Nội dung chính Khoa học máy tính 12 Cánh diều bài 2: Thiết bị mạng

CHỦ ĐỀ : MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTETNET: PHÁC THẢO THIẾT KẾ MẠNG MÁY TÍNH

BÀI 2: THIẾT BỊ MẠNG

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.

…

- 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. 

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

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.

…

- 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.

3. Access Point

- Access Point (AP hay còn gọi là điểm truy cập không dây):

• Là một thiết bị mạng được trang bị các bộ giao tiếp mạng có dây và không dây. 

• Được dùng để cung cấp kết nối không dây cho các thiết bị trong một mạng cục bộ.

- Bộ giao tiếp mạng không dây của AP được trang bị ăng-ten để thu phát sóng vô tuyến. Tuy

nhiên, do thiết kế của nhà sản xuất mà ăng-ten có thể được giấu bên trong hộp hoặc để bên ngoài. 

Hình 4a. Hình ảnh thực tế của một số AP

- Trong quá trình thiết kế sơ đồ mạng, ta sử dụng kí hiệu AP như trong Hình 4b.

Hình 4b. Kí hiệu AP trên sơ đồ mạng

- Trong điều kiện bình thường và ít vật cản, AP có phạm vi phủ sóng Wi-Fi tối đa trong khoảng từ 30 m đến 50 m. 

- Phạm vi phủ sóng Wi-Fi phụ thuộc rất lớn vào các yếu tố khách quan như: 

• Chuẩn Wi-Fi.

• Số lượng ăng-ten.

• Công suất phát sóng.

• Vật cản xung quanh thiết bị.

- Các chuẩn Wi-Fi được phát triển bởi Viện Kĩ sư Điện và Điện tử IEEE có những đặc điểm chính sau:

Bảng 5. Một số đặc điểm chính của 
các chuẩn Wi-Fi

- Ngoài hỗ trợ kết nối không dây, một số AP còn có các cổng kết nối có dây như cổng kết nối LAN và cổng kết nối WAN: 

• Các cổng kết nối LAN được dùng để chia sẻ mạng với các thiết bị đầu cuối kết nối tới AP. 

 Trong trường hợp này, AP đóng vai trò như một Switch. 

• Cổng kết nối WAN được dùng để kết nối tới mạng khác, ví dụ như Internet. 

 Một AP cũng có chức năng của một bộ định tuyến và được gọi là Router Wi-Fi.

4. Modem

- Để có thể sử dụng Internet, cần phải đăng kí gói cước với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và sử dụng một Modem.

- Modem (Modulator and Demodulator) là bộ điều chế và giải điều chế để biến đổi các tín hiệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại.

- Cách hoạt động: Modem thực hiện chức năng truyền và nhận dữ liệu từ ISP, sau đó Router sẽ nhận và truyền dữ liệu từ Modem đến các thiết bị sử dụng Internet thông qua cáp mạng hoặc sóng Wi-Fi. 

- Sự khác biệt giữa vai trò của Modem và Router: 

• Modem: kết nối Internet từ ISP.

• Router: truyền Internet từ Modem sang các thiết bị đầu cuối như: máy tính để bàn, điện thoại, laptop,…

5. Server

- Máy chủ (Server) là một thiết bị được sử dụng để lưu trữ và chia sẻ dữ liệu hoặc dịch vụ cho các thiết bị khác trong một mạng máy tính. 

- Một số dịch vụ được máy chủ đảm nhiệm: lưu trữ dữ liệu, thư điện tử, trang web, trò chuyện trực tuyến,…

- Vai trò:

+ Máy chủ đóng vai trò quan trọng trong việc quản lí, lưu trữ thông tin và vận hành phần mềm cho doanh nghiệp. Khi sử dụng, doanh nghiệp có thể tập trung tối ưu hoá phần cứng cho hệ thống máy chủ, giảm đầu tư cho các máy trạm cá nhân khác ngoài máy chủ. 

+ Đối với người sử dụng, máy chủ đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ, xử lí và vận hành dữ liệu của hệ thống.

- Một số loại máy chủ phổ biến:

Tower Server

Rack Server

Blade Server

Hình 6. Hình ảnh thực tế của một số Server

+ Máy chủ dạng tháp (Tower Server) có kích thước giống như một case máy tính để bàn, được đặt đứng trên một mặt phẳng.

+ Máy chủ dạng rack (Rack Server):

• Được thiết kế đặt trong một giá đỡ. 

• Các máy chủ được xếp chồng lên nhau để tiết kiệm không gian trên mặt đất.

+ Máy chủ dạng Blade (Blade Server):

• Có các khay chứa nhiều bảng mạch mô đun tách rời.

• Được thiết kế để tiết kiệm không gian và tối ưu hoá hiệu suất, với các bộ xử lí, bộ nhớ và các thành phần khác được gắn cứng trên các thanh và lắp vào một khung chung.