Mạng máy tính hay hệ thống mạng ( computer network hay network system) là sự kết hợp các máy tính lại với nhau thông qua các thiết bị nối kết mạng và phương tiện truyền thông (giao thức mạng, môi trường truyền dẫn) theo một cấu trúc nào đó và các máy tính này trao đổi thông tin qua lại với nhau.
1:Sự ra đời của mạng máy tính
Để có thể viết lên câu chuyện ra dằng dặc về lịch sử mạng máy tính, không thể không nhắc đến lịch sử ra đời và hoàn thiện của chiếc máy tính.
So với phiên bản hiện đại ngày nay, 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 xác 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.
2: Phân loại mạng máy tính
2.1: LAN
LAN ( 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:
-Giới hạn về tầm cỡ phạm vi hoạt động từ vài mét cho đến 1 km.
-Thường dùng kỹ thuật đơn giản chỉ có một đường dây cáp (cable) nối tất cả máy. Vận tốc truyền dữ liệu thông thường là 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, và gần đây là 100 Gbps.[5]
- LAN có ba kiểu kiến trúc mạng thông dụng sau:
+Mạng bus hay mạng tuyến tính. Các máy nối nhau một cách liên tục thành một hàng từ máy này sang máy kia. Ví dụ của nó là Ethernet (chuẩn IEEE 802.3).
+Mạng vòng. Các máy nối nhau như trên và máy cuối lại được nối ngược trở lại với máy đầu tiên tạo thành vòng kín. Thí dụ mạng vòng thẻ bài IBM (IBM token ring).
+Mạng sao.
2.2: MAN
MAN ( 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:
-Chỉ có tối đa hai dây cáp nối.
-Không dùng các kỹ thuật nối chuyển.
-Có thể hỗ trợ chung vận chuyển dữ liệu và đàm thoại, hay ngay cả truyền hình.
Ngày nay người ta có thể dùng kỹ thuật cáp quang (fiber optical) để truyền tín hiệu. Vận tốc có hiện nay thể đạt đến 10 Gbps.
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).
2.3: WAN
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 trong WAN thường có hai thành phần chính: Mạch dây dẫn và thiết bị chuyển tiếp đóng vai trò như một thiết bị đầu ra.
Các đường dây vận chuyển còn gọi là mạch (circuit), kênh (channel), hay đường trung chuyển (trunk).
Về các thiết bị chuyển tiếp, thì đây là loại máy tính chuyện biệt hoá dùng để nối hai hay nhiều đường trung chuyển nhằm di chuyển các dữ liệu giữa các máy. Khi dữ liệu đến trong các đường vô, thiết bị nối chuyển này phải chọn (theo thuật toán đã định) một đường dây ra để gửi dữ liệu đó đi. Tên gọi của thiết bị này là nút chuyển gói (packet switching node) hay hệ thống trung chuyển (intermediate system). Máy tính dùng cho việc nối chuyển gọi là "bộ chọn đường" hay "bộ định tuyến" (router).
Hầu hết mạng kiểu 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.
3: Mô hình toán trong mạng máy tính (Collaborative computing)
3.1: Mô hình toán tập trung (Centralized computing)
Toàn bộ các tiến trình xử lý diễn ra tại máy tính trung tâm. Các máy trạm cuối (Terminals) được nối mạng với máy tính trung tâm và chỉ hoạt động như những thiết bị nhập xuất dữ liệu cho phép người dùng xem trên màn hình và nhập liệu qua bàn phím. Các máy trạm đầu cuối không lưu trữ và xử lý dữ liệu. Mô hình tính toán mạng trên có thể triển khai trên hệ thống phần cứng hoặc phần mềm được cài đặt trên máy chủ (Server).
Ưu điểm: Dữ liệu bảo mật an toàn, dễ sao lưu, dễ diệt virus và chi phí cài đặt thấp.
Khuyết điểm: Khó đáp ứng được các yêu cầu của nhiều ứng dụng khác nhau, tốc độ truy xuất chậm.
3.2: Kiểu mô hình toán phân tán (Distributed computing)
Các máy tính có khả năng hoạt động độc lập, các công việc được tách nhỏ và giao cho nhiều máy tính khác nhau trong mạng thay vì tập trung xử lý trên máy trung tâm. Tuy dữ liệu được xử lý và lưu trữ tại máy cục bộ nhưng các máy tính này được nối mạng với nhau nên chúng có thể trao đổi dữ liệu và các dịch vụ.
Ưu điểm: Truy xuất nhanh, phần lớn không giới hạn các ứng dụng.
Khuyết điểm: Dữ liệu lưu trữ rời rạc khó đồng bộ, sao lưu và rất dễ nhiễm virus.
3.3: Mô hình toán liên kết (Collaborative computing)
Mô hình tính toán liên kết trong mạng máy tính bao gồm nhiều máy tính có thể hợp tác để thực hiện một công việc. Một máy tính này có thể mượn năng lực tính toán, xử lý của máy tính khác bằng cách chạy các chương trình trên các máy tính nằm trong mạng.
