Giáo án Khoa học máy tính 12 Cánh diều bài 2: Thiết bị mạng

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ:

- GV yêu cầu HS hoạt động cá nhân, đọc và thực hiện Hoạt động 1 SGK tr.111.

Hãy mô tả về thiết bị trung tâm được tất cả các máy tính trong phòng thực hành Tin học của trường em kết nối tới.

- GV hướng dẫn HS tìm hiểu về Switch bằng cách trả lời các câu hỏi:

+ Switch có chức năng gì?

+ Switch phù hợp với những phạm vi mạng nào?

- GV hướng dẫn HS cách đọc các thông số kĩ thuật trên Switch.

- GV tiếp tục đặt câu hỏi:

+ Theo em, cần lựa chọn Switch như thế nào để phù hợp với thiết kế mạng LAN cho một văn phòng có 10 chiếc máy tính sử dụng cổng kết nối có dây?

- GV giới thiệu cách kí hiệu Switch khi vẽ sơ đồ kết nối giữa các thiết bị mạng.

- GV yêu cầu HS nhớ lại kiến thức đã được học trong Bài 1 – Chủ đề B – Cơ sở về mạng máy tính và trả lời câu hỏi:

+ Switch hoạt động như thế nào trong mạng máy tính?

- GV đưa ra ví dụ minh hoạ về bảng địa chỉ MAC, sau đó yêu cầu HS trình bày về cấu trúc của địa chỉ MAC:

+ Địa chỉ MAC có cấu trúc như thế nào?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập: 

- HS tìm hiểu nội dung mục 1 SGK tr.111 – 113 và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra. 

- GV quan sát, theo dõi và hỗ trợ HS khi cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận: 

- HS trả lời các câu hỏi và nhận xét lẫn nhau.

Hướng dẫn thực hiện Hoạt động 1 SGK tr.111:

Thiết bị trung tâm được tất cả các máy tính trong phòng thực hành Tin học kết nối tới là Switch.

Hình 3 – Bài 1 – Chủ đề B

+ Switch  hay còn gọi là bộ chuyển mạch có nhiều cổng mạng dùng để kết nối và chuyển tiếp dữ liệu giữa các thiết bị trong cùng một mạng LAN.

+ Khi dữ liệu được gửi qua mạng máy tính, nó được chia thành các đơn vị nhỏ hơn và được đóng gói thành các gói tin.

+ Switch xây dựng bảng dữ liệu các tên cổng của nó và địa chỉ MAC của máy tính tương ứng kết nối tới cổng đó. Mỗi khi nhận được một gói tin, Switch sẽ đọc địa chỉ MAC của máy nhận và chuyển tiếp gói tin qua cổng kết nối tới thiết bị có địa chỉ MAC đó.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện: 

- GV nêu nhận xét, chính xác hoá lại các nội dung trả lời của HS.

1. Switch

- Switch là bộ chuyển mạch được sử dụng để kết nối và chuyển tiếp dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau trong một mạng LAN. 

- Switch có thể được sử dụng trong các mạng gia đình, mạng văn phòng hoặc mạng trong cùng một toà nhà. 

- Các thông số kĩ thuật chính khi lựa chọn Switch:

+ Số lượng cổng kết nối: có thể là 4, 8, 16, 24, 48 cổng.

+ Công nghệ kết nối và tốc độ truyền tải dữ liệu: 

• Fast Ethernet (lên tới 100 Mbps).

• Gigabit Ethernet (lên tới 1000 Mbps).

• Ten Gigabit Ethernet (lên tới 10 000 Mbps).

Thông số kĩ thuật của Switch

Ngoài ra, còn có một số thông số kĩ thuật khác: 

• Bộ nhớ RAM.

• Bộ nhớ Flash.

• Kích thước.

• Trọng lượng.

…

Ví dụ: Một số thông số kĩ thuật của Switch Catalyst 2960.

