Phan II

THIET KE HE THONG SCADA
VỚI MẠNG

MÁY TÍNH

Phần 2 - Thiết kế hệ thống Scada uới mạng máy tính giúp bạn đọc
hồn

thiện

được

việc

sử

dụng

hệ

thống

mạng

máy

tính

với

hệ

thống SCADA cơng nghiệp.
Phần này cung cấp những kiến thức cần và đủ để bạn đọc nắm
được cấu hình cho hệ thống mạng máy tính, cách thức bảo mật và

chống việc truy cập bất hợp pháp vào hệ thống mạng, các chuẩn
giao thức

giữa hệ

thống

mạng

máy

tính

cho tới việc xây

dựng

hệ

thống mạng máy tính Client/Server, cũng như những kiến thức về
hệ thống dự phịng PLC, I/O, Scada...
Ngồi ra, để đáp ứng và phục vụ cho việc truy xuất hệ thống giám


sát và điều khiển từ xa thông qua mạng internet, web HTML, các
thiết bị Smartphone thì bạn đọc có thể thực hiện những yêu cầu
trên với các chức năng WebNavigator,



251


Chương 10

HỆ THỐNG MẠNG MÁY TÍNH
Kiến thức về mạng máy tính là phần cịn thiếu sót khá nhiều đối
với nhiều người thuần tuý làm về tự động hoá dựa trên nền tảng
PLC và hệ thống Scada ở mức máy trạm, máy đơn (Stand-alone).
Do

đó, trong chương này tác giả sẽ cố gắng trình bày một

cách

ngắn gọn nhất nhưng vẫn giữ được các ý chính, vấn đề cốt lõi của
hệ thống mạng máy tính để từ đó bạn đọc có thể hiểu rõ hơn các
chương tiếp theo về việc thiết kế hệ thống Scada với Server-Client,
máy tính Scada dự phịng với redundancy...
Những

kiến

thức


nền

tảng

của

mạng

máy

tính

trong

cơng

nghệ

thơng tin hay mạng máy tính cơng nghiệp đều giống nhau, do đó
người thiết kế hệ thống mạng máy tính cơng nghiệp và kiến thức

về cấu trúc mạng máy tính Topology, cách kết nối, đường truyền,
các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống với OSI, TCP, cách thức bảo mật

mạng và chống hacker, hệ thống mạng riêng ảo VNP...
Đồng thời chương này giới thiệu tổng quát về các thức cấu hình
mạng máy tính để đảm bảo cho việc có thể chạy hệ thống mạng
Scada v6i WinCC


252

Professional cua TIA Portal.


10.1. KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH
10.1.1. Định nghĩa mạng máy tính
Mang

may

tinh

hay

hé

théng

mang

network system) la su két hop các máy

(computer

network

hay

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 thơng tin qua lại với nhau.
Printer

Switch

Hình 10.1. Minh hoạ về sơ đồ của một hệ thống mạng máy tính

10.1.2. Lợi ích của mạng máy tính
“

Nhiễu người có thể dùng chung một phần mềm tiện ích.

“Một
họ

nhóm người cùng thực hiện một đề án, nếu nối mạng
sẽ

dùng

chung

dữ

liệu

của


để

án,

dùng

chung

tập

tin

chính (master file) của để án giúp việc trao đổi thông tin với

nhau dễ dàng.
"Dữ

đổi

liệu được

giữa

quản

những

lý tập


người

trung

sử dụng

nên

bảo

thuận

mật

an tồn,

lợi, nhanh

trao

chóng,

backup đữ liệu tốt hơn.

253


đĩa cứng

Sử dụng chung các thiết bị máy in, máy scanner,

và các thiết bị khác.

Người sử dụng trao đổi thông tin với nhau dễ dàng thông
qua

vụ

dịch

dịch

Chat,

vụ

dịch

(Email),

tử

điện

thư

vụ

truyén file (FTP), dich vu Web...
Xóa
trong


rào

bổ
hệ

cản

thống

về

cách

khoảng

mạng

chia sẻ và trao

muốn

máy

các

địa lý giữa

tính


đổi dữ liệu với

nhau.

Một số người sử dụng khơng cân phải trang bị máy tính đắt
tiền (chi phí thấp mà tính năng lại mạnh).
Cho phép
thể

người lập trình ở một trung tâm máy

sử dụng

các

chương

trình

tiện

ích,

vùng

tính này có
nhớ

của một


trung tâm máy tính khác đang nhàn rỗi để làm tăng hiệu
quả kinh tế của hệ thống.
An toàn cho đữ liệu và phần mềm vì nó quản lý quyển truy
cập của các tài khoản người dùng (phụ thuộc vào các chuyên

gia quản trị mạng).

10.1.3. Cấu trúc mạng máy tính - Topology
Cấu trúc của mạng hay topology của mạng qua đó thể hiện
cách nối các mạng máy tính với nhau ra sao.

Các

phương

thức

truyền

dữ

liệu trên

mạng

(các

thủ

tục


hướng dẫn trạm làm việc làm thế nào và lúc nào có thể truy

cập để gửi các gói thơng tin ).
Các loại đường truyền và các chuẩn của chúng .
Các phương thức tín hiệu.

254


Hay nói đơn giản hơn thì Topology là cấu trúc hình học khơng gian

của hệ thống mạng trong thực tế với cách bố trí vị trí các điểm
mạng

(node) và cách thức chúng kết nối với nhau.

