệu, có khả năng chuyển tiếp dữ liệu chỉ đến thiết bị đích mà không phải gửi đến tất cả các thiết bị khác trong mạng. Không gây xung đột với tín hiệu của các cuộc truyền ở cổng khác. 

Hình 5. Thiết bị Switch

Switch trong Hình 5 có tới 48 cổng (port), mỗi cổng có thể kết nối tới một máy trạm bằng cáp xoắn UTP. Switch xây dựng bảng địa chỉ gồm 2 trường thông tin là 1 số hiệu cổng và địa chỉ của máy trạm đang kết nối với cổng đó. Khi nhận được gói tin từ máy trạm gửi tới một công, Switch đọc gói tin để biết địa chỉ máy nhận, sau đó tra cứu bảng địa chỉ của mình để biết máy đó đang ở cổng số mấy rồi gửi gói tin vào cổng đó. Nhờ vậy gói tin không bị gửi nhằm tới những máy khác không phải máy nhận, giúp làm giảm lưu lượng mạng và nâng cao hiệu suất của mạng. Để dễ hiểu điều này, ta hình dung rằng Switch tạo ra một cầu nổi tạm thời giữa hai cổng kết nối với trạm gửi và trạm nhận để truyền những gói tin giữa chúng. Nhiều cầu nối như vậy có thể cùng hoạt động một cách độc lập với nhau.

5. Thiết bị Access Point

Mạng không dây đang phát triển mạnh mẽ. Trong một số trường hợp, khi mạng có dây không thể áp dụng được thì mạng không dây là giải pháp phù hợp hơn để truyền thông tin. Wireless Access Point (WAP hoặc AP - Điểm truy cập không dây) là thiết bị cung cấp kết nổi không dây trong mạng WLAN. Access Point (Hình 7) có chức năng tương tự như Switch nhưng được trang bị thêm khả năng truyền không dây. Để thiết bị không dây của người dùng có thể kết nối với Access Point thì cần biết tên mạng Wi-Fi và mật khẩu truy cập. Hiện nay một số Access Point được trang bị công cắm cáp mạng để có thể kết nối với mạng LAN có dây. Để sóng Wi-Fi lan truyền được xa và tránh được các vật cản, Access Point thường được đặt ở vị trí cao, chẳng hạn như được gắn trên trần. Sóng Wi-Fi bị suy giảm rất nhiều khi vượt qua tường, sản và trần nhà, vì vậy cần lắp đặt nhiều Access Point trong các toà nhà.

6. Thiết bị Router

Internet là mạng điện rộng trùm khắp toàn thế giới, kết nối hầu hết các cơ quan, tổ chức và cá nhân ở mọi quốc gia. Để truy cập Internet, một thiết bị bắt buộc phải dùng đến là Routet foôn gọi là Bộ định tuyến). Đây là thiết bị quan trọng của mạng WAN, chịu trách nhiệm tìm đường đi tốt nhất để vận chuyển gói tin qua các mạng LAN khác nhau tới đúng địa chỉ dịch. Router là thiết bị có chức năng kết nối mạng LAN với Internet cũng như kết nối các mạng LAN với nhau.

Để truyền gửi tin từ máy gửi tới máy nhận, Router phải xác định tuyến đường tốt nhất mà gói tin sẽ đi, cụ thể là gói tin sẽ phải đi qua những mạng LAN và những router nào. Để ước lượng độ tốt xấu của một tuyến đường có thể dùng nhiều yếu tố khác nhau như

- Thời gian truyền.

- Chi phí truyền 

- Mức độ rủi ro, tỉ lệ gói tin bị thất lạc, bị nghe lên.

Trong thực tế, các router của các mạng LAN sẽ phối hợp với nhau để hoàn thánh nhiệm vụ. Mỗi router phụ trách một vùng lân cận xung quanh minh, bao gồm chính mạng LAN mà mình quản lí, và sẽ thông báo cho các Router khác khi có sự thay đổi về mạng trong khu vực mình phụ trách.

