|
Mạng máy tính hay hệ thống mạng (tiếng Anh: computer network hay network system), là một tập hợp các máy tính tự hoạt được kết nối nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn để nhằm cho phép chia sẻ tài nguyên: máy in, máy fax, tệp tin, dữ liệu....
Một máy tính được gọi là tự hoạt (autonomous) nếu nó có thể khởi động, vận hành các phần mềm đã cài đặt và tắt máy mà không cần phải có sự điều khiển hay chi phối bởi một máy tính khác.
Các thành phần của mạng có thể bao gồm:
Máy tính của thập niên 1940 là các thiết bị cơ-điện tử lớn và rất dễ hỏng. Sự phát minh ra transitor bán dẫn vào năm 1947 tạo ra cơ hội để làm ra chiếc máy tính nhỏ và đáng tin cậy hơn.
Năm 1950, các máy tính lớn mainframe chạy bởi các chương trình ghi trên thẻ đục lỗ (punched card) bắt đầu được dùng trong các học viện lớn. Điều này tuy tạo nhiều thuận lợi với máy tính có khả năng được lập trình nhưng cũng có rất nhiều khó khăn trong việc tạo ra các chương trình dựa trên thẻ đục lỗ này.
Vào cuối thập niên 1950, người ta phát minh ra mạch tích hợp (IC) chứa nhiều transitor trên một mẫu bán dẫn nhỏ, tạo ra một bước nhảy vọt trong việc chế tạo các máy tính mạnh hơn, nhanh hơn và nhỏ hơn. Đến nay, IC có thể chứa hàng triệu transistor trên một mạch.
Vào cuối thập niên 1960, đầu thập niên 1970, các máy tính nhỏ được gọi là minicomputer bắt đầu xuất hiện.
Năm 1977, công ty máy tính Apple Computer giới thiệu máy vi tính cũng được gọi là máy tính cá nhân (personal computer - PC).
Năm 1981, IBM đưa ra máy tính cá nhân đầu tiên. Sự thu nhỏ ngày càng tinh vi hơn của các IC đưa đến việc sử dụng rộng rãi máy tính cá nhân tại nhà và trong kinh doanh.
Vào giữa thập niên 1980, người sử dụng dùng các máy tính độc lập bắt đầu chia sẻ các tập tin bằng cách dùng modem kết nối với các máy tính khác. Cách thức này được gọi là điểm nối điểm, hay truyền theo kiểu quay số. Khái niệm này được mở rộng bằng cách dùng các máy tính là trung tâm truyền tin trong một kết nối quay số. Các máy tính này được gọi là sàn thông báo (bulletin board). Các người dùng kết nối đến sàn thông báo này, để lại đó hay lấy đi các thông điệp, cũng như gửi lên hay tải về các tập tin. Hạn chế của hệ thống là có rất ít hướng truyền tin, và chỉ với những ai biết về sàn thông báo đó. Ngoài ra, các máy tính tại sàn thông báo cần một modem cho mỗi kết nối, khi số lượng kết nối tăng lên, hệ thống không thề đáp ứng được nhu cầu.
Qua các thập niên 1950, 1970, 1980 và 1990, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã phát triển các mạng diện rộng WAN có độ tin cậy cao, nhằm phục vụ các mục đích quân sự và khoa học. Công nghệ này khác truyền tin điểm nối điểm. Nó cho phép nhiều máy tính kết nối lại với nhau bằng các đường dẫn khác nhau. Bản thân mạng sẽ xách định dữ liệu di chuyển từ máy tính này đến máy tính khác như thế nào. Thay vì chỉ có thể thông tin với một máy tính tại một thời điểm, nó có thể thông tin với nhiều máy tính cùng lúc bằng cùng một kết nối. Sau này, WAN của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã trở thành Internet.
Các ứng dụng quan trọng hiện tại qua mạng là: thư điện tử, hội nghị truyền hình (video conference), điện thoại Internet, giao dịch và lớp học ảo (e-learning hay virtual class), dịch vụ tìm kiếm thông tin qua các máy truy tìm, vv.
