Internet là gì? Cấu trúc mạng Internet đang được sử dụng hiện nay.

Internet là gì? Internet được coi là mạng của các mạng. Gồm các ISP kết nối với nhau.
Internet là gì?
Internet là gì?

Internet có các giao thức điều khiển gửi và nhận các thông điệp như TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11 Với các chuẩn Internet như RFC (Request for comments), IETF(Internet Engineering Task Force). Cơ sở hạ tầng cung cấp các dịch vụ cho các ứng dụng như Web, games, mạng xã hội. Thông qua giao diện lập trình cho các ứng dụng cho phép chương trình ứng dụng kết nối được với mạng Internet.

Giao thức mạngđược định nghĩa như định dạng thứ tự của các thông điệp gửi và nhận giữa các thực thể mạng, và các hành động được thực hiện trong quá trình truyền và nhận thông điệp.

Cũng giống như giao thức của con người, ta có giao thức mạng:

Giao thức con người và giao thức mạng
Giao thức con người và giao thức mạng

Cấu trúc của mạng Internet:

  • Phần cạnh của mạng:
    • Hosts: clients (máy khách) và servers (máy chủ)
    • Servers thường cs trong các trung tâm dữ liệu
  • Các mạng truy nhập, đường truyền vật lý: các kết nối truyền thông có dây (hữu tuyến), không dây (vô tuyến)
  • Phần lõi của mạng:
    • Các bộ định tuyến được kết nối với nhau.
    • Mạng của các mạng

1. Mạng truy nhập và đường truyền vật lý

Mạng truy nhập

Có nhiều loại mạng truy nhập khác nhau.

  1. Mạng truy nhập: đường thuê bao số (Digital subscriber line – DSL)
Mạng truy nhập DSL
Mạng truy nhập DSL

Sử dụng đường điện thoại có sẵn để đi đến văn phòng trung tâm DSLAM:

  • Dữ liệu qua đường điện thoại DSL đi ra Internet
  • Tiếng nói qua đường điện thoại DSL đi tới mạng điện thoại

Tốc độ tải lên <2.5 Mbps (thường < 1 Mbps)

Tốc độ tải về < 24 Mbps (thường < 10 Mbps)

2. Mạng truy nhập: mạng cáp

Mạng cáp
Mạng cáp

Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM – frequency division multiplexing): các kênh khác nhau truyền theo các dải tần số khác nhau

Mạng cáp
Mạng cáp

HFC: ghép lai cáp sợi quang-đồng trục (hybrid fiber coax). Ghép bất đối xứng cho tốc độ tải xuống là 30Mbps, tốc độ tải lên là 2 Mbps

Mạng cáp, cáp quang được nối từ nhà tới bộ định tuyến ISP:

  • Các nhà dùng chung mạng truy nhập tới đầu cuối cáp
  • Không giống như DSL (dùng đường truy nhập riêng tới văn phòng trung tâm)

3. Mạng truy nhập: mạng ở nhà

Mạng ở nhà
Mạng ở nhà

4. Mạng truy nhâp của tổ chức (Ethernet)

Mạng truy nhập của tổ chức
Mạng truy nhập của tổ chức

Thường dùng trong các công ty, trường học,… Tốc độ truyền 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps. Ngày nay, các hệ thống đầu cuối thường được kết nối vào bộ chuyển mạch (switch) Ethernet

5. Các mạng truy nhập không dây.

Mạng truy nhập không dây chia sẻ (dùng chung) kết nối hệ thống đầu cuối tới bộ định tuyến. Qua trạm cơ cở: điểm truy nhập (access point)

  • Mạng LAN không dây (wireless LANs): Sử dụng trong toà nhà. 802.11b/g (WiFi): tốc độ truyền 11 Mbps, 54 Mbps
Mạng LAN không dây
Mạng LAN không dây
  • Mạng truy nhập không dây diện rộng: Được cung cấp bởi các nhà điều hành viễn thông (di động) (10 km). Tốc độ truyền từ 1 đến 10 Mbps. Điển hình như 3G, 4G LTE
Mạng không dây diện rộng
Mạng không dây diện rộng

Host: gửi các gói dữ liệu

Host gửi các gói dữ liệu
Host gửi các gói dữ liệu

Chức năng gửi của host:

  • Truyền các thông điệp ứng dụng
  • Chia dữ liệu thành các đoạn nhỏ hơn, được gọi là gói tin (packet), có độ dài L bit.
  • Truyền gói tin trên mạng truy nhập với tốc độ R. Tốc độ truyền trên liên kết còn gọi là khả năng của liên kết hay băng thông của liên kết.
Trễ truyền gói tin
Trễ truyền gói tin