Tín hiệu từ Internet vào mạng LAN, sau khi được chuyển sang dạng tín hiệu số bởi Modem, sẽ tới Router. Thiết bị này sẽ thực hiện một số chức năng như chuyển địch địa chỉ IP của gói tin về dạng sử dụng trong nội bộ mạng LAN rồi chuyển cho các thuết bị nội bộ như Switch hay Access Point để chuyển tới đúng trạm nhân.

Theo chiều ngược lại, khi một gói tin được trạm gìn phát tới Router, thiết bị này lại thực hiện chức năng chuyển dịch địa chỉ IP và tìm đường đi tốt nhất trước khi gửi gói tin tới Modem để phát lên Internet.

Hiện nay, Router có thể được tích hợp thêm chức năng của các thiết bị mạng khác như Modem hoặc Access Point.

7. Thiết bị Modem

Modem (viết tắt của Modulator and Demodulator - Bộ điều chế và giải điều chế) biển đổi các tín hiệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại. Tại trạm phát, tín hiệu số được Modem biển đổi thành tín hiệu tương tự, là dạng tín hiệu có thể dễ dàng truyền đi qua khoảng cách xa thông qua hệ thống liên lạc viễn thông. Khi tới đích, tín hiệu tương tự lại được Modem ở bên trạm thu chuyển về dạng tín hiệu số để các thiết bị mạng còn lại như Router, Switch hay Access Point có thể hiểu và xử lí. Máy tỉnh và các thiết bị số như điện thoại thông minh chỉ hiểu và làm việc được với tín hiệu số, nhưng tín hiệu tương tự mới là dạng tín hiệu có thể dễ dàng truyền qua khoảng cách xa bằng sóng điện từ hay đường cáp viễn thông. Vì vậy, sau khi được trạm gửi phát ra, tín hiệu số cần được biến đổi (bằng Modem) thành dạng tỉn hiệu tương tự rồi truyền đi. Khi tới đích, tín hiệu tương tự lại được Modem ở bên thu chuyển về dạng tín hiệu số để các thiết bị mạng còn lại như Router, Switch hay Access Point có thể thu nhận và xử lí. Modem được sử dụng để kết nối với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) để giúp người dùng truy cập và sử dụng các dịch vụ Internet. Hiện nay, các ISP thường cung cấp cho khách hàng một thiết bị được tích hợp các chức năng của Modem và Router khi họ đăng kí thuê bao sử dụng dịch vụ Internet, thậm chí đôi khi thiết bị đó còn kiêm cả chức năng của Access Point.

8. Giao thức mạng

Giao thức mạng (Network Protocol) là các quy tắc điều khiển việc kết nối và truyền thông giữa các thiết bị mạng. Giao thức mạng quy định cách thức giao tiếp giữa hai đối tượng trao đổi dữ liệu qua mạng. Hai thiết bị mạng phải tuân thủ cùng một giao thức thì mới có thể kết nối được với nhau qua mạng.

Một số giao thức mạng thông dụng:

- Giao thức HTTP (HyperText Transfer Protocol): giao thức truyền tệp siêu văn bản, được sử dụng để truyền trang web từ máy chủ web tới máy trạm của người sử dụng (đang dùng trình duyệt web).

Giao thức SMTP (Simple Mail Transfer Prootocol): giao thức gửi, nhận thư điện từ qua mạng.

- Bộ giao thức TCP/IP: giúp các máy trạm và thiết bị mạng kết nối, trao đổi dữ liệu với nhau qua Internet. TCP/IP bao gồm giao thức TCP và giao thức IP. TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức kiểm soát, điều khiển việc truyền tải qua mạng sao cho dữ liệu không bị thất lạc hay bị hỏng. IP (Internet Protocol) là giao thức giúp định tuyến - tim ra tuyến đường để truyền gói tín tới trạm đích trên mạng.

