Mạng máy tính, vấn đề an toàn mạng và bức tường lửa

PhÇn I: Tæng quan vÒ m¹ng m¸y tÝnh Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu vÒ m¸y tÝnh 1.1. Lịch sử máy tính Trong thời đại khoa học kỹ thuật ngày nay, máy tính điện tử đóng một vai trò hết sức quan trọng và là yếu tố không thể thiếu đối với hầu hết các ngành nghề, các dịch vụ cũng như đối với đời sống sinh hoạt của con người. Để trở thành những công cụ hữu ích, công nghệ cao như hiện nay, máy tính điện tử đã trải qua rất nhiều thời kì phát triển, đáp ứng những đòi hỏi ngày một cao của con người. Với sự ra đời và thành công của máy ENIAC, năm 1946 được xem như năm mở đầu cho kỷ nguyên máy tính điện tử, kết thúc sự nỗ lực nghiên cứu của các nhà khoa học đã kéo dài trong nhiểu năm trước đó, và mở ra một thời kỳ phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng cơ sở chế tạo ra những máy tính điện tử với tính năng ngày càng cao, được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Lịch sử phát triển của máy tính có thể chia thành 4 giai đoạn như sau: 1.1.1. Giai đoạn 1: Từ 1945 đến 1958, với máy tính thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ đèn chân không. Máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), do John Mauchly và John Presper Eckert (đại học Pensylvania, Mỹ) thiết kế và chế tạo, là chiếc máy số hoá điện tử đa năng đầu tiên trên thế giới. Nguồn gốc: Dự án chế tạo máy ENIAC được bắt đầu vào năm 1943. Đây là một nỗ lực nhằm đáp ứng yêu cầu thời chiến của BRL (Ballistics Research Laboratory – Phòng nghiên cứu đạn đạo quân đội Mỹ) trong việc tính toán chính xác và nhanh chóng các bảng số liệu đạn đạo cho từng loại vũ khí mới. Số liệu kỹ thuật: ENIAC là một chiếc máy khổng lồ với hơn 18000 bóng đèn chân không, nặng hơn 30 tấn, tiêu thụ một lượng điện năng vào khoảng 140kW và chiếm một diện tích xấp xỉ 1393 m2. Mặc dù vậy, nó làm việc nhanh hơn nhiều so với các loại máy tính điện cơ cùng thời với khả năng thực hiện 5000 phép cộng trong một giây đồng hồ. Điểm khác biệt giữa ENIAC & các máy tính khác: ENIAC sử dụng hệ đếm thập phân chứ không phải nhị phân như ở tất cả các máy tính khác. Với ENIAC, các con số được biểu diễn dưới dạng thập phân và việc tính toán cũng được thực hiện trên hệ thập phân. Bộ nhớ của máy gồm 20 “bộ tích lũy”, mỗi bộ có khả năng lưu giữ một số thập phân có 10 chữ số. Mỗi chữ số được thể hiện bằng một vòng gồm 10 đèn chân không, trong đó tại mỗi thời điểm, chỉ có một đèn ở trạng thái bật để thể hiện một trong mười chữ số từ 0 đến 9 của hệ thập phân. Việc lập trình trên ENIAC là một công việc vất vả vì phải thực hiện nối dây bằng tay qua việc đóng/mở các công tắc cũng như cắm vào hoặc rút ra các dây cáp điện. Hoạt động thực tế: Máy ENIAC bắt đầu hoạt động vào tháng 11/1945 với nhiệm vụ đầu tiên không phải là tính toán đạn đạo (vì chiến tranh thế giới lần thứ hai đã kết thúc) mà để thực hiện các tính toán phức tạp dùng trong việc xác định tính khả thi của bom H. Việc có thể sử dụng máy vào mục đích khác với mục đích chế tạo ban đầu cho thấy tính đa năng của ENIAC. Máy tiếp tục hoạt động dưới sự quản lý của BRL cho đến khi được tháo rời ra vào