Khái niệm mạng máy tính

  Mạng máy tính hay hệ thống mạng  được thiết lập khi có từ 2 máy vi tính trở lên kết nối với nhau để chia sẻ tài nguyên: máy in, máy fax, tệp tin, dữ liệu....

Một máy tính được gọi là tự hoạt nếu nó có thể khởi động, vận hành các phần mềm đã cài đặt và tắt máy mà không cần phải có sự điều khiển hay chi phối bởi một máy tính khác.

Các thành phần của mạng có thể bao gồm:

• Các hệ thống đầu cuối kết nối với nhau tạo thành mạng, có thể là các máy tính hoặc các thiết bị khác. Nói chung hiện nay ngày càng nhiều các loại thiết bị có khả năng kết nối vào mạng máy tính như điện thoại di động, PDA, tivi,...
• Môi trường truyền mà các thao tác truyền thông được thực hiện qua đó. Môi trường truyền có thể là các loại dây dẫn, sóng điện từ.
• Giao thức truyền thông là các quy tắc quy định cách trao đổi dữ liệu giữa các thực thể.

Lịch sử mạng máy tính

Máy tính của thập niên 1940 là các thiết bị cơ-điện tử lớn và rất dễ hỏng. Sự phát minh ra transitor bán dẫn vào năm 1947 tạo ra cơ hội để làm ra chiếc máy tính nhỏ và đáng tin cậy hơn.

Năm 1950, các máy tính lớn mainframe chạy bởi các chương trình ghi trên thẻ đục lỗ bắt đầu được dùng trong các học viện lớn. Điều này tuy tạo nhiều thuận lợi với máy tính có khả năng được lập trình nhưng cũng có rất nhiều khó khăn trong việc tạo ra các chương trình dựa trên thẻ đục lỗ này.

Vào cuối thập niên 1950, người ta phát minh ra mạch tích hợp chứa nhiều transitor trên một mẫu bán dẫn nhỏ, tạo ra một bước nhảy vọt trong việc chế tạo các máy tính mạnh hơn, nhanh hơn và nhỏ hơn. Đến nay, IC có thể chứa hàng triệu transistor trên một mạch.

Vào cuối thập niên 1960, đầu thập niên 1970, các máy tính nhỏ được gọi là minicomputer bắt đầu xuất hiện.

Năm 1977, công ty máy tính Apple Computer giới thiệu máy vi tính cũng được gọi là máy tính cá nhân

Năm 1981, IBM đưa ra máy tính cá nhân đầu tiên. Sự thu nhỏ ngày càng tinh vi hơn của các IC đưa đến việc sử dụng rộng rãi máy tính cá nhân tại nhà và trong kinh doanh.

Vào giữa thập niên 1980, người sử dụng dùng các máy tính độc lập bắt đầu chia sẻ các tập tin bằng cách dùng modem kết nối với các máy tính khác. Cách thức này được gọi là điểm nối điểm, hay truyền theo kiểu quay số. Khái niệm này được mở rộng bằng cách dùng các máy tính là trung tâm truyền tin trong một kết nối quay số. Các máy tính này được gọi là sàn thông báo. Các người dùng kết nối đến sàn thông báo này, để lại đó hay lấy đi các thông điệp, cũng như gửi lên hay tải về các tập tin. Hạn chế của hệ thống là có rất ít hướng truyền tin, và chỉ với những ai biết về sàn thông báo đó. Ngoài ra, các máy tính tại sàn thông báo cần một modem cho mỗi kết nối, khi số lượng kết nối tăng lên, hệ thống không thề đáp ứng được nhu cầu.

Qua các thập niên 1950, 1970, 1980 và 1990, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã phát triển các mạng diện rộng WAN có độ tin cậy cao, nhằm phục vụ các mục đích quân sự và khoa học. Công nghệ này khác truyền tin điểm nối điểm. Nó cho phép nhiều máy tính kết nối lại với nhau bằng các đường dẫn khác nhau. Bản thân mạng sẽ xác định dữ liệu di chuyển từ máy tính này đến máy tính khác như thế nào. Thay vì chỉ có thể thông tin với một máy tính tại một thời điểm, nó có thể thông tin với nhiều máy tính cùng lúc bằng cùng một kết nối. Sau này, WAN của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã trở thành Internet.

Ứng dụng của mạng máy tính

Trong các tổ chức

Bản đồ Internet. Internet là một hệ thống toàn cầu của các máy tính liên mạng dùng chuẩn TCP/IPdành cho hàng tỉ người dùng trên hành tinh.

Trước khi có mạng, trong các tổ chức, mỗi nơi đều phải có chỗ lưu trữ dữ liệu riêng, các thông tin trong nội bộ sẽ khó được cập nhật kịp thời; một ứng dụng ở nơi này không thể chia sẻ cho nơi khác. Với một hệ thống mạng người ta có thể:

• Chia sẻ các tài nguyên: Các ứng dụng, kho dữ liệu và các tài nguyên khác như sức mạnh của các CPU được dùng chung và chia sẻ thì cả hệ thống máy tính sẽ làm việc hữu hiệu hơn.
• Độ tin cậy và sự an toàn của thông tin cao hơn. Thông tin được cập nhật theo thời gian thực, do đó chính xác hơn. Một khi có một hay vài máy tính bị hỏng thì các máy còn lại vẫn có khả năng hoạt động và cung cấp dịch vụ không gây ách tắc.
• Tiết kiệm: qua kỹ thuật mạng người ta có thể tận dụng khả năng của hệ thống, chuyên môn hoá các máy tính, và do đó phục vụ đa dạng hoá hơn. Ví dụ: Hệ thống mạng có thể cung cấp dịch vụ suốt ngày và nhiều nơi có thể dùng cùng một chương trình ứng dụng, chia nhau cùng một cơ sở dữ liệu và các máy in, do dó tiết kiệm được rất nhiều.
  Ngoài ra, khi tạo mạng, người chủ chỉ cần đầu tư một hoặc vài máy tính có khả năng hoạt động cao để làm máy chủ cung cấp các dịch vụ chính yếu và đa số còn lại là các máy khách dùng để chạy các ứng dụng thông thường và khai thác hay yêu cầu các dịch vụ mà máy chủ cung cấp. Một hệ thống như vậy gọi là mạng có kiểu chủ-khách.
  Người ta còn gọi các máy dùng để nối vào máy chủ là máy trạm. Tuy nhiên, các máy trạm vẫn có thể hoạt động độc lập mà không cần đến các dịch vụ cung cấp từ máy chủ.
• Mạng máy tính còn là một phương tiện thông tin mạnh và hữu hiệu giữa các cộng sự trong tổ chức.

• Cho nhiều người

  Hệ thống mạng cung cấp nhiều tiện lợi cho sự truyền thông tin trong các mối quan hệ người với người như là:
  • Cung cấp thông tin từ xa giữa các cá nhân
  • Liên lạc trực tiếp và riêng tư giữa các cá nhân với nhau
  • Làm phương tiện giải trí chung: như các trò chơi, các thú tiêu khiển, chia sẻ phim ảnh qua mạng.
  Các ứng dụng quan trọng hiện tại qua mạng là: thư điện tử, hội nghị truyền hình, điện thoại Internet, giao dịch và lớp học ảo, dịch vụ tìm kiếm thông tin qua các máy truy tìm.

  Các vấn đề xã hội

  Quan hệ giữa người với người trở nên nhanh chóng, dễ dàng và gần gũi hơn cũng mang lại nhiều vấn đề xã hội cần giải quyết như:
  • Lạm dụng hệ thống mạng để làm điều phi pháp hay thiếu đạo đức: Các tổ chức buôn người, khiêu dâm, lường gạt, hay tội phạm qua mạng, tổ chức tin tặc để ăn cắp tài sản của công dân và các cơ quan, tổ chức khủng bố.
  • Mạng càng lớn thì nguy cơ lan truyền các phần mềm ác tính càng dễ xảy ra.
  • Hệ thống buôn bán trở nên khó kiểm soát hơn nhưng cũng tạo điều kiện cho cạnh tranh gay gắt hơn.
  • Một vấn đề nảy sinh là xác định biên giới giữa việc kiểm soát nhân viên làm công và quyền tư hữu của họ. (Chủ thì muốn toàn quyền kiểm soát các điện thư hay các cuộc trò chuyện trực tuyến nhưng điều này có thể vi phạm nghiêm trọng quyền cá nhân).
  • Vấn đề giáo dục thanh thiếu niên cũng trở nên khó khăn hơn vì các em có thể tham gia vào các việc trên mạng mà cha mẹ khó kiểm soát nổi.
  • Hơn bao giờ hết với phương tiện thông tin nhanh chóng thì sự tự do ngôn luận hay lạm dụng quyền ngôn luận cũng có thể ảnh hưởng sâu rộng hơn trước đây như là các trường hợp của các phần mềm quảng cáo và các thư rác.

  • Phần cứng của mạng

    Trong kỹ thuật mạng, việc quan trọng nhất là vận chuyển dữ liệu giữa các máy. Nói chung sẽ có hai phương thức là:
    1. Mạng quảng bá (broadcast network): bao gồm một kênh truyền thông được chia sẻ cho mọi máy trong mạng. Mẫu thông tin ngắn gọi là gói (packet) được gửi ra bởi một máy bất kỳ thì sẽ tới được tất cả máy khác. Trong gói sẽ có một phần ghi địa chỉ gói đó muốn gửi tới.
       Khi nhận các gói, mỗi máy sẽ kiểm tra lại phần địa chỉ này. Nếu một gói là dành cho đúng máy đang kiểm tra thì sẽ đưọc xử lý tiếp, bằng không thì bỏ qua.
    2. Mạng điểm nối điểm (point-to-point network): bao gồm nhiều mối nối giữa các cặp máy tính với nhau. Để chuyển từ nguồn tới đích, một gói có thể phải đi qua các máy trung gian. Thường thì có thể có nhiều đường di chuyển có độ dài khác nhau (từ máy nguồn tới máy đích với số lượng máy trung gian khác nhau). Thuật toán để định tuyến đường truyền giữ vai trò quan trọng trong kỹ thuật này.
    Dưới đây là đối tượng chính của phần cứng mạng:

    LAN

    
    

    

    Mạng vòng
    
    

    

    Mạng tuyến tính
    LAN hay còn gọi là "mạng cục bộ", là mạng tư nhân trong một toà nhà, một khu vực (trường học hay cơ quan chẳng hạn) có cỡ chừng vài km. Chúng nối các máy chủ và các máy trạm trong các văn phòng và nhà máy để chia sẻ tài nguyên và trao đổi thông tin. LAN có 3 đặc điểm:
    1. Giới hạn về tầm cỡ phạm vi hoạt động từ vài mét cho đến 1 km.
    2. Thường dùng kỹ thuật đơn giản chỉ có một đường dây cáp (cable) nối tất cả máy. Vận tốc truyền dữ liệu thông thường là 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, và gần đây là 100 Gbps.
    3. Ba kiến trúc mạng kiểu LAN thông dụng bao gồm:
       • Mạng bus hay mạng tuyến tính. Các máy nối nhau một cách liên tục thành một hàng từ máy này sang máy kia. Ví dụ của nó là Ethernet (chuẩn IEEE 802.3).
       • Mạng vòng. Các máy nối nhau như trên và máy cuối lại được nối ngược trở lại với máy đầu tiên tạo thành vòng kín. Thí dụ mạng vòng thẻ bài IBM (IBM token ring).
       • Mạng sao.

    MAN

    
    

    

    Mạng thư viện trong nhánh mô hình cây và việc kiểm soát các tài nguyên mạng
    MAN hay còn gọi là "mạng đô thị", là mạng có cỡ lớn hơn LAN, phạm vi vài km. Nó có thể bao gồm nhóm các văn phòng gần nhau trong thành phố, nó có thể là công cộng hay tư nhân và có đặc điểm:
    1. Chỉ có tối đa hai dây cáp nối.
    2. Không dùng các kỹ thuật nối chuyển.
    3. Có thể hỗ trợ chung vận chuyển dữ liệu và đàm thoại, hay ngay cả truyền hình. Ngày nay người ta có thể dùng kỹ thuật cáp quang để truyền tín hiệu. Vận tốc có hiện nay thể đạt đến 10 Gbps.
    Ví dụ của kỹ thuật này là mạng DQDB (Distributed Queue Dual Bus) hay còn gọi là bus kép theo hàng phân phối (tiêu chuẩn IEEE 802.6).

    WAN

    
    

    

    Các kiểu nối trong WAN
    WAN còn gọi là "mạng diện rộng", dùng trong vùng địa lý lớn thường cho quốc gia hay cả lục địa, phạm vi vài trăm cho đến vài ngàn km. Chúng bao gồm tập họp các máy nhằm chạy các chương trình cho người dùng. Các máy này thường gọi là máy lưu trữ hay còn có tên là máy chủ, máy đầu cuối. Các máy chính được nối nhau bởi các mạng truyền thông con hay gọn hơn là mạng con. Nhiệm vụ của mạng con là chuyển tải các thông điệp từ máy chủ này sang máy chủ khác.
    Mạng con thường có hai thành phần chính:
    1. Các đường dây vận chuyển còn gọi là mạch, kênh, hay đường trung chuyển.
    2. Các thiết bị nối chuyển. Đây là loại máy tính chuyện biệt hoá dùng để nối hai hay nhiều đường trung chuyển nhằm di chuyển các dữ liệu giữa các máy. Khi dữ liệu đến trong các đường vô, thiết bị nối chuyển này phải chọn một đường dây ra để gửi dữ liệu đó đi. Tên gọi của thiết bị này là nút chuyển gói hay hệ thống trung chuyển. Máy tính dùng cho việc nối chuyển gọi là "bộ chọn đường" hay "bộ định tuyến".
    Hầu hết các WAN bao gồm nhiều đường cáp hay là đường dây điện thoại, mỗi đường dây như vậy nối với một cặp bộ định tuyến. Nếu hai bộ định tuyến không nối chung đường dây thì chúng sẽ liên lạc nhau bằng cách gián tiếp qua nhiều bộ định truyến trung gian khác. Khi bộ định tuyến nhận được một gói dữ liệu thì nó sẽ chứa gói này cho đến khi đường dây ra cần cho gói đó được trống thì nó sẽ chuyển gói đó đi. Trường hợp này ta gọi là nguyên lý mạng con điểm nối điểm, hay nguyên lý mạng con lưu trữ và chuyển tiếp, hay nguyên lý mạng con nối chuyển gói.
    Có nhiều kiểu cấu hình cho WAN dùng nguyên lý điểm tới điểm như là dạng sao, dạng vòng, dạng cây, dạng hoàn chỉnh, dạng giao vòng, hay bất định.