Mạng máy tính là gì? Có những loại mạng nào?

Mạng máy tính là một trong những công nghệ thông tin quan trọng nhất hiện nay. Nó cho phép các thiết bị kết nối với nhau để truyền tải thông tin và tương tác với nhau một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Trong bài viết này hãy cùng MDIGI tìm hiểu chi tiết về mạng máy tính nhé!

Giới thiệu mạng máy tính 

Mạng máy tính đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau như kinh doanh, giáo dục, y tế, khoa học và công nghệ. Với mạng máy tính, con người có thể truy cập thông tin và tương tác với nhau từ bất kỳ đâu trên thế giới, tạo nên sự kết nối và tiện ích đáng kể cho cuộc sống và công việc của chúng ta.

Nhu cầu của việc kết nối mạng máy tính 

Việc nối máy tính thành mạng từ lâu đã trở thành một nhu cầu khách quan vì : 

• Có rất nhiều công việc về bản chất là phân tán hoặc về thông tin, hoặc về xử lý hoặc cả hai đòi hỏi có sự kết hợp truyền thông với xử lý hoặc sử dụng phương tiện từ xa. 
• Chia sẻ các tài nguyên trên mạng cho nhiều người sử dụng tại một thời điểm (ổ cứng, máy in, ổ CD ROM . . .) 
• Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ phương tiện máy tính. 
• Các ứng dụng phần mềm đòi hòi tại một thời điểm cần có nhiều người sử dụng, truy cập vào cùng một cơ sở dữ liệu. 

Định nghĩa mạng máy tính

Nói một cách ngắn gọn thì mạng máy tính là tập hợp các máy tính độc lập được kết nối với nhau thông qua các đường truyền vật lý và tuân theo các quy ước truyền thông nào đó.   

Khái niệm máy tính độc lập được hiểu là các máy tính không có máy nào có khả năng khởi động hoặc đình chỉ một máy khác.  

Các đường truyền vật lý được hiểu là các môi trường truyền tín hiệu vật lý (có thể là hữu tuyến hoặc vô tuyến).  

Các quy ước truyền thông chính là cơ sở để các máy tính có thể “nói chuyện” được với nhau và là một yếu tố quan trọng hàng đầu khi nói về công nghệ mạng máy tính. 

Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính 

Một mạng máy tính có các đặc trưng kỹ thuật cơ bản như sau: 

Đường truyền 

Là phương tiện dùng để truyền các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. Các tín hiệu điệu tử đó chính là các thông tin, dữ liệu được biểu thị dưới dạng các xung nhị phân (ON_OFF), mọi tín hiệu truyền giữa các máy tính với nhau đều thuộc sóng điện từ, tuỳ theo tần số mà ta có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau 

Đặc trưng cơ bản của đường truyền là giải thông nó biểu thị khả năng truyền tải tín hiệu của đường truyền. 

Thông thuờng người ta hay phân loại đường truyền theo hai loại: 

• Đường truyền hữu tuyến (các máy tính được nối với nhau bằng các dây dẫn tín hiệu). 
• Đường truyền vô tuyến: các máy tính truyền tín hiệu với nhau thông qua các sóng vô tuyền với các thiết bị điều chế/giải điều chế ớ các đầu mút. 

Kỹ thuật chuyển mạch 

Là đặc trưng kỹ thuật chuyển tín hiệu giữa các nút trong mạng, các nút mạng có chức năng hướng thông tin tới đích nào đó trong mạng, hiện tại có các kỹ thuật chuyển mạch như sau: 

• Kỹ thuật chuyển mạch kênh: Khi có hai thực thể cần truyền thông với nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho tới khi hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu chỉ truyền đi theo con đường cố định đó.  
• Kỹ thuật chuyển mạch thông báo: thông báo là một đơn vị dữ liệu của người sử dụng có khuôn dạng được quy định trước. Mỗi thông báo có chứa các thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích cần truyền tới của thông báo. Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp trên con đường dẫn tới đích của thông báo 
• Kỹ thuật chuyển mạch gói: ở đây mỗi thông báo được chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (packet) có khuôn dạng qui định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của gói tin. Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gửi đi qua mạng tới đích theo nhiều con đường khác nhau. 

