Bây giờ chúng ta sẽ nghiên cứu sâu hơn một chút về các thành phần của mạng máy tính (đặc biệt là Internet). Chúng ta bắt đầu phần này ở phần rìa của mạng và xem xét các thành phần mà chúng ta quen thuộc nhất — cụ thể là máy tính, điện thoại thông minh và các thiết bị khác mà chúng ta sử dụng hàng ngày.
Như chúng ta đã biết, thuật ngữ mạng máy tính, máy tính và các thiết bị khác được kết nối với Internet thường được gọi là hệ thống đầu cuối. Chúng được gọi là hệ thống đầu cuối vì chúng nằm ở rìa của Internet, như trong hình 1. Hệ thống đầu cuối của Internet bao gồm máy tính để bàn, máy chủ và thiết bị di động. Hơn nữa, ngày càng có nhiều “thứ” phi truyền thống được gắn vào Internet dưới dạng hệ thống đầu cuối.
Hệ thống cuối còn được gọi là máy chủ vì chúng lưu trữ (nghĩa là chạy) các chương trình ứng dụng như chương trình trình duyệt Web, chương trình máy chủ Web, chương trình khách e-mail hoặc chương trình máy chủ e-mail. Máy chủ đôi khi được chia thành hai loại: máy khách và máy chủ. Về mặt không chính thức, máy khách có xu hướng là máy tính để bàn và máy tính di động, điện thoại thông minh, v.v., trong khi máy chủ có xu hướng là những cỗ máy mạnh mẽ hơn để lưu trữ và phân phối các trang Web, phát video, chuyển tiếp e-mail, v.v. Ngày nay, hầu hết các máy chủ mà chúng ta nhận kết quả tìm kiếm, e-mail, trang Web và video đều nằm trong các trung tâm dữ liệu lớn. Ví dụ, Google có 50-100 trung tâm dữ liệu, trong đó có khoảng 15 trung tâm lớn, mỗi trung tâm có hơn 100.000 máy chủ.
1. Mạng truy cập – Access Networks
Mạng truy cập có nghĩa là mạng kết nối vật lý hệ thống đầu cuối với bộ định tuyến đầu tiên (còn được gọi là “bộ định tuyến biên”) trên một đường dẫn từ hệ thống đầu cuối đến bất kỳ hệ thống đầu cuối nào khác. Hình 2 cho thấy một số loại mạng truy cập như mạng không dây di động mạng gia đình, mạng doanh nghiệp và mạng diện rộng mà chúng được sử dụng.
2. Phương tiện truyền dẫn vật lý
Trong mục này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu tổng quan ngắn gọn về những phương tiện truyền dẫn thường được sử dụng trên trong mạng truy cập và mạng Internet.
3.1. Dây đồng xoắn đôi – Twisted-Pair Copper Wire
Phương tiện truyền dẫn ít tốn kém nhất và được sử dụng phổ biến nhất là dây đồng xoắn đôi.
Cặp xoắn gồm hai dây đồng cách điện, mỗi dây dày khoảng 1 mm, xếp theo hình xoắn ốc đều đặn. Các dây được xoắn lại với nhau để giảm nhiễu điện từ các cặp tương tự gần nhau. Thông thường, một số cặp được bó lại với nhau trong một sợi cáp bằng cách quấn các cặp trong một tấm chắn bảo vệ. Một cặp dây tạo thành một liên kết giao tiếp duy nhất. Cặp xoắn không được che chắn (UTP) thường được sử dụng cho các mạng máy tính trong một tòa nhà, nghĩa là cho các mạng LAN. Tốc độ dữ liệu cho các mạng LAN sử dụng cặp dây xoắn ngày nay nằm trong khoảng từ 10 Mbps đến 10 Gbps. Tốc độ dữ liệu có thể đạt được phụ thuộc vào độ dày của dây và khoảng cách giữa máy phát và máy thu.
Công nghệ xoắn đôi hiện đại, chẳng hạn như cáp loại 6a, có thể đạt được tốc độ dữ liệu 10 Gbps cho khoảng cách lên đến hàng trăm mét. Cuối cùng, dây xoắn đôi đã nổi lên như một giải pháp thống trị cho mạng LAN tốc độ cao.
2.2. Cáp đồng trục – Coaxial Cable
Giống như đôi xoắn, cáp đồng trục bao gồm hai ruột dẫn bằng đồng, nhưng hai ruột dẫn là đồng tâm chứ không phải song song. Với kết cấu này cùng với lớp cách nhiệt và che chắn đặc biệt, cáp đồng trục có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao. Cáp đồng trục khá phổ biến trong hệ thống truyền hình cáp. Như chúng ta đã thấy trước đó, hệ thống truyền hình cáp gần đây đã được kết hợp với modem cáp để cung cấp cho người dùng dân cư truy cập Internet với tốc độ hàng chục Mbps. Trong truyền hình cáp và truy cập Internet cáp, máy phát chuyển tín hiệu kỹ thuật số sang một dải tần cụ thể, và tín hiệu tương tự kết quả được gửi từ máy phát đến một hoặc nhiều máy thu. Cáp đồng trục có thể được sử dụng như một phương tiện chia sẻ có hướng dẫn . Cụ thể, một số hệ thống đầu cuối có thể được kết nối trực tiếp với cáp, với mỗi hệ thống đầu cuối nhận bất cứ thứ gì được gửi bởi các hệ thống đầu cuối khác.
