rong loạt bài này chúng ta sẽ bắt đầu hoàn toàn với nội dung cơ bản về mạng máy tính và hướng tới xây dựng một mạng thiết thực. Mở đầu là một số thảo luận về một số thành phần mạng khác nhau và chức năng của chúng. Bạn đã từng thấy nhiều bài viết hướng đến mục đích dành cho các quản trị viên, những người ít nhất có một số kinh nghiệm nào đó. Còn ở đây sẽ chỉ là những phần cơ sở nhất hướng đến đối tượng là những người mới bắt đầu làm quen với mạng. Trong bài đầu tiên này chúng ta sẽ thảo luận một số thiết bị mạng khác nhau và khả năng làm được những gì của chúng. Network Adapter (Bộ điều hợp mạng) Thành phần đầu tiên nên đề cập tới trong số các thiết bị phần cứng mạng là bộ điều hợp mạng (network adapter). Thiết bị này còn được biết đến với nhiều tên khác nhau như network card (card mạng), Network Interface Card (card giao diện mạng), NIC. Tất cả đều là thuật ngữ chung của cùng một thiết bị phần cứng. Công việc của card mạng là gắn một cách vật lý máy tính để nó có thể tham gia hoạt động truyền thông trong mạng đó. Điều đầu tiên bạn cần biết đến khi nói về card mạng là nó phải được ghép nối phù hợp với phương tiện truyền đạt mạng (network medium). Network medium chính là kiểu cáp dùng trên mạng. Các mạng không dây là một mảng khác và sẽ được thảo luận chi tiết trong một bài riêng sau. Để card mạng ghép nối phù hợp với phương tiện truyền đạt mạng là một vấn đề thực sự vì chúng đòi hỏi phải đáp ứng được lượng lớn tiêu chuẩn cạnh tranh bắt buộc. Chẳng hạn, trước khi xây dựng một mạng và bắt đầu mua card mạng, dây cáp, bạn phải quyết định xem liệu nên dùng Ethernet, Ethernet đồng trục, Token Ring, Arcnet hay một tiêu chuẩn mạng nào khác. Mỗi tiêu chuẩn mạng có độ dài và nhược điểm riêng. Phác hoạ ra cái nào phù hợp nhất với tổ chức mình là điều hết sức quan trọng. Ngày nay, hầu hết công nghệ mạng được đề cập đến ở trên đều nhanh chóng trở nên mai một. Bâu giờ chỉ có một kiểu mạng sử dụng dây nối còn được dùng trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ là Ethernet. Bạn có thể xem phần minh hoạ card mạng Ethernet trong ví dụ hình A dưới đây. Hình 1: Card Ethernet Các mạng Ethernet hiện đại đều sử dụng cáp đôi xoắn vòng 8 dây. Các dây này được sắp xếp theo thứ tự đặc biệt và đầu nối RJ-45 được gắn vào phần cuối cáp. Cáp RJ-45 trông giống như bộ kết nối ở phần cuối dây điện thoại, nhưng lớn hơn. Các dây điện thoại dùng bộ kết nối RJ-11, tương phản với bộ kết nối RJ-45 dùng trong cáp Ethernet. Bạn có thể thấy ví dụ một cáp Ethernet với đầu nối RJ-45 trong hình B. Hình 2: Cáp Ethernet với một đầu kết nối RJ-45 Hub và Switch Như bạn đã thấy ở trên, máy tính dùng card mạng để gửi và nhận dữ liệu. Dữ liệu được truyền qua cáp Ethernet. Tuy nhiên, thông thường bạn không thể chỉ chạy một cáp Ethernet giữa hai PC để gọi đó là một mạng. Với thời đại của khả năng truy cập Internet tốc độ cao ngày nay, chắc chắn bạn thường nghe nói đến thuật ngữ "broadband" (băng thông rộng). Băng thông rộng là kiểu mạng trong đó dữ liệu được gửi và nhận qua cùng một dây, còn ở Ethernet thì dùng hình thức truyền thông Baseband. Baseband sử dụng các dây riêng trong việc gửi và nhận dữ liệu. Điều này có nghĩa là nếu một máy tính đang gửi dữ liệu qua một dây cụ thể bên trong cáp Ethernet thì máy tính đang nhận dữ liệu cần một dây khác được định hướng lại tới cổng nhận của nó. Bạn có thể xây