Có hai phương

thức kết nối mạng được sử dụng nhiều trong thực tế:
Point to poïnt - giao thức kết nối điểm với điểm: Các đường
truyền riêng biệt được thiết lập để nối các cặp máy tính lại với
nhau. Mỗi máy tính có thể truyền và nhận trực tiếp dữ liệu hoặc
có thể làm trung gian như lưu trữ những

dữ liệu mà

nó nhận

được,


rồi sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho một máy khác để dữ liệu đó
đạt tới đích.

go

—

Workstation

Workstation

Mainframe

ee |

Workstation

Workstation

Workstation

Hình 10.2. Minh hoa về kết nối điểm với điểm
Point

to multi

point - giao

thức


kết

nối

đa điểm:

Tất cả các

trạm phân chia chung một đường truyền vật lý. Dữ liệu được gửi đi
từ một máy tính sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các máy tính

cịn lại, bởi vậy cần chỉ ra điạ chỉ đích của đữ liệu để mỗi máy tính
căn cứ vào đó kiểm tra xem

dữ liệu có phải dành cho mình

khơng,

nếu đúng thì nhận cịn nếu khơng thì bỏ qua.

255


Workstation

WE Ul

| Link


Workstation

|

Mainframe
Workstation

Hinh 10.3. Minh hoa vé két néi da diém
10.1.3.1. M6

Có

hinh mang

tất cả các trạm

hinh sao (Star Network)

được

kết nối với một

thiết bị trung

nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm

tâm

có


đích. Tùy

theo u cầu truyền thơng 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.

Có nhiều cổng ra và mỗi cổng nối với một máy. Theo chuẩn IEEE
802.3 mơ hình dạng Star thường dùng:

10BASE-T: Dùng cáp UTP, tốc độ 10 Mb/s, khoảng cách từ thiết bị
trung tâm tới trạm tối đa là 100m.

100BASE-T: Tương tự 10BASE-T nhưng tốc độ lên tới 100 Mb⁄s.
Hiện

nay

các

mạng

sử

dụng

hình


sao

là

mạng

STARLAN

của

AT&T và S-NET của Novell.
Ưu

điểm:

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
trung

tâm

hiện nay).

256


điểm:

Độ

bị hạn

dài đường
chế (bán

truyền nối một trạm với thiết bị

kính

chỉ khoảng

100m

với cơng

nghệ


Hình 10.4. Minh hoạ về mơ hình mạng sao
10.1.3.2. Mơ

hình mạng

Bus (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 đâu nối đặc
biệt gọi là terminator. Mỗi trạm được nối với trục chính qua một
đầu nối chữ T (T-connector) hoặc thiết bị thu phát (transceiver).
Mơ

hình

mạng

Bus

hoạt

động

theo

liên

kết

Point-to-Multipoint

hay Broadcast.
Một

vài


TEEE

thơng

số kỹ

802.3 (cho mạng

số: tốc độ truyền

kháng

Dùng

50 Ohm,

của

mơ

hình

cáp

mạng

bus.

Theo


chuẩn

cục bộ) với cách đặt tên quy ước theo thơng

tính hiệu (1,10 hoặc

Baseband) hoặc BROAD
10BASEð:

thuật

100 Mb⁄s); BASE

(nếu là

(nếu là Broadband).
đồng

trục

đường

tốc độ 10 Mb/s, phạm

kính

lớn

(10mm)


với

vi tín hiệu 500m/segment,

trở
có

tối đa 100 trạm, khoảng cách giữa hai tranceiver tối thiểu 2,5m
(phương án này còn gọi là Thick Ethernet hay Thieknet)

257


10BASE2:

Tương

tự như Thicknet

nhưng

dùng

cáp

đồng

trục nhỏ

(RG 58A), có thể chạy với khoảng cách 185m, số trạm tối đa trong

1 segment là 30, khoảng cách giữa hai máy tối thiểu là 0,õm.
Hiện

nay

các

mạng

sử

dụng

hình

dạng

đường

thẳng

là

mạng

Ethernet va G-net.

Uu diém: Dé thiét ké va chi phi thap.
Khuyết điểm: Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hồng là tồn
bộ mạng bị ngừng hoạt động.


ey

Coble

Terminator

—

j-_-—

185 meters

(moximum) ——————

Hình 10.5. Minh hoạ về mơ hình mạng Bus
10.1.3.3. M6

hinh mang

vong

(Ring Network)

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 vịng.

Như


vậy tín hiệu

được

lưu chuyển

trên vịng

theo

một chuỗi liên tiếp các liên kết Point-to-Point giữa các repeater.
Hiện

nay

các mạng

sử dụng

mạng

vịng

là mạng

Token

ring


của

IBM.

Ưu điểm: Mạng hình vịng có ưu điểm tương tự như mạng hình
sao.

Nhược

điểm:

Một trạm

hoạt động, thêm
mạng phức tạp.

258

hoặc cáp hỏng là tồn bộ mạng

hoặc bớt một trạm khó

bị ngừng

hơn, giao thức truy nhập


Hình 10.6. Minh hoạ về mơ hình mạng vịng

10.1.3.4. Mơ hình mạng kết hợp

Kết

hợp

hình

sao và tuyến

tính

(Star

Bus

Network):

Cấu

hình

mạng

dạng này có bộ phận tách tín hiệu (splitter) giữ vai trị 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

kết hợp


làm việc ở cách xa nhau, ARCNET

Star Bus

Network.

