Bài giảng Kiến trúc máy tính và mạng máy tính - Chương 4: Mạng LAN - Lương Minh Tuấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN PHẦN 2 MẠNG MÁY TÍNH CHƯƠNG 4: MẠNG LAN GV: LƯƠNG MINH HUẤN NỘI DUNG Các kiểu hệ điều hành mạng Đặc trưng mạng LAN III. Kiến trúc mạng nội bộ IV.Môi trường kết nối mạng LAN Các phương pháp truy nhập đường truyền vật lý VI.Mạng WLAN I CÁC KIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH MẠNG Trên mạng cục bộ có hai kiểu hệ điều hành mạng:  Kiểu ngang hàng  Kiểu dựa trên máy chủ I.1 KIỂU NGANG HÀNG Kiểu ngang hàng hay còn gọi là peer to peer có nghĩa là : mọi đều có quyền bình đẳng như nhau và đều có thể cung cấp nguyên cho các trạm khác Các tài nguyên cung cấp được có thể là tệp (tương ứng với thiết là đĩa), máy in Trong mạng ngang hàng, không có 1 máy quản lý chung. Các thường dùng chung hệ điều hành. I.1 KIỂU NGANG HÀNG Đặc điểm : Thích hợp mạng quy mô vừa và nhỏ. Yêu cầu chia sẻ tài nguyên hạn chế. Tài nguyên không nằm tập trung. Tính năng bảo mật không cao. I.1 KIỂU NGANG HÀNG Thuận lợi : Chi phí ban đầu ít - không cần máy chủ chuyên dụng. Hệ điều hành có sẵn (ví dụ Win XP) có thể chỉ cần cấu hình lại để hoạt động ngang hàng. Những bất lợi: Không quản lý tập trung được Bảo mật kém Có thể mất nhiều thời gian để bảo trì I.1 KIỂU NGANG HÀNG I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ Trong hệ điều hành kiểu này, có một số máy có vai trò cung cấp dịch vụ cho máy khác gọi là máy chủ (đúng hơn phải gọi là máy cung cấp dịch vụ) Các dịch vụ có nhiều loại, từ dịch vụ tệp (cho phép sử dụng tệp trên máy chủ) , dịch vụ in (do một máy chủ điều khiển những máy in chung của mạng) tới các dịch vụ như thư tín, WEB, DNS ... I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ Trong mạng có máy chủ, hệ điều hành trên máy chủ và máy trạm có thể khác nhau. Ngay trong trường hợp máy chủ và máy trạm sử dụng cùng một hệ điều hành thì chức năng của bản trên máy chủ cũng có thể khác với chức năng cài đặt trên máy trạm. I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ Đặc điểm : Hệ điều hành cho các mạng an toàn, hiệu suất cao, chạy trên nhiều nền khác nhau (kể cả phần cứng, hệ điều hành và giao thức mạng) Một máy chủ là một máy tính trong mạng được chia sẻ bởi nhiều người dùng, như các máy dịch vụ file, máy dịch vụ in, máy dịch truyền tin. Kiểm soát quyền sử dụng trên tòan mạng tại máy chủ. I.2 KIỂU DỰA TRÊN MÁY CHỦ Các giải pháp dựa trên máy chủ được coi là sự quản trị mạng tập trung và thường là máy quản lý mạng nội bộ chuyên dụng. Bản thân máy chủ có thể chỉ là máy chủ chuyên dụng, máy này không thể hoạt động như một máy trạm. I.3 MÔ HÌNH KHÁCH CHỦ Mô hình khách chủ hay còn gọi là mô hình client server. Trong  Máy trạm trong mô hình này gọi là máy khách (client) là nơi gửi yêu cầu xử lý về máy chủ  Máy chủ (server) xử lý và gửi kết quả về máy khách.  Máy khách có thể tiếp tục xử lý các kết quả này phục vụ cho cộng việc. Trong mô hình khách/chủ xử lý thực sự phân tán. I.3 MÔ HÌNH KHÁCH CHỦ Ta nói đến mô hình khách chủ chứ không nói đến hệ điều hành khách chủ. Vì trên thực tế mô hình khách chủ yêu cầu phải có hệ điều hành dựa trên máy chủ dù máy chủ này ở trong mạng bộ hay máy chủ cung cấp dịch vụ từ một mạng khác. Hầu hết các ứng dụng trên Internet là ứng dụng khách chủ sử dụng từ xa I.3 MÔ HÌNH KHÁCH CHỦ II. ĐẶC TRƯNG MẠNG LAN Do nhu cầu thực tế của các cơ quan, trường học, doanh nghiệp, chức cần kết nối các máy tính đơn lẻ thành một mạng nội bộ để khả năng trao đổi thông tin, sử dụng chung tài nguyên (phần cứng phần mềm). Ngày nay mục đích chính của mạng là trao đổi thông tin và CSDL dùng chung. Do đó công nghệ mạng cục bộ phát triển vô cùng nhanh chóng II. ĐẶC TRƯNG MẠNG LAN Để phân biệt mạng LAN với các mạng khác, ta căn cứ vào :  Đặc trưng địa lý  Đặc trưng về tốc độ truyền  Đặc trưng độ tin cậy  Đặc trưng quản lý Tuy nhiên sự phân biệt mạng LAN theo các đặc trưng trên mang tính tương đối, cùng với công nghệ ngày càng cao thì giới giữa LAN, MAN, WAN ngày càng mờ đi. III. KIẾN TRÚC MẠNG LAN Về nguyên tắc mọi topology của mạng máy tính nói chung đều có thể dùng cho mạng cục bộ. Song do đặc thù của mạng