CCNA [Lý Thuyết 01 I]: Tìm Hiểu Thành Phần Cơ Bản Của Hệ Thống Mạng Và Mạng LAN Ethernet, Tìm Hiểu Về Mô Hình TCP/IP

Mạng máy tính là phương tiện thiết yếu cho việc tương tác với nhau ở khắp nơi trên thế giới. Nó cho phép việc chia sẻ dữ liệu, tài nguyên và các dịch vụ giữa nhiều thiết bị và người dùng. Để triển khai được hệ thống mạng cần phải cài đặt và cấu hình cho các thiết bị trong hệ thống. Mỗi thiết bị là một phần riêng lẻ, đảm nhiệm các nhiệm vụ riêng biệt giúp hệ thống có thể vận hành trơn tru.

Mục lục

• Giới thiệu về hệ thống mạng
• Giới thiệu về hệ thống mạng LAN Ethernet
• Các thành phần cơ bản trong hệ thống mạng

• Mô hình TCP/IP là gì?
• Cấu trúc của mô hình TCP/IP
• Đặc điểm chính của TCP/IP
• So sánh với mô hình OSI
• Ứng dụng thực tế

I/ Hệ thống mạng

Giới thiệu về hệ thống mạng

• Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính chia sẻ tài nguyên được đặt tại hoặc cung cấp bởi các nút mạng.
• Các máy tính sử dụng các giao thức truyền thông chung thông qua các kết nối số để giao tiếp với nhau.
• Những kết nối này bao gồm các công nghệ mạng viễn thông dựa trên các phương thức có dây vật lý, quang học và tần số vô tuyến không dây, có thể được sắp xếp theo nhiều cấu trúc topology mạng khác nhau.
• Các loại hệ thống mạng: LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Area Network), PAN (Personal Area Network)

Giới thiệu về hệ thống mạng LAN Ethernet

• LAN (Local Area Network) là hệ thống mạng máy tính kết nối các thiết bị trong một vùng địa lý nhỏ như tòa nhà, cơ quan công sở, hoặc khuôn viên trường học.
• Đóng vai trò là cơ sở hạ tầng truyền thông, cho phép các máy tính, máy in, máy chủ và thiết bị lưu trữ chia sẻ tài nguyên và trao đổi thông tin một cách liền mạch. LAN có thể được thiết lập bằng các công nghệ có dây như cáp Ethernet hoặc công nghệ không dây như Wi-Fi.
• Đặc điểm nổi bật của LAN bao gồm tốc độ truyền dữ liệu cao, khả năng quản lý và điều hành tập trung tại chỗ, chức năng chia sẻ tài nguyên, cùng với các tính năng bảo mật được tích hợp để bảo vệ mạng và dữ liệu của nó.

