CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH Chương này trình bày một số khái niệm về mạng máy tính, phân loại mạng máy tính, đặc điểm của mô hình tham chiếu OSI và mô hình TCP/IP, quá trình trao đổi dữ liệu qua mạng. Học xong chương này, người học có khả năng: - Trình bày được khái niệm, các thành phần chính trong mạng máy tính - Phân biệt được đặc điểm của mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP - Phân biệt được các loại mạng: LAN, WAN, MAN, SAN, Internet - Trình bày được quá trình trao đổi dữ liệu qua mạng - Phân tích được các thành phần cơ bản trong gói tin gửi qua mạng 1.1 Khái niệm Có nhiều khái niệm về mạng máy tính được đưa ra. Nhìn chung, các khái niệm đều có những điểm chung tập trung vào: thiết bị đầu cuối, thiết bị mạng, môi trường kết nối và các giao thức. Chúng ta có thể hiểu Mạng máy tính là một hệ thống gồm các thiết bị đầu cuối kết nối với nhau qua các thiết bị mạng để trao đổi dữ liệu giữa chúng thông qua một môi trường truyền dẫn nào đó.
Để các thiết bị có thể trao đổi thông tin trên mạng, các giao thức mạng được sử dụng. Nó như các nguyên tắc, quy luật, ngôn ngữ được chuẩn hóa và cài đặt trên các đối tượng sử dụng. 15 DMZ (Public Servers) Gateway Web Router Server-SW1 Firewall server Mail server Internet Core/Dist Acc-SW1 Acc-SW2 Server-SW2 AP1 Internal Servers AP2 DNS DHCP Application DC server server server Hình 1.1: Mô hình hệ thống mạng Trong thời đại ngày nay, bên cạnh máy tính là thành phần chủ yếu, còn có nhiều thiết bị khác kết nối vào mạng máy tính như máy in, camera, điện thoại,…gọi chung là thiết bị đầu cuối. Môi trường kết nối gồm môi trường có dây và không dây; các thiết bị mạng thường dùng để kết nối các thiết bị đầu cuối như: Switch, router, Acces Point, firewall,…Các giao thức được sử dụng để các thiết bị đầu cuối có thể giao tiếp được với nhau thông qua các ứng dụng/dịch vụ trên mạng.
Các thành phần cơ bản Các thành phần cơ bản của mạng máy tính bao gồm: - Thiết bị đầu cuối: thông thường là các thiết bị làm việc trực tiếp với người dùng như máy tính, điện thoại thông minh, camera-ip, các thiết bị IoT,… - Thiết bị mạng: là các thiết bị trung gian có nhiệm vụ kết nối các thiết bị đầu cuối lại với nhau. Switch là thiết bị tập trung kết nối các thiết bị đầu cuối trong mạng có dây, Access Point là thiết bị tập trung 16 kết nối các thiết bị đầu cuối trong mạng không dây, Router là thiết bị định tuyến dùng để kết nối giữa các mạng và thực hiện chức năng xác định đường đi cho các gói tin thông qua hệ thống mạng. Bên cạnh đó còn có nhiều thiết bị khác như Firewall, IDS/IPS, WAF, SIEM làm chức năng bảo mật, giám sát hệ thống. - Môi trường kết nối: bao gồm môi trường có dây và không dây - Các thiết bị kết nối: gồm card mạng, đầu nối, dây cáp,… - Các Server cung cấp ứng dụng/dịch vụ: là một thành phần quan trọng trong hệ thống CNTT, có chức năng cung cấp các ứng dụng/dịch vụ cho hệ thống và cho người dùng.
Các Server cung cấp ứng dụng/dịch vụ phổ biến như: Web Server, E-Mail Server, DHCP Server, DNS Server,…ngoài ra còn có các Server cung cấp ứng dụng phục vụ chuyên biệt cho nghiệp vụ của từng tổ chức, doanh nghiệp gọi là các Application Server. - Các giao thức mạng: là các nguyên tắc, quy luật, ngôn ngữ được chuẩn hóa, được tích hợp vào các ứng dụng dùng trong việc giao tiếp /sử dụng các ứng dụng/dịch vụ trên mạng như giao thức HTTP, HTTPS dùng trong ứng dụng Web; SMTP, POP3, IMAP dùng trong ứng dụng E-Mail; Telnet, SSH dùng trong các ứng dụng hỗ trợ truy cập từ xa phục vụ cho công tác quản trị mạng,… 1. Phân loại mạng Mạng máy tính được phân chia làm nhiều loại tùy vào mục đích nghiên cứu và mục đích sử dụng. Trong phần này giới thiệu một số loại mạng phổ biến: LAN, WAN, MAN, SAN và Internet.