Kiến trúc mạng 

Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối các máy tính với nhau và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. 

Khi nói đến kiến trúc của mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề là hình trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network protocol) 

• Network Topology: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng 

Các hình trạng mạng cơ bản đó là: hình sao, hình bus, hình vòng 

• Network Protocol: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng 

Các giao thức thường gặp nhất là : TCP/IP, NETBIOS, IPX/SPX, . . . 

 Hệ điều hành mạng 

Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức năng sau: 

• Quản lý tài nguyên của hệ thống, các tài nguyên này gồm: 

+ Tài nguyên thông tin (về phương diện lưu trữ) hay nói một cách đơn giản là quản lý tệp. Các công việc về lưu trữ tệp, tìm kiếm, xoá, copy, nhóm, đặt các thuộc tính đều thuộc nhóm công việc này 

+ Tài nguyên thiết bị. Điều phối việc sử dụng CPU, các ngoại vi… để tối ưu hoá việc sử dụng 

• Quản lý người dùng và các công việc trên hệ thống. 

Hệ điều hành đảm bảo giao tiếp giữa người sử dụng, chương trình ứng dụng với thiết bị của hệ thống.   

• Cung cấp các tiện ích cho việc khai thác hệ thống thuận lợi (ví dụ FORMAT đĩa, sao chép tệp và thư mục, in ấn chung …) 

Các hệ điều hành mạng thông dụng nhất hiện nay là: WindowsNT, Windows9X, Windows 2000, Unix, Novell. 

Phân loại mạng máy tính 

Có nhiều cách phân loại mạng khác nhau tuỳ thuộc vào yếu tố chính được chọn dùng để làm chỉ tiêu phân loại, thông thường người ta phân loại mạng theo các tiêu chí như sau – Khoảng cách địa lý của mạng  

• Kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng 
• Kiến trúc mạng 
• Hệ điều hành mạng sử dụng … 

Tuy nhiên trong thực tế nguời ta thường chỉ phân loại theo hai tiêu chí đầu tiên 

Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý  

Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố phân loại mạng thì ta có mạng cục bộ (LAN), mạng đô thị (MAN), mạng diện rộng (WAN), mạng toàn cầu. 

  Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch 

Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm yếu tố chính để phân loại sẽ có: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói. 

Mạch chuyển mạch kênh (circuit switched network) : hai thực thể thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho tới khi hai bên ngắt liên lạc.  

Mạng chuyển mạch thông báo (message switched network) : Thông báo là một đơn vị dữ liệu qui ước được gửi qua mạng đến điểm đích mà không thiết lập kênh truyền cố định. Căn cứ vào thông tin tiêu đề mà các nút mạng có thể xử lý được việc gửi thông báo đến đích 

Mạng chuyển mạch gói (packet switched network)  : ở đây mỗi thông báo được chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (packet) có khuôn dạng qui định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của gói tin. Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gởi đi qua mạng tới đích theo nhiều con đường khác nhau. 

Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng 

Kiến trúc của mạng bao gồm hai vấn đề:  hình trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network protocol) 

Hình trạng mạng: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng 

Giao thức mạng: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng 

Khi phân loại theo topo mạng người ta thường có phân loại thành: mạng hình sao, tròn, tuyến tính 

Phân loại theo giao thức mà mạng sử dụng người ta phân loại thành mạng : TCP/IP, mạng NETBIOS . ..  

Tuy nhiên các cách phân loại trên không phổ biến và chỉ áp dụng cho các mạng cục bộ. 

Phân loại theo hệ điều hàng mạng 

Nếu phân loại theo hệ điều hành mạng người ta chia ra theo mô hình mạng ngang hàng, mạng khách/chủ hoặc phân loại theo tên hệ điều hành mà mạng sử dụng: Windows NT, Unix, Novell . . . 

