Giáo án NLS Tin học 12 KHMT kết nối Bài 22: Tìm hiểu thiết bị mạng

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ:

- GV yêu cầu HS đọc Hoạt động 2 - Cần tính đến yếu tố nào của thiết bị khi thiết kế mạng máy tính? SGK tr.119, thảo luận theo nhóm 2 – 3 HS và trả lời câu hỏi:

Giả sử ta phải thiết kế một mạng máy tính cho một gia đình và một mạng máy tính cho một trường đại học với hàng chục nghìn người sử dụng. Liệu có nên dùng thiết bị mạng giống nhau cho cả hai trường hợp này không? Nếu không thì những yếu tố nào cần được tính đến?

- GV tiếp tục tổ chức cho HS hoạt động nhóm 2 – 3 HS, yêu cầu mỗi nhóm sử dụng AI tìm hiểu một nội dung kiến thức và trả lời các câu hỏi:

a) Hub và switch

+ Có thể phân biệt giữa switch và hub dựa theo hình thức được không?

+ Nguyên nhân làm giảm hiệu quả truyền dữ liệu của hub và switch là gì?

+ Miền xung đột (collision domain) là gì? 

+ Khi nào các máy tính sẽ thuộc về cùng một miền xung đột? Khi nào các máy tính sẽ thuộc về các miền xung đột khác nhau?

+ Đối với những mạng nhiều máy tính, nên dùng dùng hub hay switch?

+ Những tính năng nào thường được ghi trên hub và switch?

- GV đặt vấn đề: Khái niệm “Miền xung đột” rất trừu tượng. Các em hãy dùng AI để yêu cầu nó giải thích khái niệm này bằng một ví dụ thực tế.

b) Router

+ Có thể nhận diện router qua đặc trưng nào? 

+ Chức năng cơ bản nhất của router là gì?

+ Em hãy trình bày một số thông số kĩ thuật của router.

+ Khi nào nên sử dụng các router nhiều cổng WAN, công suất lớn? Khi nào nên sử dụng router có một cổng WAN để kết nối Internet?

c) Repeater

+ Repeater được dùng để làm gì?

+ Repeater hoạt động như thế nào?

d) Bộ thu phát Wi-Fi

+ Bộ thu phát Wi-Fi có chức năng gì?

+ Em hãy trình bày một số thông số kĩ thuật quan trọng của bộ thu phát Wi-Fi.

- GV đưa ra bài toán thực tế: Nhà bạn Nam lắp 20 thiết bị Smarthome (công tắc, đèn thông minh) và thường xuyên chơi game online. Nam nên chọn Router hỗ trợ băng tần nào? Tại sao?

- GV giới thiệu cho HS một số ví dụ về repeater và bộ thu phát Wi-Fi.

- GV yêu cầu HS làm việc cá nhân, thực hiện Hoạt động củng cố kiến thức tr.122 SGK:

Câu 1. Cho biết các tính năng chủ yếu của hub và switch.

Câu 2. Cho biết một số tính năng của router.

Câu 3. Nêu vai trò của repeater.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập: 

- HS sử dụng AI tìm hiểu kiến thức.

- HS thảo luận nhóm giải quyết vấn đề GV đưa ra. 

- GV quan sát và trợ giúp HS (nếu cần thiết).

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

- HS đọc kết quả từ AI, đối chiếu với SGK và rút ra kết luận. 

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận.

- Các nhóm nhận xét, bổ sung cho nhau.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi Hoạt động 2 SGK tr.119:

- Mạng máy tính trong mỗi gia đình hầu như không dùng switch hay hub mà chỉ cần một router Wi-Fi cung cấp kết nối không dây cho các thiết bị trong nhà. Router của mạng gia đình cũng chỉ cần một cổng kết nối Internet, không cần router đắt tiền, không cần nhiều cổng WAN (để nỗi ra ngoài). 

- Nhưng với mạng của một trường đại học có hàng chục nghìn người dùng cần phải có các router có công suất lớn, nhiều cổng WAN để có thể tăng băng thông kết nối và có thể bố trí thêm cổng dự phòng (backup). Nếu có sự cố từ nhà cung cấp dịch vụ Internet chính, kết nối sẽ chuyển sang nhà cung cấp dịch vụ dự phòng. Ngoài ra, phạm vi địa lí của một trường đại học cũng lớn hơn nhiều so với một gia đình nên mạng máy tính cho trường đại học cần có các thiết bị và cáp thích hợp để truyền xa hơn.

Khi thiết kế một mạng máy tính, ngoài chức năng của thiết bị ta cần biết cả các tính năng, thường thể hiện qua các thông số kĩ thuật của chúng.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi Hoạt động củng cố kiến thức tr.122 SGK:

Câu 1. Hub hay switch đều có một số tính năng quan trọng thường được ghi ở trên thiết bị:

+ Là hub hay switch.

