Giáo trình Mạng máy tính môn MH09 - Khoa CNTT Trường Cao đẳng Nghề Cần Thơ (Nguyễn Phát Minh)

Giáo trình Mạng máy tính môn MH09 trường Cao đẳng Nghề Cần Thơ cung cấp kiến thức nền tảng về mô hình OSI, TCP/IP, địa chỉ IP và kỹ năng quản trị mạng.

• Tác giả: Nguyễn Phát Minh
• Trường học: Trường Cao đẳng Nghề Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Mạng máy tính
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình Mạng máy tính Cao đẳng Nghề Cần Thơ

Giáo trình Mạng máy tính thuộc Khoa CNTT Trường Cao đẳng Nghề Cần Thơ giữ vai trò trọng tâm trong chương trình đào tạo nghề. Bộ tài liệu được Hội đồng Khoa học thông qua nhằm chuẩn hóa tài liệu giảng dạy cho sinh viên. Nội dung cuốn sách phản ánh đầy đủ các khái niệm căn bản về hạ tầng truyền thông và mạng máy tính hiện đại. Tài liệu giải thích rõ ràng nguyên lý hoạt động của các thiết bị phần cứng cũng như các giao thức mạng phổ biến. Người học tiếp cận kiến thức từ mức độ nhập môn đến kỹ năng chuyên sâu. Giáo trình tập trung vào việc hình thành tư duy kỹ thuật logic cho kỹ thuật viên tương lai. Các bài giảng phân bổ hợp lý giữa phần lý thuyết trừu tượng và hướng dẫn thực hành chi tiết. Từng chương mục trình bày mạch lạc, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự nghiên cứu. Sinh viên có thể nắm bắt cách thức xây dựng mạng cục bộ LAN một cách vững chắc. Hệ thống bài tập bổ trợ giúp củng cố kiến thức sau mỗi học phần. Đây là nền tảng vững vàng cho các môn học chuyên ngành tiếp theo. Cuốn sách đáp ứng sát sườn tiêu chuẩn nghề nghiệp tại các doanh nghiệp công nghệ hiện nay.

1.1. Mục tiêu và sứ mệnh đào tạo của môn học

Môn học Mạng máy tính hướng tới việc trang bị nền tảng lý thuyết và thực hành cơ bản. Sinh viên hiểu rõ phương thức kết nối các hệ thống máy tính. Kỹ năng vận hành thiết bị được rèn luyện có hệ thống. Mục tiêu cốt lõi là đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao. Học viên làm quen với nguyên lý truyền tín hiệu vật lý và kỹ thuật định tuyến. Khả năng phát hiện sự cố mạng được chú trọng rèn giũa qua từng bài tập. Sinh viên có thể tự lắp đặt hệ thống mạng quy mô vừa và nhỏ. Tư duy xử lý lỗi kỹ thuật hình thành thông qua các tình huống thực tế. Tài liệu đóng vai trò kim chỉ nam trong suốt quá trình học tập.

1.2. Phân bố kiến thức cốt lõi trong giáo trình

Chương trình đào tạo gồm nhiều học phần lý thuyết đi kèm thực hành. Phần đầu cung cấp bức tranh tổng quát về lịch sử mạng máy tính. Sinh viên nghiên cứu các dạng mô hình kiến trúc mạng LAN phổ dụng. Tiếp theo là các nội dung về mô hình tham chiếu OSI và bộ giao thức TCP/IP. Các bài học sau đó đi sâu vào phương tiện truyền dẫn và thiết bị mạng. Sinh viên học cách phân chia dải địa chỉ IP theo từng phân lớp. Giáo trình còn hướng dẫn cài đặt hệ điều hành mạng máy chủ. Các dịch vụ Internet phổ biến như Web hay Mail cũng được phân tích cụ thể. Nội dung phân bổ cân đối giúp việc tiếp thu kiến thức diễn ra tuần tự.