Trong kỹ thuật mạng, việc quan trọng nhất là vận chuyển dữ liệu giữa các máy. Nói chung sẽ có hai phương thức là:
Dưới đây là đối tượng chính của phần cứng mạng:
LAN (từ Anh ngữ: local area network), hay còn gọi là "mạng cục bộ", là mạng tư nhân trong một toà nhà, một khu vực (trường học hay cơ quan chẳng hạn) có cỡ chừng vài km. Chúng nối các máy chủ và các máy trạm trong các văn phòng và nhà máy để chia sẻ tài nguyên và trao đổi thông tin. LAN có 3 đặc điểm:
MAN (từ Anh ngữ: metropolitan area network), hay còn gọi là "mạng đô thị", là mạng có cỡ lớn hơn LAN, phạm vi vài km. Nó có thể bao gồm nhóm các văn phòng gần nhau trong thành phố, nó có thể là công cộng hay tư nhân và có đặc điểm:
Ví dụ của kỹ thuật này là mạng DQDB (Distributed Queue Dual Bus) hay còn gọi là bus kép theo hàng phân phối (tiêu chuẩn IEEE 802.6).
WAN (wide area network), còn gọi là "mạng diện rộng", dùng trong vùng địa lý lớn thường cho quốc gia hay cả lục địa, phạm vi vài trăm cho đến vài ngàn km. Chúng bao gồm tập họp các máy nhằm chạy các chương trình cho người dùng. Các máy này thường gọi là máy lưu trữ(host) hay còn có tên là máy chủ, máy đầu cuối (end system). Các máy chính được nối nhau bởi các mạng truyền thông con (communication subnet) hay gọn hơn là mạng con (subnet). Nhiệm vụ của mạng con là chuyển tải các thông điệp (message) từ máy chủ này sang máy chủ khác.
Mạng con thường có hai thành phần chính:
Hầu hết các WAN bao gồm nhiều đường cáp hay là đường dây điện thoại, mỗi đường dây như vậy nối với một cặp bộ định tuyến. Nếu hai bộ định tuyến không nối chung đường dây thì chúng sẽ liên lạc nhau bằng cách gián tiếp qua nhiều bộ định truyến trung gian khác. Khi bộ định tuyến nhận được một gói dữ liệu thì nó sẽ chứa gói này cho đến khi đường dây ra cần cho gói đó được trống thì nó sẽ chuyển gói đó đi. Trường hợp này ta gọi là nguyên lý mạng con điểm nối điểm, hay nguyên lý mạng con lưu trữ và chuyển tiếp (store-and-forward), hay nguyên lý mạng con nối chuyển gói.
Có nhiều kiểu cấu hình cho WAN dùng nguyên lý điểm tới điểm như là dạng sao, dạng vòng, dạng cây, dạng hoàn chỉnh, dạng giao vòng, hay bất định.
Các thiết bị cầm tay hay bỏ túi thường có thể liên lạc với nhau bằng phương pháp không dây và theo kiểu LAN. Một phương án khác được dùng cho điện thoại cầm tay dựa trên giao thức CDPD (Cellular Digital Packet Data) hay là dữ liệu gói kiểu cellular số.
Các thiết bị không dây hoàn toàn có thể nối vào mạng thông thường (có dây) tạo thành mạng hỗn hợp (trang bị trên một số máy bay chở khách chẳng hạn).
Các mạng trên thế giới có thể khác biệt nhau về phần cứng và phần mềm, để chúng liên lạc được với nhau cần phải có thiết bị gọi là cổng nối (gateway) làm nhiệm vụ điều hợp. Một tập hợp các mạng nối kết nhau được gọi là liên mạng. Dạng thông thường nhất của liên mạng là một tập hợp nhiều LAN nối nhau bởi một WAN.
Phần mềm của mạng được thiết kế để thoả mãn các tiêu chuẩn và yêu cầu đặt ra bởi phần cứng và mục đích sử dụng.
Để giảm độ phức tạp trong lúc thiết kế, mạng được chia ra làm nhiều lớp (layer) hay cấp độ (level) nối tiếp nhau và có nhiệm vụ riêng. Ta gọi tầng 1 là tầng phần mềm thấp nhất làm việc trực tiếp với phần cứng của mạng hay còn gọi là phần môi trường vật lý (physical medium). Tiếp theo đó là tầng 2 tức là tầng sẽ tiếp xúc với tầng phần mềm 1 và nằm giữa tầng 1 và tầng 3. Cứ như thế cho đến tầng cuối cùng thường là một chương trình ứng dụng có giao diện với người dùng. Như vậy mồi tầng sẽ được thiết kế để làm một nhiệm vụ riêng.
Tầng 5 có giao diện với ngưòi dùng và giữ nhiệm vụ gửi nguyên mẫu thông tin xuống tầng 4. Tầng 4 chịu trách nhiệm thêm vào dữ liệu nguyên thủy các địa được từ tầng 4 thành nhiều [[Chuyển các nối kết (mạch điện) vật lý. Quan trọng nhất là cách và chiều vận chuyển dữ liệu:
Các mô hình dưới đây, TCP/IP và OSI là các tiêu chuẩn, không phải là các bộ lọc hay phần mềm tạo giao thức.
OSI, hay còn gọi là "Mô hình liên kết giữa các hệ thống mở", là thiết kế dựa trên sự phát triển của ISO (Tổ Chức Tiêu Chuẩn Quốc Tế).
Mô hình bao gồm 7 tầng:
TCP/IP cũng giống như OSI nhưng kiểu này có ít hơn ba tầng:
ARPANET là mạng kiểu WAN, nguyên thủy do DoD, hay Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, (DoD viết tắt từ Department of Defense) khởi xướng đầu thập niên 1960 nhằm tạo ra một mạng có thể tồn tại với chiến tranh hạt nhân lúc đó có thể xãy ra giữa Mỹ và Liên Xô. Chữ ARPANET là từ chữ Advance Research Project Agency và chữ NET viết hợp lại. Đây là một trong những mạng đầu tiên dùng kỹ thuật nối chuyển gói, nó bao gồm các mạng con và nhiều máy chính. Các mạng con thì được thiết kế dùng các minicomputer gọi là các IMP, hay Bộ xử lý mẫu tin giao diện, (từ chữ Interface Message Processor) để bảo đảm khả năng truyền thông, mỗi IMP phải nối với ít nhất hai IMP khác và gọi các phần mềm của các mạng con này là giao thức IMP-IMP. Các IMP nối nhau bởi các tuyến điện thoai 56 Kbps sẵn có. ARPANET đã phát triển rất mạnh bởi sự ủng hộ của các đại học. Nhiều giao thức khác đã được thử nghiệm và áp dụng trên mạng này trong đó quan trọng là việc phát minh ra giao thức TCP/IP dùng trong các LAN nối với ARPANET. Đến 1983, ARPANET đã chứng tỏ sự bền bỉ và thành công bao gồm hơn 200 IMP và hàng trăm máy chính. Cũng trong thập niên 1980, nhiều LAN đã nối vào ARPANET và thiết kế DNS, hay 'hệ thống đặt tên miền, (từ chữ Domain Naming System) cũng ra đời trên mạng này trước tiên. Đến 1990 thì mạng này mới hết được sử dụng. Đây được xem là mạng có tính cách lịch sử là tiền thân của Internet.
Vào 1984 thì tổ chức National Science Foundation của Hoa Kì (gọi tắt là NSF) đã thiết kế nhằm phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu và thông tin giữa các đại học bao gồm 6 siêu máy tính từ nhiều trung tâm trải rộng trong Hoa Kỳ. Đây là mạng WAN đầu tiên dùng TCP/IP. Cuối thập niên 1990 thì kĩ thuật sợi quang (fiber optics) đã được áp dụng. Tháng 12 năm 1991 thì mạng National Research and Educational Network ra đời để thay cho NSFNET và dùng vận tốc đến hàng giga bit. Đến 1995 thì NSFNET không còn cần thiết nữa.