năm 1955. Máy tính Von Neumann Như đã đề cập ở trên, việc lập trình trên máy ENIAC là một công việc rất tẻ nhạt và tốn kém nhiều thời gian. Công việc này có lẻ sẽ đơn giản hơn nếu chương trình có thể được biểu diễn dưới dạng thích hợp cho việc lưu trữ trong bộ nhớ cùng với dữ liệu cần xử lý. Khi đó máy tính chỉ cần lấy chỉ thị bằng cách đọc từ bộ nhớ, ngoài ra chương trình có thể được thiết lập hay thay đổi thông qua sự chỉnh sửa các giá trị lưu trong một phần nào đó của bộ nhớ. Ý tưởng này, được biết đến với tên gọi “khái niệm chương trình được lưu trữ”, do nhà toán học John von Neumann, một cố vấn của dự án ENIAC, đưa ra ngày 8/11/1945, trong một bản đề xuất về một loại máy tính mới có tên gọi EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). Máy tính này cho phép nhiều thuật toán khác nhau có thể được tiến hành trong máy tính mà không cần phải nối dây lại như máy ENIAC. Máy IAS Tiếp tục với ý tưởng của mình, vào năm 1946, von Neuman cùng các đồng nghiệp bắt tay vào thiết kế một máy tính mới có chương trình được lưu trữ với tên gọi IAS (Institute for Advanced Studies) tại học viện nghiên cứu cao cấp Princeton, Mỹ. Mặc dù mãi đến năm 1952 máy IAS mới được hoàn tất, nó vẫn là mô hình cho tất cả các máy tính đa năng sau này. 1.1.2. Giai đoạn 2: Từ 1958 đến 1964, với máy tính thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ chất bán dẫn. Sự thay đổi đầu tiên trong lĩnh vực máy tính điện tử xuất hiện khi có sự thay thế đèn chân không bằng đèn bán dẫn. Đèn bán dẫn nhỏ hơn, rẻ hơn, tỏa nhiệt ít hơn trong khi vẫn có thể được sử dụng theo cùng cách thức của đèn chân không để tạo nên máy tính. Không như đèn chân không vốn đòi hỏi phải có dây, có bảng kim loại, có bao thủy tinh và chân không, đèn bán dẫn là một thiết bị ở trạng thái rắn được chế tạo từ silicon có nhiều trong cát có trong tự nhiên. Đèn bán dẫn là phát minh lớn của phòng thí nghiệm Bell Labs trong năm 1947. Nó đã tạo ra một cuộc cách mạng điện tử trong những năm 50 của thế kỷ 20. Dù vậy, mãi đến cuối những năm 50, các máy tính bán dẫn hóa hoàn toàn mới bắt đầu xuất hiện trên thị trường máy tính. Việc sử dụng đèn bán dẫn trong chế tạo máy tính đã xác định thế hệ máy tính thứ hai, với đại diện tiêu biểu là máy PDP–1 của công ty DEC (Digital EquIPment Corporation) và IBM 7094 của IBM. DEC được thành lập vào năm 1957 và cũng trong năm đó cho ra đời sản phẩm đầu tiên của mình là máy PDP–1 như đã đề cập ở trên. Đây là chiếc máy mở đầu cho dòng máy tính mini của DEC, vốn rất phổ biến trong các máy tính thế hệ thứ ba. 1.1.3. Giai đoạn 3: Từ 1964 đến 1974, với máy tính thế hệ thứ ba sử dụng công nghệ mạch tích hợp. Một đèn bán dẫn tự chứa, đơn lẻ thường được gọi là một thành phần rời rạc. Trong suốt những năm 50 và đầu những năm 60 của thế kỷ 20, các thiết bị điện tử phần lớn được kết hợp từ những thành phần rời rạc – đèn bán dẫn, điện trở, tụ điện, v.v... Các thành phần rời rạc được sản xuất riêng biệt, đóng gói trong các bộ chứa riêng, sau đó được dùng để nối lại với nhau trên những bảng mạch. Các bảng này lại được gắn vào trong máy tính, máy kiểm tra dao động, và các thiết bị điện tử khác nữa. Bất cứ khi nào một thiết bị điện tử cần đến một đèn bán dẫn, một ống kim loại nhỏ chứa một mẫu silicon sẽ phải được hàn vào một bảng mạch. Toàn bộ quá trình sản xuất, đi từ đèn bán dẫn đến bảng mạch, là một quá trình tốn kém và không hiệu quả. Những vấn đề như vậy đã làm nền tảng cho việc dẫn đến các bài toán mới trong công nghiệp máy tính. Các máy tính thế hệ thứ hai ban đầu chứa khoảng 10000 đèn bán dẫn. Con số này sau đó đã tăng lên nhanh chóng đến hàng trăm ngàn, làm cho việc sản xuất các máy mạnh hơn, mới hơn gặp rất nhiều khó khăn. Sự phát minh ra mạch tích hợp vào năm 1958 đã cách mạng hóa điện tử và bắt đầu cho kỷ nguyên vi điện tử với nhiều thành tựu rực rỡ. Mạch tích hợp chính là yếu tố xác định thế hệ thứ ba của máy tính. Trong mục tiếp sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một cách ngắn gọn về công nghệ mạch tích hợp. Sau đó, hai thành viên quan trọng nhất trong các máy tính thế hệ thứ ba, máy IBM System/360 và máy DEC PDP–8, sẽ được giới thiệu cùng với các tính năng nổi bật của chúng. 1.1.4. Giai đoạn 4: Từ 1974 đến nay, với máy tính thế hệ thứ tư sử dụng công nghệ mạch tích hợp vô cùng lớn/siêu lớn (VLSI/ULSI). Với tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ, mức độ cho ra đời các sản phẩm mới ở mức cao, cũng như tầm quan trọng của phần mềm, của truyền thông và phần cứng, việc phân loại máy tính theo thế hệ trở nên kém rõ ràng và ít có ý nghĩa như trước đây. rong phần tiếp theo, hai thành tựu tiêu biểu về công nghệ của máy tính thế hệ thứ tư sẽ được giới thiệu một cách tóm lược. Bộ nhớ bán dẫn Vào khoảng những năm 50 đến 60 của thế kỷ này, hầu hết bộ nhớ máy tính đều được chế tạo từ những vòng nhỏ làm bằng vật liệu sắt từ, mỗi vòng có đường kính khoảng 1/16 inch. Các vòng này được treo trên các lưới ở trên những màn nhỏ bên trong máy tính. Khi được từ hóa theo một chiều, một vòng (gọi là một lõi) biểu thị giá trị 1, còn khi được từ hóa theo chiều ngược lại, lõi sẽ đại diện cho giá trị 0. Bộ nhớ lõi từ kiểu này làm việc khá nhanh. Nó chỉ cần một phần triệu giây để đọc một bit lưu trong bộ nhớ. Nhưng nó rất đắt tiền, cồng kềnh, và sử dụng cơ chế hoạt động loại trừ: một thao tác đơn giản như đọc một lõi sẽ xóa dữ liệu lưu trong lõi đó. Do vậy cần phải cài đặt các mạch phục hồi dữ liệu ngay khi nó được lấy ra ngoài. Năm 1970, Fairchild chế tạo ra bộ nhớ bán dẫn có dung lượng tương đối đầu tiên. ChIP này có kích thước bằng một lõi đơn, có thể lưu 256 bit nhớ, hoạt động không theo cơ chế loại trừ và nhanh hơn bộ nhớ lõi từ. Nó chỉ cần 70 phần tỉ giây để đọc ra một bit dữ liệu trong bộ nhớ. Tuy nhiên giá thành cho mỗi bit cao hơn so với lõi từ. Kể từ năm 1970, bộ nhớ bán dẫn đã đi qua tám thế hệ: 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, và giờ đây là 16M bit trên một chIP đơn (1K = 210, 1M = 220). Mỗi thế hệ cung cấp khả năng lưu trữ nhiều gấp bốn lần so với thế hệ trước, cùng với sự giảm thiểu giá thành trên mỗi bit và thời gian truy cập. Bộ vi xử lý Vào năm 1971, hãng Intel cho ra đời chIP 4004, chIP đầu tiên có chứa tất cả mọi thành phần của một CPU trên một chIP đơn. Kỷ nguyên bộ vi xử lý đã được khai sinh từ đó. ChIP 