Switch Catalyst 2960

Bảng 1. Một số thông số kĩ thuật của Switch Catalyst 2960

- Trong thiết kế mạng LAN, Switch được lựa chọn phù hợp với yêu cầu về tốc độ và số lượng thiết bị của người dùng. 

Ví dụ: Để thiết kế mạng LAN cho một văn phòng có 10 chiếc máy tính sử dụng cổng kết nối có dây thì có thể chọn Switch có ít nhất 12 cổng kết nối. 

Hình 1a. Hình ảnh thực tế của một Switch

Trong quá trình thiết kế mạng, để vẽ sơ đồ kết nối giữa các thiết bị, ta dùng kí hiệu Switch như ở Hình 1b.

Hình 1b. Kí hiệu Switch trên sơ đồ mạng

- Cách hoạt động:

+ Để chuyển tiếp dữ liệu qua các cổng kết nối, Switch xây dựng một bảng chuyển mạch, hay còn gọi là bảng địa chỉ MAC, để lưu trữ thông tin địa chỉ MAC của các thiết bị kết nối trực tiếp tới Switch. 

Bảng 2. Minh hoạ về bảng địa chỉ MAC

Ý nghĩa của các cột trong bảng:

• Địa chỉ MAC là địa chỉ của thiết bị kết nối trực tiếp với Switch. 

• Cổng là số hiệu của cổng kết nối trên Switch mà thiết bị đã kết nối tới.

+ Khi nhận được một gói tin, Switch sẽ kiểm tra địa chỉ MAC của gói tin và tìm kiếm trong bảng địa chỉ MAC để xác định cổng đích mà gói tin cần được gửi đến. Nếu địa chỉ MAC của gói tin không có trong bảng địa chỉ MAC, Switch sẽ chuyển tiếp gói tin qua tất cả các cổng ngoại trừ cổng mà nó đã nhận được gói tin từ đó.

- Địa chỉ MAC: 

+ Cấu trúc: là một dãy số 12 kí tự được biểu diễn bằng 6 cặp số khác nhau trong hệ thập lục phân (dãy số từ 0 – 9, A – F) và được ngăn cách nhau bằng dấu hai chấm hoặc dấu gạch nối. 

Ví dụ: CC:46:D6:F1:F1:C6 hoặc CC-46-D6-F1-F1-C6). Trong đó:

• 6 kí tự đầu tiên là định danh của nhà sản xuất thiết bị hay còn gọi là OUI (Organizationally Unique Identifier).

• 6 kí tự tiếp theo là kí hiệu của bộ giao tiếp mạng NIC (Network Interface Card) được gán bởi nhà sản xuất.

Hình 2. Ví dụ định dạng địa chỉ MAC

+ Mỗi cổng kết nối mạng chỉ có một địa chỉ MAC duy nhất và riêng biệt. 

Ví dụ: Laptop có hai cổng kết nối có dây và không dây thì có hai địa chỉ MAC tương ứng, mỗi cổng kết nối trên Switch có một địa chỉ MAC riêng.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ:

- GV hướng dẫn HS tìm hiểu về Router bằng cách trả lời các câu hỏi:

+ Router có chức năng gì?

- GV hướng dẫn HS cách đọc các thông số kĩ thuật trên Router.

- GV trình bày ví dụ sử dụng Router kết hợp với Switch trong thiết kế mạng LAN.

- GV tiếp tục đặt câu hỏi:

+ Router hoạt động như thế nào trong mạng máy tính?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập: 

- HS tìm hiểu nội dung mục 2 SGK tr.113 – 114 và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra. 

- GV quan sát, theo dõi và hỗ trợ HS khi cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận: 

- HS trả lời các câu hỏi và nhận xét lẫn nhau.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện: 

- GV nêu nhận xét, chính xác hoá lại các nội dung trả lời của HS.

2. Router

- Router hay còn gọi là bộ định tuyến được sử dụng để kết nối nhiều mạng cho phép trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị ở các mạng LAN khác nhau. 