cục bộ nên chỉ có 3 topology thường được sử dụng:  Hình sao (star)  Hình vòng (ring)  Tuyến tính (bus) III.1 HÌNH SAO Tất cả các trạm được nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích của tín hiệu. Thiết bị trung tâm có thể là Hub, Switch, router III.2 HÌNH VÒNG (RING) Tín hiệu được lưu chuyển theo một chiều duy nhất Mỗi trạm làm việc được nối với vòng qua một bộ chuyển (repeater), có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển đến trạm kế trên vòng III.3 DẠNG ĐƯỜNG THẲNG (BUS) Tất cả trạm được nối theo đường thẳng. Mỗi trạm được nối vào Bus qua một đầu nối chữ T (T-connector). Khi một trạm truyền dữ liệu thì tín hiệu được quảng bá trên 2 chiều của Bus (tất cả các trạm khác đều có thể nhận tín hiệu) IV. MÔI TRƯỜNG KẾT NỐI Mạng cục bộ thường sử dụng 3 loại đường truyền vật lý là cáp đôi xoắn, cáp đồng trục, và cáp sợi quang. Ngoài ra gần đây người ta cũng đã bắt đầu sử dụng nhiều các mạng cục bộ không dây nhờ radio hoặc viba. V CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP Phương pháp CSMA Phương pháp CSMA/CD Phương pháp Token Bus Phương pháp Token Ring V.1 PHƯƠNG PHÁP CSMA Đây là phương pháp truy nhập ngẫu nhiên sử dụng cho mạng cấu trúc dạng hình Bus. Tất cả các node truy nhập ngẫu nhiên vào Bus chung. Vì vậy cần có cơ chế tránh xung đột và nghẽn thông tin. V.1 PHƯƠNG PHÁP CSMA Nguyên tắc hoạt động : Khi một trạm truyền dữ liệu, trước hết nó sẽ phải “nghe” đường truyền “bận” hay “rỗi”. Nếu “rỗi” nó sẽ truyền dữ liệu đi (theo khuôn dạng chuẩn) Nếu đường truyền đang “bận” thì nó sẽ thực hiện 1 trong 3 thuật sau: V.1 PHƯƠNG PHÁP CSMA 1. Trạm tạm “rút lui” chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên, sau đó lại bắt đầu nghe đường truyền (Non persistent) 2. Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất bằng 1 (persistent). 3. Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất bằng 0<p<1 xác định trước (p-persistent). V.2 PHƯƠNG PHÁP CSMA/CD CSMA/CD là phương pháp cải tiến của phương pháp CSMA (Nghe trước khi nói - Listen before talk) Giải pháp CSMA/CD (hay còn gọi là LWT - Listen while talk) thể phát hiện xung đột như sau: V.2 PHƯƠNG PHÁP CSMA/CD Khi một trạm đang truyền, vẫn tiếp tục “nghe” đường truyền. Nếu phát hiện thấy xung đột, nó ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục gửi sóng đi thêm một thời gian để đảm bảo rằng trạm trên mạng đều có thể “nghe” được xung đột đó. Sau đó, trạm chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên, nó tiếp thử truyền lại theo nguyên tắc các giải thuật của CSMA. V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS Để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho một trạm truyền dữ liệu, một thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logic được thiết lập bởi các trạm có nhu cầu . Khi một trạm nhận được thẻ bài nó có quyền truy nhập đường truyền trong một thời gian xác định và có thể truyền một nhiều đơn vị dữ liệu. V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS Khi đã hết dữ liệu hoặc hết thời gian cho phép, nó chuyển thẻ cho trạm tiếp theo trên vòng logic. Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước nội dung gồm các thông tin điều khiển được quy định riêng mỗi phương pháp. V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS Thiết lập vòng logic: Vòng logic giữa các trạm có nhu cầu truyền, được xác định theo một chuỗi có thứ tự mà trạm cuối cùng liền kề với trạm đầu tiên của vòng. Mỗi trạm được biết địa chỉ của trạm liền kề trước và sau nó. V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS Thứ tự của các trạm trên vòng logic độc lập với thứ tự vật lý. Các trạm không hoặc chưa có nhu cầu truyền dữ liệu thì không đưa vào vòng logic và chúng chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu. V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS Duy trì trạng thái thực tế của mạng : Bổ sung định kỳ các trạm nằm ngoài vòng logic nếu có nhu cầu truyền dữ liệu. Loại bỏ một trạm không còn nhu cầu truyền dữ liệu ra khỏi vòng logic. Quản lý lỗi: Lỗi: có thể “đứt vòng” hoặc trùng địa chỉ. V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS Khởi tạo vòng logic Khi cài đặt