II. Phân tích khó khăn khi học giáo trình Mạng máy tính hiện nay

Quá trình tiếp thu giáo trình Mạng máy tính đem lại nhiều thử thách cho người học. Khái niệm về các tầng truyền thông mang tính trừu tượng rất cao. Sinh viên dễ nhầm lẫn chức năng giữa các tầng trong mô hình lý thuyết. Việc hình dung đường đi của gói tin đòi hỏi tư duy không gian tốt. Ngoài ra, việc tính toán địa chỉ mạng con cũng gây ra nhiều trở ngại. Sinh viên thường gặp sai sót trong các phép toán nhị phân chuyển đổi IP. Kỹ năng thực hành phần cứng cũng là một rào cản đáng kể. Thao tác bấm đầu cáp mạng UTP đòi hỏi sự cẩn thận và khéo léo. Một lỗi bấm nhầm chuẩn cáp có thể làm tê liệt cả hệ thống truyền dẫn. Việc cấu hình các thiết bị định tuyến và bộ chuyển mạch cũng rất phức tạp. Thiết bị thực tế đắt đỏ khiến cơ hội cọ xát trực tiếp bị hạn chế. Những áp lực này dễ tạo ra tâm lý e ngại cho người mới bắt đầu. Nếu thiếu định hướng rõ ràng, việc nắm vững môn học sẽ trở nên khó khăn.

2.1. Rào cản lý thuyết giữa mô hình OSI và TCP IP

Mô hình OSI phân tách hoạt động mạng thành bảy tầng riêng biệt. Mỗi tầng đảm nhiệm những chức năng độc lập và có giao thức riêng. Tuy nhiên, mô hình TCP/IP trên thực tế chỉ gồm bốn tầng thu gọn. Sự khác biệt về kiến trúc này thường tạo ra nhầm lẫn lớn. Người học khó hình dung cơ chế đóng gói và mở gói dữ liệu qua các tầng. Các khái niệm như địa chỉ MAC và địa chỉ IP hay bị đánh đồng. Cơ chế kiểm soát luồng và sửa lỗi ở tầng liên kết dữ liệu cũng khá trừu tượng. Việc thiếu hình ảnh trực quan khiến việc ghi nhớ trở nên nặng nề. Học viên mất nhiều thời gian để xâu chuỗi toàn bộ luồng truyền tải.

2.2. Khó khăn khi tính toán dải IP và bấm dây mạng

Phân chia mạng con đòi hỏi khả năng tính toán hệ nhị phân chuẩn xác. Học viên thường nhầm lẫn giữa địa chỉ mạng và địa chỉ quảng bá. Việc xác định dải địa chỉ khả dụng cho máy trạm rất dễ sai sót. Bên cạnh đó, việc thực hành bấm cáp xoắn đôi cũng là trở ngại lớn. Cáp UTP đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt chuẩn T568A hoặc T568B. Người bấm cáp phải xếp đúng vị trí từng sợi màu nhỏ trong hạt mạng RJ-45. Thao tác dùng kìm bấm mạng cần lực vừa đủ để tiếp điểm đồng ghim chặt. Một lỗi kỹ thuật nhỏ cũng khiến đường truyền chập chờn hoặc mất tín hiệu hoàn toàn.

III. Phương pháp học tốt giáo trình Mạng máy tính đạt kết quả cao

Để làm chủ giáo trình Mạng máy tính, người học cần áp dụng phương pháp học tập khoa học. Việc chủ động kết hợp lý thuyết và thực hành mang lại hiệu quả cao nhất. Học viên nên vẽ sơ đồ tư duy để ghi nhớ các tầng giao thức. Cách tiếp cận trực quan này giúp hiểu sâu cơ chế truyền tải thông tin. Ngoài ra, việc rèn luyện giải bài tập chia mạng con đều đặn là điều bắt buộc. Thực hành tính nhẩm dải mạng mỗi ngày nâng cao tốc độ và độ chuẩn xác. Các buổi thực hành tại xưởng cần được tận dụng tối đa để luyện tay nghề. Thao tác cắt vỏ cáp và bấm đầu mạng RJ-45 phải được lặp lại nhiều lần. Sinh viên nên chủ động làm việc nhóm để cùng nhau phân tích và gỡ lỗi. Tinh thần trao đổi chuyên môn giúp mở rộng vốn hiểu biết kỹ thuật. Người học cũng nên lập kế hoạch ôn tập theo từng chương trong giáo trình. Sự kiên trì và kỷ luật sẽ giúp vượt qua độ khó của môn học. Nền tảng này tạo bước đệm hoàn hảo cho các kỳ thi cấp chứng chỉ nghề.

