[CHAP 01] Tìm hiểu về thành phần cơ bản của hệ thống mạng và mạng LAN Ethernet

I. Giới thiệu về Hệ Thống Mạng
1. Khái niệm hệ thống mạng

Hệ thống mạng (Network System) là tập hợp các thiết bị phần cứng và phần mềm được kết nối với nhau thông qua các kiểu truyền dẫn để trao đổi dữ liệu, chia sẻ tài nguyên, và quản lý thông tin. Hệ thống mạng có thể bao gồm từ một nhóm nhỏ các thiết bị kết nối trong một khu vực nhỏ (mạng LAN) đến một hệ thống rộng lớn kết nối nhiều mạng nhỏ với nhau trên phạm vi toàn cầu (Internet). Trong một hệ thống mạng, các thiết bị đầu cuối như máy tính, máy chủ, điện thoại thông minh, máy in, và các thiết bị khác là các điểm kết nối, cho phép người dùng thực hiện các tác vụ như truy cập tài liệu, gửi email, truy cập internet và sử dụng các dịch vụ mạng khác.

2. Vai trò của hệ thống mạng
Hệ thống mạng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và truyền tải thông tin giữa các thiết bị trong một tổ chức, doanh nghiệp, hoặc giữa các cá nhân. Những vai trò chính của hệ thống mạng bao gồm:

• Chia sẻ tài nguyên: Hệ thống mạng cho phép các thiết bị trong mạng chia sẻ tài nguyên như máy in, máy quét, tệp tin, và các ứng dụng phần mềm, giúp giảm chi phí và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
• Giao tiếp và hợp tác: Hệ thống mạng cung cấp các phương tiện cho phép người dùng giao tiếp với nhau thông qua email, tin nhắn tức thời, hội nghị video, và các công cụ hợp tác trực tuyến, tăng cường hiệu quả làm việc nhóm.
• Quản lý dữ liệu và thông tin: Hệ thống mạng giúp tập trung hóa và quản lý dữ liệu, cho phép truy cập thông tin từ xa, sao lưu và phục hồi dữ liệu, cũng như đảm bảo an toàn thông tin.
• Tăng cường hiệu suất: Với sự hỗ trợ của hệ thống mạng, các công việc được tự động hóa, quy trình làm việc được tối ưu hóa, giúp nâng cao hiệu suất làm việc của cá nhân và tổ chức.
• Hỗ trợ phát triển kinh doanh: Hệ thống mạng là nền tảng để triển khai các dịch vụ trực tuyến, thương mại điện tử, và các hoạt động kinh doanh khác, mở rộng cơ hội tiếp cận thị trường và khách hàng.

• Máy tính cá nhân (PCs) và máy tính xách tay (Laptops): Các thiết bị này được sử dụng để truy cập tài nguyên mạng, thực hiện các tác vụ như duyệt web, gửi email, và xử lý dữ liệu.
• Điện thoại thông minh (Smartphones) và máy tính bảng (Tablets): Các thiết bị di động này kết nối mạng để sử dụng các ứng dụng, giao tiếp và truy cập dữ liệu từ xa.
• Máy chủ (Servers): Các máy chủ lưu trữ dữ liệu, ứng dụng, và cung cấp dịch vụ cho các thiết bị khác trong mạng.
• Máy in (Printers), máy quét (Scanners), và các thiết bị ngoại vi khác: Các thiết bị này chia sẻ tài nguyên với các máy tính khác trong mạng.

2. Thiết bị mạng (Networking Devices)
Thiết bị mạng là các thành phần giúp kết nối và quản lý các thiết bị đầu cuối trong mạng. Chúng bao gồm:

• Bộ định tuyến (Router): Thiết bị định tuyến dữ liệu giữa các mạng khác nhau, thường kết nối mạng LAN với Internet. Router xác định con đường tốt nhất cho dữ liệu đến đích và giúp quản lý lưu lượng mạng.
• Bộ chuyển mạch (Switch): Thiết bị này kết nối nhiều thiết bị đầu cuối trong một mạng LAN và quản lý việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị trong cùng mạng. Switch hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) của mô hình OSI.
• Điểm truy cập không dây (Wireless Access Point - WAP): Thiết bị này cho phép các thiết bị không dây (như smartphone, laptop) kết nối vào mạng không dây. WAP kết nối với switch hoặc router để truyền tải dữ liệu không dây trong mạng.
• Firewall: Firewall là thiết bị hoặc phần mềm bảo mật giúp kiểm soát và bảo vệ mạng bằng cách kiểm tra và lọc lưu lượng dữ liệu vào và ra khỏi mạng dựa trên các quy tắc bảo mật.

