Bài giảng môn Mạng máy tính - Chương 3: Môi trường truyền dẫn và thiết bị mạng

BÀI GIẢNG MÔN: MẠNG MÁY TÍNH Giảng viên: Hoàng Thanh Hòa CHƢƠNG 3. MÔI TRƢỜNG TRUYỀN DẪN VÀ THIẾT BỊ MẠNG 2 Môi trƣờng truyền dẫn 3.1. 3.2. Các loại cáp truyền dẫn 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 3.4. Thiết bị mạng thông dụng 3.1. Môi trƣờng truyền dẫn 3 Khái niệm môi trƣờng truyền dẫn 3.1.1 3.1.2 Tần số truyền thông 3.1.3 Đặc tính phƣơng tiện truyền dẫn 3.1.4 Các phƣơng thức truyền dẫn 3.1.1. Khái niệm  Là phƣơng tiện vật lý cho phép truyền tải tín hiệu giữa các thiết bị.  Có 2 loại phƣơng tiện truyền dẫn: - Truyền dẫn hữu tuyến. - Truyễn dẫn vô tuyến. 4 3.1.2. Tần số truyền thông  Các tín hiệu truyền thông giữa các máy tính và các thiết bị là các dạng sóng điện từ.  Dải tần từ tần số radio đến tần số hồng ngoại.  Tần số Radio (3Hz – 3GHz): phát tín hiệu LAN.  Sóng Viba (3GHz -30GHz): dùng cho truyền thông tập trung giữa 2 điểm hoặc giữa các trạm mặt đất với vệ tinh.  Tia hồng ngoại thƣờng dùng truyền thông ở khoảng cách ngắn. 5 3.1.3. Đặc tính của phƣơng tiện truyền dẫn  Chi phí đầu tƣ.  Yêu cầu cài đặt.  Độ tin cậy, tính bảo mật  Thông lƣợng (Throughput): lƣợng thông tin thực sự đƣợc truyền dẫn trên thiết bị tại một thời điểm. 6 3.1.3. Đặc tính của phƣơng tiện truyền dẫn  Băng thông (Bandwidth): Tổng lƣợng thông tin có thể truyền dẫn trên đƣờng truyền tại một thời điểm. - Bps (Bits per second-số bit trong một giây) - KBps (Kilobits per second): 1 KBps=10^3 bps=1000 Bps. - MBps (Megabits per second): 1 MBps = 10^3 KBps - GBps (Gigabits per second): 1 GBps = 10^3 MBps - TBps (Terabits per second): 1 TBps = 10^3 GBPS. 7 3.1.3. Đặc tính của phƣơng tiện truyền dẫn (tt)  Băng tầng cơ sở (baseband): dành toàn bộ băng thông cho một kênh truyền.  Băng tầng mở rộng (broadband):cho phép nhiều kênh truyền chia sẻ một phƣơng tiện truyền dẫn.  Độ suy giảm (attenuation): độ đo sự suy yếu đi của tín hiệu khi di chuyển trên một phƣơng tiện truyền dẫn.  Nhiễu điện từ (Electromagnetic interference - EMI)  Nhiễu xuyên kênh (crosstalk) 8 3.1.4. Phƣơng thức truyền dẫn  Đơn công (Simplex): Thiết bị phát chỉ đảm nhiệm vai trò phát tín hiệu, còn thiết bị thu chỉ đảm nhiệm vai trò nhận tín hiệu.  Bán song công (Half-Duplex): Thiết bị có thể là thiết bị phát, vừa là thiết bị thu. Nhƣng tại một thời điểm thì chỉ có thể ở một trạng thái (phát hoặc thu).  Song công (Full-Duplex): Tại một thời điểm, thiết bị có thể vừa phát vừa thu. 9 3.2. Các loại cáp truyền dẫn 3.2.1. Cáp đồng trục. 3.2.2. Cáp xoắn đôi. 3.2.3. Cáp quang. 