dựng mạng cho hai máy tính theo cách này mà người ta thường gọi là hình thức cáp chéo. Cáp chéo đơn giản là một cáp mạng có các dây gửi và nhận ngược nhau tại một điểm cuối để các máy tính có thể được liên kết trực tiếp với nhau. Vấn đề hạn chế khi dùng cáp mạng chéo là bạn không thể thêm hay bớt một máy tính khác nào ngoài hai máy đã được kết nối. Do đó tốt hơn so với cáp chéo, hầu hết mọi mạng đều sử dụng cáp Ethernet thông thường không có các dây gửi và nhận ngược nhau ở cuối đầu nối. Tất nhiên các dây gửi và nhận phải ngược nhau ở một số điểm nào đó để quá trình truyền thông được thực hiện thành công. Đây là công việc của một hub hoặc switch. Hub cũng đang trở nên lỗi thời nhưng chúng ta vẫn nên nói đến chúng. Vì hiểu về hub sẽ giúp bạn bạn dễ dàng hơn nhiều khi nói tới switch. Có một số kiểu hub khác nhau nhưng thông thường nói đến hub tức là nói đến một cái hộp với một bó cổng RJ-45. Mỗi máy tính trong mạng sẽ được kết nối tới một hub thông qua cáp Ethernet. Bạn có thể thấy một hub có hình dáng như trong hình C. Hình 3: Hub là thiết bị hoạt động như một điểm kết nối trung tâm cho các máy tính trong một mạng. Hub có hai nhiệm vụ khác nhau. Nhiệm vụ thứ nhất là cung cấp một điểm kết nối trung tâm cho tất cả máy tính trong mạng. Mọi máy tính đều được cắm vào hub. Các hub đa cổng có thể được đặt xích lại nhau nếu cần thiết để cung cấp thêm cho nhiều máy tính. Nhiệm vụ khác của hub là sắp xếp các cổng theo cách để nếu một máy tính thực hiện truyền tải dữ liệu, dữ liệu đó phải được gửi qua dây nhận của máy tính khác. Ngay bây giờ có thể bạn sẽ tự hỏi, làm sao dữ liệu có thể đến được đúng đích cần đến nếu nhiều hơn hai máy tính được kết nối vào một hub? Bí mật nằm trong card mạng. Mỗi card Ethernet đều được cung cấp một địa chỉ vật lý MAC (Media Access Control) duy nhất. Khi một máy tính trong mạng Ethernet truyền tải dữ liệu qua mạng có các máy PC kết nối với một hub, thực tế dữ liệu được gửi tới mọi máy có trong mạng. Tất cả máy tính đều nhận dữ liệu, sau đó so sánh địa chỉ đích với địa chỉ vật lý MAC của nó. Nếu khớp, máy tính sẽ biết rằng nó chính là người nhận dữ liệu, nếu không nó sẽ lờ dữ liệu đi. Như bạn có thể thấy, khi một máy tính được kết nối qua một hub, mọi gói tin đều được gửi tới tất cả máy tính trong mạng. Vấn đề là máy tính nào cũng có thể gửi thông tin đi tại bất cứ thời gian nào. Bạn đã từng thấy một cuộc họp mà trong đó tất cả thành viên tham dự đều bắt đầu nói cùng một lúc? Vấn đề của kiểu mạng này chính là như thế. Khi một máy tính cần truyền dữ liệu, nó kiểm tra xem liệu có máy nào khác đang gửi thông tin tại cùng thời điểm đó không. Nếu đường truyền rỗi, nó truyền các dữ liệu cần thiết. Nếu đã có một một máy khác đang sử dụng đường truyền, các gói tin của dữ liệu đang được chuyển qua dây sẽ xung đột và bị phá huỷ (đây chính là lý do vì sao kiểu mạng này đôi khi được gọi là tên miền xung đột). Cả hai máy tính sau đó sẽ phải chờ trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên và cố gắng truyền lại các gói tin đã bị phá huỷ của mình. Số lượng máy tính trên tên miền xung đột ngày càng tăng khiến số lượng xung đột cũng tăng. Do số lượng xung đột ngày càng tăng nên hiệu quả của mạng ngày càng giảm. Đó là lý do vì sao bây giờ gần như switch đã thay thế toàn bộ hub. Một switch (bạn có thể xem trên hình D), thực hiện tất cả mọi nhiệm vụ giống