Cấu

hình

dạng

này

là mạng

dạng

đưa lại sự uyển

chuyển trong việc bố trí đường dây tương thích dễ dàng đối với bất
cứ cấu trúc hệ thống nào.
Kết hợp hình sao và vịng (Star Ring Network): Cấu hình dạng kết
hợp

Star

chuyển

Ring


vịng

Netbwork,

quanh

được nối với HUB

một

có

một

cái HUB

"thé

bai"

trung

lién

tâm.

lac

Mỗi


(Token)
trạm

làm

được
việc

- là cầu nối giữa các trạm làm việc và để tăng

khoảng cách cần thiết.

259


Data

OSI Model

Layer

Application

Data

H

`
5


Br:

a

3

I

ope Process to
Application

Data

Presentation
Data Representation

Data

Interhost Communication

and

Session

Segments

a {| Packets
5
`

5

Encryption

eens

Hưng

and Reliability

pal

OTK,

and IP {Logical Addressing}

Data Link

3 | Frames

MAG and LLC

_

(Physical addressing)

@

=


Hinh 10.8. Minh hoa vé mé hinh OSI

10.2.2. Mục đích việc sử dụng mơ hình OSI
Mơ

hình OSI phân chia chức năng của một giao thức ra thành một

chuỗi các tầng cấp. Mỗi một tầng cấp có một đặc tính là nó chỉ sử

dụng chức năng của tầng dưới nó, đồng thời chỉ cho phép tầng
trên

sử dụng

các

chức

năng

của

mình.

Một

hệ

thống


cài đặt các

giao thức bao gồm một chuỗi các tầng nói trên được gọi là "chồng
giao thức” (profocol siack). Chồng giao thức có thể được cài đặt trên

phân

cứng, hoặc phần

mềm, hoặc là tổ hợp của cả hai. Thông
thường thì chỉ có những tầng thấp hơn là được cài đặt trong phần
cứng, còn những tầng khác được cài đặt trong phần mềm.
Mơ

hình OSI này chỉ được ngành

cơng nghiệp

mạng

và cơng nghệ

thơng tin tơn trọng một cách tương đối. Tính năng chính của nó là

quy định về giao diện giữa các tầng cấp, tức quy định đặc tả về
phương pháp các tầng liên lạc với nhau. Điều này có nghĩa là cho
dù các tâng cấp được soạn thảo và thiết kế bởi các nhà sản xuất,

hoặc


các công ty khác

nhau

nhưng

khi được lắp ráp lại, chúng

sẽ

làm việc một cách dung hòa (với giả thiết là các đặc tả kỹ thuật
262


được

đáp

đặc

tả

ứng

này

một

cách


thường

Comments,

tam

được

dich:

đúng

đắn).

biết

đến

Đề

nghị

Trong
véi

duyệt

cdi

cộng

tan

thảo

va

đồng

TCP/IP,

các

RFC

(Requests

for

bình

luận).

cộng déng OSI, ching 1a cdc tiéu chudn ISO (ISO standards).

Trong

Thường thì những phần thực thi của giao thức sẽ được sắp xếp theo

tầng cấp, tương tự như đặc tả của giao thức để ra, song bên cạnh
đó, có những trường hợp ngoại lệ, còn được gọi là "đường cắt ngắn"


Ứas¿ pa¿h). Trong kiến tạo "đường cắt ngắn", các giao dịch thông
dụng nhất, mà hệ thống cho phép, được cài đặt như một thành
phần đơn, trong đó tính năng của nhiều tầng được gộp lại làm một.
Việc

phân

chia hợp

lí các chức năng

của giao thức khiến

việc suy

xót về chức năng và hoạt động của các chồng giao thức dễ dàng
hơn, từ đó tạo điều kiện cho việc thiết kế các chồng giao thức tỉ
mi, chi tiết, song có độ tin cậy cao. Mỗi tầng cấp thi hành và cung
cấp các dịch vụ cho tầng ngay trên nó, đơng thời địi hỏi dịch vụ
của tâng ngay dưới nó. Như đã nói ở trên, một thực thi bao gồm
nhiều tầng cấp trong mơ hình OSI, thường được gọi là một "chồng
giao thức" (ví dụ như chồng giao thức TCP/IP).

Mơ hình tham chiếu OSI là một cấu trúc phả hệ có bẩy tâng, nó
xác

định

các yêu


thiết bị mạng.

cầu cho

Mơ

sự giao

tiếp

giữa

hai máy

tính

hay

hai

hình này đã được định nghĩa bởi Tổ chức tiêu

chuẩn hoa quéc té (International Organization for Standardization)

trong tiêu chuẩn
mơ

hình


là cho

số 7498-1
phép

(ISO standard

sự tương

giao

7498-1).

Mục

(interoperability)

đích của

gitta cdc hệ

may (platform) da dang dugc cung cAp bởi các nhà sản xuất khác
nhau.

Mơ

hình

cho phép


tất cả các thành

phần

của mạng

hoạt

1980, ISO đã tiến cử việc thực thi mơ

hình

động hịa đồng, bất kể thành phần ấy do ai tạo dựng. Vào những

năm

cuối thập niên

OSI như một tiêu chuẩn mạng.