Số lượng máy tính nối vào ARPANET tăng nhanh sau khi TCP/IP trở thành giao diện chính thức duy nhất vào ngày 1 tháng 1 năm 1983. Sau khi ARPANET và NSFNET nối nhau thì sự phát triển mạng tăng theo hàm mũ. Nhiều nơi trên thế giới bắt đầu nối vào làm thành các mạng ở Canada, Châu Âu và bên kia Đại Tây Dương đã hình thành Internet. Từ 1990, Internet đã có hơn 300 mạng và 2000 máy tính nối vào. Đến 1995 đã có hàng trăm mạng cỡ trung bình, hàng chục ngàn LAN, hàng triệu máy chính, và hàng chục triệu người dùng Internet. Độ lớn của nó nhân đôi sau mỗi hai năm.
Chất liệu chính giữ Internet nối mạng với nhau là giao thức TCP/IP và chồng giao diện TCP/IP. TCP/IP đã làm cho các dịch vụ trở nên phổ dụng. Đến tháng 1 năm 1992, thì sự phát triển tự phát của Internet không còn hữu hiệu nữa. Tổ chức Internet Society ra đời nhằm cổ vũ và để quản lý nó. Internet có các ứng dụng chính sau:
Novell Netware là hệ điều hành chuyên cho mạng và một bộ các giao thức mạng dùng để nói chuyện với máy khách trên mạng. Phần mềm này phát triển bởi Novell. Ngày nay, Netware hổ trợ TCP/IP cũng như là IPX/SPX.
X.25 là một giao thức đã đuợc công nhận bởi CCITT (viết tắt từ tiếng Anh: Consultative Committee for International Telegraph and Telephone, nghĩa là Hội Đồng Tham Vấn về Điện Thoại và Điện Tín Quốc Tế). Giao thức này là giao thức rất phổ biến được đưa ra nhằm bảo đảm sự nguyên vẹn của dữ liệu khi di chuyển trong mạng. Nó định nghĩa sự kết nối với nhau của nhiều mạng dùng kỹ thuật nối chuyển gói với các máy tính liên hệ hoặc các đầu ra. X.25 cho phép các máy tính của nhiều mạng công cộng khác nhau có thể liên lạc xuyên qua một máy tính trung gian ở tầng network.
Frame relay là một giao thức về nối chuyển gói dùng cho việc nối các thiết bị trong WAN. Giao thức này được tạo ra để dùng trong môi trường có vận tốc rất nhanh và khả năng bị lỗi ít. Ở Mỹ, nó hỗ trợ vận tốc T-1 (hay DS1) lên đến 1.544 Mbps. Thực ra, frame relay cơ bản dựa trên giao thức cũ là X.25. Sự khác nhau ở đây, frame relay là kỹ thuật "gói nhanh" (fast-packet) và kỹ thuật này sẽ không tiến hành điều chỉnh lỗi. Khi lỗi tìm ra, thì nó chỉ đơn giản huỷ bỏ gói có lỗi đi. Các đầu cuối chịu trách nhiệm cho việc phát hiện lỗi và yêu cầu gửi lại gói đã hủy bỏ.
ISDN từ chữ Integrated Services Digital Network nghĩa là "mạng kỹ thuật số các dịch vụ tổng hợp". Một cách tổng quát thì ISDN là loại mạng sử dụng kỹ thuật nối chuyển mạch. ISDN là một tiêu chuẩn quốc tế về truyền thông bằng âm thanh, dữ liệu, tín hiệu và hình ảnh kỹ thuật số. Một thí dụ là nó có thể dùng cho các buổi hội thảo truyền hình (videoconference) cùng lúc trao đổi hình ảnh, âm thanh, và chữ giữa các máy cá nhân có nối kết với nhóm các hệ thống hội thảo truyền hình.
Hệ thống ISDN sử dụng các nối kết qua đường dây điện thoại số cho phép nhiều kênh truyền hoạt động đồng thời qua cùng một tiêu chuẩn giao diện duy nhất. Người dùng ở nhà và các cơ sở kinh tế muốn có ISDN qua hệ thống dường dây điện thoại số cần phải cài thêm các trang bị đặc biệt về phần cứng gọi là bộ tiếp hợp (adapter). Vận tốc tối đa hiện tại của ISDN lên đến 128 Kbps. Nhiều địa phương không trang bị đưòng dây điện thoại số thì sẽ không cài đặt được kỹ thuật ISDN.
Các tổ chức ảnh hưởng lớn hay có thẩm quyền đến việc tiêu chuẩn hoá mạng máy tính:
