Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG Chương này nhằm giới thiệu cho người đọc lịch sử hình thành các loại mạng truyền dữ liệu đến khi mạng máy tính ra đời, cấu trúc tổng quát của một mạng máy tính, những lợi ích mà mạng máy tính mang lại. Sơ lược lịch sử phát triển của mạng máy tính Trong thời đại hiện nay, chỉ cần một vài cái nhấp chuột ta đã có thể tìm kiếm những thông tin mà mình muốn thông qua Internet, truy cập vào những video giải trí với những nội dung kèm theo hình ảnh và âm thanh vô cùng sinh động và đẹp mắt. Hay gần gũi hơn với bạn là việc hằng ngày bạn truy cập facebook, zalo,.để giải trí và giao lưu với bạn bè. Bạn có bao giờ thắc mắc do đâu mà ta lại có được một cuộc sống tiện lợi như thế, phá bỏ mọi rào cản về thời gian và khoảng cách như thế.
Hãy cùng đi vào tìm hiểu về lịch sử phát triển của mạng máy tính để hiểu rõ hơn về nó. Các mạng máy tính đầu tiên xuất hiện và những năm 1950 và 1960, chúng được sử dụng trong một tổ chức như công ty hoặc phòng nghiên cứu để tạo điều kiện trao đổi thông tin giữa những người và máy tính khác nhau. Sự phát triển của chuyển mạch gói (Packet Switching): 1961–1972 Chuyển mạch gói là một phương phát truyền thông mạng kĩ thuật số, nó nhóm tất cả dữ liệu được truyền thành các khối có kích thước phù hợp được gọi là các gói tin. Những gói tin này được truyền qua một phương tiện có thể được chia sẻ bởi nhiều phiên giao tiếp đồng thời.
Chuyển mạch gói làm tăng khả năng hiệu quả của mạng và cho phép hội tụ công nghệ của nhiều ứng dụng hoạt động trên cùng một mạng. Ngày 24 tháng 7 năm 1961, MIT chấp nhận luận án tiến sĩ của Leonard Kleinrock "Information Flow in Large Communication Nets". Công trình này được coi là bài báo đầu tiên về lý thuyết chuyển mạch gói. Tầm quan trọng của lý thuyết Kleinrock ngày càng trở nên rõ ràng hơn.
Thật vậy, Internet ngày nay không thể hoạt động nếu không có chuyển mạch gói. Cách tiếp cận này được phát triển bởi những nhà khoa học và kỹ sư trong những năm 1960, đã cách mạng hóa cách thức gửi thông tin kỹ thuật số theo đường truyền thông tin liên lạc. Nhờ đó việc gửi dữ liệu trở nên rẻ hơn, đáng tin cậy và linh hoạt hơn so với các hệ thống chuyển mạch kênh được sử dụng để liên lạc qua điện thoại. Trước những năm 1970, hầu như tất cả dữ liệu được truyền đi khắp thế giới trên mạng chuyển mạch kênh.
Trao đổi thông tin qua điện thoại là ví dụ điển hình trong thời điểm này. Các nhà nghiên cứu đã gửi các cuộc gọi theo các đường dây được phân bổ trước thời lượng của cuộc trò chuyện. Loại lập lịch cố định này không hoạt động tốt với truyền thông kỹ thuật số. Tuy nhiên cách thức thực hiện như trên gây ra sự lãng phí, vì lưu lượng dữ liệu xảy ra trong thời gian ngắn và sử dụng ít hơn 10% băng thông.
Nó cũng 14 Trường Đại học Ngân hàng TP.HCM Tài liệu tham khảo: Mạng truyền thông Chủ biên: ThS. Nguyễn Phương Nam giới hạn đáng kể số lượng người dùng tiềm năng vì chỉ một người dùng có thể sử dụng đường truyền khi gửi một giao tiếp. Khái niệm này sau đó được phát triển bởi nhà nghiên cứu Paul Baran của công ty RAND Corporation. Baran đã thực hiện phân tích về thiết lập hệ thống thông tin liên lạc phân tán cho quân đội Hoa Kỳ vào tháng 8 năm 1964, khi mà họ muốn xây dựng một hệ thống thông tin liên lạc sẽ không bị hỏng nếu một trong các nút của nó bị phá hủy.
