1

1 Tổng quan về mạng máy tính

1.1 Khái niệm mạng máy tính Ở mức độ đơn giản nhất, mạng máy tính bao gồm hai máy tính nối với nhau

bằng cáp (cable) sao cho chúng có thể chia sẻ dữ liệu. Mọi mạng máy tính dù phức tạp đến đâu chăng nữa cùng đều bắt nguồn từ hệ thống đơn giản đó. Ý tưởng nối hai máy tính bằng cáp nghe có vẻ không có gì phi thường, nhưng nếu nhìn lại, đó chính là thành tựu lớn lao trong công nghệ truyền tin.

Mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu muốn chia sẻ và dùng chung dữ liệu. Máy tính cá nhân là công cụ tuyệt vời giúp ta tạo dữ liệu, bảng tính, hình ảnh và nhiều dạng thông tin khác, nhưng nó lại không cho phép ta nhanh chóng chia sẻ dữ liệu ta đã tạo. Không có hệ thống mạng, dữ liệu phải được in ra giấy cho người khác xem và hiệu chỉnh. Một cách khác là dùng đĩa mềm để sao chép. Tuy nhiên nếu người khác thay đổi tài liệu thì chúng ta không thể hợp nhất các thay đổi này. Phương thức làm việc này gọi là làm việc trong môi trường độc lập.

Nếu người dùng làm việc trong môi trường độc lập nối máy tính của mình với các máy tính khác, người này có thể sử dụng dữ liệu trên các máy khác và thậm chí cả máy in. Mọi nhóm máy tính và những thiết bị ngoại vi kết nối với nhau được gọi là nối mạng (Networking).

Các máy tính được kết nối thành mạng máy tính nhằm đạt tới các mục tiêu

chính sau đây: - Làm cho các tài nguyên có giá trị cao (thiết bị, chương trình, dữ liệu…) trở

nên khả dụng đối với bất kì người sử dụng nào trên mạng (không cần quan tâm đến vị trí địa lí của tài nguyên và người sử dụng).

2

- Tăng độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế khi xảy ra sự cố đối với một máy tính nào đó (rất quan trọng đối với các ứng dụng thời gian thực).

1.2 Các yếu tố của mạng máy tính Như vậy, ta có thể định nghĩa rằng: Mạng máy tính là tập hợp các máy tính

được nối với nhau bằng các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó.

1.2.1 Đường truyền vật lý Đường truyền vật lí dùng để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các máy tính.

Các tín hiệu điện tử biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (on – off). Tất cả các tín hiệu được truyền giữa các máy tính đều thuộc một dạng sóng điện từ nào đó, trải từ tần số radio tới sóng cực ngắn (viba) và tia hồng ngoại. Tuỳ theo tần số của sóng điện từ có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền tín hiệu. Các tần số radio có thể truyền bằng cáp điện (cáp xoắn đôi, đồng trục…), sóng cực ngắn thường dùng để truyền giữa các trạm mặt đất và vệ tinh.

Khi xem xét lựa chọn đường truyền vật lý, ta cần chú ý tới các đặc trưng cơ bản của chúng là giải thông (Banwidth), độ suy hao và độ nhiễu từ.. Giải thông của một đường truyền chính là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng được. Ví dụ giải thông của đường điện thoại là 400 – 4000Hz, tức là nó có thể truyền các tín hiệu với tần số từ 400 – 4000Hz. Tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền còn được gọi là thông lượng (thoughput) của đường truyền – thường được tính bằng số lượng bit được truyền đi trong một giây. Chú ý rằng giải thông của cáp còn phụ thuọc vào độ dài cáp. Cáp ngắn thường có giải thông lớn hơn cáp dài. Vì vậy khi thiết kế cáp cho mạng phải xem xét độ dài chạy cáp tối đa, nếu nằm ngoại giới hạn đó chất lượng truyền tin sẽ không được đảm bảo. Độ suy hao là độ đo sự yếu đi của tín hiệu trên đường truyền. Nó cũng phụ thuộc vào độ dài cáp. Độ nhiễu điện từ gây ra bởi tiếng ồn điện từ bên ngoài làm ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền.

Hiện nay, cả hai loại đường truyền hữu tuyến (cable) và vô tuyến (wireless) đều được sử dụng trong việc kết nối mạng máy tính.

Đường truyền hữu tuyến gồm: - Cáp đồng trục (Coaxial Cable) - Cáp xoắn đôi (Twisted-pair Cable) - Cáp sợi quang (Fiber-optic Cable) Đường truyền vô tuyến gồm có:

- Radio - Sóng cực ngắn

3

- Tia hồng ngoại Các phương tiện truyền dẫn như cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp quang

thường sử dụng trong mạng cục bộ sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau.