Tại thời điểm đó, TCP/IP đã được sử dụng phổ biến trong nhiều
năm.

TCP/IP

là nền tảng của ARPANET

và các mạng

khác


- là
263


những cái được cải tiến và trở thành Internet. (xem thêm REC

871

để biết được sự khác biệt chủ yếu giữa TCP/TP và ARPANET).
Hiện nay chỉ có một phân của mơ hình OSI được sử dụng. Nhiều
tin rằng

người

đại

bộ

phận

các

đặc tả của OSI

quá

phức

tạp


và

việc cài đặt đầy đủ các chức năng của nó sẽ địi hỏi một lượng thời

gian q dài, cho dù có nhiều người nhiệt tình ủng hộ mơ hình OSI
đi chăng nữa.

10.2.3. Truyền dữ liệu trong mơ hình OSI
Trong mơ

hình

OSI có hai loại giao thức chính được

thức có liên kết định hướng

(connection

áp dụng:

giao

- oriented) và giao thức

không liên kết (connectionless).

Giao thức có liên bết định hướng: Trước khi truyền dữ liệu hai
tâng đồng mức cần thiết lập một liên kết logic và các gói tin được
trao đổi thơng qua liên kết này, việc có liên kết logic sẽ nâng cao

độ an tồn trong truyền dữ liệu.
Giao thức khơng liên kết: Trước khi truyền dữ liệu không thiết
lập liên kết logic và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin
trước hoặc sau nó.

Như vậy với giao thức có liên kết, q trình truyền thơng phải gồm
ba giai đoạn phân biệt:

Thiết lập bết nối (logie) — Truyền dữ liệu — Huỷ kết nối (logic).
Đối với giao thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai đoạn
truyền dữ liệu mà thơi.
Gói tin của giao thiic: Goi tin (Packet) được hiểu như là một đơn
vị thơng
mạng
tính

dùng

trong

việc

liên

lạc,

chuyển

giao


dữ

liệu trong

máy tính. Những thơng điệp (message) trao đổi giữa các máy
trong

Những

264

tin

mạng,

được

gói tin này khi

tạo

đến

dạng

máy

thành

tính


các gói tin

đích

sẽ

được

ở máy

kết

nguồn.

hợp

lại


thành

thơng

điệp

ban

đầu.


Một

gói tin có thể

chứa

đựng

các u

cầu phục vụ, các thơng tin điều khiển và dữ liệu.
"Transmitting
_ deice-

Application
Presentation

Session
Transport
Network
Data link
Physical

Physical link

Hình 10.9. Truyền dữ liệu trong mơ hình OSI

10.2.4. Vai trị và chức năng của các tầng
10.2.4.1. Tầng vật lý (Physical)
Tang

NĐó mơ

vat ly (Physical

layer)

lA tang

dưới

tả các đặc trưng vật lý của mạng:

cùng

của mơ

hình

OSI.

các loại cáp được dùng dé

nối các thiết bị, các loại đầu nối được dùng, các dây cáp có thể dài
bao nhiêu...

Ví dụ: Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đơi 10 baseT' định rõ các
đặc trưng điện của cáp xoắn đôi, kích thước và dạng của các đầu
nối, độ dài tối đa của cáp.

Khác với các tầng khác, tầng vật lý khơng có gói tin riêng và do

vậy khơng có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển, dữ liệu

được truyền đi theo dòng bit. Một giao thức tầng vật lý tôn tại giữa
các tầng vật lý để quy định về phương thức truyền (đồng bộ, bất
đông bộ), tốc độ truyền...

265


Các giao thức được xây dựng cho tang vật lý phân chia thành hai

loại

giao

thức

sử

dụng

phương

thức

truyền

bất

đồng


bộ

(asynchronous) và đông bộ (synchronous).

Phương thức truyền bất đồng bộ: Khơng có một tín hiệu quy
định

cho

đồng

bộ

giữa

các bit giữa

q trình gửi tín hiệu máy

máy

gửi và

máy

nhận,

trong


gửi sử dụng các bit đặc biệt START

và

STOP được dùng để tách các chuỗi bit biểu diễn các ký tự trong
dòng đữ liệu cần truyền đi. Đó cho phép một ký tự được truyền di
bất kỳ lúc nào mà không cần quan tâm đến các tín hiệu đồng bộ
trước

đó.

Phương thức truyền đồng bộ: Sử dụng phương thức truyền cần
có đồng bộ giữa máy
như

SYN

gửi và máy

(Synchronization),

EOT

nhận,

nó chèn các ký tự đặc biệt

(End

Of Transmission)


hay

đơn

giản hơn, một "cờ" (flag) giữa các dữ liệu của máy gửi để báo hiệu

cho máy nhận biết được dữ liệu đang đến hoặc đã đến.
10.2.4.2. Tang liên kết dữ liệu (Data link)
Tang liên kết di liệu (data link layer) là tầng mà ở đó ý nghĩa
được gán cho các bít được truyền trên mạng.
phải

quy định

được

các dạng

Tầng liên kết dữ liệu

thức, kích thước,

nhận

của mỗi gói tin được gửi đi. Nó

nhập

thơng tin trên mạng


và phương

địa chỉ máy

gửi và

phải xác định cơ chế truy
tiện gửi mỗi

gói tin sao cho

nó được đưa đến cho người nhận đã định.
Tầng liên kết đữ liệu có hai phương thức liên kết dựa trên cách kết

nối các máy tính, đó là phương thức “một điểm — một điểm” và
phương thức “một điểm — nhiều điểm”.