Các mạng máy tính thông dụng nhất 

 Mạng cục bộ 

Một mạng cục bộ là sự kết nối một nhóm máy tính và các thiết bị mạng được lắp đặt trên một phạm vị địa lý giới hạn, thường trong một toà nhà hoặc một khu công sở nào đó. Mạng có tốc độ cao 

Mạng diện rộng với kết nối LAN to LAN 

 Mạng diện rộng bao giờ cũng  là sự kết nối của các mạng LAN, mạng diện rộng có thể trải trên phạm vi một vùng, quốc gia hoặc cả một lục địa thậm chí trên phạm vi toàn cầu. Mạng có tốc độ truyền dữ liệu không cao, phạm vi địa lý không giới hạn 

Liên mạng INTERNET 

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ là sự ra đời của liên mạng INTERNET. Mạng Internet là sở hữu của nhân loại, là sự kết hợp của rất nhiều mạng dữ liệu khác chạy trên nền tảng giao thức TCP/IP 

Mạng INTRANET  

 Thực sự là một mạng INTERNET thu nhỏ vào trong một cơ quan/công ty/tổ chức hay một bộ/nghành . . ., giới hạn phạm vi người sử dụng, có sử dụng các công nghệ kiểm soát truy cập và bảo mật thông tin . 

 Được phát triển từ các mạng LAN, WAN dùng công nghệ INTERNET 

Mạng cục bộ, kiến trúc mạng cục bộ 

Mạng cục bộ  

 Tên gọi “mạng cục bộ” được xem xét từ quy mô của mạng. Tuy nhiên, đó không phải là đặc tính duy nhất của mạng cục bộ nhưng trên thực tế, quy mô của mạng quyết định nhiều đặc tính và công nghệ của mạng. Sau đây là một số đặc điểm của mạng cục bộ: 

  Đặc điểm của mạng cục bộ 

• Mạng cục bộ có quy mô nhỏ, thường là bán kính dưới vài km.   
• Mạng cục bộ thường là sở hữu của một tổ chức. Thực tế đó là điều khá quan trọng để việc quản lý mạng có hiệu quả.  
• Mạng cục bộ có tốc độ cao và ít lỗi. Trên mạng rộng tốc độ nói chung chỉ đạt  vài trăm Kbit/s đến Mb/s. Còn tốc độ thông thường trên mạng cục bộ là 10, 100 Mbit/s và tới nay với Gigabit Ethernet. 

Kiến trúc mạng cục bộ 

 Đồ hình mạng (Network Topology) 

Định nghĩa Topo mạng: 

 Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng. Có hai kiểu nối mạng chủ yếu đó là : 

• Nối kiểu điểm – điểm (point – to – point): các đường truyền nối từng cặp nút với nhau, mỗi nút “lưu và chuyển tiếp” dữ liệu 
• Nối kiểu điểm – nhiều điểm (point – to – multipoint hay broadcast) : tất cả các nút phân chia nhau một đường truyền vật lý, gửi dữ liệu đến nhiều nút một lúc và kiểm tra gói tin theo địa chỉ 

Phân biệt kiểu tô pô của mạng cục bộ và kiểu tô pô của mạng rộng. 

 Tô pô của mạng diện rộng thông thường là nói đến sự liên kết giữa các mạng cục bộ thông qua các bộ dẫn đường (router) và kênh viễn thông. Khi nói tới tô pô của mạng cục bộ người ta nói đến sự liên kết của chính các máy tính. 

Mạng hình sao

Mạng hình sao có tất cả các trạm được kết nối với một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích 

 Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100m, với công nghệ hiện nay). 

Mạng trục tuyến tính (Bus)

 Trong mạng trục tất cả các trạm phân chia một đường truyền chung (bus). Đường truyền chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm được nối với trục chính qua một đầu nối chữ T (Tconnector) hoặc một thiết bị thu phát (transceiver). 

Mạng hình vòng 

 Trên mạng hình vòng tín hiệu được truyền đi trên vòng theo một chiều  duy nhất. Mỗi trạm của mạng được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater) do đó cần có giao thức điều khiển việc cấp phát quyền được truyền dữ liệu trên vòng mạng cho trạm có nhu cầu. 

 Mạng hình vòng có ưu nhược điểm tương tự mạng hình sao, tuy nhiên mạng hình vòng đòi hỏi giao thức truy nhập mạng phức tạp hơn mạng hình sao.

