Mạng máy tính là gì?

Mạng máy tính là cơ sở của giao tiếp trong CNTT. Chúng được sử dụng theo nhiều cách khác nhau và có thể bao gồm nhiều loại mạng khác nhau. Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được kết nối với nhau để chúng có thể chia sẻ thông tin. Mạng máy tính xuất hiện từ những năm 1960 và đã trải qua một chặng đường phát triển dài kể từ đó.

I. Giới thiệu chung về mạng máy tính

Mạng máy tính là một số các máy tính được nối kết với nhau theo một cách nào đó nhằm mục đích để trao đổi chia sẻ thông tin cho nhau với những ưu điểm:

• Nhiều người có thể dùng chung một một thiết bị ngoại vi (máy in, modem..), một phần mềm.
• Dữ liệu được quản lý tập trung nên an toàn hơn, sự trao đổi thông tin dữ liệu giữa những người dùng sẽ nhanh chóng hơn, thuận lợi hơn. Người dùng có thể trao đổi thư tín với nhau một cách dễ dàng và nhanh chóng.
• Có thể cài đặt Internet trên một máy bất kỳ trong mạng, sau đó thiết lập, định cấu hình cho các máy khác có thể thông qua máy đã được cài đặt chương trình share Internet để cũng có thể kết nối ra Internet.
• Mang lại khả năng giao tiếp bằng email, video, nhắn tin nhanh và nhiều phương pháp khác.
• Có thể chia sẻ file, phần mềm và chương trình điều hành trên các hệ thống từ xa.

Mạng máy tính đang phát triển như thế nào?

Mạng ngày nay cung cấp nhiều thứ hơn là kết nối. Các tổ chức đang bắt tay vào chuyển đổi kỹ thuật số. Mạng đóng vai trò rất quan trọng đối với sự chuyển đổi này và thành công của các tổ chức. Các loại kiến ​​trúc mạng đang phát triển để đáp ứng những nhu cầu này bao gồm:

Do phần mềm xác định (Software-defined Network - SDN): Để đáp ứng các yêu cầu mới trong thời đại "kỹ thuật số", kiến ​​trúc mạng đang phát triển theo hướng có thể lập trình, tự động và mở hơn. Trong các mạng do phần mềm xác định, việc định tuyến lưu lượng được điều khiển tập trung thông qua các cơ chế dựa trên phần mềm. Điều này giúp mạng phản ứng nhanh chóng với các điều kiện thay đổi.

Dựa trên mục đích (Intent-based Network - IBN): Xây dựng dựa trên các nguyên tắc SDN, mạng dựa trên mục đích không chỉ mang lại sự nhanh chóng, mà còn thiết lập một mạng để đạt được những mục tiêu mong muốn, bằng cách tự động hóa các hoạt động một cách rộng rãi, phân tích hiệu suất của nó, xác định các khu vực có vấn đề, cung cấp bảo mật toàn diện và tích hợp với nhiều quy trình kinh doanh.

Ảo hóa: Cơ sở hạ tầng mạng vật lý bên dưới có thể được phân vùng một cách hợp lý, để tạo ra nhiều mạng "lớp phủ". Mỗi mạng logic này có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể về bảo mật, chuẩn QoS và nhiều yêu cầu khác.

Dựa trên bộ điều khiển: Network controller (bộ điều khiển mạng) rất quan trọng đối với việc mở rộng và bảo mật mạng. Bộ điều khiển tự động hóa các chức năng mạng bằng cách chuyển mục đích kinh doanh sang cấu hình thiết bị và chúng giám sát thiết bị liên tục để giúp đảm bảo hiệu suất và bảo mật. Bộ điều khiển đơn giản hóa hoạt động và giúp tổ chức đáp ứng các yêu cầu kinh doanh thay đổi.

Tích hợp đa miền: Các doanh nghiệp lớn hơn có thể xây dựng các mạng riêng biệt, còn được gọi là networking domain, cho văn phòng, mạng WAN và trung tâm dữ liệu của mình. Các mạng này giao tiếp với nhau thông qua bộ điều khiển của chúng. Những tích hợp liên mạng hoặc đa miền như vậy thường liên quan đến việc trao đổi các thông số hoạt động có liên quan để giúp đảm bảo đạt được những kết quả kinh doanh mong muốn trên các domain mạng.

II. Mạng máy tính hoạt động như thế nào?

Các thiết bị chuyên dụng như thiết bị switch, router và access point (điểm truy cập) tạo thành nền tảng của mạng máy tính.

