--------
Để kết nối vào hệ thống mạng, cũng cần sử dụng một modem,
tuy nhiên đây là modem dùng cho mạng cable, nên gọi là cable modem. Một đầu của
cable modem nối tới máy tính bằng cổng Ethernet, đầu còn lại nối tới CMTS
(cable modem termination system – điểm đấu nối). Chức năng của CMTS cũng tương
tự như DSLAM trong mạng DSL.
Cable modem chia mạng HFC thành hai đường (kênh) riêng, một đường gửi dữ liệu lên (upstream) và một đường lấy dữ liệu xuống (downstream). Tốc độ hai đường này cũng không bằng nhau, theo chuẩn DOCSIS 2.0, tốc độ đường xuống là 42.8 Mbps, đường lên là 30.7 Mbps. Tuy nhiên, tốc độ trong thực tế sẽ thấp hơn, tùy gói cước, và tùy vào sự suy yếu của đường truyền.
Một đặc điểm đáng chú ý của mạng cable là đường truyền từ
modem tới CMTS là một hệ thống quảng bá (shared broadcast medium), nghĩa là tất
cả các đường kết nối trong cùng đoạn mạng (network segment) sẽ tạo thành một
miền quảng bá. Các hộ sẽ cùng nhau chia sẻ đường truyền (cả đường truyền lên và
đường truyền xuống), khi gói tin được gửi đi từ CMTS, nó sẽ gửi tới tất cả các
hộ gia đình, ngược lại mọi gói tin gửi lên CMTS từ các hộ gia đình, đều được
gửi tới đường upstream chung. Như vậy, nếu cùng lúc có nhiều người tải phim về,
thì mạng sẽ rất chậm, ngược lại nếu ít người dùng và họ chỉ duyệt web chẳng
hạn, thì mạng sẽ rất nhanh. Vì đường truyền lên là mạng chia sẻ, nên hệ thống
mạng cần có cơ chế để điều phối đường truyền lên và giải quyết xung đột.
Một phương pháp kết nối Internet thứ ba, cũng khá phổ biến
là mạng cáp quang (FTTH – fiber to the home). Đúng như tên gọi của nó (kéo cáp
quang tới nhà), hệ thống mạng này sử dụng đường cáp quang để nối từ nhà cung
cấp tới từng hộ gia đình.
Có hai cách để kết nối từ trung tâm mạng tới từng hộ gia
đình. Một là, mỗi hộ gia đình sẽ có một đường cáp quang riêng, nối trực tiếp
tới trung tâm mạng, cách này ít sử dụng. Hai là, nhà cung cấp sẽ nối một đường
cáp quang từ trung tâm tới bộ chia (optical splitter) gần với khu dân cư, đường
cáp này sẽ dùng chung cho một số hộ. Sau đó từ bộ chia, mỗi hộ sẽ có đường cáp
quang riêng, cách này được dùng nhiều.
Tại bộ chia, để chia mạng cho từng hộ, có hai kiến trúc được
sử dụng là AON (active optical network) và PON (passive optical network). AON
về bản chất là một Ethernet chuyển mạch. (sẽ trình bày sau).
Phần này sẽ trình bày tóm tắt về kiến trúc PON. Xem Hình 7.
Theo kiến trúc PON, mỗi hộ sẽ có một bộ kết nối quang (ONT:
optical network terminator). ONT được nối tới bộ chia bằng cáp quang. Mỗi bộ
chia cho phép tối đa 100 kết nối. Bộ chia được nối tới trạm đấu nối (OLT –
optical line terminator) của nhà cung cấp dịch vụ. Trạm đấu nối có nhiệm vụ
chuyển đổi tín hiệu từ quang sang tín hiệu điện và ngược lại, kết nối tới
Internet thông qua router. Tại hộ gia đình, ONT sẽ được nối tới router (thường
là wireless router), các máy tính sẽ kết nối tới router để vào mạng Internet. Tất
cả các gói tin từ OLT tới bộ chia đều được nhân bản (replicate) tại bộ chia.
Tốc độ trung bình của mạng FTTH là 20 Mbps (năm 2011), trong
khi mạng cable là 13 Mbps và mạng DSL là dưới 5 Mbps.
Ngoài ba công nghệ kết nối Internet đã trình bày, các hộ gia
đình cũng có thể kết nối Internet bằng kết nối vệ tinh (satellite) với tốc độ
khoảng 1 Mbps. Hoặc kết nối mạng bằng công nghệ quay số (dial-up), đây là công
nghệ đã cũ, sử dụng hạ tầng mạng điện thoại, tốc độ khoảng 56 kbps.