1: Mô hình chuyển mạch gói đầu tiên trên thế giới Năm 1965, Davies của Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Hoa Kỳ đã thiết kế một hệ thống chuyển mạch gói lưu trữ và chuyển tiếp. Trong một đề xuất tháng 6/1966, ông đặt ra thuật ngữ gói tin để mô tả các khối dữ liệu 128 byte sẽ di chuyển qua hệ thống. Năm 1966, tổ chức ARPA (Advanced Research Projects Agency) của Hoa Kỳ bắt đầu làm việc trên một chương trình thử nghiệm để liên kết các máy tính tại các trường đại học và các phòng thí nghiệm nghiên cứu, được gọi là ARPANET. Cuối năm 1969, công ty của Bolt, Beranek và Newman (BBN) đã đáp ứng yêu cầu đề xuất từ ARPA và phát triển một mạng máy tính gồm bốn nút mạng.
ARPANET này được liên kết bằng các đường liên lạc thuê gửi dữ liệu với tốc độ 50 kilobit / giây. Hoạt động trên nguyên tắc chuyển mạch gói, nó xếp hàng đợi dữ liệu và chia nhỏ thành các gói 128 byte được lập trình với một điểm đến và địa chỉ. Máy tính đã gửi các gói tin theo bất kỳ tuyến đường nào sẽ di chuyển nó nhanh nhất đến đích đó. Cơ chế hoạt động Trong quá trình chuyển đổi này, các gói tin có hai phần - phần đầu (header) và phần tải (playload).
Thông tin trong phần đầu cho phép phần cứng/ nút trung gian đảm bảo rằng 15 Trường Đại học Ngân hàng TP.HCM Tài liệu tham khảo: Mạng truyền thông Chủ biên: ThS. Nguyễn Phương Nam các gói tin được hướng tới đích của nó, trong khi dữ liệu xác định được chuyển bởi phần tải. Mỗi gói tin có địa chỉ nguồn và địa chỉ đích để di chuyển độc lập qua mạng với tốc độ di chuyển bit. Các gói được chuyển tiếp không đồng bộ bởi các nút trung gian vì sự tắc nghẽn, hàng đợi,.
và do đó chúng đi theo các tuyến đường khác nhau. Các gói tin này đến đích theo một thứ tự khác, và đích đến sẽ đảm bảo việc tập hợp lại dữ liệu của cùng một tệp. Ví dụ một thông báo bao gồm bốn gói - A, B, C và D. Mỗi gói bao gồm địa chỉ nguồn và đích và đi theo nhiều hơn một tuyến đường để đến đích từ nguồn như Hình 1.
2: Cơ chế hoạt động của chuyển mạch gói 1. Mạng nội bộ và kết nối Internet: 1972–1980 Mạng ARPANET ban đầu là một mạng khép kín, liên kết nội bộ các máy tính tại các trường đại học và các phòng thí nghiệm nghiên cứu tại Hoa Kỳ. Vào đầu những năm của thập niên 1970, các mạng chuyển mạch gói độc lập bổ sung bên cạnh ARPANET đã ra đời: ALOHANet, một mạng vi-ba liên kết các trường đại học trên quần đảo Ha-wai, cùng với mạng vệ tinh gói của DARPA và các mạng vô tuyến gói; Telenet, mạng chuyển mạch gói thương mại BBN dựa trên công nghệ ARPAnet; Cyclades, một mạng chuyển mạch gói của Pháp do Louis Pouzin đi tiên phong… Vào đầu những năm 1970, số lượng mạng máy tính ngày càng tăng lên. Với nhận thức chung, khi đó người ta đã có thể thấy rằng đây là thời điểm đã chín muồi để phát triển một kiến trúc mạng bao trùm để kết nối 16 Trường Đại học Ngân hàng TP.HCM Tài liệu tham khảo: Mạng truyền thông Chủ biên: ThS.