Các thành phần cơ bản trong hệ thống mạng

• Gồm có 2 loại bao gồm: Hardware và Software
• Hardware:
  • Router:
    • Là thiết bị dùng để kết nối 2 hoặc nhiều mạng với nhau (ví dụ từ mạng LAN ra mạng WAN) và chuyển tiếp gói tin giữa các vùng mạng.
    • Sử dụng các giao thức định tuyến và thuật toán tìm ra đường đi tốt nhất để định tuyến các gói tin. Ngoài ra có thể đặt các quy tắc (ACLs) để lọc và điều phối lưu lượng trong hệ thống mạng.
    • Router hoạt động ở tầng Network trong mô hình OSI.
  • Switch:
    • Là thiết bị dùng để chuyển tiếp các gói dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng nội bộ, khác với Router chuyển giữa các vùng mạng.
    • Sử dụng MAC Address để biết được nguồn và đích của các frames cần thực hiện chuyển tiếp.
    • Switch hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình OSI
  • Hub:
    • Là thiết bị dùng để kết nối các thiết bị trong cùng 1 mạng.
    • Nếu với Switch thì sử dụng MAC Address chuyển tiếp gói tin thì với Hub sẽ broadcast gói tin ra tất cả các cổng kết nối với nó.
    • Hub hoạt động ở tầng Physical trong mô hình OSI.
  • Access Point:
    • Cung cấp điểm truy cập Internet không dây (Wi-FI) cho các thiết bị cuối như laptop, điện thoại, máy tính bảng...
    • Chuyển đổi tín hiệu có dây thành tín hiệu vô tuyến và ngược lại.
  • Modem:
    • Chuyển đổi tín hiệu từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thành dạng của mạng nội bộ có thể sử dụng được (và ngược lại)
    • Điều chế và giải điều chế tín hiệu. Ví dụ từ tín hiệu digital trong hệ thống mạng, modem thực hiệu điều chế sang tín hiệu analog để có thể truyền được trong dây cáp
  • Dây cáp:
    • Truyền dữ liệu giữa các thiết bị dưới dạng tín hiệu điện, quang, hoặc sóng vô tuyến
    • Ví dụ: cáp quang dùng ánh sáng, cáp Ethernet truyền tín hiệu số
  • Tường lửa (Firewall):
    • Bảo vệ hệ thống mạng bằng cách kiểm soát lưu lượng vào/ra dựa vào các quy tắc bảo mật mà người quản trị đặt ra
    • Firewall hoạt động ở các tầng trong OSI tùy thuộc vào chức năng của từng Firewall
    • Ví dụ: Firewall tầng 2 hoạt động dựa trên địa chỉ MAC để kiểm soát lưu lượng; Firewall tầng 3 hoạt động dựa trên địa chỉ IP nguồn và IP đích, kiểm soát lưu lượng giữa các mạng
• Software:
  • Các giao thức mạng:
    • Là định nghĩa các quy tắc giao tiếp giữa các thiết bị mạng.
    • Một số giao thức mạng quan trọng: TCP/IP, DNS, FTP, DHCP, HTTP, HTTPS
  • Hệ điều hành:
    • Là một thành phần quan trọng trong hệ thống mạng.
    • Cần thiết để quản lý các tài nguyên mạng cũng như là các thiết bị trong hệ thống mạng
    • Một số hệ điều hành phổ biến: Windows Server, Linux, Cisco IOS
  • Các phần mềm quản lý mạng:
    • Là các phần mềm giúp người quản trị mạng giám sát và kiểm soát hiệu năng của hệ thống mạng.
    • Một số phần mềm quản lý mạng: Wireshark, Prometheus, Nagios, Datadog