- LAN (Local Area Network): Mạng LAN là mạng cục bộ, được triển khai cho một tổ chức/doanh nghiệp trong một không gian địa lý nhỏ. Các thiết bị trong LAN có kết nối trực tiếp với nhau, tốc độ cao. 17 Công nghệ mạng được sử dụng trong LAN phổ biến là Ethernet (802. - WAN (Wide Area Network): Mạng WAN là mạng diện rộng, là mạng của một tổ chức có nhiều chi nhánh kết nối với nhau thông qua môi trường Internet.
Các công nghệ được sử dụng trong WAN phổ biến là: MPLS, VPN,. - MAN (Metropolitan Area Network): mạng MAN là mạng đô thị, các thành phố lớn thường tổ chức hệ thống mạng đường trục tốc độ cao để phục vụ cho các đơn vị quan trọng trong thành phố đó. - SAN (Storage Area Network): Mạng SAN là mạng lưu trữ, nhằm thực hiện chức năng lưu trữ cho lượng dữ liệu lớn. - INTERNET: Mạng Internet là mạng của các mạng, là hệ thống mạng toàn cầu.
Sơ đồ mạng Sơ đồ mạng có ý nghĩa quan trọng trong việc phân tích, thiết kế, triển khai, vận hành và xử lý sự cố. Sơ đồ mạng được chia làm 2 loại là sơ đồ vật lý (physical topology) và sơ đồ luận lý (logical topology). Sơ đồ vật lý: mô tả về các thiết bị, cáp mạng, các kết nối vật lý. Trong một hệ thống CNTT, có thể có nhiều sơ đồ vật lý như: sơ đồ vật lý tổng quan, mô tả các thành phần chính của hệ thống và kết nối giữa chúng, hay sơ đồ chi tiết kết nối các thiết bị trong một phòng làm việc.
Có 3 mô hình kết nối vật lý cơ bản là mô hình dạng Bus, Star và Mesh. Trong đó, mô hình kết nối dạng Bus là mô hình đã cũ, mô hình mạng Star là mô hình phổ biến nhất đang được sử dụng hiện nay. Mô hình mạng Mesh sử dụng trong những hệ thống cần thiết kế có tính dự phòng cao. 18 Bus topology Star topology Mesh topology Hình 1.2: Sơ đồ vật lý Sơ đồ luận lý: mô tả các đường đi luận lý được sử dụng để chuyển dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác trong mạng.
(2) (3) VLAN 10 (1) (4) VLAN 20 VLAN 30 Hình 1.3: Sơ đồ logic Sơ đồ vật lý và sơ đồ luận lý đôi khi khó phân biệt một cách rõ ràng. Trong một số trường hợp, hai sơ đồ này giống nhau. Trong một số trường hợp khác, hai sơ đồ này khác nhau. Chúng ta xem xét 2 ví dụ cụ thể sau đây.
Ví dụ 1: Sơ đồ vật lý và sơ đồ luận lý giống nhau trong trường hợp số lượng thiết bị được sử dụng là giống nhau như thể hiện trong hình 1. 19 Web FW Router server Server-SW1 Core/ Distribution Server-SW2 Acc-SW1 Acc-SW2 DNS DHCP Application server server server Hình 1.4: Sơ đồ vật lý và logic Ví dụ 2: Sự khác nhau giữa sơ đồ vật lý và sơ đồ luận lý của cùng một hệ thống CNTT thể hiện ở hình 1. Trong trường hợp này, việc ảo hóa trên các máy chủ hay trên thiết bị mạng (tạo các VLAN trên Switch,…) đã làm giảm số lượng thiết bị vật lý. Do đó, ta thấy số lượng thiết bị mô tả trong sơ đồ luận lý nhiều hơn.