10 3.2.1. Cáp đồng trục  Là kiểu cáp đầu tiên đƣợc dùng trong các LAN, cấu tạo của cáp đồng trục gồm: - Dây dẫn trung tâm: dây đồng hoặc dây đồng bện. - Một lớp cách điện giữa dây dẫn phía ngoài và dây dẫn phía trong. - Dây dẫn ngoài: bao quanh dây dẫn trung tâm dƣới dạng dây đồng bện hoặc lá. - Ngoài cùng là một lớp vỏ plastic bảo vệ cáp. 11 3.2.1. Cáp đồng trục 12 • Cấu tạo cáp đồng trục: 3.2.1. Cáp đồng trục 13 • Đấu nối cáp và máy tính: Muốn đấu nối cáp đồng trục dày ta dùng transceiver và nối kết vào máy tính thông qua cổng AUI. 3.2.1. Cáp đồng trục 14 • Phân loại: - Cáp mỏng (thin cable/thinnet): có đƣờng kính khoảng 6mm, thuộc họ RG-58, chiều dài đƣờng chạy tối đa là 185 m. - Cáp dày (thick cable/thicknet): có đƣờng kính khoảng 13mm thuộc họ RG-58, chiều dài đƣờng chạy tối đa 500m. 3.2.2. Cáp xoắn đôi 15 • Cáp xoắn đôi gồm nhiều cặp dây đồng xoắn lại với nhau nhằm chống phát xạ nhiễu điện từ. • Có 2 loại đƣợc sử dụng rộng rãi trong mạng LAN: - Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu STP (Shielded Twisted- Pair). - Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc chống nhiễu UTP (Unshielded Twisted- Pair). Cáp xoắn đôi STP 16 • Gồm nhiều cặp xoắn đƣợc phủ bên ngoài một lớp vỏ làm bằng dây đồng bện. • Chống đƣợc nhiễu từ bên ngoài và phát xạ nhiễu bên trong. • Khoảng cách truyền tín hiệu xa hơn cáp UTP Cáp xoắn đôi STP 17 • Chi phí: Rẻ hơn cáp quang nhƣng đắt tiền hơn cáp UTP. • Tốc độ truyền: Lý thuyết 500Mbps, thực tế khoảng 150Mbps. • Độ suy hao: Tín hiệu yếu dần nếu cáp dài, tối đa là 100m. Cáp xoắn đôi UTP 18 • Gồm nhiều cặp xoắn nhƣ cáp STP nhƣng không có lớp vỏ đồng chống nhiễu. • Sƣ dụng chuẩn 10BaseT hoặc 100BaseT. • Dễ bị nhiễu khi đặt gần thiết bị hoặc cáp khác. • Chiều dài tối đa là 100m. Cáp xoắn đôi UTP 19 • Có 5 loại cáp UTP: - Loại 1: truyền âm thanh, tốc độ < 4Mbps. - Loại 2: gồm bốn dây xoắn đôi, tốc độ 4Mbps. - Loại 3: truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 10 Mbps. Cáp này gồm bốn dây xoắn đôi với ba mắt xoắn trên mỗi foot (1 foot = 0.3048 mét). - Loại 4: truyền dữ liệu, bốn cặp xoắn đôi, tốc độ đạt đƣợc 16 Mbps. - Loại 5: truyền dữ liệu, bốn cặp xoắn đôi, tốc độ 100Mbps. 3.2.3. Cáp quang 20 • Dùng ánh sáng để truyền dẫn tín hiệu. • Tín hiệu ít bị suy hao và thƣờng đƣợc dùng cho kết nối ở khoảng cách xa. • Sợi cáp quang đƣợc cấu tạo từ ba thành phần chính: - Lõi (core): làm bằng sợi thủy tinh hoặc plastic để truyền dẫn ánh sáng. - Lớp phản xạ ánh sáng (cladding): bảo vệ, phản xạ ánh sáng trở lại core - Lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating): là lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước. 3.2.3. Cáp quang (tt) 21 • Gồm có 2 loại phổ biến: - GOF (Glass Optical Fiber) – cáp quang làm bằng thuỷ tinh. - POF (Plastic Optical Fiber) – cáp quang làm bằng plastic. 3.2.3. Cáp quang (tt) 22 • Lớp bảo vệ cáp quang: - Strength member: là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng. - Buffer: thƣờng làm bằng nhựa PVC, bảo vệ tránh va đập, ẩm ƣớt. - Jacket: có khả năng chịu va đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần bên trong tránh ẩm ƣớt và các ảnh hƣởng từ môi trƣờng. 