Đường truyền vật lý

bit: lan truyền giữa cặp thiết bị truyền/thiết bị nhận (máy phát/máy thu)

Liên kết vật lý: là phần nằm giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận

Đường truyền có dây: Tín hiệu lan truyền trong môi trường rắn: dây đồng, cáp quang, cáp đồng trục

Đường truyền không dây: Tín hiệu lan truyền tự do, ví dụ sóng radio

  1. Cáp xoắn đôi (TP)
Cáp xoắn đôi
Cáp xoắn đôi

Hai dây đồng cách điện:

  • Loại 3: 10 Mbps Ethernet
  • Loại 5: 100 Mbps, 1 Gpbs Ethernet
  • Loại 6: 10Gbps

2. Cáp đồng trục

Cáp đồng trục
Cáp đồng trục

Hai dây dẫn bằng đồng cùng tâm. Tín hiệu truyền 2 chiều. Băng tần rộng: nhiều kênh trên cáp, HFC

3. Cáp quang

Cáp quang
Cáp quang

Sợi thủy tinh mang dao động ánh sáng, mỗi dao động là 1 bit. Hoạt động tốc độ cao (Truyền điểm-nối-điểm tốc độ cao (10-100 Gpbs)). Tỷ lệ lỗi thấp. Truyền được xa và không ảnh hưởng bởi điện từ.

4. Sóng radio

Tín hiệu được mang dưới dạng sóng điện từ. Không có dây dẫn vật lý. Truyền tín hiệu hai chiều. Bị ảnh hưởng trong môi trường truyền (phản xạ, cản trở ởi chướng ngại vật, nhiễu).

Các loại liên kết radio:

  • Vi sóng mặt đất: Các kênh truyền với tốc độ lên tới 45 Mbps
  • LAN (ví dụ WiFi): 11Mbps, 54 Mbps
  • Mạng diện rộng (ví dụ cellular): 3G cellular: ~ vài Mbps
  • Sóng vệ tinh: Kênh từ Kbps tới 45Mbps (hoặc chia nhiều kênh nhỏ hơn). Độ trễ 270 msec giữa hai đầu cuối. Giữ khoảng cách cố định so với mặt đất (độ cao, thấp)

2. Phần lõi của mạng

Lưới các bộ định tuyến được kết nối với nhau.

Phần lõi của mạng
Phần lõi của mạng

Chuyển mạch gói

Chuyển mạch gói: host chia các thông điệp ứng dụng thành các gói tin (packet):

  • Chuyển tiếp các gói tin từ một bộ định tuyến đến bộ định tuyến tiếp theo, qua các liên kết trên đường đi từ nguồn đến đích.
  • Mỗi gói tin được truyền đi với toàn bộ khả năng của liên kết.
  1. Lưu và chuyển tiếp
Lưu và chuyển tiếp
Lưu và chuyển tiếp

Cần L/R giây để truyền (đẩy qua) gói có L-bit trên liên kết có tốc độ R bps.

Lưu và chuyển tiếp: toàn bộ gói phải đến bộ định tuyến trước khi nó có thể được truyền sang liên kết kế tiếp.

Trễ đầu cuối-đầu cuối = 2L/R (giả sử trễ truyền bằng 0)

Ví dụ trên một hop:

  • L = 7.5 Mb, R = 1.5 Mbps
  • Trễ truyền trên một hop = 5 giây

2. Trễ hàng đợi, mất mát

Trễ hàng đợi, mất mát
Trễ hàng đợi, mất mát

Hàng đợi và mất mát: Nếu tốc độ đi đến (tính theo bit) liên kết vượt quá tốc độ truyền của liên kết trong một khoảng thời gian, thì:

  • Các gói tin sẽ phải xếp hàng, chờ đợi để được truyền trên liên kết.
  • Các gói tin có thể bị mất nếu bộ nhớ (đệm) bị đầy.

Hai chức năng chính trong phần lõi của mạng:

  • Định tuyến: xác định tuyến đường đi để chuyển gói tin từ nguồn đến đích.
  • Chuyển tiếp: chuyển gói tin từ đầu vào tới đầu ra phù hợp của bộ định tuyến

Chuyển mạch kênh

Tài nguyên giữa hai đầu cuối được xác định và dành riêng cho “cuộc gọi” giữa nguồn và đích:

Chuyển mạch kênh
Chuyển mạch kênh

Trong sơ đồ, mỗi liên kết có 4 kênh. Cuộc gọi dùng kênh số 2 trong liên kết phía trên và kênh số 1 trong liên kết bên phải.