3.1. Ứng dụng phần mềm mô phỏng mạng trong thực hành

Phần mềm mô phỏng là công cụ bổ trợ học tập vô cùng đắc lực. Sinh viên có thể sử dụng Cisco Packet Tracer hoặc GNS3 để dựng mạng. Công cụ này cho phép thiết kế sơ đồ liên kết thiết bị trực quan. Việc đấu nối dây cáp và cấu hình cổng diễn ra chân thực như trên máy thật. Chế độ mô phỏng cho phép theo dõi đường đi của gói tin từng bước. Người học dễ dàng quan sát cấu trúc tiêu đề gói tin ở từng tầng mạng. Thử nghiệm trên phần mềm giúp kiểm tra các kịch bản mạng phức tạp. Mọi lỗi cấu hình đều có thể sửa chữa nhanh chóng mà không gây hỏng thiết bị vật lý.

3.2. Rèn luyện kỹ năng bấm cáp và lắp đặt thực tế

Kỹ năng bấm dây cáp mạng chuẩn xác là yêu cầu cơ bản của kỹ thuật viên. Sinh viên cần rèn luyện cách tuốt vỏ cáp mà không làm đứt sợi đồng bên trong. Việc sắp xếp đúng thứ tự màu theo chuẩn T568B đòi hỏi tính kiên nhẫn cao. Sau khi xếp màu thẳng hàng, thao tác cắt phẳng các đầu dây phải thật dứt khoát. Thao tác đẩy lõi cáp vào đầu RJ-45 cần kiểm tra các sợi chạm đáy khe cắm. Dùng kìm bấm dứt khoát để cố định các chân tiếp xúc. Sau cùng, việc dùng hộp kiểm tra cáp mạng (cable tester) giúp phát hiện dây đấu chéo hoặc đứt ngầm. Thực hành liên tục tạo phản xạ nghề nghiệp chuẩn xác.

IV. Giá trị ứng dụng từ giáo trình Mạng máy tính trong thực tế

Giáo trình Mạng máy tính mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho sinh viên sau khi tốt nghiệp. Kiến thức tích lũy từ môn học mở ra nhiều hướng đi nghề nghiệp rộng mở. Thị trường lao động luôn có nhu cầu tuyển dụng kỹ thuật viên mạng có tay nghề vững vàng. Sinh viên có thể đảm nhiệm tốt công tác lắp đặt hạ tầng mạng tại các văn phòng. Kỹ năng vận hành bộ định tuyến và thiết bị chuyển mạch giúp duy trì kết nối thông suốt. Khả năng giám sát và xử lý sự cố mạng giúp hạn chế tối đa thời gian gián đoạn công việc. Ngoài ra, kiến thức hệ thống giúp người học quản lý tài khoản người dùng an toàn. Việc triển khai các dịch vụ mạng nội bộ như chia sẻ dữ liệu và in ấn trở nên dễ dàng. Nền tảng này cũng hỗ trợ đắc lực cho việc học các chứng chỉ quốc tế uy tín. Sinh viên tự tin thích ứng với sự phát triển của công nghệ điện toán đám mây. Môn học đóng vai trò bệ phóng vững chắc cho sự nghiệp công nghệ thông tin lâu dài.

4.1. Cơ hội việc làm cho kỹ thuật viên quản trị mạng

Hoàn thành môn học giúp mở rộng cánh cửa gia nhập thị trường lao động CNTT. Sinh viên có thể ứng tuyển vị trí chuyên viên hỗ trợ kỹ thuật (IT Helpdesk). Doanh nghiệp luôn cần nhân sự thiết lập và duy trì mạng nội bộ ổn định. Vị trí quản trị viên hệ thống mạng sơ cấp cũng là lựa chọn phù hợp. Người có kỹ năng thực hành tốt dễ dàng nhận các dự án thi công mạng LAN. Nhu cầu bảo trì hệ thống máy tính tại trường học và cơ quan hành chính rất lớn. Thu nhập khởi điểm của kỹ thuật viên mạng duy trì ở mức ổn định. Khả năng thăng tiến lên chuyên gia an ninh mạng hoàn toàn khả thi.