1.2.2 Kiến trúc mạng máy tính Kiến trúc mạng máy tính thể hiện cách nối các máy tính với nhau như thế nào

và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thự thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. Cách nối các máy tính được gọi là cấu trúc liên kết (topo) của mạng và tập hợp các quy tắc, qui ước truyền thông thì được gọi là giao thức (protocol) của mạng.

(1) Cấu trúc liên kết Có thể chia làm hai loại chính là điểm – điểm (point to point) và điểm đa điểm

(point to multipoint hay broadcast). Theo kiểu điểm – điểm, các đường truyền nối từng cặp nút với nhau và mỗi

nút đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho tới đích. Do cách làm việc đó nên mạng kiểu này còn được gọi là mạng lưu và chuyển tiếp (store – and – forward).

4

Theo kiểu điểm –đa điểm, tất cả các nút phân chia chung một đường truyền vật

lý. Dữ liệu cần gửi từ một nút nào đó có thể được tiếp nhận bởi tất cả các nút còn lại, do vậy cần gửi kèm địa chỉ đích vào gói tin để mỗi nút căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không.

(2) Giao thức mạng Để việc truyền dữ liệu diễn ra tốt đẹp, cần phải có những quy tắc nhất định mà

tất cả các trạm tham gia truyền dữ liệu phải tuân theo. Các quy tắc này bao gồm khuông dạng dữ liệu (cú pháp, ngữ nghĩa,…), các thủ tục gửi, nhận, kiểm soát dữ liệu v..v… Yêu cầu về xử lý và trao đổi thông tin của người sử dụng càng cao thì các quy tắc càng nhiều và càng phức tạp hơn. Tập hợp các quy tắc, quy ước này được gọi là giao thức mạng. Các mạng khác nhau có thể sử dụng các giao thức khác nhau tuỳ theo sự lựa chọn của người thiết kế. Các giao thức mạng sẽ được trình bày chi tiết hơn ở phần sau.

1.2.3 Phân loại mạng máy tính Có nhiều cách phân loại mạng máy tính tuỳ thuộc yếu tố chính được chọn làm

chỉ tiêu để phân loại như khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch, v.v...

• Nếu lấy khoảng cách địa lý làm tiêu chí để phân loại thì ta có mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rông, mạng toàn cầu.

- Mạng cục bộ (LAN-Local Area Network): Là mạng có phạm vi tương đối nhỏ, bán kính chỉ vài chục km trở lại.

- Mạng đô thị (MAN-Metropolitan Area Network): Có bán kính khoảng 100 km trở lại.

- Mạng toàn cầu (GAN-Global Area Network): Phạm vi của mạng trải khắp toàn cầu.

• Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm tiêu chí thì ta có các mạng chuyển mạch kênh, chuyển mạch thông báo, chuyển mạch gói.

5

- Mạng chuyển mạch kênh: Khi hai nút mạng cần trao đổi thông tin thì phải thiết lập một kênh giữa chúng và kênh này sẽ được duy trì cho đến khi kết thúc trao đổi.

- Mạng chuyển mạch thông báo: Trong mạng này, các trạm trao đổi dữ liệu dưới dạng các thông báo (message). Thông báo là một đơn vị thông tin có khuôn dạng được quy định trước và có chứa tất cả các thông tin điều khiển. Thông báo có thể phải đi qua nhiều nút trung gian trước khi tới đích.

- Mạng chuyển mạch gói: Tương tự như mạng chuyển mạch thông báo, tuy nhiên ở đây, các thông báo được chia thành nhiều phần nhỏ hơn gọi là các gói tin (packets) có khuôn dạng quy định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển nhằm giúp cho việc chuyển chúng đến đích. Các gói tin của một thông báo có thể đến đích theo nhiều đường khác nhau. Điểm khác biệt của chuyển mạch gói so với chuyển mạch thông báo là các gói tin được giới hạn kích thước tối đa sao cho các nút mạng có thể xử lý toàn bộ gói tin trong bộ nhớ mà không cần phải sao lưu tạm thời trên đĩa (như trong chuyển mạch thông báo). Do vậy mạng này truyền dữ liệu nhanh hơn và hiệu quả hơn so với mạng chuyển mạch thông báo. Do có ưu điểm mềm dẻo và hiệu suất cao hơn nên hiện nay mạng chuyển mạch gói được dùng rất phổ biến.

* Ngoài ra, có thể phân loại mạng theo kiểu kiến trúc mạng được sử dụng. Kiến trúc mạng có thể tuân theo một số tiêu chuẩn quốc tế (mô hình OSI) hoặc có thể là kiến trúc mạng riêng của các công ty.

2 Tổng quan về mạng cục bộ

2.1 Tổng quan về mạng cục bộ Mạng cục bộ LAN là một loại mạng máy tính được cài đặt trong phạm vi địa

lý tương đối nhỏ, chẳng hạn một toà nhà, trường học, trạm điện, công sở v.v... Khoảng cách lớn nhất giữa các máy tính trong mạng chỉ khoảng vài km.

a) Lợi ích của mạng cục bộ. Cũng giống như mạng nói chung, mạng cục bộ có những lợi ích chính sau:

- Chia sẻ được thông tin và tài nguyên. - Truyền dữ liệu tốc độ cao. - Giảm chi phí nhờ việc chia sẻ tài nguyên và thiết bị.

b) Phân loại mạng cục bộ Mạng cục bộ chia làm 2 loại: - Mạng ngang hàng (Peer to peer)

6

- Mạng dựa trên máy chủ ( Server-based) Sự phân biệt giữa hai loại mạng nói trên là rất quan trọng do mỗi loại có

những khả năng khác nhau. Loại mạng bạn sử dụng sẽ phụ thuộc vào vô số yếu tố như là: - Quy mô tổ chức (công ty, văn phòng). - Mức độ bảo mật cần có. - Loại hình công việc. - Mức độ hỗ trợ sẵn có trong công tác quản trị. - Nhu cầu của người sử dụng mạng. - Ngân sách mạng.

(1) Mạng ngang hàng Mạng cục bộ kiểu ngang hàng không có sự phân biệt giữa máy khách và máy

chủ. Các máy có mối quan hệ bình đẳng với nhau. Nói cách khác, đó là một mạng cục bộ mà mỗi máy đều có thể là máy khách hoặc máy chủ. Lưu lượng thường không bị tập trung trong hệ thống này.

Mạng ngang hành tương đối đơn giản. Vì mỗi máy tính kiêm cả chức năng máy chủ và máy khách nên không cần có một máy phục vụ trung tâm thật mạnh, cũng không bắt buộc phải có những bộ phận cần thiết cho mạng máy tính công suất cao. Mạng ngang hàng có thể rẻ tiền hơn mạng dựa trên máy chủ.

(2) Mạng dựa trên máy chủ Mạng cục bộ dựa trên máy chủ bao gồm các máy khách và các máy chủ

chuyên dụng. Máy chủ chuyên dụng là máy chỉ hoạt động như một máy chủ chứ không kiêm luôn vai trò máy khách hay trạm làm việc. Các máy khách nhận được các dịch vụ khác nhau do máy chủ cung cấp.

Việc truyền thông trong hệ thống này chủ yếu được tiến hành giữa nhiều máy khách và một vài máy chủ, do vậy lượng thông tin vào ra các máy chủ rất lớn. Trạm cuối Các thiết bị được nối với mạng cục bộ được gọi là trạm cuối. Các thiết bị này

bao gồm các máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, máy in, các thiết bị điện tử thông minh (IED) v.v... Các trạm cuối cần có các chương trình ứng dụng để thực thi các dịch vụ như thư điện tử, và một chương trình điều khiển truyền thông để truyền các thông tin cần thiết khi các ứng dụng đó được thực thi. Bộ điều khiển

7

Các thiết bị dùng để điều khiển việc truyền thông như điều khiển việc gửi/nhận, điều khiển lỗi v.v... nhằm chuyển dữ liệu đến địa chỉ đích chính xác được gọi là bộ điều khiển. Card mạng là một trong các thiết bị thuộc loại này. Bộ thu phát tín hiệu

Thiết bị dùng để chuyển đổi các tín hiệu nhận được từ các bộ điều khiển thành các tín hiệu phù hợp với đường truyền và ngược lại chuyển đổi các tín hiệu nhận được từ đường truyền và gửi nó cho bộ điều khiển gọi là bộ thu phát tiếp tín hiệu. Đường truyền dẫn Đó là một phương tiện truyền dẫn dùng để kết nối các trạm cuối trong mạng

cục bộ (chính xác thì giữa các trạm cuối và đường truyền dẫn còn có card mạng). Đường truyền dẫn thực hiện việc truyền và gửi dữ liệu giữa các trạm cuối.

2.2 Cấu trúc liên kết mạng cục bộ Thuật ngữ cấu trúc liên kết (hay còn gọi là tôpô) mạng máy tính chỉ sự sắp xếp

các trạm cuối được gắn vào mạng. Các cấu trúc liên kết thường dùng là hình sao (star), trục (bus) và vòng (ring).

2.2.1 Cấu trúc liên kết hình sao (star) Mạng hình sao bao gồm một bộ điều khiển trung tâm, mỗi trạm cuối được kết

nối vào bộ điều khiển trung tâm này bằng các đường truyền theo dạng hình sao. Trạm cuối trong mạng hình sao được kết nối tới bộ điều khiển trung tâm bằng

một đường truyền riêng biệt, do đó nó tạo ra dạng hình sao. Bộ điều khiển trung tâm này điều khiển việc truyền thông cho mỗi trạm cuối. Việc truyền thông ở đây bao gồm việc truyền thông giữa trạm cuối với bộ điều khiển trung tâm hoặc giữa trạm cuối này với trạm cuối khác thông qua bộ điều khiển trung tâm.

2.2.2 Cấu trúc liên kết dạng BUS Mạng dạng BUS bao gồm một đường truyền dữ liệu tốc độ cao duy nhất.

Đường truyền này được gọi là Bus và được chia sẻ bởi nhiều nút. Bất cứ khi nào muốn truyền dữ liệu, trạm truyền ấn định địa chỉ trạm đích và truyền dữ liệu lên bus.

Thông tin được truyền từ bất kỳ trạm cuối nào đều được gửi tới tất cả các nút. Một nút chỉ nhận dữ liệu khi dữ liệu đó đúng là dữ liệu gửi cho nó. Mỗi đầu của BUS được gắn một bộ kết cuối (terminator). Bộ kết cuối có tác dụng chặn tín hiệu để tránh tình trạng phản hồi tín hiệu. Vì trong trường hợp có tín hiệu phản hồi, đường truyền sẽ bị nhiễu và sẽ xuất hiện lỗi trong quá trình truyền.

8

Chú ý: Đối với Bus một chiều (có nghĩa là tín hiệu chỉ được truyền theo một hướng) thì việc phản hồi tín hiệu là cần thiết.

2.2.3 Cấu trúc liên kết dạng vòng (Ring) Mạng có cấu trúc liên kết dạng vòng có hình dạng một vòng tròn khép kín, các

nút được nối với vòng tại các điểm cách nhau một khoảng nào đó. Thông tin được truyền trên vòng theo một hướng nhằm tránh xung đột. Do mỗi nút có thể tái tạo và lặp lại tín hiệu nên cấu trúc liên kết kiểu này phù hợp với các mạng có phạm vi rộng hơn so với kiến trúc kiểu bus.

2.3 Phương tiện truyền dẫn Ngày nay, phần lớn mạng được nối bằng dây dẫn hoặc cáp thuộc loại nào đó,

đóng vai trò như phương tiện truyền dẫn giữa các máy tính trong mạng. Rất nhiều loại cáp có thể đáp ứng các yêu cầu và quy mô mạng khác nhau, từ nhỏ đến lớn.

Có ba nhóm cáp chính được dùng để nối hầu hết các mạng. Cáp đồng trục (coaxial) Cáp xoắn đôi (twisted-pair)

+ Cáp xoắn đôi trần (unshield twisted-pair) + Cáp xoắn đôi có bọc (shield twisted-pair) Cáp sợi quang (fiber optic)

2.4 Phương thức truyền dẫn Việc truyền dữ liệu trong mạng LAN rơi vào một trong ba loại sau: unicast,

multicast và broadcast. Trong các loại truyền này, một gói dữ liệu đơn được chuyển tới một hoặc nhiều nút.

Ở phương thức truyền unicast, một gói dữ liệu đơn được gửi từ nguồn đến một đích trên một mạng nào đó. Đầu tiên, nút nguồn đặt địa chỉ cho gói dữ liệu bằng cách sử dụng địa chỉ unicast. Sau đó gói dữ liệu này được chuyển tới mạng và cuối cùng mạng chuyển gói dữ liệu này đến đúng đích của nó.

Ở phương thức truyền multicast, một gói dữ liệu đơn được sao chép và gửi tới một nhóm các nút trên một mạng nào đó. Đầu tiên, nút nguồn đặt địa chỉ cho gói dữ liệu bằng cách sử dụng địa chỉ muticast. Sau đó gói dữ liệu được gửi đến mạng, mạng sao chép gói dữ liệu này và gửi nó đến mỗi nút thành viên của địa chỉ muticast này.

Ở phương thức truyền broadcast, một gói dữ liệu đơn được sao chép và gửi cho tất cả các nút trên một mạng nào đó. Đầu tiên, nút nguồn đặt địa chỉ cho gói dữ

9

liệu bằng cách sử dụng địa chỉ broadcast. Sau đó gói dữ liệu được gửi đến mạng, mạng sao chép và gửi gói dữ liệu đến tất cả các máy tính ở mạng đích.

3 Truyền thông và thiết bị mạng trong tự động hoá trạm @Station

3.1 Truyền thông trong trạm điều khiển bằng máy tính Phần truyền thông tin trạm điện được phân thành 2 phần:

- Truyền thông nội bộ trạm. (liên quan đến các phần trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trạm với nhau hoặc giữa thiết bị trạm với máy tính điều khiển trạm).

- Truyền thông ra ngoài trạm. (phần này đề cập đến các hình thức và mục đích việc trao đổi thông tin, tín hiệu của trạm với các đơn vị khác hoặc trạm khác).

3.1.1 Truyền thông nội bộ trạm Trong trạm có các sử dụng các phương thức truyền sau:

- Theo chuẩn RS232 hoặc RS485 đây là các chuẩn truyền thông nối tiếp, để nối các thiết bị, phương thức này có thể được dùng theo các phương thức điểm tới điểm hoặc điểm đa điểm. (Trong các trạm của ATS dùng hình thức điểm tới điểm, từ các thiết bị Rơ le về bộ xử lý thông tin SEL 2030 hoặc bộ xử lý Logic toàn trạm SEL 2100).

- Mạng Ethernet để tạo lên một mạng LAN (mạng trong nội bộ trạm). Mạng LAN nội bộ trạm được thiết lập bằng các đường truyền dẫn quang nhằm

đảm bảo tính chống nhiễu, chống dòng quẩn trong môi trường có cường độ điện trường cao.

3.1.2 Truyền thông ra ngoài trạm - Truyền thông phục vụ bảo vệ xa (Teleprotection).

+ Truyền các tín hiệu cho phép hoặc không cho phép (tín hiệu ON/OFF).

+ Truyền tín hiệu phục vụ bảo vệ so lệch dọc đường dây, (thông thường thiết bị thông tin giữa 2 trạm thường dùng chuẩn ITU – G 703/64Kbit per second).

- Truyền thông phục vụ giám sát điều khiển trạm

+ Thực hiện việc gép nối Trạm với hệ thống SCADA/EMS hoặc SCADA/DMS tại các trung tâm điều độ thông qua giao diện gép nối RS232 và sử dụng giao thức IEC60870-5-101.

10

3.2 Thiết bị để thiết lập các kết nối thông tin trong trạm điều khiển bằng máy tính của Công ty ATS

3.2.1 Các loại cáp quang và đầu cốt sử dụng - Cáp quang đa mode 200/230µm. Đầu nối được sử dụng là loại V-SYSTEM V-PIN. Thiết bị: SEL 2800, SEL 2810, SEL 2505 . … - Cáp quang đa mode 62.5/125µm. Đầu nối được sử dụng là loại ST Thiết bị: SEL 2815, SEL 311L, SEL 3094 . … - Cáp quang đơn mode 9/125µm.

Cáp quang loại đơn mode được sự dụng trong việc thiết lập các kênh truyền từ tạm này đến trạm khác (các thiết bị không đề cập đến trong phần này).

3.2.2 Thiết bị phục vụ việc truyền thông trong trạm a) Thiết bị SEL 3094.

Thiết bị SEL 3094 được sử dụng với mục đích kết nối bộ SEL 311L với thiết bị đường truyền viễn thông để tạo đường truyền cho chức năng bảo vệ so lệch đường dây.

b) Thiết bị SEL 2505, 2515

Thiết bị được sử dụng để mở rộng các IN PUT, OUT PUT hoặc có thể kết hợp với SEL 321 để truyển tín hiệu phối hợp bảo vệ khoảng cách (ON/OFF).

11

c) Thiết bị SEL 2800, 2810. .

Các thiết bị SEL 28xx được ứng dụng khi thiết lập các đường kết nối theo chuẩn RS232, SEL 2810 còn có chức năng truyền kèm tín hiệu đồng bộ thời gian theo chuẩn IRIG-B.

12

d) Thiết bị SIXNET SIWTCH: dùng để thiết lập mạng Ethernet của trạm

13