Bài viết này cung cấp kiến thức tổng quan về internet và các thành phần cấu tạo nên nó, mang lại một cái nhìn tổng quát về mô hình Internet hiện tại và tương lai. Mạng Internet được xem như là một hệ thống công nghệ lớn nhất mà loài người đã tạo ra, với hàng trăm triệu máy tính được nối kết với nhau bằng các đường truyền và các thiết bị mạng.
Hàng trăm triệu người dùng không ngừng kết nối nhờ vào các thiết bị như điện thoại di động, PDA (Personal Digital Assistant), và các thiết bị như cảm biến, webcam, khung ảnh, TV, tủ lạnh, thậm chí máy giặt quần áo cũng được kết nối vào Internet. Nhìn chung Internet là một kiến trúc rất lớn và có nhiều thành phần thuộc nhiều chủng loại khác nhau.
Series Nhập môn mạng máy tính sẽ mang lại cho người đọc các kiến thức lý thuyết và sự am hiểu trong thực hành một cách hiện đại về mạng máy tính hiện tại, và cả mạng máy tính cho tương lai. Những nguyên tắc và cấu trúc cơ bản riêng của một hệ thống phức tạp như Internet, cách thức vận hành của mạng Internet (cũng như mạng máy tính nói chung) sẽ được giới thiệu trong các nội dung của series bài viết này.
Giới thiệu chung – Tổng quan về Internet
Mục tiêu của bài này là cung cấp kiến thức tổng quan về Internet gồm rất nhiều khái niệm và thảo luận về một số chi tiết liên quan đến mạng và Internet, vẽ nên một bức tranh tổng thể và thiết lập bối cảnh cho phần còn lại của series.
Phần tổng quan về Internet và Mạng máy tính trong bài này được bố cục như sau:
- Giới thiệu về một số thuật ngữ cơ bản và các khái niệm của mạng.
- Trình bày về các thiết bị phần cứng và phần mềm tạo nên mạng.
Internet và các thành phần của Internet
Trong series bài viết nàỵ, chúng ta sẽ đề cập đến Internet như là một phương tiện chính yếu để thảo luận về mạng máy tính và các giao thức. Nhưng Internet là gì? Có nhiều cách để trả lời câu hỏi này. Trước tiên, chúng ta có thể mô tả các chi tiết cấu thành Internet, đó là các phần cứng và phần mềm tạo nên Internet. Kế đến, chúng ta mô tả Internet như là cơ sở hạ tầng Mạng cung cấp các dịch vụ cho các ứng dụng phân tán. Hãy bắt đầu bằng chi tiết các thành phần cấu thành Internet, hình bên dưới minh họa cho bức tranh chung của Internet.
Các thành phần cấu thành Internet
Internet là một mạng máy tính kết nối hàng trăm triệu thiết bị tính toán khắp nơi trên thế giới. Trước đây, các thiết bị tính toán này chủ yếu là các máy tính cá nhân truyền thống, và các máy chủ chuyên lưu và truyền thông tin như các trang Web và Email.
Ngày nay thuật ngữ mạng máy tính (computer network) đã bắt đầu lỗi thời, khi mà ngày càng có nhiều thiết bị không phải là máy tính được kết nối vào Internet, chẳng hạn như: TV, máy chơi game; điện thoại di động, webcams, xe ô tô, các thiết bị cảm biến, khung ảnh, hệ thống an ninh, và hệ thống điện trong nhà. Theo thuật ngữ Internet, tất cả các thiết bị này được gọi là thiết bị đầu cuối (hosts, end devices hay end systems).
Các máy tính mạng được nối với nhau bằng các đường truyền và các thiết bị mạng.
Các thành phần liên kết của Internet
Tổng quát, các thiết bị đầu cuối được kết nối với nhau nhờ một mạng lưới các liên kết (link) và các bộ chuyển gói tin (packet switch). Có nhiều loại liên kết truyền thông, được tạo thành từ nhiều loại phương tiện truyền dẫn vật lý, gồm có:
- Liên kết có dây: Cáp xoắn đôi, cáp STP – UTP, cáp Ethernet, cáp xoắn đôi T568A và T568B, cáp đồng trục, cáp quang (COF).
- Liên kết không dây: Các loại sóng điện từ: sóng radio, sóng Wi-Fi, sóng Bluetooth.
Các liên kết truyền thông khác nhau có thể truyền dữ liệu ở tốc độ khác nhau, trong đó tốc độ truyền (transmission rate) của liên kết truyền thông được đo bằng đơn vị bit/giây (bps). Khi thiết bị đầu cuối gửi dữ liệu cho một thiết bị đầu cuối khác, bên gửi sẽ chia khối dữ liệu thành nhiều phân đoạn và ghép thêm phần đầu gói (header) vào mỗi phân đoạn, để tạo nên gói tin (packet), Sau đó các gói tin sẽ được gửi qua mạng để đến bên nhận. Ở đó chúng sẽ được tái lắp ghép thành dữ liệu ban đầu.
