Cấu trúc hạ tầng Internet

Một trong số những điều tuyệt vời nhất của Internet là việc không ai thực sự sở hữu nó cả.

Một trong số những điều tuyệt vời nhất của Internet là việc không ai thực sự sở hữu nó cả. Đây là một tập hợp mạng lưới lớn nhỏ trên toàn cầu. Những mạng lưới này được kết nối với nhau theo nhiều cách để tạo nên một tổng thể thống nhất mà chúng ta vẫn biết tới dưới cái tên Internet. Trong thực tế, cái tên này đựoc ghép bởi hai từ: mạng lưới liên kết (interconnected networks).

Kể từ khi xuất hiện vào năm 1969, Internet đã phát triển từ 4 lên hàng chục triệu hệ thống máy chủ. Nhưng vì không ai thực sự sở hữu Internet nên mạng lưới này được quản lý và duy trì theo nhiều cách khác nhau. Internet Society là một tổ chức phi lợi nhuận thành lập năm 1992 nằm giám sát việc thành lập chính sách và giao thức về cách sử dụng và tương tác qua Internet.

Bài báo này sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản về cấu trúc ngầm của Internet. bạn sẽ biết thêm nhiều thông tin về máy chủ tên miền, điểm truy cập mạng và mạng xương sống. Nhưng đầu tiên hãy tìm hiểu cách chiếc máy tính của bạn được kết nối với những máy tính khác. 

Một hệ thống các mạng lưới

Mỗi máy tính nối mạng đều là một phần của mạng Internet, và chiếc máy tính nhà bạn cũng vậy. Ví dụ như khi bạn sử dụng một modem và quay số kết nối với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Còn khi làm việc, bạn lại tham gia vào mạng nội bộ (LAN), nhưng cũng có thể kết nối Internet qua một ISP hợp đồng với công ty bạn. Khi kết nối với ISP, bạn đã trở thành một phần của mạng lưới. Sau đó ISP sẽ liên kết với một mạng lưới lớn hơn và trở thành một phần của mạng lưới đó. Internet chỉ đơn giản là một mạng lưới của những mạng lưới. 

Hầu hết các công ty viễn thông đều có hệ thống xương sống liên kết nhiều vùng khác nhau. Tại mỗi vùng, công ty này lại có một Điểm hiện diện (POP – Point of Presence ). POP là nơi mà người dùng nội bộ truy cập mạng lưới công ty, thường là qua đường dây điện thoại hoặc một đường dây thuê riêng. Điều thú vị ở đây là không hề có một mạng lưới quản lý toàn bô mà chỉ có những mạng lưới cấp cao tự kết nối với nhau qua các Điểm truy cập mạng (NAP – Network Acess Point).

\"/\"
Khi kết nối Internet, chiếc máy tính của bạn đã tham gia vào một mạng lưới.  

Ví dụ đơn giản

Sau đây là một ví dụ: Hãy tưởng tượng rằng công ty A là một ISP lớn. Tại mỗi thành phố lớn, công ty A lại có một POP. Mỗi POP này là một tập hợp các modem kết nối khách hàng của ISP. Công ty A sẽ thuê đường cáp quang của công ty điện thoại để liên kết các POP lại với nhau.  

Công ty B lại là một ISP dành cho các công ty. Công ty B chuyên xây dựng những toà nhà lớn tại những thành phố quan trọng để đặt máy chủ Internet dành cho các công ty khách hàng. Công ty B lớn đến nỗi nó tự xây dựng cáp quang riêng giữa các toà nhà để liên kết các mạng lưới lại với nhau. 

Theo mô hình này, tất cả các khách hàng của công ty A có thể nói chuyện được với nhau, và tất cả các khách hàng của công ty B cũng có thể nói chuyện được với nhau, nhưng khách hàng của công ty A và công ty B thì không. Vì thế cả A và B đều đồng ý liên kết với NAP ở nhiều thành phố, và lưu lượng thông tin giữa hai công ty này sẽ luân chuyển bên trong mạng lưới của NAP.

Trong thế giới Internet thực, có hàng chục nhà cung cấp dịch vụ Internet lớn liên kết với nhau qua NAP, và hàng nghìn tỉ byte dữ liệu được luân chuyển qua các mạng lưới đơn lẻ như vậy. Internet là một tập hợp những mạng lưới lớn đồng ý liên kết qua NAP. Theo cách này, mỗi máy tính tham gia vào mạng Internet đều kết nối được với máy tính khác. 

Kết nối những thành phần riêng biệt

Tất cả những mạng lưới này đều nhờ vào NAP, hệ thống xương sống và router để liên kết với nhau. Điều đáng kinh ngạc trong quá trình này là cứ một tin nhắn có thể được gửi từ một máy tính qua nửa vòng trái đất, đi qua các mạng lưới khác nhau, đến một máy tính khác chỉ trong chưa đến một giây! 

Router là yếu tố quyết định nơi thông tin đến và đi. Router là các máy tính chuyên dụng để gửi thông tin qua hàng nghìn chặng đường. Mỗi router có hai nhiệm vụ riêng nhưng liên quan tới nhau: 

·       Đảm bảo rằng thông tin không đến nhầm địa điểm. Đây là điều tối quan trọng trong việc ngăn chặn những khối lượng dữ liệu lớn lạc đến vị trí khác. 

·       Đảm bảo rằng thông tin đến được nơi cần đến.   

Khi thực hiện hai nhiệm vụ trên, router là công cụ hữu hiệu để xử lý hai mạng máy tính riêng biệt. Nó giúp liên kết hai mạng lưới này, gửi thông tin từ mạng này tới mạgn khác, bảo vệ mạng lưới và ngăn lưu lượng từ mạng này không tràn sang mạng kia mà không được kiêể soát. Cho dù có bao nhiêu mạng lưới được liên kết với nhau thì nhiệm vụ của router vẫn không thay đổi. Do Internet là một mạng lưới lớn tập hợp hàng chục nghìn mạng lưới nhỏ nên router đóng vai trò không thể thiếu. 

Hệ thống xương sống

Hệ thống xương sống tốc độ cao lần đầu được Tổ chức khoa học quốc gia của Mỹ (NSF) thiết lập vào năm 1987. Với tên gọi NSFNET, hệ thống này là một đường dây T1 kết nối 170 mạng lưới nhỏ lại với nhau và hoạt động ở tốc độ 1,544 Mb/giây. IBM, MCI và Merit đã cùng phối hợp với NSF để tạo ra hệ thống xương sống này và phát triển tiếp hệ thống T3 (45 Mb/giây) chỉ một năm sau đó. 

Hệ thống xương sống thường gồm những đường cáp quang, mỗi đường cáp quang lại gồm nhiều sợi cáp kết hợp với nhau để tăng dung lượng. Những sợi cáp quang (OC) này được thiết kế dành riêng cho việc vận chuyển dữ liệu, gồm nhiều loại như OC-3, OC-12 hay OC-48. Một sợi OC-3 có tốc độ truyền dữ liệu là 155 Mb/giây, trong khi tốc độ của một sợi OC-48 là 2488 Mb/giây (2,488 Gb/giây). So với một modem 56K điển hình có tốc độ 56,000 b/giây, bạn có thể hình dung được tốc độ của một hệ thống xương sống hiện đại lớn đến mức nào. 

Ngày nay có rất nhiều công ty tự điều hành mạng lưới xương sống dung lượng lớn của mình, và tất cả chúng đều được liên kết với nhau tại những NAP trên toàn thế giới. Theo cách này, bất cứ ai kết nối Internet, dù họ ở đâu hay sử dụng dịch vụ của công ty nào, đều có thể nói chuyện với tất cả mọi người trên thế giới. Toàn bộ Internet là một tổng thể liên kết rộng lớn giữa nhiều công ty. 

Giao thức Internet: Hệ thống tên miền 

Khi Internet còn ở giai đoạn sơ khai, nó chỉ gồm một nhóm nhỏ những máy tính kết nối với nhau qua modem và đường dây điện thoại. Để kết nối, bạn chỉ có thể cung cấp địa chỉ IP của chiếc máy tính cần đến, ví dụ như 216.27.22.162. Cách làm này cũng ổn bởi thời đó có quá ít máy chủ, nhưng khi số lượng máy tính nối mạng ngày càng tăng thì vấn đề trở nên phức tạp. 

Giải pháp đầu tiên đưa ra là một file chữ đơn giản do Trung tâm thông tin mạng gán cho từng địa chỉ IP. Nhưng chẳng bao lâu sau, file này trở nên lớn đến mức khó kiểm soát. Đến năm 1983, Đại học Wisconsin mới sáng tạo ra Hệ thống tên miền (DNS – Domain Name Server ), giúp tự động gán tên chữ cho địa chỉ IP, nhờ đó bạn chỉ cần nhớ tên trang web , ví dụ : www.tuvantinhoc1088.com mà không cần biết đến dãy số IP loằng ngoằng của tên trang Web này .   

Địa chỉ đặt nguồn chung

Khi dùng web hoặc gửi Email, bạn cần có một tên miền, ví dụ như URL ( Uniform Resource Locator ) "http://www.tuvantinhoc1088.com" chứa tên miền tuvantinhoc1088.com. Và cả địa chỉ email kythuat@tuvantinhoc1088.com cũng vậy. Mỗi lần dùng một tên miền, bạn sẽ cần đến máy chủ DNS để dịch tên miền này sang dạng địa chỉ IP mà máy tính có thể đọc được. .  

Những tên miền cấp 1 hiện nay là .COM, .ORG, .NET, .EDU và .GOV. Trong mỗi tên miền như vậy lại có rất nhiều tên miền cấp hai, ví dụ như tên miền .COM chứa một số tên miền như sau:

·       tuvantinhoc1088

·       Yahoo

·       Microsoft

Mỗi cái tên trong nhóm tên miền cấp 1 .COM đều là độc nhất vô nhị. Từ nằm ngoài cùng bên trái như www, là tên host, cho biết tên của một máy tính nhất định (cùng với địa chỉ IP riêng) bên trong tên miền. Một tên miền có sẵn có thể chứa đến hàng triệu tên host khác nhau và duy nhất. 

Máy chủ DNS sẽ nhận yêu cầu từ các chương trình và máy chủ tên miền khác để chuyển tên miền thành địa chỉ IP. Sau khi nhận yêu cầu, máy chủ DNS sẽ tiến hành một trong bốn nhiệm vụ sau:   

1.     Đưa ra địa chỉ IP được yêu cầu bởi nó đã biết rõ địa chỉ này. 

2.     Liên lạc với một máy chủ DNS khác để tìm địa chỉ IP được yêu cầu. Việc này có thể tiến hành nhiều lần.  

3.     Trả lời: “Tôi không biết địa chỉ IP cho tên miền bạn yêu cầu, nhưng đây là địa IP của một máy chủ DNS khác có thể giúp được bạn.” 

4.     Trả về tin nhắn lỗi bởi tên miền được yêu cầu không hợp lệ hoặc không tồn tại. 

Ví dụ về DNS  

Giả sử rằng bạn gõ URL www.tuvantinhoc1088.com vào trình duyệt. Trình duyệt sẽ kết nối với một máy chủ DNS để lấy địa chỉ IP. Máy chủ DNS sẽ bắt đầu tìm kiếm địa chỉ IP này bằng cách liên lạc với một trong số những máy chủ DNS gốc. Máy chủ gốc nắm tất cả địa chỉ IP của tất cả các máy chủ DNS quản lý tên miền cấp một (.COM, .NET, .ORG...). Máy chủ DNS của bạn sẽ hỏi máy chủ gốc về www.tuvantinhoc1088.com, và máy chủ gốc sẽ trả lời: “Tôi không biết địa chỉ IP của www.tuvantinhoc1088.com, nhưng đây là địa chỉ IP cho máy chủ DNS   .COM."

Sau đó máy chủ của bạn sẽ gửi yêu cầu đến máy chủ DNS   .COM để biết liệu nó có giữ địa chỉ IP của www.tuvantinhoc1088.com hay không. Do máy chủ DNS của tên miền .COM biết địa chỉ IP của máy chủ quản lý www.tuvantinhoc1088.com, nó sẽ đưa ra kết quả.   

Tiếp tục, máy chủ của bạn sẽ liên lạc với máy chủ DNS để hỏi hiệu nó có biết địa chỉ IP của www.tuvantinhoc1088.com hay không. Và máy chủ DNS sẽ gửi địa chỉ IP này về máy chủ của bạn để máy chủ này gửi kết quả về trình duyệt. Cuối cùng, trình duyệt kết nối với máy chủ www.tuvantinhoc1088.com để tải trang web về. 

Yếu tố quyết định thành công của quá trình này chính là sự lưu trữ dư ra . Có rất nhiều máy chủ DNS ở mọi cấp độ, vì thế nếu máy chủ này bó tay thì vẫn còn rất nhiều máy chủ khác đảm trách công việc. Ngoài ra lưu trữ (caching) cũng là một yếu tố vô cùng quan trọng. Một khi máy chủ DNS đã hoàn thành một yêu cầu, nó sẽ lưu lại địa chỉ IP đó. Sau khi đã gửi yêu cầu lên máy chủ DNS gốc để hỏi về bất kỳ tên miền .COM nào, nó cũng biết được địa chỉ IP của máy chủ DNS quản lý tên miền .COM này và sẽ không phải hỏi lại máy chủ DNS gốc một lần nữa. Việc này có thể được tiến hành với bất kỳ yêu cầu nào để mọi việc được thực hiện nhanh chóng hơn. 

Mặc dù không một ai chứng kiến quá trình này, nhưng các máy chủ DNS giải quyết hàng tỉ yêu cầu mỗi ngày bởi đây là điều kiện tiên quyết để Internet vận hành được trơn tru. Việc cơ sở dữ liệu được phân phối dày đặc nhưng hiệu quả mỗi ngày là đặc trưng của thiết kế mạng. 

 Client và máy chủ

Máy chủ giúp biến ước mơ Internet trở thành sự thực. Trong thế giới mạng, mỗi máy tính đều là một máy chủ hoặc một máy Client. Những máy tính cung cấp dịch vụ cho các máy tính khác được gọi là máy chủ. Còn những máy tính chuyên sử dụng những dịch vụ này được gọi là máy khách. Những máy chủ web, máy chủ email, máy chủ FTP… giúp đáp ứng nhu cầu của người dùng Internet trên khắp thế giới.  

Khi vào www.tuvantinhoc1088.com để đọc bài, bạn đã trở thành một người dùng ngồi trước máy khách để truy cập máy chủ tuvantinhoc1088. Máy chủ sẽ tìm kiếm trang web bạn cần rồi gửi cho bạn. Mỗi máy khách khi kết nối với máy chủ đều có một mục đích nhất định, vì thế máy khách sẽ chuyển yêu cầu tới một phần mềm tương ứng trên máy chủ. Ví dụ, nếu bạn đang mở trình duyệt web, nó sẽ kết nối với máy chủ web chứ không phải máy chủ email. 

Mỗi máy chủ có một địa chỉ IP tĩnh, tức là không thay đổi thường xuyên. Còn mỗi chiếc máy tính gia đình nối mạng theo kiểu quay số qua modem thì lại có địa chỉ IP được ISP quy định mỗi lần kết nối . Đến lần tiếp theo bạn kết nối Internet, có thể bạn sẽ có một địa chỉ IP khác. Vì thế mỗi ISP chỉ cần có một địa chỉ IP cho mỗi modem hơn là một địa chỉ cho mỗi khách hàng.  

Cổng

Tất cả máy chủ đều thực hiện nhiệm vụ của mình thông qua các cổng -- mỗi cổng dành cho một dịch vụ trên máy chủ. Ví dụ như, nếu một máy chủ đang chạy server web và server FTP, thì server Web thường ở cổng 80, còn server FPT ở cổng 21. Máy khách kết nối với dịch vụ tại một địa chỉ IP nhất định và qua một cổng nhất định.   

Sau khi máy khách đã kết nối với dịch vụ trên một cổng nào đó, nó sẽ truy cập dịch vụ này bằng một giao thức nhất định. Các giao thức thường có dạng chữ và chỉ đơn giản miêu tả cách liên lạc giữa máy khách và máy chủ. Mỗi máy chủ Web trên mạng đều tuân theo Giao thức truyền hypertext (HTTP).  

Mạng lưới, router, NAP, ISP, DNS và máy chủ là những nhân tố tạo nên Internet. Thật là kỳ diệu khi mọi thông tin đều có thể truyền đi khắp thế giới trong vài phần triệu giây! Đây là những thành tố hết sức quan trọng trong cuộc sống hiện đại – không có chúng sẽ không có Internet. Và nếu không có Internet, cuộc sống của chúng ta sẽ trở nên rất khác so với hiện tại. 

  \"\"\"\"