như của một hub. Điểm khác nhau chỉ là ở chỗ, khi một PC trên mạng cần liên lạc với máy tính khác, switch sẽ dùng một tập hợp các kênh logic nội bộ để thiết lập đường dẫn logic riêng biệt giữa hai máy tính. Có nghĩa là hai máy tính hoàn toàn tự do để liên lạc với nhau mà không cần phải lo lắng về xung đột. Hình 4: Switch trông giống hệt như hub nhưng hoạt động khác hơn nhiều. Switch thực sự nâng cao được đáng kể hiệu quả của mạng. Bởi chúng loại trừ xung đột và còn nhiều hơn thế, chúng có thể thiết lập các đường dẫn truyền thông song song. Chẳng hạn khi máy tính A đang liên lạc với máy tính B thì không có lý do gì để máy tính C không đồng thời liên lạc với máy tính D. Trong một tên miền xung đột (collision domain), các kiểu truyền thông song song này là không thể bởi vì chúng sẽ dẫn đến xung đột. Kết luận Trong bài này chúng ta đã thảo luận về một số thành phần cơ bản để tạo một mạng đơn giản. Trong phần hai chúng ta vẫn sẽ tiếp tục quan tâm đến các thiết bị phần cứng mạng cơ bản. Xin mời các bạn tiếp tục đón xem ở phần sau.
Kiến thức cơ bản về mạng: Phần 2 - Router Đây là phần tiếp theo sau bài mở đầu về các thiết bị phần cứng mạng. Trong phần này chúng ta sẽ thảo luận nội dung chi tiết của thiết bị mạng quan trọng nhất: router. Cho dù là người mới bắt đầu làm quen với mạng nhưng chắc hẳn bạn đã từng nghe nói đến router. Các kết nối Internet băng thông rộng, sử dụng modem cáp hay modem DSL luôn đòi hỏi cần phải có router. Nhưng công việc của router không phải là cung cấp sự nối kết Internet mà là chuyển các gói dữ liệu từ mạng này tới mạng khác. Có nhiều kiểu router, từ đơn giản đến phức tạp. Các router bình dân thường được dùng cho kết nối Internet gia đình, còn nhiều router có mức giá “kinh khủng” thường được các đại gia là những gã khổng lồ ưa chuộng. Song, cho dù đắt hay rẻ, đơn giản hay phức tạp thì mọi router đều hoạt động với các nguyên tắc cơ bản như nhau. Ở đây, chúng ta sẽ tập trung vào các router đơn giản với giá thành thấp, chủ yếu được dùng để nối kết một máy tính vào mạng Internet băng thông rộng. Bởi vì đối tượng của bài này là những người mới bắt đầu làm quen mới mạng. Và tất nhiên sẽ dễ dàng hơn nhiều khi bắt đầu với những gì đã từng quen thuộc cho hầu hết mọi người thay vì động đến sự phức tạp của router dùng trong các tập đoàn lớn. Nếu bạn đã có hiểu biết cơ bản về router và muốn có kiến thức chuyên sâu hơn, bạn sẽ tìm được cái mình cần trong một bài khác mà có dịp chúng tôi sẽ giới thiệu với các bạn sau. Như đã nói ở trên, công việc của một router là chuyển các gói dữ liệu từ mạng này tới mạng khác. Định nghĩa này có vẻ lạ trong ngữ cảnh các máy tính đã được kết nối với đường truyền Internet băng thông rộng. Nhưng thực tế bạn nên biết mạng là một tập hợp lớn với các mạng con khác ở bên trong. Vậy, nếu công việc của một router là chuyển lưu lượng giữa hai mạng, trong đó một mạng là Internet thì mạng kia ở đâu? Trong trường hợp cụ thể này chính là máy tính được kết nối tới router. Nó được cấu hình thực sự như một mạng đơn giản. Để hình dung rõ hơn, bạn có thể xem ảnh minh hoạ trong Hình A và B. Hình A là mặt trước của một router băng thông rộng 3COM, còn hình B là mặt sau của nó. Hình A: Mặt trước của router băng thông rộng (broadband) 3COM Hình B: Router Internet băng thông rộng gồm một tập hợp các cổng RJ-45 giống như một hub hay switch Như bạn