Bài giảng Thiết bị mạng: Các khái niệm cơ bản

Chương 1: Các khái niệm cơ bản  Định nghĩa mạng máy tính Mạng máy tính là một nhóm các máy tính, thiết bị ngoại vi được nối kết với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng điện từ, tia hồng ngoại... giúp cho các thiết bị này có thể trao đổi dữ liệu với nhau một cách dễ dàng.  Các yếu tố của mạng máy tính  Đường truyền vật lý  Kiến trúc mạng  Phân loại mạng máy tính  Các thành phần cơ bản cấu thành nên mạng máy tính: - Các loại máy tính: Palm, Laptop, PC, MainFrame... - Các thiết bị giao tiếp: Card mạng (NIC hay Adapter), Hub, Switch, Router... - Môi trường truyền dẫn: cáp, sóng điện từ, sóng vi ba, tia hồng ngoại... - Các protocol: TCP/IP, NetBeui, Apple Talk, IPX/SPX... - Các hệ điều hành mạng: WinNT, Win2000, Win2003, Novell Netware, Unix... - Các tài nguyên: file, thư mục - Các thiết bị ngoại vi: máy in, máy fax, Modem, Scanner... - Các ứng dụng mạng: phần mềm quản lý kho bãi, phần mềm bán vé tàu... Có 2 loại đường truyền:  Hữu tuyến • Cáp đồng trục • Cáp xoắn đôi • Cáp quang.  Vô tuyến • Radio • Sóng cực ngắn (Viba) • Tia hồng ngoại Đường truyền vật lý  Đường truyền hữu tuyến: Các máy tính được nối với nhau bằng các dây cáp mạng. Dây cáp mạng gồm các loại: • Cáp đồng trục (Coaxial cable) • Cáp xoắn đôi (Twisted – pair cable) : có bọc kim (Shielded) và không bọc kim (Unshielded)  Đường truyền vô tuyến: Các máy tính truyền tín hiệu với nhau thông qua các sóng vô tuyến với các thiết bị điều chế/giải điều chế ở các đầu mút. Đường truyền vô tuyến gồm có: • Radio • Sóng cực ngắn • Tia hồng ngoại Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối các máy tính với nhau và tập hợp các qui tắc, qui ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.  Cách nối các máy tính được gọi là hình trạng (topology) của mạng (mà từ đây gọi là topo của mạng)  Tập hợp các qui tắc, qui ước truyền thông được gọi là giao thức (protocol) của mạng. B. Các loại cáp truyền & Các thiết bị ghép nối 1. Các loại cáp truyền 1.1 Cáp xoắn đôi : Cáp đôi dây xoắn là cáp gồm hai day đồng xoắn để tránh gây nhiễu cho các đôi day xoắn khác, có thể kéo dài đến vài km mà không cần khuyếch đại. Giải tần trên cáp dây xoắn đạt khoảng 300_400 Hz, tốc độ truyền đạt vài Kbps đến vài Mbps. Cáp xoắn có hai loại :  loại có bọc kim loại để tăng cường chông nhiễu gọi là cáp STP (Shield Twisted Pair). loại này trong vỏ bọc kim có thể có nhiều đôi dây. Về lý thuyết thì tốc độ đạt tới 500Mb/s , tuy nhiên thực tế thì thấp hơn rất nhiều (chỉ đạt khoảng 155Mb/s với cáp dài 100m).  Loại không bọc kim loại gọi là cáp UTP (UnShield Twisted Pair),chất lượng kém hơn STP nhưng rất rẻ. Cáp UTP được chia làm 5 hạng tuỳ theo tốc độ truyền . Cáp loại 3 dùng cho điện thoại. Cáp loại 5 có thể truyền tốc độ khoảng 100 Mb/s rất hay dùng trong các mạng cục bộ vì vừa rẻ vừa tiện sử dụng. Cáp này có 4 đôi dây xoắn nằm trong một vỏ bọc. Năm 1881 Alexander Graham Bell là người đầu tiên đưa cáp xoắn đôi vào sử dụng trong dịch vụ điện thoại.Và đến năm 1900,loại cáp này đã được sử dụng phổ biến,rộng rãi trên toàn nước Mĩ.Ngày nay hàng triệu Km cáp xoắn đôi đang được sử dụng bên ngoài bởi các công ty điện thoại ,phục vụ cho truyền tải âm thanh.Và phần lớn các mạng thông tin,Internet cũng sử dụng loại cáp này. Chẳng bao lâu sau phát minh ra điện thoại,các đường dây cáp đã được sử dụng trong công nghệ truyền tải .Hai dây được căng ra ở 2 phía của thanh chéo trên các cực, truyền tải chung tuyến đường với dây điện.Ban đầu các nhà nghiên cứu nhận ra rằng dây điện đã làm giảm đi khoảng cách truyền tải của tín hiệu điện thoại.Và một giải pháp mới được đưa ra gọi là sự chuyển vị dây,để giảm bớt sự giao thoa,tại các cực, 2 dây lại được vắt chéo qua nhau.Như vậy mỗi dây sẽ chịu ít ảnh hưởng của sự phát xạ nhiễu điện từ từ dòng điện hơn.Ngày nay ,những đường dây trần với sự chuyển vị tuần hoàn như vậy vẫn có thể còn được bắt gặp ở các vùng nông thôn.