3.2.3. Cáp quang (tt) 23 • Phân loại cáp quang: - Cáp quang Singlemode (SM) - Cáp quang Multimode (MM) 3.2.3. Cáp quang (tt) 24 • Cáp quang Singlemode (SM): - Là loại cáp quang có đƣờng kính core khá nhỏ (9µm), sử dụng nguồn phát laser truyền tia sáng xuyên suốt. - Tín hiệu ít suy hao, tốc độ lớn. - SM thƣờng hoạt động ở 2 bƣớc sóng 1310nm, 1550nm. - Khoảng cách truyền rất xa. 3.2.3. Cáp quang (tt) 25 • Cáp quang Multimode (MM): - Là loại cáp quang có đƣờng kính core lớn hơn SM (khoảng 50µm, 62.5µm). - Sử dụng nguồn sáng LED (Light Emitting Diode) hoặc laser để truyền tia sáng và thƣờng hoạt động ở 2 bƣớc sóng 850nm, 1300nm. - Ứng dụng nhiều với khoảng cách <5Km. - Multimode có hai kiểu truyền: chiết xuất bƣớc (Step index) và chiết xuất liên tục (Graded index). 3.2.3. Cáp quang (tt) 26 • Đƣờng đi của ánh sáng trong các loại cáp quang: 3.2.3. Cáp quang (tt) 27 • Ưu điểm của cáp quang: - Dung lƣợng lớn, dễ dàng lắp đặt. - Không bị nhiễu bởi tín hiệu điện, điện từ. - Có tính cách điện nên đảm bảo tính an toàn. - Tính bảo mật, độ tin cậy cao. - Tính linh hoạt do các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. - Dễ dàng nâng cấp khi cần thiết. Thông số cơ bản các loại cáp 28 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 29 • Khắc phục những nhƣợc điểm của các loại cáp. • Đƣờng truyền vô tuyến mang lại những lợi ích: - Cung cấp kết nối tạm thời với mạng cáp có sẵn. - Ngƣời dùng di chuyển vẫn có thể kết nối vào mạng. - Phù hợp với địa hình phức tạp. - Phù hợp phục vụ hiều kết nối cùng lúc. - Dùng cho mạng có giới hạn rộng lớn. - Dùng cho kết nối dự phòng cho các kết nối hệ thống cáp 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 30 • Một số hạn chế: - Tín hiệu không an toàn, dễ bị xâm nhập, nghe lén. - Khi có vật cản thì tín hiệu bị suy yếu rất nhanh. - Băng thông hệ thống không cao. 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 31 • Sóng vô tuyến (Radio): - Sóng radio (10 KHz - 1 GHz), trong miền này ta có rất nhiều dải tần ví dụ nhƣ: sóng ngắn, VHF (dùng cho tivi và radio FM), UHF (dùng cho tivi). - Dải tần 2,4GHz là vùng tự do, các thiết bị Wireless dùng dải tần này. - Mạng di động thƣờng sử dụng băng tần 900 MHz hoặc 1800 MHz 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 32 • Sóng vô tuyến (Radio): 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 33 • Sóng Viba: - Truyền thông viba thƣờng có hai dạng: truyền thông trên mặt đất và các nối kết với vệ tinh. - Miền tần số của viba mặt đất khoảng 21-23 GHz. - Băng thông từ 1- 10Mbps. - Phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, công suất và tần số phát 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 34 • Hồng ngoại: - Dùng tia hồng ngoại để truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị. - Tia hồng ngoại có dải thông cao → truyền tín hiệu ở tốc độ cao (từ 1- 10Mbps). - Miền tần số từ 100GHz – 1000GHz. 3.3. Đƣờng truyền vô tuyến 35 • Hồng ngoại: gồm có 4 loại - Mạng đường ngắm: mạng này chỉ truyền khi máy phát và máy thu có một đƣờng ngắm rõ rệt giữa chúng. - Mạng hồng ngoại tán xạ: kỹ thuật này phát tia truyền dội tƣờng và sàn nhà rồi mới đến máy thu. - Mạng phản xạ: Máy thu-phát quang đặt gần máy tính sẽ truyền tới một vị trí chung, tại đây tia truyền đƣợc đổi hƣớng đến máy tính thích hợp. - Broadband optical telepoint: loại mạng cục bộ vô tuyến hồng ngoại cung cấp các dịch vụ dải rộng. 3.4. Các loại thiết bị mạng 36 3.4.1. Card mạng 3.4.2. Modem (bộ điều chế và giải điều chế). 3.4.3. Repeaer (Bộ khuếch đại tín hiệu) 3.4.4. Hub 3.4.5. Bridge (Cầu nối). 3.4.6. Switch (Bộ chia mạng) 3.4.7. Router (Bộ định tuyến). 3.4.8. Gateway – Proxy 3.4.9. Wireless Access Point 3.4. Các loại thiết bị mạng 37 3.4.1. Card mạng (NIC) 38  Là thiết bị nối kết giữa máy tính và cáp mạng.  Giao tiếp với máy tính qua các khe cắm nhƣ: ISA, PCI hay USP  Phần giao tiếp với cáp mạng thông thƣờng theo các chuẩn nhƣ: AUI, BNC, UTP  Chức năng của Card mạng: - Chuẩn bị đưa dữ liệu lên mạng. - Gửi dữ liệu đến máy tính khác. - Kiểm soát luồng dữ liệu giữa máy tính và hệ thống cáp. 3.4.1. Card mạng (NIC) 39  Địa chỉ MAC (Media Access Control): - Là địa chỉ riêng dành cho mỗi Card mạng. - Địa chỉ này do IEEE cấp cho nhà sản xuất. - Đƣợc gán cố định vào chip của mỗi card mạng. - Gồm 6 byte, 3 byte đầu là mã số nhà sản xuất, 3 byte sau là số serial của card mạng do hãng đó sản xuất. - VD: 00A0C90C4B3F 3.4.1. Card mạng (NIC) 40 Network Interfare Card (NIC) 3.4.2. Modem 41  Sơ đồ truyền dữ liệu qua Modem: 3.4.2. Modem (tt) 42  Là thiết bị dùng để nối hai máy tính hay hai thiết bị ở xa thông qua mạng điện thoại.  Modem giúp nối các mạng LAN ở xa thành một mạng WAN.  Chức năng: - chuyển đổi tín hiệu số (digital) thành tín hiệu tƣơng tự (analog) để truyền dữ liệu trên dây điện thoại. - Tại đầu nhận, Modem chuyển ngƣợc lại từ dạng tín hiệu tƣơng tự sang dạng tín hiệu số. 3.4.3. Reapeter (bộ chuyển tiếp) 43  Là thiết bị khuếch đại tín hiệu khi truyền trên một khoảng cách lớn.  Hoạt động ở tầng vật lý trong mô hình OSI.  Khi dùng nhiều thì tín hiệu sẽ bị sai lệch. 3.4.3. Reapeter (tt) 44 3.4.4. Hub (bộ tập trung) 45  Là thiết bị giống nhƣ Repeater nhƣng nhiều port hơn cho phép nhiều máy tính nối tập trung về thiết bị này.  Chức năng giống với Repeater.  Gồm có 3 loại: - Passive Hub - Active Hub - Intelligent Hub 3.4.4. Hub (tt) 46  Hub thụ động (Passive Hub): chỉ đảm bảo chức năng kết nối, không xử lý lại tín hiệu.  