mạng hoặc đứt vòng cần phải khởi tạo lại vòng. Việc khởi tạo vòng logic được thực hiện khi một hoặc nhiều phát hiện Bus hoạt động vượt qua giá trị ngưỡng thời gian (Time out) hoặc thẻ bài bị mất V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS Có nhiều nguyên nhân, chẳng hạn mạng mất nguồn hoặc trạm thẻ bài hỏng. Lúc đó, trạm phát hiện sẽ gửi thông báo “yêu cầu thẻ bài” tới trạm được chỉ định trước có trách nhiệm sinh thẻ bài mới chuyển đi theo vòng logic. V.3 PHƯƠNG PHÁP TOKEN BUS V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING Nguyên tắc của phương pháp: Dùng thẻ bài lưu chuyển trên đường vật lý để cấp phát truy nhập đường truyền. Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được thẻ bài “rỗi”. Khi đó trạm sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài sang trạng thái “bận” và truyền một đơn vị dữ liệu cùng với thẻ bài đi theo chiều vòng. V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING Các trạm khác muốn truyền dữ liệu phải đợi. Dữ liệu đến trạm đích phải được sao lại, sau đó cùng với thẻ bài tiếp cho đến khi quay về trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu và đổi bit thẻ bài thành “rỗi” và lưu chuyển tiếp trên vòng để các trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu. V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING Sự quay về lại trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo ra cơ chế báo nhận tự nhiên: trạm đích có thể gửi vào đơn vị dữ liệu (phần header) các thông tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mình. Chẳng hạn, các thông tin đó có thể là:  (1) trạm đích không tồn tại hoặc không hoạt động  (2) trạm đích tồn tại nhưng dữ liệu không được sao chép  (3) dữ liệu đã được tiếp nhận  (4) có lỗi. V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING Trong phương pháp này có 2 vấn đề cần quan tâm :  Mất thẻ bài (token)  Thẻ bài lưu chuyển không dừng trên vòng. V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING Đối với vấn đề mất thẻ bài: Có thể quy định trước một trạm khiển chủ động (Active Monitor), phát hiện mất thẻ bài bằng dùng cơ chế ngưỡng thời gian Time-out. Sau khoảng thời gian đó, nếu không nhận lại được thẻ bài, trạm phát hiện tình trạng phục hồi bằng cách phát lại thẻ bài mới. V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING Đối với vấn đề thẻ bài “bận”lưu chuyển trên vòng không dừng: trạm Monitor sử dụng một bit trên thẻ bài đánh dấu (M=1) khi gặp một thẻ bài bận đi qua nó. Nếu nó gặp lại một thẻ bài bận với bit đã đánh dấu đó thì có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài bận cứ quay vòng mãi.. V.4 PHƯƠNG PHÁP TOKEN RING Lúc đó, trạm Monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành “rỗi” và chuyển tiếp trên vòng. Tuy nhiên, cần chọn một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm monitor khi bị hỏng VI. WLAN Khái niệm mạng Wireless Wireless là một loại mạng máy tính nhưng việc kết nối giữa thành phần trong mạng không sử dụng các loại cáp như một mạng thông thường, môi trường truyền thông của các thành phần trong mạng là không khí. Các thành phần trong mạng sử dụng sóng để truyền thông với nhau. VI. WLAN Lịch sử ra đời của mạng Wireless (WLAN) Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990. Năm 1992, những nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng tần 2.4Ghz. Năm 1997, Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11 cũng được biết với tên gọi WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN VI. WLAN Lịch sử ra đời của mạng Wireless (WLAN) Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn 802.11a và 802.11b (định nghĩa ra những phương pháp truyền tín hiệu). Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.11g mà có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thể nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54Mbps VI. WLAN Các tổ chức WLAN FCC IEEE Wifi - Alliance FCC Là một tổ chức phi chính phủ của Mỹ được thành lập vào 1934. FCC tạo ra các văn bản pháp luật mà các thiết bị WLAN phải thủ theo chẳng hạn như:  Các tần số sóng vô tuyến (Radio).  Mức công suất đầu ra.  