Nguyễn Phương Nam các mạng với nhau. Dưới sự tài trợ của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng (DARPA), dự án tiên phong về kết nối các mạng, về bản chất là tạo ra một mạng lưới liên kết, được thực hiện bởi Vinton Cerf và Robert Kahn và thuật ngữ Internetting được đặt ra để mô tả công việc này. Các nguyên tắc kiến trúc liên mạng này đã được thể hiện trong mô hình TCP (Transmission Control Protocol). Tuy nhiên, các phiên bản đầu tiên của TCP hoàn toàn khác với TCP ngày nay.
Các phiên bản đầu tiên của TCP đã kết hợp việc phân phối dữ liệu theo trình tự tin cậy, thông qua khả năng gửi lại dữ liệu cho hệ thống cuối với các chức năng chuyển tiếp. Khi thử nghiệm ban đầu với TCP, người ta đã nhận ra tầm quan trọng của một dịch vụ truyền tải điểm cuối-đến-điểm cuối không tin cậy, nhằm kiểm soát luồng đối với các ứng dụng đòi hỏi nhịp độ giọng nói, đã dẫn đến việc tách IP ra khỏi TCP và sự phát triển của giao thức UDP. Ba giao thức Internet quan trọng mà ngày nay đã phổ biến là TCP, UDP và IP đã được đưa ra về mặt khái niệm vào cuối những năm của thập niên 1970. Ngoài nghiên cứu liên quan đến Internet của DARPA, nhiều hoạt động mạng quan trọng khác cũng đang được tiến hành.
Tại Ha-wai, Norman Abramson đã phát triển ALOHAnet, một mạng vô tuyến dựa trên gói cho phép nhiều địa điểm từ xa trên quần đảo Ha-wai liên lạc với nhau. Giao thức ALOHA là giao thức đa truy cập đầu tiên, cho phép người dùng phân tán theo địa lý chia sẻ một phương tiện truyền thông quảng bá duy nhất, là tiền đề phát triển giao thức Ethernet cho các mạng chia sẻ trên đường truyền. Giao thức Ethernet được thúc đẩy bởi nhu cầu kết nối nhiều máy tính, máy in và ổ đĩa dùng chung, đã đặt nền móng cho mạng nội bộ ngày nay. Sự phổ biến của các mạng: 1980–1990 Vào cuối những năm 1970, khoảng hai trăm máy chủ được kết nối với ARPANET.
Vào cuối những năm 1980, số lượng máy chủ được kết nối với mạng Internet công cộng, một liên hợp các mạng giống như Internet ngày nay, đã lên tới con số hàng trăm nghìn. Những năm 1980 là thời kỳ phát triển vượt bậc của mạng máy tính trên thế giới. Phần lớn sự phát triển đó là kết quả của một số nỗ lực riêng biệt nhằm tạo ra các mạng máy tính liên kết các trường đại học với nhau. Mạng BITNET đã được thiết lập để cung cấp dịch vụ gửi e-mail và chuyển hồ sơ giữa một số trường đại học ở Đông Bắc Hoa Kỳ.
CSNET được thành lập để liên kết các nhà nghiên cứu đại học không có quyền truy cập vào ARPANET. Năm 1986, NSFNET được tạo ra để cung cấp quyền truy cập vào các trung tâm siêu máy tính do do tổ chức NSF tài trợ. Ngày 1 tháng 1 năm 1983, cộng đồng tham gia mạng ARPANET đã chứng kiến việc triển khai chính thức TCP/IP làm giao thức máy chủ lưu trữ, làm tiêu chuẩn mới cho ARPANET. Vào cuối những năm 1980, các phần mở rộng quan trọng đã được thực hiện 17 Trường Đại học Ngân hàng TP.HCM Tài liệu tham khảo: Mạng truyền thông Chủ biên: ThS.
Nguyễn Phương Nam cho TCP để thực hiện kiểm soát tắc nghẽn dựa trên máy chủ, DNS được sử dụng để ánh xạ giữa tên Internet mà con người có thể đọc được và địa chỉ IP 32-bit cũng đã được phát triển. Song song với sự phát triển này của ARPANET (phần lớn là nỗ lực của Hoa Kỳ), vào đầu những năm 1980, người Pháp đã khởi động dự án Minitel, một kế hoạch đầy tham vọng nhằm đưa mạng dữ liệu vào nhà của mọi người.