3. Phương tiện truyền dẫn (Transmission Media)
Phương tiện truyền dẫn là các phương tiện vật lý hoặc vô tuyến mà qua đó dữ liệu được truyền từ một thiết bị này sang thiết bị khác trong mạng. Có ba loại chính:

• Dây cáp đồng (Copper Cables): Cáp xoắn đôi (Twisted Pair) và cáp đồng trục (Coaxial Cable) là hai loại phổ biến trong việc truyền tín hiệu điện trong mạng LAN.
• Cáp quang (Fiber Optic Cables): Cáp quang sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu với tốc độ cao và khoảng cách xa hơn so với cáp đồng. Đây là lựa chọn lý tưởng cho mạng yêu cầu băng thông lớn và tốc độ truyền tải nhanh.
• Mạng không dây (Wireless Networks): Sử dụng sóng vô tuyến (Radio Waves) để truyền dữ liệu giữa các thiết bị mà không cần dây cáp. Mạng Wi-Fi là ví dụ phổ biến của phương tiện truyền dẫn không dây.

4. Giao thức mạng (Networking Protocols)
Giao thức mạng là các quy tắc và chuẩn mực cho phép các thiết bị trong mạng giao tiếp và truyền dữ liệu với nhau. Một số giao thức mạng phổ biến bao gồm:

• TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol): Bộ giao thức cơ bản cho truyền thông qua Internet, bao gồm việc định tuyến và truyền dữ liệu từ nguồn đến đích.
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao thức này tự động gán địa chỉ IP cho các thiết bị trong mạng, giúp quản lý và giảm thiểu xung đột IP.
• DNS (Domain Name System): Giao thức chuyển đổi tên miền (như www.example.com) thành địa chỉ IP để các thiết bị có thể tìm và giao tiếp với nhau.
• HTTP/HTTPS (Hypertext Transfer Protocol/Secure HTTP): Giao thức này được sử dụng để truyền tải và bảo mật dữ liệu trên Web.

5. Phần Mềm Mạng (Networking Software)
Phần mềm mạng là các ứng dụng và chương trình giúp quản lý, giám sát, và tối ưu hóa hoạt động của mạng. Các loại phần mềm mạng phổ biến bao gồm:

• Hệ điều hành mạng (Network Operating System - NOS): Các hệ điều hành chuyên dụng như Windows Server, Linux (Ubuntu Server, CentOS) được cài đặt trên máy chủ để quản lý tài nguyên và cung cấp dịch vụ mạng.
• Phần mềm quản lý mạng (Network Management Software): Các công cụ như Nagios, PRTG, và SolarWinds giúp giám sát và quản lý hiệu suất mạng, phát hiện sự cố và tối ưu hóa hoạt động của mạng.
• Phần mềm bảo mật mạng (Network Security Software): Các phần mềm như firewall, hệ thống phát hiện xâm nhập (IDS), và phần mềm chống virus giúp bảo vệ mạng khỏi các mối đe dọa và tấn công bảo mật.

III. Mạng LAN Ethernet (Local Area Network)
1. Giới thiệu về mạng LAN
Mạng LAN (Local Area Network) là một mạng diện địa phương, thường được sử dụng trong các văn phòng, trường học, và tổ chức để kết nối các thiết bị trong một khu vực nhỏ. Mạng LAN cho phép các thiết bị trong cùng một khu vực địa lý giao tiếp và chia sẻ tài nguyên với nhau. Mạng LAN thường có tốc độ truyền tải cao và chi phí thiết lập thấp hơn so với các mạng diện rộng (WAN).