4.2. Khả năng mở rộng và thi các chứng chỉ quốc tế

Kiến thức từ giáo trình tạo nền móng vững chắc để chinh phục các chứng chỉ quốc tế. Các chứng chỉ uy tín như Cisco CCNA hay CompTIA Network+ có nội dung tương đồng cao. Học viên đã quen thuộc với mô hình phân tầng và giao thức TCP/IP sẽ dễ ôn luyện hơn. Kỹ năng tính toán địa chỉ IP và định tuyến là trọng tâm của các kỳ thi này. Nắm chắc giáo trình giúp tiết kiệm thời gian và chi phí đào tạo lại. Việc sở hữu chứng chỉ quốc tế gia tăng lợi thế cạnh tranh khi tìm việc. Kỹ sư mạng có thể tự tin tiếp cận các giải pháp hạ tầng hiện đại như mạng diện rộng SD-WAN hay kiến trúc mạng đám mây tiên tiến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu mạng 4 4 0 0 Lịch sử của mạng máy tính.5 0 0 Các loại mạng máy tính 0.5 0 0 Mô hình xử lý mạng 0.5 0 0 Mô hình quản lý mạng 0.5 0 0 Mô hình ứng dụng mạng 0.5 0 0 5 Dịch vụ mạng 1 1 0 0 Lợi ích thực tiễn của mạng 0. Chương 2: Mô hình tham chiếu OSI 4 4 0 0 Giới thiệu mô hình OSI 1 1 0 0 Quá trình xử lý và vận chuyển gói dữ liệu 1 1 0 0 Mô hình tham chiếu TCP/IP 2 2 0 0 III. Chương 3: Địa chỉ IP 16 8 7 1 Tổng quan về địa chỉ IP 1 1 0 0 Giới thiệu về các lớp địa chỉ IP 2 2 0 0 Chia mạng con 12 5 7 0 Kiểm tra 1 0 0 1 Chương 4: Phương tiện truyền dẫn và các IV. 10 4 6 0 thiết bị mạng Giới thiệu về môi trường truyền dẫn 1 1 0 0 Các loại cáp mạng 4 1 3 0 Đường truyền vô tuyến 1 1 0 0 Các thiết bị mạng 4 1 3 0 Chương 5: Kiến trúc và công nghệ mạng V.

4 4 0 0 LAN Kiến trúc mạng 2 2 0 0 Giao thức truy cập môi trường truyền 1 1 0 0 Công nghệ mạng LAN 1 1 0 0 VI. Chương 6: Các dịch vụ trên Internet 12 3 8 1 Dịch vụ World Wide Web 4 1 3 0 Dịch vụ truyền tệp (FTP) 4 1 3 0 Dịch vụ thư điện tử 3 1 2 0 Kiểm tra 1 0 0 1 VII. Chương 7: Hệ điều hành mạng 10 3 6 1 Cài đặt hệ điều hành mạng 3 1 2 0 Quản lý tài khoản người dùng 3 1 2 0 6 Bảo vệ dữ liệu 3 1 2 0 Kiểm tra 1 0 0 1 Tổng cộng 60 30 27 3 7 BÀI 1: GIỚI THIỆU MẠNG Mã bài: MH09 - 01 Giới thiệu: Trong bài học này các sinh viên sẽ được tìm hiểu các loại mạng máy vi tính, các mô hình thường được sử dụng hiện nay Mục tiêu: - Hiểu được sự phát triển và lợi ích thực tiễn của mạng máy tính; - Hiểu được các mô hình, dịch vụ mạng; - Phân loại và xác định đuợc các kiểu thiết kế mạng máy tính thông dụng; - Có thái độ nghiêm túc, chịu khó tìm tòi học hỏi. Nội dung chính: 1.