Tài nguyên dành riêng: không chia sẻ để đảm bảo hiệu năng.

Đoạn kênh rỗi nếu không được sử dụng bởi cuộc gọi (không chia sẻ)

Thường được dùng trong mạng điện thoại truyền thống

Chuyển mạch kênh FDM và TDM

Chuyển mạch lênh FDM và TDM
Chuyển mạch lênh FDM và TDM

So sánh chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Chuyển mạch gói cho phép nhiều người dùng sử dụng mạng hơn.

Ví dụ:

  • Liên kết 1 Mb/s
  • Mỗi người dùng:
    • 100 kb/s khi “kích hoạt”
    • Chiếm 10% thời gian
  • Chuyển mạch kênh: 10 người dùng
  • Chuyển mạch gói: Với 35 người dùng, xác suất > 10 người kích hoạt (dùng) tại cùng một thời điểm là nhỏ hơn 0.0004.

Ưu điểm của chuyển mạch gói:

  • Rất tốt trong trường hợp bùng nổ dữ liệu: chia sẻ tài nguyên, đơn giản, không cần thiết lập cuộc gọi.
  • Trong trường hợp tắc nghẽn quá mức: các gói tin bị trễ hoặc bị mất. Cần có giao thức cho việc truyền dữ liệu tin cậy, điều khiển tắc nghẽn.

Ưu điểm của chuyển mạch kênh:

  • Đảm bảo băng thông yêu cầu cho các ứng dụng audio/video

Cấu trúc của Internet: mạng của các mạng

Các hệ thống đầu cuối kết nối tới Internet qua mạng truy nhập của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP Internet Service Providers). Ví dụ mạng truy nhập khu dân cư, trường học…

Các ISP lần lượt được kết nối với nhau để cho bất kỳ 2 host nào cũng có thể gửi các gói tin đến nhau.

Kết quả là có được hệ thống mạng của các mạng rất phức tạp. Sự phát triển được thúc đẩy bởi kinh tế và chính sách quốc gia.

Câu hỏi đặt ra: Có hàng triệu ISP truy nhập, làm thế nào để kết nối lại được với nhau.

ISP truy nhập
ISP truy nhập

Giải pháp 1: Kết nối từng mạng truy nhập ISP đến tất cả các mạng truy nhập khác.

Giải pháp ISP truy nhập
Giải pháp ISP truy nhập

Không khả thi vì gây tốn kém và không mềm dẻo.

Giải pháp 2: kết nối từng mạng truy nhập ISP tới một ISP chuyển tiếp toàn cầu? Khách hàng và nhà cung cấp ISP có thỏa thuận kinh tế.

Giải pháp ISP truy nhập
Giải pháp ISP truy nhập

Tuy nhiên nếu chỉ có một ISP toàn cầu, điều này sẽ sinh ra các đối thủ cạnh tranh khác.

Cạnh tranh ISP toàn cầu
Cạnh tranh ISP toàn cầu

Các ISP toàn cầu này cần được kết nối với nhau.

ISP toàn cầu kết nối
ISP toàn cầu kết nối

Và các mạng khu vực có thể phát sinh để kết nối các mạng truy nhập tới các ISP.

Mạng khu vực
Mạng khu vực

Các mạng cung cấp nội dung (Content provider networks) có thể chạy mạng của riêng họ, đưa các dịch vụ, nội dung đến gần với người dùng cuối. Ví dụ Google, Microsoft…

Mạng cung cấp nội dung
Mạng cung cấp nội dung

Từ đó, ta có sơ đồ tổng quan cấu trúc mạng Internet.

Sơ đồ cấu trúc Internet
Sơ đồ cấu trúc Internet

Tại trung tâm: số lượng nhỏ các mạng lớn được kết nối với nhau.

  • “Lớp-1” các ISP thương mại (ví dụ, Level 3, Sprint, AT&T, NTT), bao trùm các quốc gia và toàn thế giới
  • Mạng cung cấp nội dung (ví dụ, Google): mạng riêng kết nối nó với trung tâm dữ liệu Internet, thường bỏ qua lớp-1 và các ISP khu vực

Như vậy, chúng ta đã hiểu được Internet là gì, phần cạnh, lõi của internet. Bài sau chúng ta sẽ tìm hiểu về trễ, giao thức, an ninh mạng.

Nguồn internet

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*