“_

Phương thức “một điểm - một điểm” các đường truyền riêng
biệt được thiết lập để nối các cặp máy tính lại với nhau.

=

Phuong thtic “mot điểm — nhiều điểm” tất cả các máy phân

chia chung một đường truyền vật lý.
266



Tầng liên kết dữ liệu cũng cung cấp cách phát hiện và sửa lỗi cơ bản
để đảm bảo cho đữ liệu nhận được giống hoàn toàn với dữ liệu gửi đi.
Nếu một gói tin có lỗi khơng sửa được, tầng liên kết đữ liệu phải chỉ
ra được cách thông báo cho nơi gửi biết gói tin đó có lỗi để nó gửi lại.
Các

giao thức tầng liên kết dữ liệu chia làm

giao

thức

hướng

hướng

ký

tự và

các giao

hướng

bit.

Các

là các


giao

thức

ký tự được xây dựng dựa trên các ký tự đặc biệt của một bộ

mã chuẩn nào đó (như ASCH
thức

thức

hai loại chính

hướng

bit lại dùng

hay EBCDIC),

các cấu trúc

nhị

trong khi đó các giao

phân

(chuỗi


bit) để xây

dựng các phần tử của giao thức (đơn vị dữ liệu, các thủ tục..) và khi

nhận dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit một.
10.2.4.3. Tang mang (Network)
Tang mang
nhau

bằng

(network layer) nhắm
cách

tìm

đường

này đến một mạng

đến việc kết nối các mạng

(routing)

cho

các gói tin từ một

với


mạng

khác. Nó xác định việc chuyển hướng, vạch

đường các gói tin trong mạng,

các gói này có thể phải đi qua nhiều

chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Nó ln tìm các tuyến
truyền thơng khơng tắc nghẽn để đưa các gói tin đến đích.

Tầng mạng cung các phương tiện để truyền các gói tin qua mạng,
thâm

chí qua một mạng

của mạng

(network of network).

Bởi vậy

nó cần phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu địch vụ
cung cấp bởi các mạng khác nhau. Hai chức năng chủ yếu của tầng
mạng

là

chọn


đường

(routing)

và

chuyển

tiếp

(relaying).

Tầng

mạng là quan trọng nhất khi liên kết hai loại mạng khác nhau
như mạng

thernet

với mạng

Token

Ring,

khi

đó

phải


dùng

một

bộ tìm đường — router (quy định bởi tầng mạng) để chuyển các gói
tin từ mạng
Việc chọn

này sang mạng khác và ngược lại.
đường là sự lựa chọn một con đường

để truyền một

vị dữ liệu (một gói tin chẳng hạn) từ trạm nguồn tới trạm

đơn

đích của

nó. Một kỹ thuật chọn đường phải thực hiện hai chức năng chính
sau đây:
267


=

Qut

dinh


chon

đường tối ưu dựa trên các thơng tin đã có

về mạng tại thời điểm đó thơng qua những tiêu chuẩn tối ưu

nhất định.
"_

Cập

nhật các thông tin về mạng,

việc

chọn

đường,

trên

mạng

tức là thông tin dùng cho

ln

có


sự

thay

đổi

thường

xun nên việc cập nhật là việc cần thiết.
Hiện nay khi nhu cầu truyền thông đa phương tiện (tích hợp dữ
liệu văn bản, đồ hoạ, hình ảnh, âm thanh..) ngày càng phát triển
địi hỏi các cơng nghệ truyền dẫn tốc độ cao nên việc phát triển
các hệ thống chọn đường tốc độ cao đang rất được quan tâm.

10.2.4.4. Tang van chuyén (Transport)
Tang van chuyển cung cấp các chức năng cần thiết giữa tầng mạng
và các tầng trên. Nó là tầng cao nhất có liên quan đến các giao
thức trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở. Nó cùng các tầng dưới
cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ vận chuyển.
Tầng vận chuyển (transport layer) là tầng cơ sở mà ở đó một máy

tính của mạng chia sẻ thông tin với một máy khác. Tầng vận
chuyển đồng nhất mỗi trạm bằng một địa chỉ duy nhất và quản lý
sự kết nối giữa các trạm. Tầng vận chuyển cũng chia các gói tin
lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi. Thông thường tầng

vận chuyển đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo
đúng thứ tự.

Tang van chuyển là tầng cuối cùng chịu trách nhiệm về mức độ an

toàn trong việc truyền dữ liệu nên giao thức tầng vận chuyển phụ
thuộc rất nhiều vào bản chất của tầng mạng.
10.2.4.5. Tầng giao dịch (Session)

Tầng giao dịch (session layer) thiết lập “các giao dịch” giữa các
trạm trên mạng, nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn
đối
268

thoại

với

nhau

và

lập

ánh

xạ

giữa

các

tên

với


địa

chỉ

của


chúng.

Một

giao

dịch

phải

được

thiết

lập

trước

khi

dữ liệu


được

truyền trên mạng, tầng giao dịch đảm bảo cho các giao dịch được
thiết lập và duy trì theo đúng qui định.