Mạng doanh nghiệp
Trong các doanh nghiệp, cơ quan, trường học, hoặc trong các hộ gia đình, nói chung là những nơi có nhiều thiết bị cần kết nối vào hệ thống Internet (gọi chung là doanh nghiệp), người ta sử dụng công nghệ mạng cục bộ (LAN-local network area) để kết nối các thiết bị cuối tới router biên. Có nhiều công nghệ LAN khác nhau, tuy nhiên hiện nay, công nghệ Ethernet đang được sử dụng nhiều nhất. Xem minh họa trong Hình 8.
Như trong Hình 8,
thiết bị cuối sẽ kết nối tới Ethernet switch bằng cáp xoắn đôi (twisted-pair
copper). Tốc độ truyền trong mạng Ethernet có thể là 100 Mbps, 1 Gbps hoặc 10
Gbps. Sau đó Ethernet switch sẽ được kết nối vào đường Internet của doanh
nghiệp.
Tuy nhiên, ngày càng nhiều người đang kết nối tới Internet
bằng công nghệ LAN không dây (WLAN - wireless LAN) thông qua máy tính xách tay,
điện thoại thông minh, máy tính bảng và các thiết bị khác.
Với công nghệ WLAN, người dùng sẽ kết nối các thiết bị của
họ tới điểm truy cập (access point hoặc wireless router) bằng công nghệ mạng
không dây. Sau đó, điểm truy cập sẽ được kết nối vào đường truyền Internet của
doanh nghiệp (giống như trong mạng Ethernet). Thông thường, bán kính phủ sóng
của một điểm truy cập là khoảng vài chục mét, như vậy để có thể truy cập, thiết
bị của người dùng phải nằm trong vùng bán kính này. WLAN hoạt động dựa trên
công nghệ IEEE 802.11, công nghệ này còn có tên gọi quen thuộc hơn là WiFi. Mạng
WiFi hiện nay đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi như các trường học, văn
phòng, quán cà phê, sân bay, trong các hộ gia đình, trên máy bay, xe khách. Tại
nhiều thành phố, ở một ví trí bất kì, một thiết bị không dây có thể nhận được
tín hiệu sóng không dây từ hàng chục thiết bị phát sóng ở xung quanh. Tốc độ
truyền dữ liệu trong WLAN từ khoảng 54 Mbps trở lên.
Mặc dù ban đầu mạng Ethernet và WiFi được phát triển để dùng
trong các tổ chức, doanh nghiệp. Tuy nhiên, hiện nay nó cũng đang được sử dụng
phổ biến trong các hộ gia đình. Như minh họa trong Hình
9,
mỗi gia đình sẽ có một đường kết nối Internet (DSL, FTTH, hoặc cable modem),
sau đó chia sẻ kết nối Internet này cho các thiết bị trong gia đình bằng kết
nối có dây và không dây.
Trong mạng gia đình, các thiết bị kết nối không dây sẽ kết
nối tới điểm truy cập (access point, wireless router), các thiết bị kết nối có
dây sẽ kết nối tới switch, sau đó switch và điểm truy cập được kết nối tới
modem. Thông thường, các modem hiện nay đã được tích hợp sẵn ba chức năng trong
một, vừa là modem, vừa là switch và vừa là wireless router.
Truy cập không dây diện rộng (mạng di động): 3G và LTE
Ngày càng có nhiều người sử dụng các thiết bị iPhone, BlackBerry và Android để gửi email, lướt web, giám sát bán hàng, quản lý công việc trong quá trình di chuyển. Các thiết bị này sử dụng hạ tầng của mạng di động (cellular telephony) để gửi và nhận các gói tin. Nếu như trong mạng WiFi, thiết bị của người dùng phải nằm trong bán kính vài chục mét, thì trong mạng di động, thiết bị người dùng có thể hoạt động trong bán kính khoảng vài chục kilomet so với trạm phát (base station).
Các công ty viễn thông đã đầu tư rất nhiều để phát triển mạng
điện thoại di động 3G (third-generation – thế hệ 3). Mạng 3G cho phép người sử
dụng có thể truy cập Internet dựa trên công nghệ chuyển mạch gói
(packet-switched) với tốc độ lớn hơn 1 Mbps. Thậm chí với mạng di động thế hệ
thứ tư (4G) đang được triển khai thì tốc độ còn cao hơn nữa, khoảng trên 14
Mbps. LTE (long-term evolution: tiến hóa dài hạn) là công nghệ mạng di động
chuyển tiếp giữa mạng 3G và 4G.