Bộ chuyển gói tin trong mạng máy tính
Bộ chuyển gói tin là thiết bị có các đường liên kết đi vào và đi ra. Thiết bị này nhận gói tin đến từ một đường liên kết, và chuyển gói tin đến một liên kết khác để đi ra. Bộ chuyển gói tin có nhiều kiểu dáng và chức năng, nhưng có hai loại nổi bật nhất trên Internet hiện nay là:
- Bộ định tuyến hoạt động ở tầng 3 (Router)
- Bộ chuyên gói tin tầng 2 (tầng Liên kết) (Layer 2 switches)
Ngoài ra còn có thiết bị chuyển gói tin vừa hoạt động ở tầng 2, vừa hoạt động ở tầng 3 được gọi là bộ chuyển gói tin tầng 3 (Layer 3 switches).
Cả hai thiết bị này đều chuyển các gói tin đến đích cuối cùng của chúng. Bộ chuyển gói tin tầng 2 (gọi tắt là Switch) thường được dùng tại các mạng cục bộ nhỏ, hoặc vị trí vùng biên để gia nhập vào mạng lớn. Trong khi bộ định tuyến (gọi tắt là Router) thường được dùng trong các mạng lõi. Một dãy các liên kết các bộ chuyển và bộ định tuyến mà một gói tin đi qua từ bên gửi đến bên nhận, được gọi là một tuyến đường (route, hay path).
Mạng Internet là một Mạng chuyển mạch gói (Packet-switched networks)
PSN – Mạng chuyển mạch gói (Packet-switched networks) truyền dữ liệu đi trong môi trường kĩ thuật số bằng cách chia nhỏ dữ liệu thành từng phần nhỏ hơn. Các phần nhỏ này được các thiết bị chuyển gói tin chuyển đến đích sau đó được ghép lại thành dữ liệu hoàn chỉnh.
Quá trình chuyển mạch gói gồm 3 bước sau:
- Dữ kiệu được chia nhỏ thành các phân đoạn (segments), các gói (packets) hay các khung (frames) có kích thước và định dạng xác định. Quá trình này giúp dữ liệu được chuyển đi một cách nhanh hơn, dễ dàng hơn và dễ xử lí hơn khi gặp lỗi.
- Mỗi phần như vậy sẽ được switch và router chuyển đến đích riêng rẽ cùng một lúc trên nhiều đường đi (route) khác nhau.
- Khi các phần này tập hợp đầy đủ tại đích đến, nó sẽ được ghép lại thành dữ liệu ban đầu.
Mỗi phần nhỏ dữ liệu thường gồm 3 phần và có kích thước được định nghĩa trước:
- Phần đầu (header): chứa các thong tin về địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, giao thức được sử dụng, số thứ tự của gói tin,…
- Phần tải (Payload hay data): là một phần của dữ liệu gốc được cắt ra để vận chuyển.
- Phần đuôi (trailer): chứa thành phần sửa lỗi dữ liệu và tín hiệu kết thúc gói.
Xem thêm về chuyển mạch gói tại: https://www.youtube.com/watch?v=vSlcoQowe9I
ISP – Internet Service Providers
Các thiết bị đầu cuối truy cập Internet thông qua nhà cung cấp dịch vụ Internet – Internet Service Providers, viết tắt là ISPs.
IPS thường là một router, bản thân mỗi ISP là mạng các switch, router, và liên kết truyền thông. ISP cung cấp nhiều hình thức truy cập mạng cho các thiết bị đầu cuối, bao gồm:
- Hình thức truy cập nhờ modem quay số 56 Kbps.
- Hình thức truy cập mạng băng rộng như DSL.
- Hình thức truy cập mạng cục bộ tốc độ cao và truy cập không dây.
ISP còn cung cấp khả năng truy cập Internet cho các nhà cung cấp nội dung, kết nối Websites trực tiếp vào Internet.
Các ISP ở cấp thấp hơn (ISP địa phương) được kết nối với nhau thông qua các ISP cấp cao hơn ở tầm quốc gia hoặc quốc tế, chẳng hạn như AT&T, Sprint của Hoa Kỳ. Một ISP cấp cao có nhiều bộ định tuyến tốc độ cao được nối kết với các đường truyền cáp quang tốc độ cao. Mỗi ISP, dù ở cấp thấp hay cao, cũng đều được quản lý một cách độc lập, chạy các giao thức IP (Internet Protocol), và tuân thủ một số quy ước đặt tên và gán địa chỉ nhất định.
Giao thức của Internet
Các thiết bị đầu cuối, bộ chuyến gói tin, và các thành phần khác của Internet chạy các giao thức (protocol) nhằm kiếm soát việc gửi, nhận thông tin trên Internet. Giao thức TCP (Transmission Contol Protocol) và giao thức IP (Internet Protocol) là hai giao thức quan trọng nhất của Internet. Các giao thức chính yếu này của Internet được biêt đến dưới tên gọi chung là TCP/IP.
Tổng kết
Qua bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu và hình dung được bức tranh tổng thể về Internet với các thành phần và chức năng khác nhau. Ở bài viết sau chúng ta sẽ tìm hiểu đến các dịch vụ của Internet, đi sâu vào các giao thức được sử dụng trong mạng máy tính.