Lịch sử của mạng máy tính. Vào giữa những năm 50 khi những thế hệ máy tính đầu tiên được đưa vào hoạt động thực tế với những bóng đèn điện tử thì chúng có kích thước rất cồng kềnh và tốn nhiều năng lượng. Hồi đó việc nhập dữ liệu vào các máy tính được thông qua các tấm bìa mà người viết bài trình đã đục lỗ sẵn. Mỗi tấm bìa tương đương với một dòng lệnh mà mỗi một cột của nó có chứa tất cả các ký tự cần thiết mà người viết bài trình phải đục lỗ vào ký tự mình lựa chọn.

Các tấm bìa được đưa vào một "thiết bị" gọi là thiết bị đọc bìa mà qua đó các thông tin được đưa vào máy tính (hay còn gọi là trung tâm xử lý) và sau khi tính toán kết quả sẽ được đưa ra máy in. Như vậy các thiết bị đọc bìa và máy in được thể hiện như các thiết bị vào ra (I/O) đối với máy tính. Sau một thời gian các thế hệ máy mới được đưa vào hoạt động trong đó một máy tính trung tâm có thể được nối với nhiều thiết bị vào ra (I/O) mà qua đó nó có thể thực hiện liên tục hết chương trình này đến chương trình khác. Cùng với sự phát triển của những ứng dụng trên máy tính các phương pháp nâng cao khả năng giao tiếp với máy tính trung tâm cũng đã được đầu tư nghiên cứu rất nhiều.

Vào giữa những năm 60 một số nhà chế tạo máy tính đã nghiên cứu thành công những thiết bị truy cập từ xa tới máy tính của họ. Một trong những phương pháp thâm nhập từ xa được thực hiện bằng việc cài đặt một thiết bị đầu cuối ở một vị trí cách xa trung tâm tính toán, thiết bị đầu cuối này được liên kết với trung tâm bằng việc sử dụng đường dây điện thoại và với hai thiết bị xử lý tín hiệu (thường gọi là Modem) gắn ở hai đầu và tín hiệu được truyền thay vì trực tiếp thì thông qua dây điện thoại.1: Mô hình truyền dữ liệu từ xa đầu tiên 8 Những dạng đầu tiên của thiết bị đầu cuối bao gồm máy đọc bìa, máy in, thiết bị xử lý tín hiệu, các thiết bị cảm nhận. Việc liên kết từ xa đó có thể thực hiên thông qua những vùng khác nhau và đó là những dạng đầu tiên của hệ thống mạng. Trong lúc đưa ra giới thiệu những thiết bị đầu cuối từ xa, các nhà khoa học đã triển khai một loạt những thiết bị điều khiển, những thiết bị đầu cuối đặc biệt cho phép người sử dụng nâng cao được khả năng tương tác với máy tính.

Một trong những sản phẩm quan trọng đó là hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM. Hệ thống đó bao gồm các màn hình, các hệ thống điều khiển, các thiết bị truyền thông được liên kết với các trung tâm tính toán. Hệ thống 3270 được giới thiệu vào năm 1971 và được sử dụng dùng để mở rộng khả năng tính toán của trung tâm máy tính tới các vùng xa. Ðể làm giảm nhiệm vụ truyền thông của máy tính trung tâm và số lượng các liên kết giữa máy tính trung tâm với các thiết bị đầu cuối, IBM và các công ty máy tính khác đã sản xuất một số các thiết bị sau: Thiết bị kiểm soát truyền thông: có nhiệm vụ nhận các bit tín hiệu từ các kênh truyền thông, gom chúng lại thành các byte dữ liệu và chuyển nhóm các byte đó tới máy tính trung tâm để xử lý, thiết bị này cũng thực hiện công việc ngược lại để chuyển tín hiệu trả lời của máy tính trung tâm tới các trạm ở xa.

Thiết bị trên cho phép giảm bớt được thời gian xử lý trên máy tính trung tâm và xây dựng các thiết bị logic đặc trưng. Thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối: cho phép cùng một lúc kiểm soát nhiều thiết bị đầu cuối. Máy tính trung tâm chỉ cần liên kết với một thiết bị như vậy là có thể phục vụ cho tất cả các thiết bị đầu cuối đang được gắn với thiết bị kiểm soát trên. Ðiều này đặc biệt có ý nghĩa khi thiết bị kiểm soát nằm ở cách xa máy tính vì chỉ cần sử dụng một đường điện thoại là có thể phục vụ cho nhiều thiết bị đầu cuối.2: Mô hình trao đổi mạng của hệ thống 3270 Vào giữa những năm 1970, các thiết bị đầu cuối sử dụng những phương pháp liên kết qua đường cáp nằm trong một khu vực đã được ra đời.

Với những ưu điểm từ nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và qua đó kết hợp được khả năng tính toán của các máy tính lại với nhau. Ðể thực hiện việc nâng cao khả năng tính toán với nhiều máy tính các nhà sản xuất bắt đầu xây dựng các mạng phức tạp. Vào những năm 1980 các hệ thống đường truyền tốc độ cao đã được thiết lập ở Bắc Mỹ và Châu Âu và từ đó cũng xuất hiện các nhà cung cấp các dịnh vụ truyền thông với những đường truyền có tốc độ cao hơn nhiều lần so với đường dây điện thoại. Với những chi phí thuê bao chấp nhận được, người ta có thể sử dụng được các đường truyền này để liên kết máy tính lại với nhau và bắt đầu hình thành các mạng một cách rộng khắp.

Ở đây các nhà cung cấp dịch vụ đã xây dựng những đường truyền dữ liệu liên kết giữa các thành phố và khu vực với nhau 9 và sau đó cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu cho những người xây dựng mạng. Người xây dựng mạng lúc này sẽ không cần xây dựng lại đường truyền của mình mà chỉ cần sử dụng một phần các năng lực truyền thông của các nhà cung cấp. Vào năm 1974 công ty IBM đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối được chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng và thương mại, thông qua các dây cáp mạng các thiết bị đầu cuối có thể truy cập cùng một lúc vào một máy tính dùng chung. Với việc liên kết các máy tính nằm ở trong một khu vực nhỏ như một tòa nhà hay là một khu nhà thì tiền chi phí cho các thiết bị và phần mềm là thấp.

Từ đó việc nghiên cứu khả năng sử dụng chung môi trường truyền thông và các tài nguyên của các máy tính nhanh chóng được đầu tư. Vào năm 1977, công ty Datapoint Corporation đã bắt đầu bán hệ điều hành mạng của mình là "Attached Resource Computer Network" (hay gọi tắt là Arcnet) ra thị trường. Mạng Arcnet cho phép liên kết các máy tính và các trạm đầu cuối lại bằng dây cáp mạng, qua đó đã trở thành là hệ điều hành mạng cục bộ đầu tiên. Từ đó đến nay đã có rất nhiều công ty đưa ra các sản phẩm của mình, đặc biệt khi các máy tính cá nhân được sử dụng một cánh rộng rãi.

Khi số lượng máy vi tính trong một văn phòng hay cơ quan được tăng lên nhanh chóng thì việc kết nối chúng trở nên vô cùng cần thiết và sẽ mang lại nhiều hiệu quả cho người sử dụng. Ngày nay với một lượng lớn về thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng cao. Mạng máy tính hiện nay trở nên quá quen thuộc đối với chúng ta, trong mọi lĩnh vực như khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục. Hiện nay ở nhiều nơi mạng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được.

Người ta thấy được việc kết nối các máy tính thành mạng cho chúng ta những khả năng mới to lớn như: Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên của mạng (như thiết bị, chương trình, dữ liệu) khi được trở thành các tài nguyên chung thì mọi thành viên của mạng đều có thể tiếp cận được mà không quan tâm tới những tài nguyên đó ở đâu. Tăng độ tin cậy của hệ thống: Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc và lưu trữ (backup) các dữ liệu chung và khi có trục trặc trong hệ thống thì chúng có thể được khôi phục nhanh chóng. Trong trường hợp có trục trặc trên một trạm làm việc thì người ta cũng có thể sử dụng những trạm khác thay thế.