Tầng giao dịch duy trì tương tác luân phiên bằng cách báo cho mỗi
người sử dụng khi đến lượt họ được truyền đữ liệu. Vấn đề đồng bộ
hóa trong tầng giao dịch cũng được thực hiện như cơ chế kiểm
tra/phục hồi, dịch vụ này cho phép người sử dụng xác định các điểm
đồng bộ hóa trong dịng dữ liệu đang chuyển vận và khi cần thiết có
thể khơi phục việc hội thoại bắt đầu từ một trong các điểm đó.
Ở một thời điểm chỉ có một thiết bị mạng được quyền gọi các dịch

vụ nhất định của tầng giao dịch, việc phân bổ các quyền này thông
qua trao đổi thẻ bài (token).
Ví dụ: Máy tính nào có được token sẽ có quyển truyền đữ liệu và
khi thiết bị mạng giữ token trao token cho thiết bị mạng khác thì
cũng có nghĩa trao quyền truyền đữ liệu cho thiết bị đó.

Tầng giao dịch có các hàm cơ bản sau:
*

Give Token cho phép thiết bị được kích hoạt chuyển một
token cho một thiết bị khác trong một liên kết giao dịch.

«

Please

Token


cho phép

một

thiết bị mạng

(passive)

chưa

c6 token có thể u cau token đó.
«

Give Control ding dé chuyén tat ca các token từ một thiết
bị mạng đang kích hoạt sang một thiết bị mạng khác.

10.2.4.6. Tầng trình diễn (Presentation)
Trong giao tiếp giữa các ứng dụng thơng qua mạng với cùng một dữ

liệu có thể có nhiều cách biểu diễn khác nhau. Thơng thường dạng
biểu diễn dùng bởi ứng dụng nguồn và dạng biểu diễn dùng bởi
ứng dụng đích có thể khác nhau
các hệ

thống

hồn

tồn khác


do các ứng dụng được chạy trên

nhau

(như hệ

máy

Intel và hệ

máy
269


Motorola..). Tầng

trình diễn (Presentation layer) chịu trách nhiệm

chuyển đổi dữ liệu gửi đi trên mạng từ một loại biểu diễn này sang
một loại biểu diễn dữ liệu khác.
Tâng trình diễn cũng có thể được dùng kĩ thuật mã hóa để xáo
trộn các đữ liệu trước khi được truyền đi và giải mã ở đầu đến để
bảo mật.

10.2.4.7. Tầng ứng dụng (Application)
Tang ting dung (Application layer) là tầng cao nhất của mơ hình
OSI, nó xác định giao diện giữa người

sử dụng và môi trường


OSI

đồng thời giải quyết các kỹ thuật mà các chương trình ứng dụng
dùng để giao tiếp với mạng.
Để cung cấp phương tiện truy nhập môi trường OSI cho các tiến
trình ứng dụng. Người
Application Elements),
tử dịch vụ ứng dung
ASE) của chúng. Mỗi
nhiều các phần tử dịch
được

phối hợp

các liên kết

ta thiết lập các thực thể ứng dụng (AE các thực thể ứng dụng sẽ gọi đến các phần
(Application Service Element - viết tắt là
thực thể ứng dụng có thể gồm một hoặc
vụ ứng dụng. Các phần tử dịch vụ ứng dụng

trong môi

trường

(association)

của thực thể ứng


gọi là đối tượng

dụng

liên kết

thông

đơn

qua

(Single

Association Object — viét tat 14 SAO). SAO diéu khiển việc truyền
thông trong suốt vịng đời của liên kết đó và cho phép tuần tự hóa

các sự kiện đến từ các ASE thành tố của nó.

10.3. MẠNG INTERNET VÀ GIAO THỨC TCP/IP

10.3.1. Giao thức TCP/IP
Giao thiie TCP/IP (Internet protocol suite hay IP suite hoac
TCP/IP protocol suite - b6 giao thức liên mạng) là một bộ các giao
thức truyền thông cài đặt chồng giao thức (profocol stack) ma
Internet vA hau hết các mạng máy tính thương mại đang chạy trên
đó. Bộ giao thức này được đặt tên theo hai giao thức chính của nó

la TCP
270


(Transmission

Control

Protocol

— giao

thúc

điều

bhiển


truyền

uận) và IP (Internet Protocol —

giao thức liên mạng).

cũng là hai giao thức đầu tiên được định nghĩa.

Chúng

Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi

là một tập hợp các tâng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có


liên

quan

đến

việc

truyền

dữ liệu và

cung

cấp

cho

các giao

thức

tầng cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ ràng dựa trên việc

sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn. Về mặt lôgic, các tầng
trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng
hơn, chúng dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu

thành


các dạng

truyền vật lý.

mà

cuối cùng có thể

được truyền

đi trên

đường

Mơ hình OSI miêu tả một tập cố định gồm bẩy tầng mà một số
nhà sản xuất lựa chọn và nó có thể được so sánh tương đối với bộ
giao thức TCP/IP.