1.2.2 Đường
truyền vật lý
Ở đây cần phân biệt một chút giữa đường truyền (physical media) và môi trường truyền (physical medium). Đường truyền dùng để chỉ đối tượng vật lý được sử dụng để truyền thông tin, ví dụ cáp đồng, cáp quang. Môi trường truyền là bản chất và không gian truyền tin bên trong của đường truyền, ví dụ; môi trường chất rắn, môi trường chất khí.
-------------
1.2.2 Đường
truyền vật lý
Ở phần trên đã trình bày một số công nghệ được sử dụng để
kết nối tới mạng Internet. Trong mỗi công nghệ cũng đã đề cập tới các loại
đường truyền được sử dụng. Ví dụ, mạng HFC sử dụng kết hợp hai loại cáp là cáp
quang (fiber cable) và cáp đồng trục (coaxial cable); mạng DSL và Ethernet sử
dụng cáp xoắn đôi; mạng di động sử dụng phổ sóng vô tuyến (radio spectrum). Phần
này sẽ trình bày tổng quan về các loại đường truyền đó và một số đường truyền
phổ biến khác trong mạng Internet.
Ở đây cần phân biệt một chút giữa đường truyền (physical media) và môi trường truyền (physical medium). Đường truyền dùng để chỉ đối tượng vật lý được sử dụng để truyền thông tin, ví dụ cáp đồng, cáp quang. Môi trường truyền là bản chất và không gian truyền tin bên trong của đường truyền, ví dụ; môi trường chất rắn, môi trường chất khí.
Để hiểu rõ hơn về các loại đường truyền, hãy xem xét vòng
đời của một bit, tính từ lúc nó được sinh ra tại một thiết bị cuối, được truyền
qua hàng loạt các kết nối, các router, trước khi đến được thiết bị đích. Trong
vòng đời của nó, một bit sau khi được được sinh ra tại thiết bị cuối, sẽ được tái
sinh và được truyền đi rất nhiều lần. Ví dụ, nó được sinh ra tại máy tính, sau
đó được truyền trên đường cáp xoắn đôi, sau đó được tái sinh tại switch, sau đó
được truyền trên cáp xoắn đôi, sau đó được tái sinh tại modem ADSL, sau đó được
truyền trên cáp điện thoại…v.v. Như vậy, để đi từ thiết bị nguồn tới thiết bị
đích, một bit sẽ phải đi qua rất nhiều chặng, mỗi chặng là một cặp gồm bộ phát và
bộ nhận (transmitter-receiver).
Tại mỗi chặng, một bit sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện
từ (electromagnetic wave) hoặc xung quang (optical pulse) thông qua môi trường
truyền. Mỗi loại môi trường truyền có đặc điểm và tính chất khác nhau. Trên
hành trình từ thiết bị nguồn tới thiết bị đích, một bit có thể đi qua rất nhiều
chặng và môi trường truyền của các chặng không nhất thiết phải giống nhau.
Các đường truyền phổ biến gồm: cáp xoắn đôi, cáp đồng trục, cáp
quang, phổ sóng vô tuyến mặt đất (terrestrial radio spectrum), phổ sóng vô
tuyến vệ tinh (satellite radio spectrum). Các đường truyền được chia thành hai
loại: đường truyền hữu tuyến (guided media) và đường truyền vô tuyến (unguided
media). Với đường truyền hữu tuyến, sóng được truyền đi trên môi trường chất
rắn, ví dụ: cáp quang, cáp xoắn đôi, cáp đồng trục. Với đường truyền vô tuyến,
sóng được lan truyền trong khí quyển và ngoài không gian, ví dụ: kênh truyền
của WLAN, kênh truyền của vệ tinh số.
Trong một hệ thống mạng, giá thành của các loại đường truyền
(cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp quang) thường rất rẻ so với các thành phần
khác. Đôi khi, chi phí để lắp đặt cáp còn cao hơn cả giá thành của đoạn cáp cần
lắp đặt. Vì lý do này, khi xây dựng các tòa nhà, người ta thường lắp đặt luôn các
loại cáp này đến từng phòng, ngay cả khi người dùng chỉ sử dụng một trong các
loại đó. Đây là một cách làm tiết kiệm vì không cần phải lắp đặt bổ sung sau
này (rất bất tiện) khi người dùng có nhu cầu sử dụng.
lược dịch
James F. Kurose, Keith W. Ross, Computer Networking – A Top-Down Approach, Pearson, 2013
------------
Cập nhật 2016/5/20
------------
Xem thêm: Mạng máy tính - 4