+ Số cổng (nhiều cổng thì có thể kết nối được với nhiều thiết bị).

+ Tốc độ truyền dữ liệu qua các cổng (100 Megabit/s, 1 Gigabit/s hay 10 Gigabit/s. Cổng Gigabit được hiểu là cổng có thể truyền với tốc độ từ một Gigabit/s trở lên).

Câu 2. Một số tính năng của router:

+ Số cổng kết nối (LAN và WAN).

+ Tốc độ truyền dữ liệu qua các cổng.

+ Số lượng truy cập đồng thời.

+ Tường lửa (firewall) để kiểm soát các giao dịch xấu.

+ Cân bằng tải (load balancing) để điều chỉnh băng thông qua các cổng nhằm đạt hiệu suất cao nhất.

…

Câu 3. Repeater được dùng để mở rộng phạm vi địa lí của mạng cục bộ.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập: 

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV chính xác hoá lại các nội dung kiến thức.

- GV chốt kiến thức theo Hộp kiến thức: 

2. NHẬN DIỆN VÀ TÌM HIỂU TÍNH NĂNG KĨ THUẬT CỦA CÁC THIẾT BỊ KẾT NỐI

a) Hub và switch

- Về hình thức, khó phân biệt giữa switch, hub nếu không đọc các thông tin đi kèm thiết bị hoặc từ hồ sơ kĩ thuật.  

- Xung đột tín hiệu làm giảm hiệu quả truyền dữ liệu rất nhiều.

- Miền xung đột (collision domain) là một phần của mạng gồm một nhóm máy tính được kết nối với nhau mà khi nhiều máy tính gửi tín hiệu đồng thời lên mạng sẽ gây ra xung đột tín hiệu.   Việc giảm quy mô của các miền xung đột đến một mức hợp lí là một việc cần làm trong thiết kế mạng.

+ Các máy tính nối vào cùng một hub sẽ thuộc về cùng một miền xung đột do hub chỉ là một bộ chia tín hiệu, cho tín hiệu lan toả từ một cổng ra tất cả các cổng khác. 

+ Các máy tính nối vào các cổng khác nhau của switch sẽ thuộc về các miền xung đột khác nhau do switch chỉ thiết lập kết nối tạm thời cổng của hai máy tính trong thời gian truyền. 

Thay hub bằng switch sẽ giúp chia nhỏ các miền xung đột.

Đối với những mạng nhiều máy tính, dùng switch là thích hợp dù chi phí có cao hơn hub.

- Hub hay switch đều có một số tính năng quan trọng thường được ghi ở trên thiết bị:

Hình 22.2. Thông số kĩ thuật của switch

• Là hub hay switch.
• Số cổng (nhiều cổng thì có thể kết nối được với nhiều thiết bị).
• Tốc độ truyền dữ liệu qua các cổng (100 Megabit/s, 1 Gigabit/s hay 10 Gigabit/s. Cổng Gigabit được hiểu là cổng có thể truyền với tốc độ từ một Gigabit/s trở lên).

b) Router

- Có thể nhận diện router qua đặc trưng có cổng WAN để kết nối ra ngoài mạng cục bộ:

+ Các router dùng trong gia đình thường chỉ có một cổng WAN (có màu khác với cổng LAN, còn gọi là cổng Ethernet) và được ghi rõ “WAN” hoặc “Interneť”. 

+ Các router của các mạng lớn có thể có nhiều cổng WAN.

- Chức năng cơ bản nhất của router là chọn đường, phục vụ kết nối các mạng LAN với nhau. - Một số thông số kĩ thuật của router:

• Số cổng kết nối. Khác với hub/switch, router cần phân biệt cổng WAN và cổng LAN. Số cổng WAN là một thông số có ý nghĩa đối với router. Khi có nhiều cổng WAN, router mới có thể định tuyến thực sự và khả năng thiết lập kết nối dự phòng.
• Tốc độ truyền dữ liệu qua các cổng.
• Số lượng truy cập đồng thời.
• Một số tính năng khác thường được đảm bảo bởi phần mềm tích hợp trên router.

- Các router nhiều cổng, công suất lớn thường được dùng cho các tổ chức nhiều người dùng, cần truy cập Internet với khối lượng dữ liệu lớn, ổn định, an toàn cao như các trường đại học lớn, các tổ chức cung cấp dịch vụ trực tuyến cho nhiều người hay các công ti cung cấp dịch vụ mạng. 

Hình 22.3. Một router có nhiều cổng WAN 
tốc độ Gigabit. 