4004 có thể cộng hai số 4 bit và nhân bằng cách lập lại phép cộng. Theo tiêu chuẩn ngày nay, chIP 4004 rõ ràng quá đơn giản, nhưng nó đã đánh dấu sự bắt đầu của một quá trình tiến hóa liên tục về dung lượng và sức mạnh của các bộ vi xử lý. Bước chuyển biến kế tiếp trong quá trình tiến hóa nói trên là sự giới thiệu chIP Intel 8008 vào năm 1972. Đây là bộ vi xử lý 8 bit đầu tiên và có độ phức tạp gấp đôi chIP 4004. Đến năm 1974, Intel đưa ra chIP 8080, bộ vi xử lý đa dụng đầu tiên được thiết kế để trở thành CPU của một máy vi tính đa dụng. So với chIP 8008, chIP 8080 nhanh hơn, có tập chỉ thị phong phú hơn và có khả năng định địa chỉ lớn hơn. Cũng trong cùng thời gian đó, các bộ vi xử lý 16 bit đã bắt đầu được phát triển. Mặc dù vậy, mãi đến cuối những năm 70, các bộ vi xử lý 16 bit đa dụng mới xuất hiện trên thị trường. Sau đó đến năm 1981, cả Bell Lab và Hewlett–packard đều đã phát triển các bộ vi xử lý đơn chIP 32 bit. Trong khi đó, Intel giới thiệu bộ vi xử lý 32 bit của riêng mình là chIP 80386 vào năm 1985. 1.2. Cấu trúc và chức năng của máy tính 1.2.1. Cấu trúc tổng quát của máy tính Máy tính là một hệ thống phức tạp với hàng triệu thành phần điện tử cơ sở. Ở mức đơn giản nhất, máy tính có thể được xem như một thực thể tương tác theo một cách thức nào đó với môi trường bên ngoài. Một cách tổng quát, các mối quan hệ của nó với môi trường bên ngoài có thể phân loại thành các thiết bị ngoại vi hay đường liên lạc. Hình 1: Cấu trúc tổng quát của máy tính Thành phần chính, quan trọng nhất của máy tính là Đơn vị xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động của máy tính và thực hiện các chức năng xử lý dữ liệu. Hình 2: Bộ xử lý trung tâm của máy tính (CPU) CPU thường được đề cập đến với tên gọi bộ xử lý. Máy tính có thể có một hoặc nhiều thành phần nói trên, Ví Dụ như một hoặc nhiều CPU. Trước đây đa phần các máy tính chỉ có một CPU, nhưng gần đây có sự gia tăng sử dụng nhiều CPU trong một hệ thống máy đơn. CPU luôn luôn là đối tượng quan trọng vì đây là thành phần phức tạp nhất của hệ thống. Cấu trúc của CPU gồm các thành phần chính: Đơn vị điều khiển: Điều khiển hoạt động của CPU và do đó điều khiển hoạt động của máy tính. Đơn vị luận lý và số học (ALU – Arithmetic and Logic Unit): Thực hiện các chức năng xử lý dữ liệu của máy tính. Tập thanh ghi: Cung cấp nơi lưu trữ bên trong CPU. Thành phần nối kết nội CPU: Cơ chế cung cấp khả năng liên lạc giữa đơn vị điều khiển, ALU và tập thanh ghi. Trong các thành phần con nói trên của CPU, đơn vị điều khiển lại giữ vai trò quan trọng nhất. Sự cài đặt đơn vị này dẫn đến một khái niệm nền tảng trong chế tạo bộ vi xử lý máy tính. Đó là khái niệm vi lập trình. Hình dưới đây mô tả tổ chức bên trong một đơn vị điều khiển với ba thành phần chính gồm: Bộ lập dãy logic Bộ giải mã và tập các thanh ghi điều khiển Bộ nhớ điều khiển Hình 3: Đơn vị điều khiển của CPU Các thành phần khác của máy tính: Bộ nhớ chính: Dùng để lưu trữ dữ liệu. Các thành phần nhập xuất: Dùng để di chuyển dữ liệu giữa máy tính và môi trường bên ngoài. Các thành phần nối kết hệ thống: Cung cấp cơ chế liên lạc giữa CPU, bộ nhớ chính và các thành phần nhập xuất. 1.2.2. Chức năng của máy tính Một cách tổng quát, một máy tính có thể thực hiện bốn chức năng cơ bản sau: Di chuyển dữ liệu Điều khiển Lưu trữ dữ liệu Xử lý dữ liệu Hình 4: Các chức năng cơ bản của máy tính Xử lý dữ liệu: Máy tính phải có khả năng xử lý dữ liệu. Dữ liệu có thể có rất nhiều dạng và phạm vi yêu cầu xử lý cũng rất rộng. Tuy nhiên chỉ có một số phương pháp cơ bản trong xử lý dữ liệu.  