Switch kết nối và giúp bảo mật nội bộ máy tính, máy in, máy chủ và các thiết bị khác với mạng trong gia đình hoặc tổ chức. Điểm truy cập là switch kết nối thiết bị với mạng mà không cần sử dụng dây cáp.

Router (bộ định tuyến) kết nối mạng này với các mạng khác và hoạt động với vai trò điều phối. Các thiết bị này phân tích dữ liệu được gửi qua một mạng, chọn các tuyến đường tốt nhất cho nó và gửi nó đến vị trí đích. Router kết nối ngôi nhà và doanh nghiệp của bạn với thế giới, cũng như giúp bảo vệ thông tin khỏi các mối đe dọa bảo mật bên ngoài.

Mặc dù switch và router khác nhau ở một số khía cạnh, nhưng một điểm khác biệt chính là cách chúng xác định thiết bị cuối. Switch Layer 2 xác định duy nhất một thiết bị bằng địa chỉ MAC "đã ghi sẵn" của nó. Router Layer 3 xác định duy nhất kết nối mạng của thiết bị bằng địa chỉ IP được chỉ định bởi mạng.

Ngày nay, hầu hết các thiết bị switch đều bao gồm một số cấp độ chức năng định tuyến. Địa chỉ MAC và IP tương ứng xác định duy nhất các thiết bị và kết nối mạng trong một mạng. Địa chỉ MAC là một số được nhà sản xuất thiết bị gán cho interface card mạng (Network Interface Card- NIC). Địa chỉ IP là một số được gán cho kết nối mạng.

Mạng máy tính ngày nay cung cấp nhiều thứ khác ngoài khả năng kết nối. Các tổ chức đang bắt tay vào chuyển đổi kỹ thuật số, trong đó mạng máy tính đóng vai trò rất quan trọng đối với sự chuyển đổi này và thành công của doanh nghiệp.

III. Phân loại mạng máy tính

Mạng máy tính có thể được phân bố trong các phạm vi khác nhau, người ta có thể phân ra các loại mạng như sau:

1. LAN (Local Area Network) là mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp, thường thì khoảng vài trăm mét. Môi trường truyền thông có tốc độ kết nối cao, như cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang. Mạng LAN thường được sử dụng trong nội bộ của một cơ quan, một tổ chức. Các LAN kết nối lại với nhau thành mạng WAN.

2. WAN (Wide Area Network) là mạng diện rộng, kết nối máy tính trong nội bộ quốc gia, hay giữa các quốc gia trong cùng một châu lục. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông. Các WAN kết nối với nhau thành GAN.

3. GAN (Global Area Network) kết nối máy tính từ các châu lục khác nhau. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông và vệ tinh.

4. MAN (Metropolitan Area Network) kết nối các máy tính trong phạm vi một thành phố. Kết nối được thực hiện thông qua môi trường truyền thông tốc độ cao (50/100 Mb/s).

5. PAN (Personal Area Networks) là mạng dựa trên không gian làm việc của một cá nhân. Thiết bị của cá nhân là trung tâm của mạng và các thiết bị khác được kết nối với nó. Ngoài ra còn có các mạng PAN không dây.

6. HAN (Home Area Networks) kết nối các thiết bị trong môi trường gia đình. Nó có thể bao gồm máy tính cá nhân, máy tính bảng, điện thoại thông minh, máy in, TV và các thiết bị khác.

7. CAN (Campus Area Network) là một mạng LAN hoặc tập hợp các mạng LAN được kết nối, do một cơ quan chính phủ, trường đại học, công ty hoặc những tổ chức tương tự sử dụng và thường là mạng trên một tập hợp các tòa nhà nằm gần nhau.

8. Enterprise Private Network (mạng riêng doanh nghiệp) được một công ty sử dụng để kết nối các địa điểm khác nhau và giúp chúng có thể chia sẻ tài nguyên.

9. Internetwork (liên mạng) kết nối các mạng khác nhau lại để xây dựng một mạng lớn hơn. Thuật ngữ Internetworking thường được sử dụng để mô tả việc xây dựng một mạng lớn, toàn cầu.

10. BBN (Backbone Network) -  Backbone là một phần của mạng kết nối các phần khác nhau và cung cấp đường dẫn thông tin được trao đổi.

• Tìm hiểu về Asynchronous Transfer Mode (ATM) trong mạng máy tính

IV. Bạn nên có mạng nào?

Tùy theo tổng số máy tính, tổng số thiết bị mà bạn sẽ dùng. Khoảng cách tối đa giữa các thiết bị. Ở đây chúng ta chỉ bàn về mạng cục bộ LAN dạng hình sao (Start topology). Ðây là kểu mạng được sử dụng nhiều nhất hiện nay.

Mạng cục bộ (LAN) là một mạng với hệ truyền thông tốc độ cao, được thiết kế để nối kết các máy tính lại với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như một toà nhà, một trường học, cho phép người sử dụng có thể dùng chung những tài nguyên như máy in, ổ đĩa CD-ROM, các phần mềm ứng dụng, nhưng chỉ cần một máy trong mạng cài chương trình Share Internet, thì các máy khác vẫn có thể kết nối ra Internet được.

Điều này sẽ đáp ứng được nhu cầu chẳng hạn như, trong văn phòng, các máy tính đã được nối kết thành mạng LAN, mỗi người sử dụng máy đều muốn truy cập Internet và những dịch vụ khác về Internet..., trong khi đó bạn chỉ có một modem và một tài khoản truy cập Internet. Giải pháp lắp đặt cho mỗi máy một modem, kéo cho mỗi máy 1 line điện thoại thì quá tốn kém, hoặc nếu ai muốn truy cập Internet thì lắp modem vào máy mình và nối dây điện thoại tới đó thì rất bất tiện, nếu đó là loại modem gắn trong, hoặc đường line điện thoại quá ngắn v.v...

Ðể giải quyết vấn đề trên, các phần mềm giả lập Proxy Server được hình thành. Các phần mềm hiệu quả trong việc chia sẻ Internet là Wingate, WinRoute, WinProxy, ISA Server...

V. Giới thiệu chung về mạng LAN dạng hình sao (Star topology)

Mạng hình sao bao gồm một điểm trung tâm và các nút thông tin kết nối vào điểm trung tâm đó. Các nút thông tin là các thiết bị đầu cuối như máy tính, hay các thiết bị khác của mạng. Tại điểm trung tâm của mạng là nơi điều phối chính mọi hoạt động trong mạng với các chức năng:

• Chuyển tiếp dữ liệu giữa các nút (các máy tính với nhau).
• Nhận biết tình trạng của mạng, các nút ( các máy tính) đang nối kết mạng.
• Theo dõi và xử lý trong quá trình trao đổi thông tin

Ưu điểm mạng hình sao:

• Hoạt động theo nguyên lý kết nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút bất kỳ bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường, các máy còn lại vẫn hoạt động bình thường.
• Là một kiểu mạng có cấu trúc đơn giản, và tính ổn định cao dể lắp đặt.
• Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tùy theo yêu cầu của người sử dụng

Nhược điểm mạng hình sao:

• Sự mở rộng mạng phải phụ thuộc vào khả năng của thiết bị trung tâm.
• Nếu thiết bị trung tâm lỗi thì toàn bộ mạng sẽ bị tê liệt.
• Khoảng cách tối đa từ các nút tới trung tâm bị hạn chế ( nhỏ hơn 100m).

Các thiết bị cần thiết trong mạng hình sao:

• Thiết bị trung tâm: có thể dùng HUB hay Switch.
• Cáp kết nối: Cáp xoắn.
• Card giao tiếp mạng NIC (Network Interface Card) cho từng nút.

Hiện nay có rất nhiều loại card mạng khác nhau bạn có thể lựa chọn tùy theo tài chính của bạn. V Mô hình tổng quát của một mạng LAN dạng hình sao (Star topology):

VI. Một số thuật ngữ hay dùng trong mạng máy tính

1. Hệ thống mở: Một hệ thống mở được kết nối với mạng và chuẩn bị cho giao tiếp.

2. Hệ thống đóng: Một hệ thống đóng không được kết nối với mạng và do đó không thể giao tiếp với nó.

3. Địa chỉ ‍IP (Internet Protocol): Địa chỉ mạng của hệ thống trên toàn mạng, còn được gọi là Logical Address (địa chỉ logic).

4. Địa chỉ MAC: Địa chỉ MAC hoặc địa chỉ vật lý xác định mỗi host. Nó được liên kết với Network Interface Card (NIC).

5. Cổng: Cổng là một kênh mà qua đó dữ liệu được gửi và nhận.

6. Node: Node là một thuật ngữ dùng để chỉ bất kỳ thiết bị tính toán nào, chẳng hạn như máy tính, gửi và nhận các gói trên toàn mạng.

7. Gói mạng: Dữ liệu được gửi đến và đi từ các node trong mạng.

8. Router: Router là phần cứng quản lý các gói. Chúng xác định thông tin đến từ node nào và gửi nó đến đâu. Router có một giao thức định tuyến, xác định cách nó giao tiếp với các router khác.

9‍. NAT (Network address translation): Một kỹ thuật mà router sử dụng để cung cấp dịch vụ Internet cho nhiều thiết bị hơn, sử dụng ít địa chỉ IP public hơn. Router có địa chỉ IP public nhưng các thiết bị kết nối với nó được gán IP private mà những người khác bên ngoài mạng không thể nhìn thấy.

10. DHCP (Dynamic host configuration protocol): Gán địa chỉ IP động cho host và được duy trì bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet.

11. ISP (Nhà cung cấp dịch vụ Internet): Các công ty cung cấp cho mọi người kết nối Internet, bao gồm cả cá nhân và cho các doanh nghiệp và các tổ chức khác.

12. OSI: OSI là viết tắt của Open Systems Interconnection. Đây là một mô hình tham chiếu xác định các tiêu chuẩn cho các giao thức giao tiếp và chức năng của mỗi lớp.

13. Giao thức: Giao thức là tập hợp các quy tắc hoặc thuật toán xác định cách thức hai thực thể có thể giao tiếp trên mạng và tồn tại những giao thức khác nhau được xác định ở mỗi lớp của mô hình OSI. Một số giao thức điển hình bao gồm TCP, IP, UDP, ARP, DHCP, FTP, v.v...

14. Hostname: Mỗi thiết bị trong mạng được liên kết với một tên thiết bị duy nhất được gọi là Hostname. Nhập “hostname” trong Command Prompt (chế độ Administrator) và nhấn Enter, thao tác này sẽ hiển thị hostname của máy tính.

15. Socket: Sự kết hợp duy nhất của địa chỉ IP và số cổng với nhau được gọi là Socket.

16. DNS server: DNS là viết tắt của Domain Name System. Về cơ bản, DNS là một máy chủ dịch các địa chỉ web hoặc URL (ví dụ: www.google.com) thành địa chỉ IP tương ứng của chúng. Người dùng không cần phải nhớ tất cả địa chỉ IP của mọi trang web. Lệnh nslookup cung cấp cho bạn địa chỉ IP của domain bạn đang tìm kiếm. Lệnh này cũng cung cấp thông tin về DNS server.

17. ARP: ARP là viết tắt của Address Resolution Protocol. Nó được sử dụng để chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ vật lý tương ứng (tức là địa chỉ MAC). ARP được sử dụng bởi lớp liên kết dữ liệu để xác định địa chỉ MAC trên máy của người nhận.

18. RARP: RARP là viết tắt của Reverse Address Resolution Protocol. Như tên gọi của nó cho thấy, RARP cung cấp địa chỉ IP của thiết bị được cho một địa chỉ vật lý làm đầu vào. Nhưng RARP đã trở nên lỗi thời kể từ thời điểm DHCP xuất hiện.

VII. Nghiên cứu mạng máy tính

Giống như tất cả các lĩnh vực kỹ thuật và khoa học máy tính khác, một nền tảng toán học vững chắc rất có giá trị khi nghiên cứu về mạng máy tính. Ngoài giải tích, các công cụ quan trọng trong mạng máy tính và giao tiếp bao gồm những thứ sau:

• Đại số tuyến tính
• Xác suất và thống kê
• Phương trình vi phân
• Giải tích số

Kỹ năng lập trình tốt cũng rất quan trọng. Mặc dù nền tảng lập trình tốt có thể không cần thiết đối với một số chủ đề trong mạng (ví dụ, giao tiếp cấp thấp, sự cố phần cứng), các giao thức mạng và phần mềm yêu cầu một nền tảng lập trình vững chắc.

Trong hầu hết mọi trường hợp, người nghiên cứu phải phát triển các kỹ năng trong một mô hình lập trình mới: Lập trình phân tán. Trong lập trình phân tán, các bản sao của cùng một đoạn code chạy trên các máy khác nhau nhưng hoạt động chung để thực hiện một nhiệm vụ chung. Điều này nghe có vẻ tương tự như lập trình song song, nhưng không hoàn toàn giống. Trong hầu hết mọi trường hợp, những code được sao chép qua mạng được coi như các peer (ngang hàng) và trao đổi thông điệp để tiến hành một nhiệm vụ chung, ví dụ, chuyển dữ liệu từ máy này sang máy khác.

Khả năng tư duy trừu tượng vững chắc cũng rất cần thiết đối với việc nghiên cứu về mạng máy tính, giống như hầu hết các lĩnh vực khoa học máy tính khác. Mạng thường bao gồm một kiến ​​trúc phân lớp trong đó mỗi lớp là một bản tóm tắt của các service đối với lớp ở trên. Viết code cho phần mềm mạng liên quan rất nhiều đến sự trừu tượng.