9. Khái niệm giao thức IP, địa chỉ IP và hệ thống tên miền DNS

 IP là giao thức phục vụ việc định tuyến trên mạng, giúp tìm ra tuyến đường để truyền gói tin tới địch. Địa chỉ IP giúp định danh các máy trạm, nhờ đó các gói tin có thể được vận chuyển tới đúng trạm nhận. Trong mạng LAN, mỗi máy trạm hay router đều được gắn một địa chỉ IP riêng và duy nhất. Trong mỗi gói tin đều ghi rõ địa chỉ IP của trạm gửi và trạm nhận, dựa vào địa chỉ này Router sẽ tim ra tuyến đường để chuyển gói tin tới đích. Hiện nay địa chỉ IP có hai phiên bản: IPv4 và IPv6.

IPv4 là phiên bản địa chỉ được công bố và áp dụng từ đầu những năm 80 của thế kỉ trước. Ngày nay, mặc dù phiên bản IPv6 mới và tiên tiến hơn đã ra đời và được triển khai nhưng IPv4 vẫn tiếp tục được sử dụng rộng rãi. Địa chỉ IPv4 là chuỗi 32 bit chia thành 4 cụm, mỗi cụm 8 bịt được gọi là octet. Với 32 bít, có tổng cộng khoảng gần 4,3 tỉ địa chỉ IPv4 khác nhau, số lượng này là không đủ khi nhân loại đã có hơn 8 tỉ người vào năm 2023. Kho địa chỉ IPv4 đã chính thức cạn kiệt (được phân phát hết) từ nhiều năm trước.

Ví dụ, về địa chỉ IPv4 viết dưới dạng thập phân: 14.238.1.138.

IPv6 là phiên bản địa chỉ IP mới hơn so với IPv4, được phát triển để giải quyết nhu cầu về địa chỉ IP. Địa chỉ IPv6 bao gồm 128 bit, cung cấp 212 địa chỉ khác nhau, một số lượng địa chỉ khổng lồ đủ cho hoạt động Internet của thế giới trong nhiều thế kỉ sau.

Ví dụ, về địa chỉ IPv6 viết dưới dạng thập lục phân (hệ cơ số 16) bao gồm 8 cụm số ngăn cách nhau bằng dầu hai chấm:

2402:9d80:85e:b680:28c6:5903:e52f:9b8a.

Mỗi trang Web tương ứng với một địa chỉ IP trong mạng Internet, vị dụ trang web của Trường Đại học Sư phạm Hà Nội hie edu.vn có địa chỉ IP tương ứng là 14.238.1.138. Đối với con người tên miền dễ nhớ hơn so với địa chỉ IP nên chúng ta sẽ sử dụng tên miền để chỉ định trang web muốn truy cập, nhưng máy tính là thiết bị số nên chỉ hiểu và làm việc với địa chỉ IP chứ không làm việc trực tiếp với tên miền. Vì vậy, cần phải có công cụ giúp máy tính dịch từ tên miền (dạng chữ thánh địa chỉ IP (dạng số), đó chính là Hệ thống tên miền (DNS - Domain Name System, còn gọi là Hệ thống phân giải tên miền). Tên miền được phân thành nhiều cấp (còn gọi là Nhân hay label) cách nhau bởi dấu chấm theo thứ tự từ phải sang trái như sau:

- Tên miền cấp cao nhất: là hai kí tự đại biểu cho quốc gia (ví dụ: “vn” là Việt Nam) hoặc lĩnh vực ngành nghề (ví dụ: com, org, net, edu). - Tên miền cấp hai, tên miền cấp ba,... đại biểu cho tên tổ chức, cơ quan hay công ty.

- DNS hoạt động tương tự như Danh bạ điện thoại, giúp chúng ta chỉ cần nhớ tên người thân là có thể tra cứu được số điện thoại của người đó.