Điều này đại diện cho một sự thi hành sớm của sự xoắn với nhịp xoắn là 4 lần trên 1 Km.Dựa trên những thành quả nghiên cứu đó,năm 1881,Alexander Graham Bell(nhà bác học Thụy sĩ người đã phát minh ra chiếc máy điện thoại vào năm 1876) đã đưa cáp xoắn đôi vào sử dụng cho hệ thống điện thoại của chính công ty truyền thông Bell của ông. Cáp xoắn đôi(Twisted pair) là loại cáp gồm nhiều cặp dây đồng xoắn lại với nhau nhằm chống phát xạ nhiễu điện từ (Electromagnetic Interference-EMI) từ bên ngoài,từ sự phát xạ của loại cáp UTP và sự xuyên âm(Crosstalk) giữa những cặp cáp liền kề. (Trong thông tin vô tuyến, sự xuyên âm thường được biểu thị giao thoa đồng kênh, và liên quan đến giao thoa kênh- kề bên. ) Cáp xoắn có thể làm giảm nhiễu vì hai dây chỉ truyền một đường dữ liệu, biễu diễn bằng hiệu điện thế giữa hai dây này. Khi nhiễu đánh vào, hai dây xoắn vào nhau nên sẽ xem như bị nhiễu giống nhau, cùng tăng hoặc cùng giảm một điện áp nhất định.Hiệu điện thế giữa hai dây vẫn giữ nguyên nên dữ liệu truyền vẫn đúng. Do giá thành thấp nên cáp xoắn được dùng rất rộng rãi đặc biệt là làm cáp điện thoại và sử dụng cho các loại máy tính trong công nghệ truyền thông Internet.Các loại cáp xắn đôi có tốc độ truyền tối đa có thể lên đến hàng chục Gigabit/giây (Gbps) với tần số dao động có thể đạt tới 600MHz. Có hai loại cáp xoắn đôi được sử dụng rộng rãi trong LAN là: loại có vỏ bọc chống nhiễu(STP) và loại không có vỏ bọc chống nhiễu(UTP). I- Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc chống nhiễu UTP(Unshielded Twisted Pair). UTP cáp không có vỏ bọc chống nhiễu.Bù lại nó có tính linh hoạt và độ bền cao.Gồm nhiều cặp xoắn như cáp STP nhưng không có lớp vỏ đồng chống nhiễu. Cáp xoắn đôi trần sử dụng chuẩn 10BaseT hoặc 100BaseT. Do giá thành rẻ nên đã nhanh chóng trở thành loại cáp mạng cục bộ được ưu chuộng nhất. Độ dài tối đa của một đoạn cáp là 100 mét. Không có vỏ bọc chống nhiễu nên dễ bị nhiễu khi đặt gần các thiết bị và cáp khác do đó thông thường dùng để đi dây trong nhà. Đầu nối dùng đầu RJ-45. Cáp UTP có 5 loại: Loại 1: truyền âm thanh, tốc độ <4Mbps Loại 2: cáp này gồm 4 dây xoắn đôi, tốc độ 4Mbps Loại 3: truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 10 Mbps. Cáp này gồm 4 dây xoắn đôi với 3 mắt xoắn trên mỗi foot. Loại 4: truyền dữ liệu, 4 cặp xoắn đôi, tốc độ đạt được 16 Mbps Loại 5: truyền dữ liệu, 4 cặp xoắn đôi, tốc độ 100Mbp cáp UTP đã được sử dụng hơn 100 năm bởi các hệ thống điện thoại, mạng máy tính. Nó còn có một tên gọi khác là cáp Ethernet,theo tên của mạng Erthernet,loại mạng sử dụng cáp UTP nhiều nhất trên thế giới.Và tính đến hiện nay thì cáp UTP được phân loại làm 7 loại, từ cat 1 có tốc độ và khả năng chống nhiễu thấp nhất thường dùng để truyền tín hiệu thoại trong ngành bưu điện đến cat 7 có tốc độ và khả năng chống nhiễu cao nhất. II-Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu STP(Shielded Twisted Pair) Gồm nhiều cặp xoắn được phủ bên ngoài một lớp vỏ làm bằng dây đồng bện. Lớp vỏ này có tác dụng chống EMI từ ngoài và chống phát xạ nhiễu bên trong. Lớp vỏ bọc chống nhiễu này được nối đất để thoát nhiễu. Cáp xoắn đôi có bọc ít bị tác động bởi nhiễu điện và có tốc độ truyền qua khoảng cách xa cao hơn cáp xoắn đôi trần. - Chi phí: đắt tiền hơn Thinnet và UTP nhưng lại rẻ tiền hơn Thicknet và cáp quang. - Tốc độ: tốc độ lý thuyết 500Mbps, thực tế khoảng 155Mbps, với đường chạy 100m. Tốc độ phổ biến 16Mbps (Token Ring). - Độ suy dần: tín hiệu yếu dần nếu cáp càng dài, thông thường ngắn hơn 100m. - Đầu nối: STP sử dụng đầu nối DIN (DB –9). Ngoài 2 dạng cáp trên, cáp xoắn đôi còn một dạng nữa là FTP(Foiled Twisted Pair).FTP là loại cáp lai tạo giữa cáp UTP và STP, nó hỗ trợ chiều dài tối đa 100m.