DNS, DHCP, FTP, HTTPS, IMAP, LDAP, NTP,POP3,
RIP, RTSP. SSH, SP, SMTP. SNMP. Tehet. sil
JPEG,

MIDI, MPEG,

NetBIOS,

NFS,

PICT, TIFF


PAP, SCP, SQL, ZIP

TCP, UDP.
ICMP, IGMP,

IPsec, IPv4, IPv6,

IPX, RIP

ARP, ATM, CDP, FDDI, Frame Relay,
HDLC, MPLS, PPP, STP, Token Ring

Bluetooth, Ethernet, DSL ISDN, 802.14 Wi-Fi

Hình 10.10. So sánh mơ hình OSI và TCP/IP

10.3.2. Chức năng các tầng trong mơ hình TCP/IP
TCP/IP

được xem như giản lược của mơ

bốn tầng như sau:

hình tham chiếu OSI với

“

Tầng truy cập mạng (Lảnk Layer).

=


Tang mang (Internet Layer).

»

Tang van chuyén (Transport Layer).
271


=

TAng tng dung (Application Layer).
Network connections

Stack connections

po ere

eae

_ Tả

CS

See

hee

Hình 10.11. Cac tang trong giao thtte TCP/IP
10.3.9.1. Tầng truy cập mang

Tang truy cập mang

- Network Access Layer

— Link layer (Network Access

Layer): la tang

thấp nhất trong mơ hình TCP/IP, bao gồm các thiết bị giao tiếp
mạng và các chương trình cung cấp các thơng tin cần thiết để có
thể hoạt động, truy cập đường truyền vật lý qua các thiết bị giao
tiếp

đó.

mạng

Nhiệm

vụ

chính

của

tầng

truy

cập


mạng

chuyển đổi thông tin từ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý MAC.
Dia chi MAC

đó

là

— Media Access Control — là mã duy nhất được gán

bởi nhà sản xuất cho từng phần cứng thiết bị mạng (card mạng của
PC,

switch,

chỉ MAC

router,

S7 — Ethernet

87 - CPU

- PN..).

Các

địa


có chiều dài 6 byte, cách nhau bởi dấu hai chấm. Ví dụ:

08 — 00 —- 06 - 6F - F1 - 59.

272

CP,


10.3.2.2. Tầng mạng - Internet Layer

Nhiệm vụ của tầng mạng trên mơ hình TCP/IP là giải quyết vấn
để về việc truyền dẫn các gói tin đi qua các mạng để đến địa chỉ
mong muốn, các giao thức của tầng này bao gồm:
=

IP (nternet Protocol).

=

ICMP

(Internet Control Message

s

IGMP

(Internet Group Message Protocol).


Trong tầng mạng

Protocol).

Internet thì quan trọng nhất là việc khai báo địa

chỉ IP. Để hiểu hơn về địa chỉ IP và các khai báo các lớp mạng, tác
giả sẽ cố gắng trình bày trong phạm vi cần và đủ để bạn đọc có
nền kiến thức tối thiểu phục vụ cho việc thiết kế hệ thống mang
máy tính.

a. Giới thiệu uê địa chỉ IP
Internet Protocol - giao thức Internet — là một địa chỉ đơn nhất mà
những thiết bị điện tử hiện nay đang sử dụng để nhận

lạc với nhau

trên

mạng

máy

tính bằng

cách

diện và liên


sử dụng

giao

thức

Internet. Mỗi địa chỉ TP là duy nhất trong cùng một cấp mạng.
Nói

đơn

giản

hơn,

IP là một

địa chỉ của một

máy

tính khi tham

gia vào mạng nhằm giúp cho các máy tính có thể chuyển thơng tin
cho nhau

một cách chính xác, tránh thất lạc thơng tin. Có thể coi

địa chỉ IP trong mạng máy tính giống như địa chỉ nhà của bạn để
nhân


viên bưu

điện

có thể đưa thư đúng

cho bạn

chứ không

phải

một người nào khác. Hiện nay, đối với các thiết bị mạng đang sử
dụng có IPv4 và IPv6.

*

Dia chi IPv4 chiém 32 Bit và được định nghĩa bởi 4 số thập
phân

(0.255)

và

được

phân

cách


bởi

dấu

128 bit dé ma

hoá

chấm

(.). Vi

du:

dữ liệu, nó

cho

192.165.23.245.

=»

Dia chi IPv6

sti dung

phép su dung nhiéu dia chi hon so véi IPv4.
273



Tuy nhiên vì lý do tương thích với thiết bị cũ, nên khó có thể thay

thế hết cho IPv4, các tổ chức sản xuất và sử dụng thiết bị mạng đã
đề xuất lộ trình chuyển đổi IPv4 sang IPv6 bắt đầu từ năm 2019
đến năm 2033. Do đó, với những kiến thức trình bày về IP trong
cuốn sách này vẫn sử dụng nên tảng của IPv4.
b. Gidi thiéu vé mang con — Subnet Mask
Subnet

mask

hay con goi 1a subnet,

subnet work la su phan

chia

logic địa chỉ TCP/IP thành các mang con để dễ dàng quản ly hon.
Một tổ chức hoặc quốc gia nào đó sẽ được InterNIC

cấp cho một

số địa chỉ IP nhất định với các máy tính đặt ở các nơi khác nhau.

Để quản lý mạng hiệu quả, người ta phân chia mạng của tổ chức
này thành các mạng

con và nối kết với nhau thông qua các router.


Những mạng con được gọi là các subnet. Mục đích phân chia mạng
con là vì:

"

Giảm

giao dịch trên mạng:

các gói tin trên mạng,

Lúc này các router điều khiển

chỉ có gói tin nào có địa chỉ đích ở

ngồi mới được chuyển ra.