3. Sợi quang – Fiber Optics
Sợi quang học là một môi trường mỏng, linh hoạt, dẫn các xung ánh sáng, với mỗi xung đại diện cho một bit. Một sợi quang duy nhất có thể hỗ trợ tốc độ bit cực lớn, lên đến hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm gigabit mỗi giây. Chúng miễn nhiễm với nhiễu điện từ, có độ suy giảm tín hiệu rất thấp trong phạm vi 100 km và rất khó chạm vào. Những đặc điểm này đã làm cho sợi quang trở thành phương tiện truyền dẫn có hướng dẫn đường dài được ưa chuộng, đặc biệt là đối với các liên kết ở nước ngoài. Nhiều mạng điện thoại đường dài ở Hoa Kỳ và các nơi khác hiện sử dụng độc quyền sợi quang. Cáp quang cũng phổ biến trong xương sống của Internet. Tuy nhiên, chi phí cao của các thiết bị quang, chẳng hạn như máy phát, máy thu và thiết bị chuyển mạch đã cản trở việc triển khai chúng để vận chuyển đường ngắn, chẳng hạn như trong mạng LAN hoặc vào nhà trong mạng truy cập dân cư. Tốc độ liên kết tiêu chuẩn của Nhà cung cấp quang (OC) nằm trong khoảng từ 51,8 Mbps đến 39,8 Gbps
2.4. Các kênh vô tuyến trên mặt đất – Terrestrial Radio Channels
Các kênh vô tuyến mang tín hiệu trong phổ điện từ. Chúng là một phương tiện hấp dẫn vì chúng không cần lắp đặt dây vật lý, có thể xuyên qua tường, cung cấp kết nối cho người dùng di động và có khả năng mang tín hiệu trong khoảng cách xa. Các đặc tính của kênh vô tuyến phụ thuộc đáng kể vào môi trường lan truyền và khoảng cách mà tín hiệu được truyền qua đó. Các cân nhắc về môi trường xác định suy hao đường đi và hiện tượng mờ bóng (làm giảm cường độ tín hiệu khi tín hiệu truyền qua một khoảng cách và xung quanh / xuyên qua các vật thể cản trở), mờ đi nhiều đường (do phản xạ tín hiệu của các đối tượng gây nhiễu) và nhiễu (do các đường truyền khác và tín hiệu điện từ).
Các kênh vô tuyến mặt đất có thể được phân loại rộng rãi thành ba nhóm: những kênh hoạt động trong khoảng cách rất ngắn (ví dụ, với một hoặc hai mét); những cơ sở hoạt động trong khu vực địa phương, thường kéo dài từ 10 đến vài trăm mét; và những cơ sở hoạt động trên địa bàn rộng, kéo dài hàng chục km. Các thiết bị cá nhân như tai nghe không dây, bàn phím và thiết bị y tế hoạt động trong khoảng cách ngắn; các công nghệ mạng LAN không dây được mô tả trong các phần sau sử dụng các kênh vô tuyến cục bộ; công nghệ truy cập di động sử dụng các kênh vô tuyến diện rộng.
2.5. Các kênh vô tuyến vệ tinh – Satellite Radio Channels
Một vệ tinh liên lạc liên kết hai hoặc nhiều máy phát / thu vi sóng trên Trái đất, được gọi là các trạm mặt đất. Vệ tinh nhận truyền tín hiệu trên một dải tần, tái tạo tín hiệu bằng bộ lặp và truyền tín hiệu trên một tần số khác. Hai loại vệ tinh được sử dụng trong thông tin liên lạc: vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp (LEO)
Các vệ tinh địa tĩnh vĩnh viễn ở trên cùng một vị trí trên Trái đất. Sự hiện diện tĩnh này đạt được bằng cách đặt vệ tinh trên quỹ đạo ở độ cao 36.000 km so với bề mặt Trái đất. Khoảng cách khổng lồ này từ trạm mặt đất qua vệ tinh trở lại trạm mặt đất tạo ra độ trễ truyền tín hiệu đáng kể là 280 mili giây. Tuy nhiên, các liên kết vệ tinh, có thể hoạt động ở tốc độ hàng trăm Mbps, thường được sử dụng ở các khu vực không có truy cập DSL hoặc truy cập Internet dựa trên cáp.
Các vệ tinh của LEO được đặt gần Trái đất hơn nhiều và không nằm vĩnh viễn trên một điểm trên Trái đất. Chúng quay quanh Trái đất (giống như Mặt trăng) và có thể liên lạc với nhau, cũng như với các trạm mặt đất. Để cung cấp vùng phủ sóng liên tục cho một khu vực, nhiều vệ tinh cần được đặt trên quỹ đạo. Hiện có nhiều hệ thống thông tin liên lạc tầm thấp đang được phát triển.
Tài liệu tham khảo
James F. Kurose and Keith W. Ross (2017) 7nd ed. Computer networking: a top-down approach. James F. Kurose, University of Massachusetts, Amherst, Keith W. Ross, NYU and NYU Shanghai.