Lưu trữ dữ liệu: Máy tính cũng cần phải có khả năng lưu trữ dữ liệu. Ngay cả khi máy tính đang xử lý dữ liệu, nó vẫn phải lưu trữ tạm thời tại mỗi thời điểm phần dữ liệu đang được xử lý. Do vậy cần thiết phải có chức năng lưu trữ ngắn hạn. Tuy nhiên, chức năng lưu trữ dài hạn cũng có tầm quan trọng tương đãng đối với dữ liệu cần được lưu trữ trên máy cho những lần cập nhật và tìm kiếm kế tiếp.  Di chuyển dữ liệu: Máy tính phải có khả năng di chuyển dữ liệu giữa nó và thế giới bên ngoài. Khả năng này được thể hiện thông qua việc di chuyển dữ liệu giữa máy tính với các thiết bị nối kết trực tiếp hay từ xa đến nó. Tùy thuộc vào kiểu kết nối và cự ly di chuyển dữ liệu, mà có tiến trình nhập xuất dữ liệu hay truyền dữ liệu: Tiến trình nhập xuất dữ liệu: Thực hiện di chuyển dữ liệu trong cự ly ngắn giữa máy tính và thiết bị nối kết trực tiếp. Tiến trình truyền dữ liệu: Thực hiện di chuyển dữ liệu trong cự ly xa giữa máy tính và thiết bị nối kết từ xa. Điều khiển: Bên trong hệ thống máy tính, đơn vị điều khiển có nhiệm vụ quản lý các tài nguyên máy tính và điều phối sự vận hành của các thành phần chức năng phù hợp với yêu cầu nhận được từ người sử dụng. Tương ứng với các chức năng tổng quát nói trên, có bốn loại hoạt động có thể xảy ra gồm: Máy tính được dùng như một thiết bị di chuyển dữ liệu, có nhiệm vụ đơn giản là chuyển dữ liệu từ bộ phận ngoại vi hay đường liên lạc này sang bộ phận ngoại vi hay đường liên lạc khác. Di chuyÓn d÷ liÖu §iÒu khiÓn L­u tr÷ d÷ liÖu Xö lý d÷ liÖu Hình 5: Máy tính – Thiết bị di chuyển dữ liệu Máy tính được dùng để lưu trữ dữ liệu, với dữ liệu được chuyển từ môi trường ngoài vào lưu trữ trong máy (quá trình đọc dữ liệu) và ngược lại (quá trình ghi dữ liệu). Hình 6 mô tả hoạt động làm thiết bị lưu trữ dữ liệu của máy tính. Hình 6: Máy tính – Thiết bị lưu trữ dữ liệu Máy tính được dùng để xử lý dữ liệu thông qua các thao tác trên dữ liệu lưu trữ hoặc kết hợp giữa việc lưu trữ và liên lạc với môi trường bên ngoài. Hình 7: Máy tính – Thiết bị xử lý dữ liệu lưu trữ Hình 8: Máy tính – Thiết bị xử lý/ trao đổi dữ liệu với môi trường ngoài Ch­¬ng 2: m¹ng m¸y tÝnh Mạng máy tính là một hệ thống kết nối các máy tính đơn lẻ thông qua các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó. Đường truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu số hay tín hiệu tương tự giữa các máy tính. Đường truyền vật lý thường là: Đường dây điện thoại thông thường. Cáp đồng trục. Sóng vô tuyến điện từ. Cáp sợi quang 2.1. Lịch sử phát triển mạng máy tính Từ những năm 60, đã xuất hiện những mạng nối các máy tính và các Terminal để sử dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí khi muốn thông tin trao dổi số liệu và sử dụng trong công tác văn