II/ Mô hình TCP/IP

• Mô hình TCP/IP là gì?
  • Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là một bộ giao thức mạng được thiết kế để hỗ trợ giao tiếp giữa các máy tính trên mạng, đặc biệt là Internet. Nó cung cấp nền tảng cho việc truyền dữ liệu đáng tin cậy, định tuyến và kết nối mạng toàn cầu. Mô hình này được phát triển từ những năm 1970 bởi DARPA (Cơ quan Quản lý Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng Hoa Kỳ) và trở thành tiêu chuẩn cốt lõi của Internet hiện đại.
• Cấu trúc của mô hình TCP/IP
  • Mô hình TCP/IP được tổ chức thành bốn tầng (layers), mỗi tầng đảm nhiệm một nhóm chức năng cụ thể. Dưới đây là tóm tắt các tầng:
  • Tầng liên kết (Network Access Layer)
    • Chức năng: Quản lý việc truyền dữ liệu qua các phương tiện vật lý (có dây hoặc không dây) và định dạng dữ liệu thành các khung (frames).
    • Ví dụ giao thức: Ethernet, Wi-Fi (IEEE 802.11).
    • Vai trò: Đảm bảo giao tiếp giữa các thiết bị trong cùng một mạng cục bộ.
  • Tầng mạng (Internet Layer)
    • Chức năng: Điều khiển việc định tuyến dữ liệu giữa các mạng khác nhau, sử dụng địa chỉ IP để xác định nguồn và đích.
    • Ví dụ giao thức: IP (IPv4, IPv6), ICMP (Internet Control Message Protocol).
    • Vai trò: Kết nối các mạng riêng lẻ thành một hệ thống mạng toàn cầu (Internet).
  • Tầng vận chuyển (Transport Layer)
    • Chức năng: Quản lý truyền dữ liệu từ đầu đến cuối, đảm bảo tính toàn vẹn và thứ tự của dữ liệu.
    • Ví dụ giao thức: TCP: Đảm bảo truyền dữ liệu đáng tin cậy, kiểm soát lỗi và thứ tự gói tin; UDP: Truyền dữ liệu nhanh nhưng không đảm bảo độ tin cậy.
    • Vai trò: Hỗ trợ giao tiếp giữa các ứng dụng trên các thiết bị khác nhau.
  • Tầng ứng dụng (Application Layer)
    • Chức năng: Cung cấp các giao thức cho phép ứng dụng người dùng tương tác với mạng.
    • Ví dụ giao thức: HTTP (truy cập web), FTP (truyền tệp), SMTP (gửi email), DNS (phân giải tên miền).
    • Vai trò: Phục vụ nhu cầu của người dùng cuối, như duyệt web hoặc gửi email.
• Đặc điểm chính của TCP/IP
  • Tính mô-đun: Mỗi tầng hoạt động độc lập nhưng phối hợp chặt chẽ với các tầng khác.
  • Tính mở rộng: Là tiêu chuẩn mở, không phụ thuộc vào nhà cung cấp, cho phép triển khai trên nhiều hệ thống khác nhau.
  • Khả năng mở rộng: Hỗ trợ từ mạng cục bộ nhỏ đến mạng toàn cầu như Internet.
  • Địa chỉ hóa: Sử dụng địa chỉ IP (IPv4 hoặc IPv6) để định danh duy nhất các thiết bị.
• So sánh với mô hình OSI
  • Mặc dù mô hình OSI có 7 tầng, TCP/IP gộp một số chức năng để đơn giản hóa thành 4 tầng. Ví dụ:
    • Tầng Application, Presentation, Session ở OSI được gộp thành tầng Application ở TCP/IP
    • Tầng Transport giữ nguyên, tầng Network ở OSI được đổi thành tầng Internet ở TCP/IP
    • Tầng Data Link và Physical ở OSI gộp thành tầng Network Access ở TCP/IP

• Ứng dụng thực tế
  • TCP/IP là nền tảng của Internet và hầu hết các mạng máy tính hiện đại.
  • Ví dụ: Khi muốn gửi gói dữ liệu (Data) ở tầng Application, gửi yêu cầu chuyển bằng giao thức UDP ở tầng Transport và gắn UDP header vào UDP data, đẩy xuống tầng Internet để gắn IP header bao gồm IP nguồn, IP đích và các trường dữ liệu khác như: flags, protocol, time-to-live, header checksum... sau đó được truyền đi ở tầng Network Access

Tham khảo:
Hệ thống mạng và các thành phần
LAN Ethernet
TCP/IP model

Bài viết của bạn khá chi tiết nhưng mình muốn hỏi là tại vì sao Hub và Switch hoạt động giống nhau nhưng Hub lại ở tầng Physical còn Switch lại ở tầng Datalink?

Nguyễn Đoàn Khắc Huy nói:

Bài viết của bạn khá chi tiết nhưng mình muốn hỏi là tại vì sao Hub và Switch hoạt động giống nhau nhưng Hub lại ở tầng Physical còn Switch lại ở tầng Datalink?

Nhấn để mở rộng...

Cảm ơn câu hỏi của bạn!
Về lí do Hub và Switch hoạt động giống nhau (đều forward gói tin) nhưng Switch khác với Hub ở chỗ là Switch có khả năng học địa chỉ MAC và tạo thành MAC address table để có thể gửi gói tin. Nếu bạn thử chức năng Simulation trong Cisco Packet Tracer thì thấy ban đầu, nếu gói tin mới được gửi đến thì Switch sẽ forward hết tất cả các cổng được kết nối (trừ cổng mà gói tin gửi đến) để hình thành MAC address table, còn những lần sau khi có bảng MAC rồi thì Switch sẽ gửi thẳng đến nơi nhận -> Switch có khả năng "học", xử lý dữ liệu ở dạng Frame (tầng Data Link)
Còn Hub thì không như thế, gói tin được gửi đến hub thì mặc định nó sẽ forward hết các cổng -> không có khả năng "học" hay chỉ xử lý dữ liệu dưới dạng bit (tầng Physical)