Kết nối hỗn hợp  

  Là sự phối hợp các kiểu kết nối khác nhau,  

Các phương pháp truy cập đường truyền vật lý 

 Trong mạng cục bộ, tất cả các trạm kết nối trực tiếp vào đường truyền chung. Nếu nhiều trạm cùng gửi tín hiệu lên đường truyền đồng thời thì tín hiệu sẽ chồng lên nhau và bị hỏng. Vì vậy cần phải có một phương pháp tổ chức chia sẻ đường truyền để việc truyền thông đựơc đúng đắn. 

 Có hai phương pháp chia sẻ đường truyền chung thường được dùng trong các mạng cục bộ:  

• Truy nhập đường truyền một cách ngẫu nhiên, theo yêu cầu. Đương nhiên phải có tính đến việc sử dụng luân phiên và nếu trong trường hợp do có nhiều trạm cùng truyền tin dẫn đến tín hiệu bị trùm lên nhau thì phải truyền lại. Điển hình của phương pháp này là giao thức truy cập CSMA/CD 
• Có cơ chế trọng tài để cấp quyền truy nhập  đường truyền sao cho không xảy ra xung đột. Điển hình phương pháp này là giao thức truy cập Tokenring 

Chuẩn hoá mạng máy tính 

Vấn đề chuẩn hoá mạng và các tổ chức chuẩn hoá mạng 

Khi thiết kế các giao thức mạng, các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc cho riêng mình. Từ đó dẫn tới tình trạng không tương thích giữa các mạng  máy tính với nhau. Vấn đề không tương thích đó làm trở ngại cho sự tương tác giữa những giao thức mạng khác nhau. Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn thúc đẩy việc xây dựng khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo thiết bị  mạng . 

Chính vì lý do đó, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO (Internatinal Organnization for Standarzation) đã xây dựng mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở OSI (reference model for Open Systems Interconnection). Mô hình này là cơ sở cho việc kết nối các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán. 

Mô hình tham chiếu OSI 7 lớp 

 Mô hình OSI được biểu diễn theo hình dưới đây: 

Mô hình OSI phân chia thành 7 lớp bao gồm các lớp ứng dụng, lớp thể hiện, lớp phiên, lớp vận chuyển, lớp mạng, lớp liên kết và lớp vật lý. Mô hình OSI cũng định nghĩa phần tiêu đề (header) của đơn vị dữ liệu và mối liên kết giữa các lớp, việc gắn thêm phần mào đầu (header) để chuyển dữ liệu từ các lớp trên xuống lớp dưới và mở gói là chức năng gỡ bỏ phần mào đầu để chuyển dữ liệu lên lớp trên. 

(physical link) 

Các chuẩn kết nối thông dụng nhất IEEE 802.X và ISO 8802.X 

 Bên cạnh việc chuẩn hoá cho mạng nói chung dẫn đến kết quả cơ bản nhất là mô hình tham chiếu OSI như đã giới thiệu, người ta cũng chuẩn hóa các giao thức mạng cục bộ LAN. – Các chuẩn IEEE 802.x và ISO 8802.x 

  IEEE là tổ chức đi tiên phong trong lĩnh vực chuẩn hoá mạng cục bộ với đề án IEEE 802 với kết  quả là một loạt các chuẩn thuộc họ IEEE 802.x ra đời . Cuối những năm 80, tổ chức ISO đã tiếp nhận họ chuẩn này và ban hành thành chuẩn quốc tế dưới mã hiệu tương ứng là ISO 8802.x. 

IEEE 802.: là chuẩn đặc tả kiến trúc mạng, kết nối giữa các mạng và việc quản trị mạng đối  với mạng cục bộ. 

IEEE 802.2: là chuẩn đặc tả tầng dịch vụ giao thức của mạng cục bộ. 

IEEE 802.3: là chuẩn đặc tả một mạng cục bộ dựa trên mạng Ethernet nổi tiếng của Digital, Intel và Xerox hợp tác xây dựng từ năm 1980. Các chuẩn qui định vật lý như 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-F,  

IEEE 802.5: là chuẩn đặc tả mạng cục bộ với topo mạng dạng vòng (ring) dùng thẻ bài để điều việc truy nhập đường truyền. 