phòng một cách tiện lợi. Hình 9: Mạng máy tính với bộ tiền xử lý Việc tăng nhanh các máy tính mini, các máy tính cá nhân làm tăng nhu cầu truyền số liệu giữa các máy tính, các Terminal và giữa các Terminal với các máy tính là một trong những động lực thúc đẩy sự ra đời và phát triển ngày càng mạnh mẽ các mạng máy tính. Quá trình hình thành mạng máy tính có thể tóm tắt qua một số thời điểm chính sau: Những năm 60: Để tận dụng công suất của máy tính, người ta ghép nối các Terminal vào một máy tính được gọi là Máy tính trung tâm (Main Frame). Máy tính trung tâm làm tất cả mọi việc từ quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý quá trình đồng bộ của các trạm cuối, … cho đến việc xử lý các ngắt từ các trạm cuối. Sau đó, để giảm nhẹ nhiệm vụ của Máy tính trung tâm, người ta thêm vào các Bộ tiền xử lý (Frontal) để nối thành một mạng truyền tin, trong đó có các Thiết bị tập trung (Concentrator) và Dồn kênh (MultIPlexer) dùng để tập trung trên cùng một đường truyền các tín hiệu gửi tới trạm cuối. Hình 10: Mạng máy tính nối trực tiếp các bộ tiền xử lý Những năm 70: Các máy tính đã được nối với nhau trực tiếp thành một mạng máy tính nhằm phân tán tải của hệ thống và tăng độ tin cậy. Và người ta đã bắt đầu xây dựng mạng truyền thông trong đó các thành phần chính của nó là các Nút mạng (Node) gọi là bộ chuyển mạch, dùng để hướng thông tin tới đích. Các Nút mạng được nối với nhau bằng đường truyền còn các máy tính xử lý thông tin của người dùng (Host) hoặc các Trạm cuối (Terminal) được nối trực tiếp vào các nút mạng để khi cần thì trao đổi thông tin qua mạng. Từ thập kỷ 80 trở đi: Việc kết nối mạng máy tính đã bắt đầu được thực hiện rộng rãi nhờ tỷ lệ giữa giá thành máy tính và chi phí truyền tin đã giảm đi rõ rệt do sự bùng nổ của các thế hệ máy tính cá nhân. 2.2. Nhu cầu và mục đích của việc kết nối các máy tính thành mạng Việc nối máy tính thành mạng từ lâu đã trở thành một nhu cầu khách quan bởi vì: – Có rất nhiều công việc về bản chất là phân tán hoặc về thông tin, hoặc về xử lý hoặc cả hai đòi hỏi có sự kết hợp truyền thông với xử lý hoặc sử dụng phương tiện từ xa – Chia sẻ các tài nguyên trên mạng cho nhiều người sử dụng tại một thời điểm (ổ cứng, máy in, ổ CD ROM ...) – Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ phương tiện máy tính – Các ứng dụng phần mềm đòi hòi tại một thời điểm cần có nhiều người sử dụng, truy cập vào cùng một cơ sở dữ liệu. Chính vì vậy, việc kết nối các máy tính thành mạng nhằm mục đích: Chia sẻ tài nguyên: Chia sẻ dữ liệu: Về nguyên tắc, bất kỳ người sử dụng nào trên mạng đều có quyền truy nhập, khai thác và sử dụng những tài nguyên chung của mạng (thường được tập trung trên một Máy phục vụ – Server) mà không phụ thuộc vào vị trí địa lý của người sử dụng đó. Chia sẻ phần cứng: Tài nguyên chung của mạng cũng bao gồm các máy móc, thiết bị như: Máy in (Printer), Máy quét (Scanner), Ổ đĩa mềm (Floppy), Ổ đĩa CD (CD Rom), … được nối vào mạng. Thông qua mạng máy tính, người sử dụng có thể sử dụng những tài nguyên phần cứng này ngay cả khi máy tính của họ không có những phần cứng đó. Duy trì và bảo vệ dữ liệu: Một mạng máy tính có