có thể thấy trên hình, thực sự không có điểm nổi bật đặc biệt nào trong mặt trước của router. Sở dĩ chúng tôi vẫn đưa ra hình ảnh cụ thể của nó nhằm giúp các bạn, những người chưa quen thuộc với thiết bị này có thể biết được một router trông như thế nào. Hình B xem chừng có vẻ thú vị hơn. Nhìn vào hình B bạn sẽ thấy có ba tập hợp cổng ở mặt sau router. Cổng bên trái nhất là nơi điện nguồn được nối với router. Ở giữa là một cổng RJ-45 dùng cho việc kết nối mạng từ xa. Trong trường hợp cụ thể này, router được dùng để cung cấp kết nối Internet. Cổng giữa chủ yếu được dùng để kết nối router với một modem cáp hay modem DSL. Các modem này sẽ cung cấp kết nối thực tới Internet. Còn tập hợp ở bên phải gồm bốn cổng RJ-45. Nếu bạn xem lại phần đầu của loạt bài này bạn sẽ thấy các hub và switch cũng gồm số lượng lớn các nhóm cổng RJ-45. Trong trường hợp của hub hay switch, các cổng RJ-45 được dùng để cung cấp kết nối tới các máy tính trên mạng. Ở router, các cổng đều hoạt động y như nhau. Router trong ví dụ ở đây có một switch bốn cổng dựng sẵn. Công việc của một router là chuyển các gói tin từ mạng này tới mạng khác. Ở trên chúng ta đã giải thích trong trường hợp của router băng thông rộng, Internet là một mạng còn máy tính đóng vai trò là một mạng thứ hai. Lý do vì sao một máy tính đơn lẻ lại có thay thế như một mạng tổng thể là do router không coi PC là một thiết bị độc lập. Router xem PC như một nút mạng. Như bạn có thể thấy trên hình B, router cụ thể này có thể cung cấp thực sự một mạng bốn máy tính. Hầu hết người dùng gia đình đều sử dụng kiểu cấu hình chỉ cần cắm một PC vào router. Cụ thể hơn, kiểu mạng này định tuyến các gói dữ liệu giữa một mạng nhỏ (ngay cả khi mạng đó chỉ có một máy tính đơn) và Internet (được xem như là mạng thứ hai). Quá trình định tuyến Để hiểu hoạt động định tuyến được thực hiện như thế nào, đầu tiên bạn phải biết một chút về cách thức hoạt động của giao thức TCP/IP. Mọi thiết bị kết nối tới mạng TCP/IP đều có một địa chỉ IP duy nhất giới hạn trong giao diện mạng của nó. Địa chỉ IP là một dãy bốn số riêng phân tách nhau bởi các dấu chấm. Ví dụ một địa chỉ IP điển hình có dạng: 192.168.0.1. Ví dụ dễ hiểu nhất khi nói về IP là địa chỉ nhà. Địa chỉ nhà thông thường luôn có số nhà và tên phố. Số nhà xác định cụ thể vị trí ngôi nhà trên phố đó. Địa chỉ IP cũng hoạt động tương tự như vậy. Nó gồm mã số địa chỉ mạng và mã số thiết bị. So sánh với địa chỉ nhà bạn sẽ thấy địa chỉ mạng giống như tên phố còn mã số thiết bị giống như số nhà vậy. Địa chỉ mạng chỉ mạng cụ thể thiết bị đang tham gia trong nó còn mã số thiết bị thì cung cấp cho thiết bị một nhận dạng trên mạng. Vậy kết thúc của địa chỉ mạng và khởi đầu của mã số thiết bị ở đâu? Đây là công việc của một subnet mask. Subnet mask sẽ “nói” với máy tính vị trí cuối cùng của địa chỉ mạng và vị trí đầu tiên của số thiết bị trong địa chỉ IP. Hoạt động mạng con có khi rất phức tạp. Bạn có thể tham khảo chi tiết hơn trong một bài khác mà có dịp chúng tôi sẽ giới thiệu sau. Còn bây giờ hãy quan tâm đến những thứ đơn giản nhất, xem xét một subnet mask rất cơ bản. Subnet mask thoạt nhìn rất giống với địa chỉ IP vì nó cũng có 4 con số định dạng theo kiểu phân tách nhau bởi các dấu chấm. Một subnet mask điển hình có dạng: 255.255.255.0. Trong ví dụ cụ thể này, ba số dầu tiên (gọi là octet) đều là 255, con số cuối cùng là 0. Số 255 chỉ ra rằng tất cả các bit trong vị trí tương ứng của địa chỉ IP là một phần của mã số mạng. Số 0 cuối cùng ám chỉ không có bit nào trong vị trí tương ứng của địa chỉ IP là một phần của địa chỉ mạng. Do đó chúng thuộc về mã số thiết bị. Nghe có vẻ khá lộn xộn, bạn sẽ hiểu hơn với ví dụ sau. Tưởng tượng bạn có một máy tính với địa chỉ IP là 192.168.1.1 và mặt nạ mạng con là: 255.255.255.0. Trong trường hợp này ba octet đầu tiên của subnet mask đều là 255. Điều này có nghĩa là ba octet đầu tiên của địa chỉ IP đều thuộc vào mã số mạng. Do đó vị trí mã số mạng của địa chỉ IP này là 192.168.1.x. Điều này là rất quan trọng vì công việc của router là chuyển các gói dữ liệu từ một mạng sang mạng khác. Tất cả các thiết bị trong mạng (hoặc cụ thể là trên phân đoạn mạng) đều chia sẻ một mã số mạng chung. Chẳng hạn, nếu 192.168.1.x là số mạng gắn với các máy tính kết nối với router trong hình B thì địa chỉ IP cho bốn máy tính viên có thể là: 192.168.1.1 192.168.1.2 192.168.1.3 192.168.1.4 Như bạn thấy, mỗi máy tính trên mạng cục bộ đều chia sẻ cùng một địa chỉ mạng, còn mã số thiết bị thì khác nhau. Khi một máy tính cần liên lạc với máy tính khác, nó thực hiện bằng cách tham chiếu tới địa chỉ IP của máy tính đó. Chẳng hạn, trong trường hợp cụ thể này, máy tính có địa chỉ 192.168.1.1 có thể gửi dễ dàng các gói dữ liệu tới máy tính có địa chỉ 192.168.1.3 vì cả hai máy này đều là một phần trong cùng một mạng vật lý. Nếu một máy cần truy cập vào máy nằm trên mạng khác thì mọi thứ sẽ khác hơn một chút. Giả sử rằng một trong số người dùng trên mạng cục bộ muốn ghé thăm website www.brienposey.com, một website nằm trên một server. Giống như bất kỳ máy tính nào khác, mỗi Web server có một địa chỉ IP duy nhất. Địa chỉ IP cho website này là 24.235.10.4. Bạn có thể thấy dễ dàng địa chỉ IP của website không nằm trên mạng 192.168.1.x. Trong trường hợp này máy tính đang cố gắng tiếp cận với website không thể gửi gói dữ liệu ra ngoài theo mạng cục bộ, vì Web server không phải là một phần của mạng cục bộ. Thay vào đó máy tính cần gửi gói dữ liệu sẽ xem xét đến địa chỉ cổng vào mặc định. Cổng vào mặc định (default gateway) là một phần của cấu hình TCP/IP trong một máy tính. Đó là cách cơ bản để nói với máy tính rằng nếu không biết chỗ gửi gói dữ liệu ở đâu thì hãy gửi nó tới địa chỉ cổng vào mặc định đã được chỉ định. Địa chỉ của cổng vào mặc định là địa chỉ IP của một router. Trong trường hợp này địa chỉ IP của router được chọn là 192.168.1.0 Chú ý rằng địa chỉ IP của router chia sẻ cùng một địa chỉ mạng như các máy khác trong mạng cục bộ. Sở dĩ phải như vậy để nó có thể truy cập tới các máy trong cùng mạng. Mỗi router có ít nhất hai địa chỉ IP. Một dùng cùng địa chỉ mạng của mạng cục bộ, còn một do ISP của bạn quy định. Địa chỉ IP này dùng cùng một địa chỉ mạng của mạng ISP. Công việc của router khi đó là chuyển các gói dữ liệu từ mạng cục bộ sang mạng ISP. ISP của bạn có các router riêng hoạt động cũng giống như mọi router khác, nhưng định tuyến đường đi cho gói dữ liệu tới các phần khác của Internet. Kết luận Như bạn có thể thấy, router là thành phần mạng cực kỳ quan trọng. Không có router, sự nối kết giữa các mạng (chẳng hạn như Internet) là không thể. Trong phần ba của loạt bài này chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về nội dung của giao thức TCP/IP.