- Các thông số kĩ thuật chính để lựa chọn Router:

+ Số lượng cổng kết nối: có thể là 2 hoặc 4 cổng để kết nối với các mạng khác nhau.

+ Tốc độ truyền dữ liệu: có thể lên tới 100 Mbps hoặc hàng chục Gbps.

+ Chuẩn kết nối: Router có thể hỗ trợ nhiều chuẩn kết nối mạng khác nhau như Ethernet, Wi-Fi, 3G/4G.

Ngoài ra, còn có một số thông số kĩ thuật khác: 

• Bộ nhớ RAM.

• Bộ nhớ Flash.

• Kích thước.

• Trọng lượng.

…

Ví dụ: Một số thông số kĩ thuật của Router CISCO2921/k9.

Router CISCO2921/k9

Bảng 3. Một số thông số kĩ thuật của Router CISCO2921/k9

Ví dụ: Khi thiết kế mạng cho một toà nhà 5 tầng, mỗi tầng tương ứng với một mạng LAN bao gồm 15 máy tính để bàn và 1 Switch có 24 cổng mạng, trong đó Switch là thiết bị kết nối tới các máy tính; các Switch của mỗi tầng sẽ được kết nối với nhau và được kết nối tới Router. Tiếp theo, Router được cài đặt giao thức định tuyến cho phép các mạng LAN có thể truy cập mạng Internet hoặc kết nối giữa các mạng cục bộ với nhau.

Hình 3a. Hình ảnh thực tế một Router

Trong quá trình thiết kế mạng, để vẽ sơ đồ kết nối giữa các thiết bị, ta dùng kí hiệu Router như ở Hình 3b.

Hình 3b. Kí hiệu Router trên sơ đồ mạng

Minh hoạ sơ đồ kết nối giữa các thiết bị mạng

- So với các loại Switch thì Router có ít cổng kết nối hơn. 

- Cách hoạt động:

+ Các gói tin trao đổi giữa các mạng sẽ được chuyển tiếp qua Router. Mỗi gói tin sẽ được định danh bởi địa chỉ IP của máy gửi và máy nhận.

+ Để chuyển tiếp gói tin giữa các mạng với nhau, Router xây dựng một bảng định tuyến cho phép lưu trữ thông tin về các đường đi mà Router có thể sử dụng để chuyển tiếp các gói tin đến địa chỉ đích. Bảng định tuyến được cập nhật định kì để đảm bảo Router luôn biết được đường đi tốt nhất đến các mạng khác. 

Bảng 4. Minh hoạ về bảng định tuyến

Trong bảng định tuyến:

• Mỗi hàng là một đường đi đến một mạng khác nhau. 

• Các cột có ý nghĩa:

• Địa chỉ mạng đích là địa chỉ mạng mà Router cần chuyển tiếp gói tin tới.

• Địa chỉ cổng chuyển tiếp là địa chỉ IP của Router kế tiếp để chuyển tiếp gói tin đến đích. Nếu đích là một mạng trực tiếp kết nối tới Router qua cổng mạng thì địa chỉ cổng chuyển tiếp chính là địa chỉ IP của cổng mạng đó.

• Giao diện/Cổng là cổng kết nối trên Router mà gói tin sẽ được chuyển tiếp để đến đích.

+ Khi nhận được một gói tin:

• Router sẽ kiểm tra địa chỉ máy nhận của gói tin và tìm kiếm trong bảng định tuyến nhằm xác định đường đi tốt nhất để chuyển tiếp gói tin. 

• Router sẽ sử dụng địa chỉ IP cổng kết nối của nó và địa chỉ IP cổng kết nối của Router tiếp theo (next-hop) để chuyển tiếp gói tin đến đích. 

• Nếu không có thông tin nào tìm được trong bảng định tuyến có thể áp dụng cho địa chỉ máy nhận của gói tin thì Router sẽ chuyển tiếp gói tin này đến cổng mặc định đã được cài đặt trước.