thể cho phép các dữ liệu được tự động lưu trữ dự phòng tới một trung tâm nào đó trong mạng. Công việc này là hết sức khó khăn và tốn nhiều thời gian nếu phải làm trên từng máy độc lập. Hơn nữa, mạng máy tính còn cung cấp một môi trường bảo mật an toàn cho mạng qua việc cung cấp cơ chế Bảo mật (Security) bằng Mật khẩu (Password) đối với từng người sử dụng, hạn chế được việc sao chép, mất mát thông tin ngoài ý muốn. Nâng cao độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế cho nhau khi xảy ra sự cố kỹ thuật đối với một máy tính nào đó trong mạng. Khai thác có hiệu quả các cơ sở dữ liệu tập trung và phân tán, nâng cao khả năng tích hợp và trao đổi các loại dữ liệu giữa các máy tính trên mạng. 2.3. Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính Một mạng máy tính có các đặc trưng kỹ thuật cơ bản là: đường truyền, kỹ thuật chuyển mạch, kiến trúc mạng và hệ điều hành mạng. 2.3.1. Đường truyền Là thành tố quan trọng của một mạng máy tính, là phương tiện dùng để truyền các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. Các tín hiệu điệu tử đó chính là các thông tin, dữ liệu được biểu thị dưới dạng các xung nhị phân (ON – OFF), mọi tín hiệu truyền giữa các máy tính với nhau đều thuộc sóng điện từ, tuỳ theo tần số mà ta có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền tín hiệu. Các tần số radio có thể truyền bằng cáp điện (giây xoắn đôi hoặc đồng trục) hoặc bằng phương tiện quảng bá (radio broadcasting). Sóng cực ngắn (viba) thường được dùng để truyền giữa các trạm mặt đất và các vệ tinh. Chúng cũng được dùng để truyền các tín hiệu quảng bá từ một trạm phát đến nhiều trạm thu. Mạng điện thoại “tổ ong” (cellular phone Network) là một ví dụ cho cách dùng này. Tia hồng ngoại là lý tưởng đối với nhiều loại truyền thông mạng. Nó có thể được truyền giữa hai điểm hoặc quảng bá từ một điểm đến nhiều máy thu. Tia hồng ngoại và các tần số cao hơn của anh sáng có thể được truyền qua cáp sợi quang. Các đặc trưng cơ bản của đường truyền là giải thông (bandwidth), độ suy hao và độ nhiễu điện từ. Dải thông của một đường truyền chính là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng được; nó biểu thị khả năng truyền tải tín hiệu của đường truyền. Tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền được gọi là thông lượng (throughput) của đường truyền, thường được tính bằng số lượng bit được truyền đi trong một giây (bps). Thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác là Baud, Baud biểu thị số lượng thay đổi tín hiệu trong một giây. Hai đơn vị Baud và bps không phải lúc nào cũng đồng nhất vì mỗi thay đổi tín hiệu có thể tương ứng với vài bit. Giải thông của cáp truyền phụ thuộc vào độ dài cáp (nói chung cáp ngắn có thể có giải thông lớn hơn so với cáp dài). Bởi vậy, khi thiết kế cáp cho mạng cần thiết phải chỉ rõ độ dài chạy cáp tối đa vì ngoài giới hạn đó chất lượng truyền tín hiệu không còn được đảm bảo. Độ suy hao của một đường truyền là độ đo sự yếu đi của tín hiệu trên đường truyền đó, nó cũng phụ thuộc vào độ dài cáp. Còn độ nhiễu điện từ EMI (Electromagnetic Intrerference) gây ra bởi tiếng ồn từ bên ngoài làm ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền Thông thuờng người ta hay phân loại đường truyền theo hai loại: Đường truyền hữu tuyến: các máy tính được nối với nhau bằng các dây cáp mạng. Đường truyền hữu tuyến gồm có: Cáp đồng trục (Coaxial cable) Cáp xoắn đôi (Twisted pair cable) gồm 2 loại có bọc kim (stp – shielded twisted pair) và không bọc kim (utp – unshielded twisted pair). Cáp sợi quang (Fiber optic cable) 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 (Viba) Tia hồng ngoại (Infrared) 2.3.2. Kỹ thuật chuyển mạch Là đặc trưng kỹ thuật chuyển tín hiệu giữa các nút trong mạng, các nút mạng có chức năng hướng thông tin tới đích nào đó trong mạng, hiện tại có các kỹ thuật chuyển mạch như sau: Kỹ thuật chuyển mạch kênh: Khi có hai thực thể cần truyền thông với nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho tới khi hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu chỉ truyền đi theo con đường cố định đó. Kỹ thuật chuyển mạch thông báo: Thông báo là một đơn vị dữ liệu của người sử dụng có khuôn dạng được quy định trước. Mỗi thông báo có chứa các thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích cần truyền tới của thông báo. Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp trên con đường dẫn tới đích của thông báo Kỹ thuật chuyển mạch gói: ở đây mỗi thông báo được chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (Packet) có khuôn dạng qui định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của gói tin. Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gửi đi qua mạng tới đích theo nhiều con đường khác nhau. 2.3.3. Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng (Network Architecture) thể hiện cách nối giữa các máy tính trong mạng và tập hợp các quy tắc, quy ước nào đó 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 với nhau được gọi là hình trạng mạng (Network Topology); còn tập hợp các qui tắc, qui ước truyền thông thì được gọi là giao thức của mạng (Network Protocol). 2.3.3.1. Hình trạng mạng Hình trạng mạng là cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là topo của mạng. Có 2 kiểu nối mạng chủ yếu là điểm – điểm (point to point) và điểm – đa điểm (point to multipoint). Theo kiểu điểm – điểm: Các đường truyền nối từng cặp nút với nhau và mỗi nút đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho tới đích. Một số mạng có cấu trúc điểm – điểm như: mạng hình sao, mạng chu trình, mạng dạng cây ... Theo kiểu điểm – đa điểm: Tất cả các nút phân chia chung một đường truyền vật lý. Dữ liệu gửi đi từ một nút nào đó sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các nút còn lại. Bởi vậy cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để mỗi nút căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải gửi cho mình hay không. Mạng trục tuyến tính (Bus), mạng hình vòng (Ring), mạng Satellite (Vệ tinh) hay Radio ... là những mạng có cấu trúc điểm – đa điểm phổ biến. Những hình trạng mạng cơ bản này sẽ được giới thiệu rõ hơn trong mục phân loại mạng máy tính theo hình trạng mạng. 2.3.3.2. Giao thức mạng Việc trao đổi thông tin dù là đơn giản nhất, cũng phải tuân theo những quy tắc nhất định. Đơ