Srv1: Web WM-1 server FW Router Srv1: Mail WM-2 server NX-7009 Gi0/1 - 8 Core/ Distribution NX-7009 NX-7009 Gi0/9 - 15 Acc-SW1 Acc-SW2 DNS DHCP Application server server server Srv2:WM-1 Srv2:WM-2 Srv2:WM-3 Hình 1.5: Sơ đồ luận lý 20 FW Router Srv1 Web server Core/Dist NX-7009 Srv2 Mail server DMZ Acc-SW1 Acc-SW2 DNS DHCP Application server server server Hình 1.6: Ví dụ về sơ đồ vật lý Một số đặc trưng của mạng: - Tốc độ: là tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền. - Chi phí: mức độ đầu tư cho các thành phần mạng, chi phí cho quá trình cài đặt, vận hành, bảo trì và nâng cấp của một hệ thống mạng. - Bảo mật: sự bảo mật chỉ ra cách thức bảo vệ một mạng trước các nguy cơ xâm nhập và các tấn công mạng. - Tính sẵn sàng: là khả năng sẵn sàng đáp ứng được các yêu cầu của người dùng - Khả năng mở rộng: là khả năng hệ thống mạng có thể được bổ sung thêm các ứng dụng, dịch vụ, chi nhánh mới,.mà không ảnh hưởng nhiều đến hệ thống mạng hiện tại.
Mô hình OSI và TCP/IP Ngày nay mô hình mạng được sử dụng phổ biến là TCP/IP. Trước đó, các nhà sản xuất tạo ra các giao thức mạng chỉ hỗ trợ cho máy tính của họ. Do đó, chỉ có các máy tính của cùng một nhà sản xuất mới có thể giao tiếp được với nhau. Để có thể giao tiếp giữa các máy tính khác nhà sản xuất cần 21 có mô hình trung gian hỗ trợ.
Trong suốt những năm 1990, hai mô hình OSI và TCP/IP là 2 mô hình được lựa chọn cho việc này. Đến cuối những năm 1990, TCP/IP trở thành lựa chọn phổ biến hơn. Mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP là hai mô hình cơ bản trong mạng máy tính. Trong đó, mô hình OSI gọi là mô hình tham chiếu, có thể hiểu đây là mô hình lý thuyết, được dùng cho mục đích học tập, nghiên cứu.
Mô hình TCP/IP là mô hình được triển khai thực tế và dùng trong mạng Internet hiện nay. Cả hai mô hình được tổ chức theo dạng phân lớp, các lớp và chức năng của mỗi lớp ở mô hình TCP/IP có thể được ánh xạ tương đương với các lớp trong mô hình tham chiếu OSI. Mô hình tham chiếu OSI Mô hình tham chiếu OSI gồm 7 tầng (layer) được mô tả ở hình 1. L7 Application L6 Presentation L5 Session L4 Transport L3 Network L2 Data Link L1 Physical Hình 1.7: Mô hình tham chiếu OSI - Tầng 1 (Layer 1) - Physical: Tầng Vật lý liên quan các đặc điểm về điện tử, cơ khí; xử lý dữ liệu dạng bit; thiết bị mạng phổ biến hoạt động ở tầng này là Hub.
- Tầng 2 (Layer 2) – Data link: Tầng Liên kết dữ liệu liên quan đến việc định dạng dữ liệu theo các chuẩn, điều khiển cách thức truy xuất đến môi trường vật lý; xử lý dữ liệu dạng khung (frame); liên quan đến địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC); thiết bị mạng phổ biến hoạt động ở tầng này là Switch. 22 - Tầng 3 (Layer 3) - Network: Tầng Mạng thực hiện chức năng định tuyến cho các gói tin; xử lý dữ liệu dạng gói (packet); liên quan đến địa chỉ luận lý (phổ biến là địa chỉ IP,…); thiết bị phổ biến hoạt động ở tầng này là Router. - Tầng 4 (Layer 4) - Transport: Tầng Vận chuyển thực hiện chức năng đảm bảo việc vận chuyển dữ liệu từ nguồn đến đích thông qua hệ thống mạng.