IEEE 802.11: là chuẩn đặc tả mạng cục bộ không dây (Wireless LAN) hiện đang được tiếp tục phát triển. 

Ngoài ra trong họ chuẩn 802.x còn có các chuẩn IEEE 802.4, 802.6, 802.9, 802.10 và 802.12 

Một số kiểu nối mạng thông dụng và các chuẩn 

Các thành phần thông thường trên một mạng cục bộ 

• Các máy chủ cung cấp dịch vụ (server) 
• Các máy trạm cho người làm việc (workstation) 
• Đường truyền (cáp nối) 
• Card giao tiếp giữa máy tính và đường truyền (network interface card) 
• Các thiết bị nối (connection device) 

Xem thêm: Xây dựng hệ thống Server cho Doanh nghiệp từ A-Z

 Hai yếu tố được quan tâm hàng đầu khi kết nối mạng cục bộ là tốc độ trong mạng và bán kính mạng. Tên các kiểu mạng dùng theo giao thức CSMA/CD cũng thể hiện điều này. Sau đây là một số kiểu kết nối đó với tốc độ 10 Mb/s khá thông dụng trong thời gian qua và một số thông số kỹ thuật: 

Chuẩn: IEEE 802.3

Kiểu 10BASE5 

  Là chuẩn CSMA/CD có tốc độ 10Mb và bán kính 500 m. Kiểu này dùng cáp đồng trục loại thick ethernet (cáp đồng trục béo) với  tranceiver. Có thể kết nối vào mạng khoảng 100 máy  

Hình 1.10. Kết nối theo chuẩn 10BASE5 

 Tranceiver: Thiết bị nối giữa card mạng và đường truyền, đóng vai trò là bộ thu-phát. 

Kiểu 10BASE2 

 Là chuẩn CSMA/CD có tốc độ 10Mb và bán kính 200 m. Kiểu này dùng cáp đồng trục loại thin ethernet với đầu nối BNC. Có thể kết nối vào mạng khoảng 30 máy  

Hình1.11: Nối theo chuẩn 10BASE2 với cáp đồng trục và đầu nối BNC 

Kiểu 10BASE-T  

 Là kiểu nối dùng HUB có các ổ nối kiểu RJ45 cho các cáp UTP. Ta có thể mở rộng mạng bằng cách tăng số HUB, nhưng cũng không được tăng quá nhiều tầng vì hoạt động của mạng sẽ kém hiệu quả nếu độ trễ quá lớn .  

 Hiện nay mô hình phiên bản 100BASE-T, 1000BASE-T bắt đầu được sử dụng nhiều, tốc độ đạt tới 100 Mbps, 1000Mbps 

 Hình 1.12:  Nối mạng theo kiểu 10BASE-T với cáp UTP và HUB 

Kiểu 10BASE-F 

Dùng cab quang (Fiber cab), chủ yếu dùng nối các thiết bị xa nhau, tạo dựng đường trục xương sống (backborn) để nối các mạng LAN xa nhau (2-10 km). Hiện nay cũng đã có các phiên bản 100BASE-F và 1000BASE-F với tốc đọ truyền dữ liệu cao hơn 10 và 100 lần 

Kết luận

Như vậy, Mạng máy tính là một trong những công nghệ thông tin quan trọng nhất hiện nay. Nó cho phép các thiết bị kết nối với nhau để truyền tải thông tin và tương tác với nhau một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Mạng máy tính được phân loại dựa vào từng đặc điểm, tính chất và nhu cầu sử dụng riêng. Đồng thời cấu trúc mạng máy tính cũng được thiết lập đa dạng như dạng sao, dạng trực, dạng vòng tròn và hỗn hợp để phù hợp với từng đơn vị sử dụng.

Nếu bạn vẫn còn thắc mắc, đừng ngần ngại để lại bình luận bên dưới bài viết. Mạnh Đức rất vui lòng được trả lời ý kiến của các bạn.

Chúc bạn thành công!