Thiết bị sử dụng trong nhà (indoor) và ngoài trời (outdoor). FCC FCC cung cấp 2 dãy băng tần miễn phí sau đây để giao tiếp trên tuyến (radio): - Industrial Scientific Medical (ISM) – dành cho công nghiệp khoa học, y tế. - Unlicensed National Information Infrastructure (U-NII) tầng thông tin quốc gia không cấp phép. IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers chức IEEE đã phát triển các chuẩn của Wireless như 802.11. ra đời của các chuẩn này đã tác động và tạo ra một bước ngoặt trong sự phát triển của mạng wireless. Sau này, IEEE còn phát triển nhiều chuẩn khác cho mạng WLAN WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) Nhiệm vụ WECA là xác nhận khả năng tương tác của các sản phẩm Wi-Fi ™ (IEEE 802. 11 ) và thúc đẩy Wi-Fi như các tiêu chuẩn mạng WLAN trên tất cả các phân khúc thị trường của toàn cầu. Có 6 công ty bao gồm Intersil, 3Com, Nokia, Aironet (về sau được Cisco sáp nhập), Symbol và Lucent liên kết với nhau để tạo ra Liên minh tương thích Ethernet không dây WECA WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) Khi một sản phẩm đáp ứng được yêu cầu về tính tương thích do WECA kiểm tra thì WECA sẽ gán cho sản phẩm đó một chứng nhận về tính tương thích và cho phép nhà sản xuất sử dụng logo wifi trong việc quảng cáo và đóng gói sản phẩm. Logo này nói lên rằng thiết bị đó có thể giao tiếp được với các thiết bị khác có logo Wi-Fi. VI. WLAN Mô hình AD hoc Mô hình mạng cơ sở Mô hình mạng mở rộng Các mô hình WLAN Mô hình AD hoc Ad hoc : các máy trạm trong mạng WLAN trao đổi trực tiếp với nhau mà không sử dụng bất kỳ Access point wireless nào. Các nút di động(máy tính có hỗ trợ card mạng không dây) tập trung lại trong một không gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) giữa chúng Các mạng ad-hoc này có thể thực hiện nhanh và dễ dàng Mô hình AD hoc Mô hình mạng cơ sở (BSSs) Bao gồm các điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong vùng phủ sóng của một cell. Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao với các AP. Các trạm di động sẽ chọn AP tốt nhất để kết nối Mô hình mạng cơ sở (BSSs) Mô hình mạng mở rộng (ESSs) Mạng mở rộng được biết đến như là một sự kết hợp từ ít nhất hai Access Point trong cùng một hệ thống Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các Access Point tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa BSS Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất thông qua ESS. Mô hình mạng mở rộng (ESSs) Ưu điểm của WLAN Sự tiện lợi: Mạng không dây cũng như hệ thống mạng thông thường. Nó cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển khai(nhà hay phòng). Với sự gia tăng số người sử dụng máy tính xách tay(laptop), đó là một điều rất thuận lợi Ưu điểm của WLAN Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở bất đâu. Chẳng hạn ở các quán Cafe, người dùng có thể truy Internet không dây miễn phí. Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ này đến nơi khác Ưu điểm của WLAN Ưu điểm của WLAN Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban đầu cần ít nhất 1 access point. Với mạng dùng cáp, phải tốn thêm phí và có thể gặp khó khăn trong việc triển khai hệ thống cáp nhiều nơi trong tòa Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì gia tăng số lượng người dùng. Với hệ thống mạng dùng cáp phải gắn thêm cáp Ưu điểm của WLAN Nhược điểm của WLAN Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên năng bị tấn công của người dùng là rất cao. Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn chỉ thể hoạt động tốt trong phạm vi vài chục mét. Nó phù hợp trong căn nhà, nhưng với một tòa nhà lớn thì không đáp ứng được cầu. Để đáp ứng cần phải mua thêm Repeater hay access point, dẫn đến chi phí gia tăng. Nhược điểm của WLAN Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác(lò sóng,.) là không tránh khỏi. Làm giảm đáng kể hiệu quả động của mạng. Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 125 Mbps) rất chậm với mạng sử dụng cáp(100Mbps đến hàng Gbps). Nhược điểm của WLAN Ngoài ra, trong cuộc sống, với sự phát triển mạnh mẽ của WLAN đã cho ra đời rất nhiều tiện ích công nghệ. Tuy nhiên, các tiện ích này có thể mang đến những ảnh hưởng không tốt trong cuộc sống.