Ưu điểm: Xử lý rất nhanh và mạnh, có thể dùng để chạy các ứng dụng có các phép toán lớn, xử lý dữ liệu lớn. Ví dụ: bẻ khóa các hệ mã, tính toán ADN,...
Khuyết điểm: Các dữ liệu được lưu trữ trên các vị trí khác nhau nên rất khó đồng bộ và sao lưu, khả năng nhiễm virus rất cao.
4: Các kiểu đồ hình mạng
4.1:Mạng hình sao (Star Network)
Kiểu mạng hình sao có tất cả các trạm được kết nối với một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích. Tùy theo yêu cầu truyền thông trên mạng mà thiết bị trung tâm có thể là hub, switch, router hay máy chủ trung tâm. Vai trò của thiết bị trung tâm là thiết lập các liên kết Point – to – Point.
Ưu điểm là thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt các trạm), dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố, tận dụng được tối đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý.
Khuyết điểm là độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (bán kính khoảng 100m với công nghệ hiện nay).
4.2: Mạng tuyến tính (Bus Network)
Có tất cả các trạm phân chia trên một đường truyền chung (bus). Đường truyền chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm được nối với trục chính qua một đầu nối chữ T (T-connector) hoặc một thiết bị thu phát (transceiver).
Mô hình mạng Bus hoạt động theo các liên kết Point–to–Multipoint hay Broadcast.
Ưu điểm: Dễ thiết kế và chi phí thấp.
Khuyết điểm: Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động.
4.3: Mạng hình vòng (Ring Network)
Đối với kiểu mạng này, tín hiệu được truyền đi trên vòng theo một chiều duy nhất. Mỗi trạm của mạng được nối với nhau qua một bộ chuyển tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển tiếp đến trạm kế tiếp trên vòng.
Như vậy tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết Point–to–Point giữa các repeater.
Ưu điểm: Mạng hình vòng có ưu điểm tương tự như mạng hình sao.
Nhược điểm: Một trạm hoặc cáp hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động, thêm hoặc bớt một trạm khó hơn, giao thức truy nhập mạng phức tạp.
4.4: Mạng kết hợp
Mạng kết hợp thường được thiết kế kết hợp giữa mạng hình sao và tuyến tính (Star Bus Network). Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu (splitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệ thống dây cáp mạng cấu hình là Star Topology và Linear Bus Topology. Lợi điểm của cấu hình này là mạng có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau, ARCNET là mạng dạng kết hợp Star Bus Network. Cấu hình dạng này đưa lại sự uyển chuyển trong việc bố trí đường dây tương thích dễ dàng đối với bất cứ toà nhà nào.
Còn đối với mạng kết hợp giữa mạng hình sao và vòng (Star Ring Network): Cấu hình dạng kết hợp Star Ring Network, có một "thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một cái HUB trung tâm. Mỗi trạm làm việc được nối với HUB – là cầu nối giữa các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách cần thiết.
5: Đóng góp của mạng máy tính đối với đời sống con người và hệ quả
Có thể nói, một trong những đóng góp không thể phủ nhận của mạng máy tính, đó là nó đã thay đổi hoàn toàn bộ mặt của thế giới, phủ sóng toàn bộ tới các lĩnh vực trong đời sống con người, kể cả lao động, làm việc, văn hóa tinh thần… Cụ thể:
Trước khi có mạng, trong các tổ chức, mỗi nơi đều phải có chỗ lưu trữ dữ liệu riêng, các thông tin trong nội bộ sẽ khó được cập nhật kịp thời; một ứng dụng ở nơi này không thể chia sẻ cho nơi khác. Với một hệ thống mạng người ta có thể:
Hơn nữa, nhờ có mạng máy tính mà việc chia sẻ các tài nguyên, dữ liệu thông tin được diễn ra dễ dàng và rộng khắp hơn. Các ứng dụng, kho dữ liệu và các tài nguyên khác như sức mạnh của các CPU được dùng chung và chia sẻ thì cả hệ thống máy tính sẽ làm việc hữu hiệu hơn.
Xét về khả năng bảo mật, độ tin cậy và sự an toàn của thông tin khi được lưu trữ bằng mạng máy tính sẽ cao hơn. Thông tin được cập nhật theo thời gian thực, do đó chính xác hơn. Một khi có một hay vài máy tính bị hỏng thì các máy còn lại vẫn có khả năng hoạt động và cung cấp dịch vụ không gây ách tắc.
Qua kỹ thuật mạng người ta có thể tận dụng khả năng của hệ thống, chuyên môn hoá các máy tính, và do đó phục vụ đa dạng hoá hơn. Thí dụ: Hệ thống mạng có thể cung cấp dịch vụ suốt ngày và nhiều nơi có thể dùng cùng một chương trình ứng dụng, chia nhau cùng một cơ sở dữ liệu và các máy in, do dó tiết kiệm được rất nhiều.