Hub chủ động (Active Hub): có khả năng khuếch đại tín hiệu để chống suy hao.  Hub thông minh (Intelligent Hub): là Hub chủ động nhƣng có thêm khả năng tạo ra các gói tin thông báo hoạt động của mình giúp cho việc quản trị mạng dễ dàng hơn. 3.4.5. Bridge (Cầu nối) 47  Là thiết bị cho phép nối kết hai nhánh mạng, có chức năng chuyển có chọn lọc các gói tin đến nhánh mạng chứa máy nhận gói tin.  Trong Bridge có bảng địa chỉ MAC, bảng địa chỉ này sẽ đƣợc dùng để quyết định đƣờng đi của gói tin. 3.4.5. Bridge (tt) 48 Hub Hub Bridge 3.4.6. Switch (bộ chuyển mạch) 49  Là thiết bị giống nhƣ bridge nhƣng nhiều port hơn cho phép ghép nối nhiều đoạn mạng với nhau.  Dựa vào bảng địa chỉ MAC để quyết định gói tin nào đi ra port nào.  Hoạt động tại lớp 2 trong mô hình OSI. 3.4.6. Switch (tt) 50  Quá trình xử lý gói tin: 1. Kiểm tra địa chỉ nguồn của gói tin trong bảng MAC 2. Kiểm tra địa chỉ đích có trong bảng MAC chƣa: - Nếu chƣa có thì nó sẽ gởi gói tin ra tất cả các port (ngoại trừ port gói tin đi vào). - Nếu địa chỉ đích đã có trong bảng MAC:  Nếu port đích trùng với port nguồn thì Switch (hoặc Bridge) sẽ loại bỏ gói tin.  Nếu port đích khác với port nguồn thì gói tin sẽ được gởi ra port đích tương ứng. 3.4.6. Switch (tt) 51  Hỗ trợ một số tính năng nâng cao: - Hỗ trợ nhiều giao tiếp đồng thời, tăng băng thông trên toàn mạng. - Hỗ trợ giao thiếp song công: gửi và nhận tin trên cùng một cổng. - Điều hòa tốc độ kênh truyền: Các kênh truyền có tốc độ khác nhau giao tiếp đƣợc với nhau. 3.4.7. Router (Bộ định tuyến) 52  Là thiết bị liên mạng hoạt động ở tầng 3 của mô hình OSI, nối nhiều mạng với nhau thành một liên mạng.  Nhiệm vụ: chuyển tiếp các gói tin từ mạng này tới mạng kia để đến đƣợc các máy nhận.  Dùng bảng định tuyến (Routing table) để lƣu thông tin về mạng→ tìm đƣờng đi tối ƣu cho gói tin.  Bảng định tuyến: chứa thông tin về đƣờng đi, ƣớc lƣợng khoảng cách, thời gian 3.4.7. Router (tt) 53 3.4.7. Router (tt) 54  Nguyên lý hoạt động: Khi một gói tin đến Router, nó tiến hành kiểm tra IP đích của gói tin: - Nếu đ/c IP đích có trong bảng định tuyến→ Router gửi gói tin đến port tƣơng ứng. - Nếu đ/c IP đích không có trong bảng→ Router kiểm tra trong bảng có khai báo Default Gateway? Nếu có, gói tin đến Default Gateway tương ứng. Nếu không khai báo thì gói tin bị loại bỏ 3.4.7. Router (tt) 55  Đường đi gói tin: 3.4.8. Gateway -Proxy 56  Là thiết bị trung gian dùng để nối kết mạng nội bộ bên trong và mạng bên ngoài.  Chức năng: kiểm soát tất cả các luồng dữ liệu đi ra và vào mạng nhằm ngăn chặn hacker tấn công.  Proxy hoạt động giống nhƣ một Firewall.  Proxy cho phép thiết lập các danh sách đƣợc phép truy cập vào mạng nội bộ bên trong, cũng nhƣ danh sách các ứng dụng mà mạng nội bộ bên trong có thể truy cập ra mạng bên ngoài.