(Ngoài ra còn có hai cổng 10 Gigabit và hai cổng 2,5 Gigabit có thể cấu hình thành cổng WAN hay LAN tuỳ theo nhu cầu)

- Đối với các mạng nhỏ như mạng gia đình, mạng văn phòng, chỉ cần một router có một cổng WAN kết nối Internet. Không những thế, router có thể tích hợp với thiết bị thu phát Wi-Fi. 

Hình 22.4. Một router Wi-Fi 3 anten 
có 4 cổng LAN và 1 cổng WAN

c) Repeater

- Khi sử dụng cáp xoắn, khoảng cách sử dụng có hiệu quả chỉ khoảng 100 m. Nếu truyền xa hơn, tín hiệu có thể bị yếu đi, bị biến dạng hay bị nhiễu đến mức không dùng được nữa. 

Cần dùng một thiết bị gọi là “bộ lặp” (repeater) để sửa lại tín hiệu. Repeater nhận tín hiệu ở một đầu, chỉnh sửa rồi phát lại tín hiệu tốt về đầu bên kia.

Như vậy, có thể dùng repeater để mở rộng phạm vi địa lí của mạng cục bộ. 

Ví dụ: Ở cuối chặng 100 m của cáp xoắn, khi tín hiệu có thể xấu đi nếu truyền xa hơn, ta đặt một repeater rồi thêm một đoạn cáp xoắn 100 m nữa là có thể mở rộng được đường kính mạng thêm 100 m. 

Lưu ý: Không thể dùng liên tiếp quá nhiều repeater để mở rộng phạm vi của mạng vì một số lí do kĩ thuật liên quan đến giao thức truyền dữ liệu trong mạng cục bộ.

- Repeater có thể có đầu vào và đầu ra là cáp xoắn. 

- Ngày nay repeater Wi-Fi được sử dụng rộng rãi, tiếp nhận tín hiệu qua Wi-Fi và phát lại qua Wi-Fi hoặc cáp mạng.  

Ví dụ: Hình 22.5 là một repeater Wi-Fi có một cổng mạng, vừa có thể phát lại qua Wi-Fi vừa có thể phát theo cáp mạng cắm vào cổng RJ45.

Hình 22.5. Repeater Wi-Fi

d) Bộ thu phát Wi-Fi

- Bộ thu phát Wi-Fi (còn gọi là điểm truy cập không dây) cho phép các thiết bị kết nối không dây vào mạng. 

- Bộ thu phát Wi-Fi có thể được tích hợp với router hoặc độc lập. 

- Một số thông số kĩ thuật quan trọng của bộ thu phát Wi-Fi:

• Băng tần hỗ trợ (tần số làm việc) thường tính theo GigaHz.
• Băng thông - tốc độ truyền tính theo Megabit/s hoặc Gigabit/s, phụ thuộc vào giao thức hỗ trợ.
• Khoảng cách hiệu quả (độ phủ) phụ thuộc vào công suất phát.
• Số lượng người dùng có thể truy cập đồng thời.
• Môi trường làm việc là trong nhà (indoor) hay ngoài trời (outdoor),…

- Một số ví dụ về bộ thu phát Wi-Fi:

+ Bộ thu phát Wi-Fi như Hình 22.6 hỗ trợ băng tần kép, có thể cung cấp một băng thông 300 Mb/s trên băng tần 2,4 GHz và một băng thông 867 Mb/s trên băng tần 5 Ghz, phục vụ được 25 người truy cập đồng thời trong phạm vi vài chục mét.

Thích hợp với quy mô gia đình hay một văn phòng của một cơ quan.

Hình 22.6. Một bộ thu phát Wi-Fi băng tần kép, 4 anten, hỗ trợ tối đa 25 người

+ Bộ thu phát Wi-Fi trong Hình 22.7 hoạt động trên tần số 5 GHz hỗ trợ giao thức 802.11ac cho băng thông 5,2 Gigabit/s, có thể phục vụ cho 400 người truy cập đồng thời

Hình 22.7. Một bộ thu phát Wi-Fi băng tần kép, anten ngầm, hỗ trợ tối đa 400 người

- 1.1NC1b: Áp dụng được kỹ thuật tìm kiếm để lấy được dữ liệu, thông tin và nội dung trong môi trường số.

- 6.1.NC1a: Hiểu được vai trò trung tâm của các thiết bị kết nối trong hạ tầng mạng IoT.

- 6.2.NC1a: Sử dụng AI để tìm kiếm thông tin phục vụ học tập.

- 5.1.NC1a: HS xác định được nguyên nhân gây “nghẽn mạng” cục bộ (do sử dụng Hub gây xung đột dữ liệu) và đề xuất giải pháp thay thế bằng Switch để tối ưu hóa hiệu suất mạng.