Ngoài ra, khi tạo mạng, người chủ chỉ cần đầu tư một hoặc vài máy tính có khả năng hoạt động cao để làm máy chủ cung cấp các dịch vụ chính yếu và đa số còn lại là các máy khách dùng để chạy các ứng dụng thông thường và khai thác hay yêu cầu các dịch vụ mà máy chủ cung cấp. Một hệ thống như vậy gọi là mạng có kiểu chủ-khách (client-server model).
Người ta còn gọi các máy dùng để nối vào máy chủ là máy trạm (work-station). Tuy nhiên, các máy trạm vẫn có thể hoạt động độc lập mà không cần đến các dịch vụ cung cấp từ máy chủ.
Mạng máy tính còn là một phương tiện thông tin mạnh và hữu hiệu giữa các cộng sự trong tổ chức.
Mạng máy tính còn là kênh tương tác đa diện giữa nhiều người với nhau. Hệ thống mạng cung cấp nhiều tiện lợi cho sự truyền thông tin trong các mối quan hệ người với người như là:
Cung cấp thông tin từ xa giữa các cá nhân
Liên lạc trực tiếp và riêng tư giữa các cá nhân với nhau
Làm phương tiện giải trí chung: như các trò chơi, các thú tiêu khiển, chia sẻ phim ảnh, vv qua mạng.
Cụ thể hiện nay một số mạng xã hội ra đời là nơi chia sẻ thông tin các nhân như Facebook….
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.
Hệ quả là quan hệ giữa người với người trở nên nhanh chóng, dễ dàng và gần gũi hơn cũng mang lại nhiều vấn đề xã hội cần giải quyết như:
Lạm dụng hệ thống mạng để làm điều phi pháp hay thiếu đạo đức: Các tổ chức buôn người, khiêu dâm, lường gạt, hay tội phạm qua mạng, tổ chức tin tặc để ăn cắp tài sản của công dân và các cơ quan, tổ chức khủng bố, ...
Mạng càng lớn thì nguy cơ lan truyền các phần mềm ác tính (virus) càng dễ xảy ra. Hệ quả tiêu cực rất lớn đối với việc kinh doanh giữa các đối thủ với nhau, vì đối phương có thể xâm nhập trộm. Tuy nhiên, điều này cũng sẽ kích thích sự phát triển công bằng.
Một vấn đề nảy sinh là xác định biên giới giữa việc kiểm soát nhân viên làm công và quyền tư hữu của họ. (Chủ thì muốn toàn quyền kiểm soát các điện thư hay các cuộc trò chuyện trực tuyến nhưng điều này có thể vi phạm nghiêm trọng quyền cá nhân).
Vấn đề giáo dục thanh thiếu niên cũng trở nên khó khăn hơn vì các em có thể tham gia vào các việc trên mạng mà cha mẹ khó kiểm soát nổi.
Hơn bao giờ hết với phương tiện thông tin nhanh chóng thì sự tự do ngôn luận hay lạm dụng quyền ngôn luận cũng có thể ảnh hưởng sâu rộng hơn trước đây như là các trường hợp của các phần mềm quảng cáo (adware) và các thư rác (spam mail)... Và những trường hợp này, dĩ nhiên, thông thường đều khiến người dùng cảm thấy bị làm phiền.
Tạm kết
Với nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội nên vấn đề liên quan đến mạng máy tính, tiêu cực lẫn tích cực, vẫn luôn là mối quan tâm hàng đầu của nhân loại. Hiện nay việc làm sao có được một hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an toàn với lợi ích kinh tế cao cũng như làm sao để đời sống tinh thần của con người ít bị tác động bởi mạng máy tính nhất đang rất được quan tâm. Một vấn đề đặt ra có rất nhiều giải pháp về công nghệ, một giải pháp có rất nhiều yếu tố cấu thành, trong mỗi yếu tố có nhiều cách lựa chọn. Như vậy để đưa ra một giải pháp hoàn chỉnh, phù hợp thì phải trải qua một quá trình chọn lọc dựa trên những ưu điểm của từng yếu tố, từng chi tiết rất nhỏ.
Để giải quyết một vấn đề phải dựa trên những yêu cầu đặt ra và dựa trên công nghệ để giải quyết. Nhưng công nghệ cao nhất chưa chắc là công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt nhất là công nghệ phù hợp nhất. Dĩ nhiên, vì chúng ta là người sáng tạo ra công nghệ, thì lẽ nào lại để chúng chi phối mình??
Khẳng định một điều cuối cùng rằng, mạng máy tính đã đang và dần đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người, nhưng đó vẫn không phải là vị trí tiên quyết.
(ST)
Bạn có đam mê ngành thiết kế vi mạch và bạn muốn có mức lương 1000 usd cùng lúc bạn
đang muốn tìm một Trung tâm để học vậy hãy đến với ngành vi mạch tại SEMICON
HotLine: 0972 800 931 Ms Duyên
