Mng may tinh b mon tin hc khoa din c

Hình dung về Internet Kết nối hàng tỷ thiết bị tính toán: host = hệ thống cuối  Host chạy các ứng dụng mạng  Cáp quang, cáp đồng, sóng vô tuyến, vệ tinh  Tốc độ truyền tra

Mạng máy tính

Bộ môn Tin họcKhoa Điện – Cao đẳng Công Nghệ ĐN

Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính

 Khái niệm Internet

 Khái niệm giao thức

 Network edge

 Network core

 Access net, physical media

 Cấu trúc Internet/ISP

 Tầng giao thức, mô hình dịch vụ

 Mô hình mạng

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge: đường biên mạng

1.3 Network core: Nhân mạng

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Hình dung về Internet

 Kết nối hàng tỷ thiết bị tính

toán: host = hệ thống cuối

 Host chạy các ứng dụng

mạng

 Cáp quang, cáp đồng, sóng

vô tuyến, vệ tinh

 Tốc độ truyền (transmission

rate) = bandwidth

 Router: chuyển tiếp các

gói tin (đoạn dữ liệu)

mobile

“Fun” internet appliances

IP picture frame

http://www.ceiva.com/

Web-enabled toaster + weather forecaster

Internet

Slingbox: watch, control cable TV remotely

Tweet-a-watt:

monitor energy use

Hình dung về Internet

 Phân cấp lỏng lẻo

 Public Internet và private

intranet

 Các chuẩn trong Internet

 RFC: Request for comments

mobile

Sự tiêu chuẩn hóa Internet

 International Telecommunications Union (ITU)

 Các chuẩn truyền (ví dụ: modem - V.90)

 Các dịch vụ điện thoại, fax truyền thống

 Internet Engineering Task Force (IETF)

 Core: Internet Protocol, transport (TCP)

 Ứng dụng: email, HTTP, FTP, SSH, NFS, VoIP

Góc nhìn dịch vụ

 Hạ tầng truyền thông

Cho phép các ứng dụng phân

tán:

 Web, email, games, thương

mại điện tử, chia sẻ file

 Các dịch vụ truyền thông

Cung cấp cho các ứng dụng:

 Truyền không tin cậy không

hướng kết nối

 Truyền tin cậy hướng kết nối

Khái niệm giao thức

Giao thức của con

người:

 “mấy giờ rồi?”

 “Tôi có câu hỏi này.”

… Các bản tin nào đó

gửi đi

… Hành động nào đó khi

các bản tin nhận

Các giao thức mạng (network protocol):

 Tất cả các hoạt động trong Internet dựa trên các giao thức

Các giao thức định nghĩa định dạng, thứ tự của các bản tin gửi và nhận giữa các thực thể mạng và các hoạt động truyền nhận bản tin

Khái niệm giao thức

Giao thức của con người và giao thức của mạng máy tính:

ChàoChào

Mấy giờ rồi?

2:00

TCP connection req

TCP connection response

Get http://www.dct.udn.vn

<file>

Thời gian

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Mạng truy cập và phương tiện vật lý

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Cấu trúc mạng: Nhìn cụ thể hơn

phương tiện vật lý:

các liên kết truyền

thông

Network edge:

 Hệ thống cuối (hosts):

 Chạy các chương trình ứng

dụng

 Ví dụ: Web, email

 tại “edge of network”

 Mô hình client/server

 Client gửi yêu cầu và nhận dịch

vụ từ server

 Ví dụ: Web browser/server,

email client/server

 Mô hình peer-peer:

 Sử dụng rất ít hoặc không sử

Network edge: Dịch vụ hướng kết nối

Mục đích: truyền dữ liệu

giữa các hệ thống cuối

 Handshaking: thiết lập

(chuẩn bị) cho việc

truyền dữ liệu

 Giao thức của con

người: A: Hello, B: hello

 Thiết lập trạng thái trong

hai host truyền thông

 Điều khiển luồng:

 Bên gửi không truyền vượt quá khả năng bên nhận

 Điều khiển tắc nghẽn:

 Bên gửi giảm tốc độ gửi khi mạng tắc nghẽn

Network edge: Dịch vụ không hướng kết nối

Mục đích: Truyền dữ liệu

giữa các hệ thống cuối

 UDP - User Datagram

Protocol [RFC 768]:

 Không hướng kết nối

 Truyền dữ liệu không

Các ứng dụng sử dụng UDP:

 Truyền dòng media, hội nghị truyền hình, DNS, điện thoại Internet

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Network Core

 Mạng lưới của các router

kết nối với nhau

 Câu hỏi: Dữ liệu truyền

qua mạng như thế nào?

 Chuyển mạch kênh:

đường dành riêng cho

mỗi cuộc gọi: mạng

điện thoại

 Chuyển mạch gói: dữ

liệu gửi qua mạng dưới

các đoạn riêng rẽ

Network Core: Chuyển mạch kênh

Tài nguyên end-end

dành riêng cho cuộc

gọi

 Băng thông đường

truyền, khả năng

chuyển mạch

 Tài nguyên dành riêng:

không chia sẻ khi rỗi

 Chuyển mạch kênh

đảm bảo hiệu năng

 Đòi hỏi thiết lập cuộc

gọi

Network Core: Chuyển mạch kênh

 Các phần tài nguyên rỗi

nếu không được sử dụng

bởi cuộc gọi mà tài

 Chia theo tần số

 Chia theo thời gian

Network Core: Chuyển mạch gói

Mỗi dòng dữ liệu end-end chia

thành các gói tin

 Gói tin của user A, B dùng

chung tài nguyên mạng

 Mỗi gói tin sử dụng toàn bộ

băng thông đường truyền

 Tài nguyên sử dụng theo

yêu cầu

Sự tranh giành tài nguyên:

 Yêu cầu tài nguyên củatất cả user có thể vượtquá khả năng cung cấp

 Tắc nghẽn: hàng đợi góitin, đợi để sử dụng

đường truyền

 Store-and-forward: Cácgói tin chuyển tới hop tạimột thời điểm

 Nút nhận đầy đủ gói tin trước khi chuyển tiếp đi

Chuyển mạch gói: hiện tượng trễ,

mất gói tin

 Nếu tốc độ (theo bits) truyền đến link vượt quá tốc độ truyền tải của link trong một đơn vị thời gian thì:

 Các gói tin phải xếp hàng, đợi để được truyền dẫn vào link

 Các gói tin có thể bị đánh rơi (lost) nếu bộ nhớ (buffer) đã đầy

A

B

C

10 Mb/s Ethernet

So sánh chuyển mạch gói

và chuyển mạch kênh

 Tốt cho dữ liệu truyền thay đổi

 Chia sẻ tài nguyên

 Đơn giản, không thiết lập cuộc gọi

 Tắc nghẽn tăng: độ trễ và độ mất gói tin

 Các giao thức cần đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy,

điều khiển tẵc ngẽn

 Cung cấp hành vi giống circuit swiching như thế nào?

 Đảm bảo băng thông cần cho ứng dụng audio/video

 Vấn đề chưa được giải quyết (chương 6)

Chuyển mạch gói là sự lựa chọn?

Mạng chuyển mạch gói: forwarding

 Mục đích: Chuyển các gói tin qua các router từ nguồn

tới đích

 Nhiều thuật toán chọn đường (chương 4)

 Mạng datagram:

 Địa chỉ đích trong gói tin xác định next hop

 Route có thể thay đổi trong phiên

 Tương tự: lái xe, hỏi đường

 Mạng virtual circuit:

 Mỗi gói tin mạng giá trị tag (virtual circuit ID), tag xác định next hop

 Đường đi cố định xác định tại thời điểm thiết lập cuộc gọi, cố

định suốt cuộc gọi

 Router duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi

Phân loại mạng

Mạng viễn thông

Mạng chuyển mạch kênh

Mạng chuyển mạch gói

Mạng VC

Mạng Datagram

• Mạng Datagram không là hướng kết nối hay không hướng kết nối.

• Internet cung cấp cả dịch vụ hướng kết nối (TCP) và dịch vụ không hướng kết nối (UDP) cho các ứng dụng.

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Mạng truy cập và phương tiện vật lý

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Mạng truy cập và phương tiện vật lý

Kết nối hệ thống cuối tới

router thế nào?

 Mạng truy cập dân cư

 Mạng truy cập cơ quan

(trường học, công ty)

 Mạng truy cập di động

Làm quen với:

 Băng thông (bits per

second) của mạng truy

cập?

 Dùng chung hay dành

Mạng truy cập dân cư: Truy cập điểm tới điểm

 Dialup qua modem

 56Kbps (thường nhỏ hơn), truy

cập trực tiếp tới router

 Không thể vừa sử dụng mạng

vừa sử dụng điện thoại tại một

thời điểm

 ADSL: asymmetric digital subscriber line

 1 Mbps đường lên (thường < 256 kbps)

 8 Mbps đường xuống (thường < 1 Mbps)

 FDM: 50 kHz - 1 MHz cho đường xuống

4 kHz - 50 kHz cho đường lên

Mạng truy cập dân cư: cable modem

 HFC: hybrid fiber coax

 Không đối xứng: 30Mbps đường xuống, 2

Mbps đường lên

 Mạng cáp và HFC kết nối gia đình tới ISP router

 Các gia định chia sẻ truy cập tới router

 Triển khai: qua các công ty truyền hình cáp

Mạng truy cập dân cư: cable modem

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

Gia đình cable headend

Thường 500 tới 5,000 gia đình

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

Gia đình cable headend

cable distribution

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

Gia đình cable headend

server(s)

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

V I D E O

V I D E O

V I D E O

V I D E O

V I D E O

D A T A

D A T A

C O N T R O L

FDM:

Mạng truy cập công ty: Local area network

 Mạng LAN của công

ty/trường học kết nối các hệ

thống cuối tới edge router

Mạng truy cập không dây

 Mạng truy cập không dây kết

nối hệ thống cuối tới router

 Qua Base station còn gọi là Access

Point

 Wireless LAN:

 802.11b (WiFi): 11 Mbps

 Wider-area wireless access

 Được cung cấp bởi nhà cung cấp

MobileHostRouter

Mạng công ty

Các thành phần mạng gia đình phổ biến:

 ADSL hoặc Cable Modem

 Router/Firewall/NAT

 Ethernet

 Wireless Access Point

Wireless Access

Wireless Laptop Router/

Firewall

Cable Modem

Kết nối với

Cable Headend

Ethernet

Phương tiện vật lý

 Bit: Lan truyền giữa

thiết bị truyền và nhận

 Đường truyền vật lý: kết nối

giữa thiết bị phát và thu

 Guided Media:

 Tín hiệu lan truyền trong

phương tiện vật lý rắn: cáp

Twisted Pair, cáp quang, cáp

đồng trục

 Unguided Media:

 Tín hiệu lan truyền tự do, ví

dụ như tín hiệu radio

 Category 5:

100Mbps Ethernet

Phương tiện vật lý: cáp đồng trục, cáp quang

Phương tiện vật lý: Sóng Radio

 Tín hiệu mang trong phổ

điện từ

 Không có dây dẫn vật lý

 Hai chiều

 Ảnh hưởng của môi

trường lan truyền:

 Đạt tới 45 Mbps

 LAN (ví dụ: Wifi)

 2Mbps, 11Mbps

 Wide-Area (Ví dụ:e.g., cellular)

 3G: hàng trăm kbps

 Satellite(vệ tinh)

 Đạt tới 50Mbps (hoặc nhiều kênh bandwidth nhỏ hơn)

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 Phân cấp tương đối

 Mức trung tâm: “Tier-1” ISPs (ví dụ: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), phạm vi quốc gia/quốc tế

 Đối xử với nhau ngang hàng

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 “Tier-2” ISP: các ISP nhỏ hơn (thường mức vùng)

 Kết nối tới một hoặc nhiều Tier-1 ISP và các Tier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

Tier-2 ISP trả cho

Tier-1 ISP chi phí

kết nối tới phần

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 “Tier-3” ISP và local ISP

 Mạng gần nhất đối với các hệ thống cuối

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

local ISP

local ISP

local ISP

local

local ISP Tier 3

ISP

local ISP

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 Một gói tin chuyển qua nhiều mạng

Tier-2 ISP

local ISP

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Hiện tượng trễ và mất gói xảy ra như thế nào?

 Các gói tin xếp hàng trong bộ nhớ của bộ định tuyến (router)

 Tốc độ đầu vào vượt quá tốc độ đầu ra

 Gói tin ở trong hàng đợi, chờ đến lượt

A

B

packet being transmitted (delay)

packets queueing (delay)

bộ nhớ không còn trống: các gói tin tới sẽ bị loại bỏ (mất gói)

4 nguyên nhân gây trễ gói tin

dproc: xử lý tại nút mạng

 Kiểm tra lỗi bit

 Xác định liên kết đầu ra

A

B

Lan truyền Truyền tải

Xử lý

Xếp hàng

dqueue: trì hoãn hàng đợi

 Thời gian đợi ở liên kết ra

dtrans: chậm truyền tải:

 L: độ dài gói tin(bits)

 R: băng thông của kết nối

(bps)



dprop: thời gian lan truyền:

 d: độ dài vật lý của dây

 s: tốc độ lan truyền trung bình (~2x10 8 m/sec)

 car~bit; caravan ~ packet

hàng trước TTP thứ 2?

 time to “push” entire caravan through toll booth onto highway = 12*10 = 120 sec

 time for last car to propagate from 1st to 2nd toll both:

100km/(100km/hr)= 1 hr

toll booth

toll booth

ten-car caravan

100 km 100 km

Caravan analogy (more)

 Các xe bây giờ “lan truyền” với vận tốc 1000 km/h

 Trạm thu phí tốn 1 phút cho mỗi xe

 Q: Sẽ có những xe tới trạm thứ 2 trước khi tất cả các xe qua trạm thứ 1?

 Đúng! Sau 7 ph, xe đầu tiên tới trạm thứ 2 trong khi còn 3 xe

khác đang ở trạm thứ 1

 Bit đầu tiên của gói tin có thể tới bộ định tuyến tiếp theo trước khi toàn bộ gói tin được truyền đi tại bộ định tuyến

toll booth

toll booth

ten-car caravan

100 km 100 km

 R: link bandwidth (bps)

 L: packet length (bits)

 a: tỉ lệ trung bình gói tin

đến

traffic intensity

= La/R

 La/R ~ 0: avg queueing delay nhỏ

 La/R -> 1: avg queueing delay lớn

 La/R > 1: more “work” arriving

than can be serviced, average delay infinite!

“Real” Internet delays and routes

 Trên thực tế thì độ trễ Internet và mất gói như thế nào?

 Chương trình Traceroute: cho phép đo độ trễ từ nguồn tới các bộ định tuyến trên toàn bộ đường đi của gói tin tới đích

Với mọi i:

 Gửi 3 gói tin tới bộ định tuyến i trên đường đi tới đích

 Bộ định tuyến i sẽ phản hồi lại cho người gửi 3 lần

 Người gửi tính thời gian từ lúc gửi gói tin đi tới lúc nhận được phản hồi.

3 probes

3 probes

3 probes

Sự mất gói tin

 Hàng đợi (bộ nhớ) của bộ định tuyến có dung

lượng giới hạn

 Khi hàng đợi đã đầy, các gói tiếp theo sẽ bị bỏ

 Gói tin bị mất có thể được truyền lại bởi node kề trước, hoặc bởi nguồn, hoặc không được truyền lại.

A

B

packet being transmitted

packet arriving to buffer

(waiting area)

Throughput (thông lượng)

 Thông lượng: tốc độ (bits/đvtg) mà các bit

được truyền tải giữa người gửi và người nhận

 Tức thời: tốc độ tại một thời điểm cụ thể

 Trung bình: tốc độ trong một khoảng t/g dài

Throughput (more)

 Rs < Rc thông lượng toàn tuyến là bao nhiêu?

Rsbits/sec Rcbits/sec

 Rs > Rc thông lượng toàn tuyến là bao nhiêu?

là liên kết trên đường đi của gói tin mà làm giảm thông

Liên kết thắt cổ chai bottleneck link

Rsbits/sec R

c bits/sec

Throughput: Internet scenario

10 kết nối chia sẻ băng thông của liên kết

 Thông lượng mỗi

kết nối đầu

Các tầng giao thức

Tổ chức của chuyến bay

intermediate air-traffic control centers

airplane routing airplane routing

ticket (complain) baggage (claim gates (unload) runway (land) airplane routing

ticket baggage gate takeoff/landing airplane routing

Phân tầng chức năng của chuyến bay

Layers: Mỗi lớp thực hiện một dịch vụ

 Hoạt động xử lý qua chính lớp nội bộ của nó

 Phụ thuộc vào các dịch vụ mà lớp dưới cung cấp

Tại sao lại phân tầng?

Giải quyết với các hệ thống phức tạp:

 Cấu trúc rõ ràng cho phép định danh, quan hệ của

các phần hệ thống phức tạp

 Mô đun hóa để dễ bảo trì, nâng cấp hệ thống

 Sự thay đổi trong việc thực hiện dịch vụ của mỗi

tầng là trong suốt với phần còn lại của hệ thống

 Ví dụ: Sự thay đổi trong thủ tục “in gate” không

ảnh hưởng tới phần còn lại của hệ thống

 Có hạn chế của sự phân tầng ?