=

Quan ly mang don gian hon, dễ kiểm tra khi có sự cố và xác
định được nguyên nhân gây lỗi hơn là trong một mạng lớn.

Một điều quan trọng là mỗi một subnet vẫn là một phần của mạng
nhưng nó cũng cần được phân biệt với các subnet khác bằng cách
thêm vào một định danh nào đó. Định danh này được gọi là subnet

address. Để phân chia thành các mạng subnet, trước hết cần định
rõ số lượng subnet của mạng và số thiết bị trong mỗi subnet, trong
khi đó router trên mỗi một subnet chỉ cần biết các thông tin địa
chỉ của mỗi máy trên một subnet mà nó quản lý.

Một
IP.

địa chỉ Subnet mask
Subnet

mạng

sẽ được xem

network.
274

mask

cũng

được xác định tương ứng cho một
chiếm

như là một

32

Bit.

mạng

Với


subnet

con hay

mask,

địa chỉ
một

nút

còn gọi là segment


c. Phân

chia lớp mạng

uới IP uà Subnet mask

Một địa chỉ IP bao gồm hai thành phần là Net ID và Host ID:

Net

ID

Host ID
31

"


Net ID - dia chi cia Network: Tat cA cdc host trong mot hé
thống mạng có cùng Net ID.

“

Host ID — Địa chỉ của một thiết bị mạng trên hệ thống hay
còn gọi là các host: mỗi host trong một hệ thống mạng

có

duy nhất một địa chỉ IP.
Các lớp IP bao gồm:
Lớp

A: Lên tới 16 triệu host với địa chỉ IP: 0.x.x.x —- 127.x.x.x với
Subnet mask là 255.0.0.0.

0

|Network ID 7 bits

0

Host ID 24 bits
8

31

Lớp


B: Lên téi 65K host voi dia chi IP: 128.0.x.x — 191.255.x.x véi
Subnet mask 1a 255.255.0.0.

10
0

Network ID 14 bits

Host ID 16 bits
16

31

Lớp

C: Lên tới 254 host v6i dia chi IP: 192.0.0.x — 223.255.255.x
v6i Subnet mask 14 255.255.255.0.
110
0

Network ID 21 bits

Host ID 8 bits
24

31

Vi dụ trong lớp B có dia chi IP la: 142.134.45.12.


275


142.134|45.12
Net ID

Host ID

Subnet [Mask

11111111

:

11111111

00000000

00000000

255.255}0.0
d. Chuẩn đoán hệ thống mạng uới chúc năng ICMP

Giao thức này cung cấp cho người dùng chức năng chuẩn

đốn

truyền thơng giữa các host một cách đơn giản. Bằng cách sử dụng

chức năng Ping tới IP của host nào để kiểm tra kết nối.

Lệnh được chạy trong Dos: Start —› CMD

Microsoft

Gõuright

Windows

{c>

288%

— Ping dia chi IP.

TU

Híc

Gz:xIsersxHTEUPLC>ning
TT es
192.168.6
n 192.168.6.1
n 192.168 8.1
132.168.8.1:
tics
Approximate
Minimum

for


l

192.

Received
round trip times in
= 89ms. Maximum = #íns,

10.3.2.3. Tang van

chuyén

Average

a
= 89ns

- Transport Layer

Tầng vận chuyển phụ trách luồng dữ liệu giữa host với host, kiểm

soát lỗi cũng như thực hiện các ứng dụng của tầng trên, tầng này
có hai giao

thức

chính

là TCP


UDP (User Datagram Protocol).

276

(Transmisson

Control

Protocol)

và


ơ. Kết nối có định hướng uới TCP

TCP là giao thức kết nối có định hướng (connection oriented). Số
lượng

đữ liệu lớn nhất trong một
dụng) là 64 Kbyte.

gói tin đơn

TCP

tin thành

có khả

năng


chia các thơng

(dữ liệu của lớp ứng

các gói tin. Host

liên

kết sẽ ráp các gói tin nhỏ này thành gói tin đơn hoàn chỉnh đúng
như dữ liệu gửi. Các byte được ráp theo đúng trình tự một cách

chính xác.

Nếu dữ liệu bị thất lạc thì TCP
truyền.

sẽ yêu cầu gửi trở lại từ host

b. Kết nối khơng có định hướng uới UDP
UDP

được

gọi

là kết

liệu truyền nhận


nối

khơng

khơng

được đảm

định

hướng

(connectionless).

bảo vì khơng

Dữ

có xác nhận khi

nhận

được đữ liệu.

UDP

được sử dụng cho các ứng dụng với các yêu cầu sau:
".

Đơn giản hóa gói tin dịch vụ truyền nhận dữ liệu.


"

Giao thức truyền nhận đơn giản.

“_

Khơng

địi hỏi độ tin cậy cao trong quá trình truyền nhận

di liệu.
10.3.2.4. Tầng ứng dụng - Application

Layer

Tầng ứng dụng là tầng trên cùng của mơ hình TCP/IP bao gồm các
tiến trình và các ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập

mạng. Có rất nhiều ứng dụng được cung cấp trong tâng này, phổ

biến là Telnet: sử dụng trong việc truy cập mang tit xa, FTP (File
Transport Protocol) dịch vụ truyền tập tin, EMAIL: dịch vụ truyền
thư tín điện tử, WWW (Word Wide Web).

277