2. Các thành phần của mạng LAN
Các thành phần chính của mạng LAN bao gồm:

• Thiết bị đầu cuối: Máy tính, máy in, và các thiết bị khác kết nối vào mạng LAN.
• Thiết bị mạng: Router, switch, và các điểm truy cập không dây giúp kết nối và quản lý các thiết bị trong mạng LAN.
• Phương tiện truyền dẫn: Cáp đồng, cáp quang, hoặc mạng không dây để truyền dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng LAN.

Mô Hình Mạng Hình Sao (Star Topology)​

• Dễ dàng cài đặt và quản lý.
• Nếu một liên kết bị hỏng, các thiết bị khác không bị ảnh hưởng.
• Dễ mở rộng mạng bằng cách thêm thiết bị mới vào thiết bị trung tâm.

• Nếu thiết bị trung tâm bị hỏng, toàn bộ mạng sẽ ngừng hoạt động.

Hình ảnh:

Mô Hình Mạng Hình Vòng (Ring Topology)​

• Đơn giản và dễ triển khai.
• Tốc độ truyền tải dữ liệu cao.

• Nếu một liên kết hoặc thiết bị bị hỏng, toàn bộ mạng có thể bị ảnh hưởng (trong mô hình đơn vòng).
• Khó khăn trong việc mở rộng và bảo trì mạng.

Hình ảnh:

Mô Hình Mạng Lưới (Mesh Topology)​

• Cung cấp độ tin cậy cao do nhiều con đường truyền dữ liệu.
• Nếu một liên kết bị hỏng, dữ liệu vẫn có thể được truyền qua các liên kết khác.

• Chi phí cao và phức tạp trong việc triển khai và duy trì.
• Yêu cầu nhiều cáp và thiết bị.

Hình ảnh:

4. Mô Hình Mạng Hình Cây (Tree Topology)​

• Dễ mở rộng và quản lý.
• Mạng có cấu trúc phân cấp, giúp tổ chức dễ dàng hơn.

• Nếu thiết bị trung tâm ở các cấp cao hơn bị hỏng, toàn bộ mạng hoặc phần lớn mạng có thể bị ảnh hưởng.

Hình ảnh:

IV. Ethernet trong Mạng LAN
1. Giới thiệu về Ethernet
Ethernet là công nghệ mạng phổ biến nhất được sử dụng trong các mạng LAN. Ethernet định nghĩa cách thức truyền dữ liệu trong mạng LAN qua việc sử dụng các khung dữ liệu (frames) và các tiêu chuẩn giao tiếp. Ethernet hỗ trợ nhiều tốc độ truyền dữ liệu khác nhau, từ 10 Mbps đến 100 Gbps.
2. Các tiêu chuẩn Ethernet
Các tiêu chuẩn Ethernet bao gồm:

• 10BASE-T: Ethernet tốc độ 10 Mbps sử dụng cáp xoắn đôi. Đây là nền tảng cho các tiêu chuẩn ethernet sau này.
• 100BASE-TX: Ethernet tốc độ 100 Mbps cũng sử dụng cáp xoắn đôi. Vẫn còn được sử dụng trong các môi trường mạng nhỏ.
• 1000BASE-T: Gigabit Ethernet tốc độ 1 Gbps sử dụng cáp xoắn đôi. Là tiêu chuẩn và được sử dụng rộng rãi trong các mạng doanh nghiệp và trung tâm dữ liệu.
• 10GBASE-T: Ethernet tốc độ 10 Gbps sử dụng cáp xoắn đôi. Tiêu chuẩn này được sử dụng trong các môi trường yêu cầu băng thông rất cao, chẳng hạn như trong các trung tâm dữ liệu lớn hoặc các kết nối giữa các thiết bị lưu trữ nhanh.
• Ethernet qua cáp quang (Fiber Ethernet) sử dụng cáp quang để truyền dữ liệu với tốc độ cao và khoảng cách dài hơn, phù hợp cho các kết nối giữa các tòa nhà hoặc các địa điểm cách xa nhau.

• Tagging: VLAN hoạt động bằng cách gán các cổng trên switch vào các mạng ảo khác nhau. Khi một khung dữ liệu được gửi qua một cổng VLAN, switch sẽ gán cho khung đó một "tag" VLAN, giúp xác định nó thuộc về VLAN nào. Khi khung này đến đích, tag sẽ được loại bỏ và dữ liệu sẽ được xử lý như bình thường.
• Hình ảnh: