Có gì hay?
Mạng máy tính là gì?
Mạng máy tính được thiết lập bằng cách kết nối hai hoặc nhiều máy tính và các thiết bị phần cứng hỗ trợ khác thông qua các kênh truyền thông, cho phép các máy tính giao tiếp với nhau và chia sẻ lệnh, dữ liệu, cùng các tài nguyên phần cứng và phần mềm.
Mỗi thiết bị điện toán trong mạng được gọi là một nút hoặc trạm. Các nút có thể là bộ định tuyến, máy tính cá nhân và máy chủ. Chuyển đổi dữ liệu được thực hiện thông qua mạng bằng các quy tắc được gọi là giao thức.
Giao thức là tập hợp các quy tắc mà mọi nút của mạng phải tuân theo để truyền thông tin qua mạng có dây hoặc không dây.
Hoạt động của mạng máy tính
Các nút (như máy tính, bộ chuyển mạch và modem) là nguồn tạo và truyền dữ liệu. Sau đó, liên kết (phương tiện truyền dẫn) được sử dụng để liên kết giữa các nút.
Bằng cách tuân theo các giao thức, các nút sẽ truyền và nhận dữ liệu qua các kết nối. Kiến trúc mạng máy tính xác định thiết kế liên quan giữa các thành phần vật lý và logic này. Nó cung cấp các định nghĩa cho các thành phần vật lý, tổ chức chức năng, giao thức và quy trình của mạng.
Công dụng của mạng máy tính
- Cho phép chia sẻ các tài nguyên như máy in, máy quét, v.v.
- Chia sẻ phần mềm và cơ sở dữ liệu đắt tiền giữa các người dùng mạng.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền thông giữa các máy tính.
- Cho phép trao đổi dữ liệu và thông tin giữa người dùng qua mạng.
Các loại mạng máy tính phổ biến
- Mạng cục bộ (LAN)
- Mạng khu vực đô thị (MAN)
- Mạng diện rộng (WAN)
Mạng cục bộ (LAN)
Mạng cục bộ là một mạng máy tính hoạt động trong phạm vi địa lý nhỏ, như trong một văn phòng, công ty, trường học hoặc tổ chức khác. Vì vậy, nó tồn tại trong một khu vực nhất định, ví dụ như mạng gia đình, mạng văn phòng, mạng trường học.
Mạng LAN có thể là mạng có dây, không dây, hoặc kết hợp cả hai. Các thiết bị trong mạng LAN thường được kết nối qua cáp Ethernet, cung cấp giao diện để kết nối nhiều thiết bị như bộ định tuyến, bộ chuyển mạch và máy tính.
Ví dụ: Với một bộ định tuyến, vài cáp Ethernet và máy tính, bạn có thể tạo mạng LAN tại nhà hoặc văn phòng.
Đặc điểm của LAN
- Quy mô nhỏ, thường không vượt quá vài km.
- Tốc độ truyền dữ liệu cao, thường từ 100 Mbps đến 1000 Mbps.
- Bao gồm các cấu trúc bus, vòng, lưới và hình sao.
- Số lượng thiết bị mạng kết nối với LAN thường bị giới hạn. Nếu kết nối nhiều thiết bị hơn mức quy định, mạng có thể gặp sự cố.
Lợi ích của LAN
- Tốc độ hoạt động cao hơn so với WAN và MAN.
- Chi phí lắp đặt và bảo trì thấp hơn.
- Phù hợp cho tổ chức nhỏ, như văn phòng hoặc trường học.
- Có thể triển khai dưới dạng có dây, không dây hoặc kết hợp.
- Dễ quản lý và bảo mật cao hơn các mạng lớn.
Chức năng chính của LAN
- Chia sẻ tệp: Cho phép chia sẻ hoặc chuyển tệp từ máy tính này sang máy tính khác. Ví dụ: Trong ngân hàng, mạng LAN có thể giúp truyền tệp thông tin giao dịch từ máy chủ đến máy khách.
- Chia sẻ máy in: Cho phép nhiều máy tính trong mạng LAN cùng sử dụng chung một máy in, máy chủ tệp, máy fax.
- Chia sẻ khả năng tính toán: Cho phép máy khách truy cập vào khả năng tính toán của máy chủ. Ví dụ: Một số ứng dụng chạy trên máy khách có thể yêu cầu khả năng tính toán cao.
- Dịch vụ liên quan đến thư và tin nhắn: Cho phép gửi và nhận thư giữa các máy tính trong mạng LAN, nhờ vào máy chủ thư.
- Dịch vụ cơ sở dữ liệu: Cho phép lưu trữ và truy xuất dữ liệu thông qua máy chủ cơ sở dữ liệu.
Mạng khu vực đô thị (MAN)
MAN là mạng tốc độ cao hoạt động trong một khu vực địa lý lớn như thành phố hoặc thị trấn. MAN được tạo ra bằng cách kết nối các mạng LAN qua bộ định tuyến và đường dây điện thoại, có thể do một công ty tư nhân hoặc nhà cung cấp dịch vụ viễn thông quản lý.
Đặc điểm của MAN
- Phạm vi của MAN thường là trong một thành phố hoặc khu vực đô thị với phạm vi từ 5-50 km. MAN có thể mở rộng hơn nữa tùy vào các công nghệ và thiết lập.
- Có thể bao phủ từ một khuôn viên trường học cho đến một thành phố.
- Được duy trì và quản lý bởi nhà cung cấp mạng hoặc nhóm người dùng.
- Cho phép người dùng trong cùng khu vực chia sẻ tài nguyên.
Ưu điểm của MAN
- Chi phí thấp hơn khi kết nối với WAN.
- Tốc độ cao hơn WAN.
- Dễ dàng chia sẻ internet tốc độ cao và gửi email cục bộ.
- Bảo mật cao hơn WAN.
Mạng diện rộng (WAN)
WAN hoạt động trên một khu vực địa lý rất rộng lớn, không bị giới hạn trong một thành phố, trường học, hoặc văn phòng. WAN thường được thiết lập bằng các phương tiện truyền dẫn như đường dây điện thoại, cáp quang, hoặc vệ tinh, và được sử dụng bởi các tổ chức lớn để kết nối với các văn phòng và khách hàng toàn cầu.
Internet là ví dụ về mạng WAN lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, internet cũng là một mạng lai, kết nối hàng tỷ thiết bị từ các mạng LAN, MAN và WAN trên toàn cầu.
Đặc điểm của WAN
- Phạm vi rất lớn, có thể vượt quá 2.000 km.
- Chia sẻ tài nguyên rộng rãi trên toàn khu vực địa lý rộng lớn.
Ưu điểm của WAN
- Phạm vi rộng lớn: Phủ sóng trên khu vực rất rộng lớn, từ quốc gia này sang quốc gia khác.
- Dữ liệu tập trung: Cho phép các chi nhánh văn phòng truy xuất dữ liệu từ máy chủ chính.
- Truyền dữ liệu cập nhật: Phù hợp cho công ty cần chia sẻ dữ liệu tức thì giữa các văn phòng.
- Băng thông cao: Đảm bảo kết nối dữ liệu liên tục và không bị gián đoạn.
- Phân phối khối lượng công việc: Có thể phân phối công việc đến các địa điểm khác nhau, nhờ vậy nhân viên có thể làm việc từ các quốc gia khác nhau.
Các tiêu chuẩn cho một mạng tốt
- Hiệu suất: Được đo bằng thời gian truyền và phản hồi, phụ thuộc vào cấu trúc mạng và số lượng người dùng.
- Độ tin cậy: Đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và kịp thời đến đúng người nhận.
- Bảo mật: Bảo vệ dữ liệu khỏi truy cập trái phép và hư hỏng.
Các cấu trúc mạng (Topology)
Mạng dạng tuyến bus (Bus Topology)
Trong mạng dạng tuyến bus, tất cả các thiết bị trong mạng được kết nối vào một đường truyền duy nhất gọi là bus hoặc cáp trung tâm. Các tín hiệu được truyền theo cả hai hướng trên đường dây chính này và mỗi thiết bị trong mạng sẽ kiểm tra tín hiệu để xác định dữ liệu có phải là của mình hay không.
Ưu điểm
- Chi phí thấp: Do chỉ cần một cáp duy nhất để kết nối các thiết bị.
- Dễ thiết lập và mở rộng: Dễ dàng kết nối thêm các thiết bị vào mạng.
- Không cần nhiều cáp: Giảm chi phí dây cáp và dễ bảo trì.
Nhược điểm
- Dễ bị tắc nghẽn: Khi số lượng thiết bị trong mạng tăng dữ liệu truyền có thể bị tắc nghẽn.
- Khó xác định lỗi: Khó xác định vị trí thiết bị lỗi trong mạng.
- Tín hiệu yếu dần: Nếu khoảng cách truyền tín hiệu dài tín hiệu có thể bị suy yếu.
- Toàn bộ mạng có thể ngừng hoạt động nếu dây chính (bus) bị hỏng.
Mạng dạng vòng (Ring Topology)
Trong mạng dạng vòng, các thiết bị được kết nối theo một vòng tròn khép kín, dữ liệu di chuyển theo một hướng duy nhất qua từng thiết bị trong vòng đến khi tới thiết bị nhận.
Ưu điểm
- Hiệu quả cao cho các mạng nhỏ: Đảm bảo hiệu suất truyền dữ liệu ổn định.
- Dễ dự đoán lưu lượng: Dữ liệu di chuyển theo một hướng tránh hiện tượng tắc nghẽn.
- Không cần thiết bị trung tâm: Giảm chi phí.
Nhược điểm
- Dễ gặp sự cố khi lỗi xảy ra: Nếu một thiết bị trong vòng gặp sự cố toàn bộ mạng có thể ngừng hoạt động.
- Khó mở rộng: Việc thêm hoặc xóa thiết bị đòi hỏi phải dừng toàn bộ mạng.
- Hiệu suất chậm: Khi có nhiều thiết bị hiệu suất truyền dữ liệu có thể giảm.
Mạng dạng hình sao (Star Topology)
Trong mạng dạng hình sao mỗi thiết bị được kết nối đến một thiết bị trung tâm như hub hoặc switch. Dữ liệu từ một thiết bị đến thiết bị khác phải thông qua trung tâm này
Ưu điểm
- Dễ xác định và sửa lỗi: Vì mỗi thiết bị có kết nối riêng với hub trung tâm.
- Hiệu suất ổn định: Nếu một kết nối bị lỗi chỉ thiết bị đó bị ảnh hưởng.
- Dễ mở rộng: Dễ dàng thêm thiết bị vào mạng mà không ảnh hưởng đến mạng tổng thể.
Nhược điểm
- Phụ thuộc vào thiết bị trung tâm: Nếu hub trung tâm gặp sự cố toàn bộ mạng có thể ngừng hoạt động.
- Chi phí cao: Yêu cầu nhiều cáp để kết nối các thiết bị với trung tâm.
- Tiềm ẩn tắc nghẽn: Khi lưu lượng tăng cao thiết bị trung tâm có thể bị quá tải.
Mạng dạng lưới (Mesh Topology)
Trong cấu trúc lưới mỗi thiết bị được kết nối trực tiếp với tất cả các thiết bị khác trong mạng. Mỗi thiết bị có nhiều kết nối tạo ra nhiều đường dẫn cho dữ liệu
Ưu điểm
- Độ tin cậy cao: Nếu một kết nối gặp sự cố dữ liệu có thể đi theo các đường dẫn khác
- Truyền dữ liệu nhanh: Có thể truyền dữ liệu từ nhiều thiết bị cùng lúc mà không bị gián đoạn
- Dễ phát hiện lỗi: Lỗi trên một thiết bị không ảnh hưởng đến các thiết bị khác
Nhược điểm
- Chi phí cao: Yêu cầu rất nhiều dây cáp và phần cứng để kết nối các thiết bị. Người ta thường sử dụng cấu trúc lưới một phần (Partial mesh) để tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đạt độ tin cậy cao.
- Khó thiết lập và bảo trì: Cấu trúc phức tạp khó quản lý
- Dễ gây lãng phí tài nguyên: Do các kết nối chồng chéo và không được sử dụng hết
Mạng dạng cây (Tree Topology)
Cấu trúc cây là sự kết hợp giữa cấu trúc hình sao và bus. Các thiết bị được sắp xếp thành các nhóm cấu trúc sao sau đó kết nối các nhóm này với nhau qua cấu trúc bus. Mạng dạng cây được sử dụng nhiều trong các hệ thống phân cấp, chẳng hạn như mạng lớn ở các khu vực trường học, bệnh viện.
Ưu điểm
- Dễ dàng mở rộng: Có thể mở rộng bằng cách thêm các nhánh mà không ảnh hưởng đến các phần còn lại của mạng
- Dễ bảo trì: Các nút có thể dễ dàng được quản lý và bảo trì
- Dễ phát hiện lỗi: Nếu một nút bị lỗi chỉ phần nhánh bị ảnh hưởng
Nhược điểm
- Phụ thuộc vào cáp bus chính: Nếu cáp bus chính gặp sự cố toàn bộ mạng có thể ngừng hoạt động
- Phức tạp hơn Star và Bus: Đòi hỏi cấu hình phức tạp và chi phí cao hơn
- Độ trễ cao hơn: Khi mở rộng quy mô có thể xảy ra độ trễ trong truyền dữ liệu
Các loại kiến trúc mạng
Kiến trúc mạng máy tính gồm ba loại chính:
Mô hình máy khách – máy chủ (Client-Server Architecture)
Kiến trúc này gồm một hệ thống quản lý và cung cấp các dịch vụ và tài nguyên qua mạng theo yêu cầu của máy khách. Trong kiến trúc máy khách – máy chủ mỗi máy tính hoặc quy trình trên mạng được xem là một máy khách hoặc một máy chủ. Các máy chủ sẽ thực hiện các hoạt động cần thiết để đáp ứng yêu cầu từ máy khách.
Phương pháp hoạt động chính của kiến trúc máy khách – máy chủ bao gồm ba bước sau
Bước 1: Máy khách sử dụng thiết bị có kết nối mạng để gửi yêu cầu.
Bước 2: Máy chủ mạng tiếp nhận và xử lý yêu cầu từ máy khách.
Bước 3: Máy chủ gửi thông tin phản hồi về máy khách.
Ví dụ về kiến trúc máy khách – máy chủ là các máy chủ Email và máy chủ Web.
Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer Architecture)
Trong kiến trúc ngang hàng P2P các máy tính liên kết với nhau có quyền hạn và vai trò ngang nhau không có máy chủ trung tâm để xử lý. Mỗi máy ngang hàng có thể chia sẻ tài nguyên của mình như bộ nhớ và sức mạnh xử lý với toàn bộ mạng máy tính.
Không giống kiến trúc máy khách – máy chủ hệ thống P2P là một hệ thống phi tập trung, trong đó các tệp sẽ được truyền từ máy này sang máy khác mà không cần qua máy chủ trung tâm.
Mạng lai (Hybrid Network)
Kiến trúc mạng lai là sự kết hợp giữa kiến trúc máy khách – máy chủ và kiến trúc mạng ngang hàng nhằm tận dụng ưu điểm của cả hai loại kiến trúc này.
