Chương 1 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN MẠNG MÁY TÍNH NGHỀ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số QĐ CĐNHN ngày tháng năm 2.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG
Mạng thông tin và ứng dụng
- Trình bày được sự hình thành và phát triển của mạng máy tính
1.1 Sơ lược lịch sử phát triển:
Vào giữa những năm 1950, các hệ thống máy tính đầu tiên dùng bóng đèn điện tử nên kích thước cồng kềnh và tiêu thụ nhiều năng lượng; việc nhập dữ liệu bằng bìa đục lỗ và kết quả được in ra gây mất thời gian và bất tiện cho người dùng Đến giữa những năm 1960, khi các ứng dụng trên máy tính ngày càng phát triển và nhu cầu trao đổi thông tin tăng lên, một số nhà sản xuất đã nghiên cứu chế tạo các thiết bị truy cập từ xa tới các máy tính của họ, mở đầu cho dạng sơ khai của mạng máy tính Đầu những năm 1970, hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM ra đời, cho phép mở rộng khả năng tính toán từ trung tâm máy tính đến những vùng xa Đến giữa thập niên 70, IBM giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối được thiết kế cho lĩnh vực ngân hàng và thương mại, cho phép các thiết bị đầu cuối truy cập cùng một lúc đến một máy tính dùng chung qua dây cáp mạng Đến năm 1977, Datapoint Corporation giới thiệu hệ điều hành mạng mang tên Arcnet — Attache Resource Computer Network — cho phép liên kết các máy tính và các thiết bị đầu cuối bằng dây cáp mạng, đánh dấu hệ điều hành mạng đầu tiên.
Trong khái niệm cơ bản, mạng máy tính là hai máy tính hoặc nhiều máy tính được kết nối với nhau để có thể trao đổi thông tin qua lại Mạng máy tính cho phép các thiết bị giao tiếp, chia sẻ dữ liệu và tài nguyên, từ đó tối ưu hóa công việc và hoạt động của hệ thống công nghệ thông tin.
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 11
Hình 1-1: Mô hình mạng cơ bản
Mạng máy tính ra đời từ nhu cầu chia sẻ và dùng chung dữ liệu Nếu không có hệ thống mạng, dữ liệu giữa các máy tính độc lập muốn trao đổi sẽ phải in ấn hoặc sao chép bằng đĩa mềm và CD-ROM, khiến việc chia sẻ thông tin trở nên chậm chạp và kém hiệu quả.
… điều này gây rất nhiều bất tiện cho người dùng Các máy tính được kết nối thành mạng cho phép các khả năng:
• Sử dụng chung các công cụ tiện ích
• Chia sẻ kho dữ liệu dùng chung
• Tăng độ tin cậy của hệ thống
• Trao đổi thông điệp, hình ảnh,
• Dùng chung các thiết bị ngoại vi (máy in, máy vẽ, Fax, modem …)
• Giảm thiểu chi phí và thời gian đi lại
Ngày nay, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng cao, trong khi mạng máy tính ngày càng quen thuộc với mọi tầng lớp xã hội và phổ biến trên nhiều lĩnh vực như khoa học, quốc phòng và quân sự, thương mại, dịch vụ và giáo dục Các hệ thống mạng máy tính giúp tối ưu hóa thu thập, lưu trữ và chia sẻ dữ liệu, nâng cao hiệu suất công việc và hỗ trợ quyết định từ nghiên cứu khoa học đến hoạt động sản xuất, kinh doanh và giáo dục Tuy nhiên, mức độ phụ thuộc này đặt ra thách thức về an ninh mạng, quản trị dữ liệu và đầu tư hạ tầng, đòi hỏi chuẩn hóa và mở rộng để tận dụng đầy đủ lợi ích của công nghệ thông tin.
Hiện nay ở nhiều nơi mạng máy tính đã trở thành nhu cầu thiết yếu, giúp kết nối các thiết bị và máy tính với nhau để chia sẻ tài nguyên và thông tin một cách nhanh chóng Việc kết nối các máy tính thành mạng mở ra những khả năng mới to lớn như trao đổi dữ liệu dễ dàng, truy cập Internet với hiệu suất cao và hỗ trợ giao tiếp, làm việc nhóm từ xa và hợp tác trên các dự án Mạng máy tính còn tối ưu hóa chi phí và quản lý hệ thống bằng cách chia sẻ tài nguyên như máy in, lưu trữ dữ liệu và ứng dụng qua mạng, đồng thời tăng cường bảo mật và sao lưu dữ liệu Với sự phát triển của công nghệ, vai trò của mạng máy tính ngày càng quan trọng trong giáo dục, y tế, doanh nghiệp và giải trí, tạo nền tảng cho các dịch vụ đám mây, IoT và các hệ thống quản trị từ xa.
Một mạng cục bộ (LAN) là hệ thống kết nối các máy tính và thiết bị mạng được đặt trong phạm vi địa lý giới hạn, thường nằm trong một tòa nhà hoặc khu văn phòng, cho phép chia sẻ dữ liệu và tài nguyên với tốc độ cao giữa các thiết bị Trong khi đó, mạng diện rộng (WAN) liên kết nhiều mạng LAN ở các địa điểm khác nhau, hình thành một hạ tầng mạng rộng lớn cho doanh nghiệp hoặc tổ chức Các kết nối LAN to LAN và WAN to WAN có thể được tối ưu hóa bằng các thiết bị như switch và router, cùng các công nghệ truyền dẫn hiện đại để đảm bảo hiệu suất, độ tin cậy và bảo mật khi truyền thông và chia sẻ dữ liệu trên phạm vi địa lý rộng.
Mạng diện rộng (WAN) là sự kết nối giữa các mạng LAN, cho phép mở rộng phạm vi từ địa phương đến quốc gia, lục địa và thậm chí toàn cầu WAN cung cấp liên mạng ở khoảng cách xa thông qua các hạ tầng mạng rộng lớn và các giao thức kết nối như Internet Tuy nhiên, tốc độ truyền dữ liệu trên WAN thường không cao so với mạng nội bộ, nhưng ưu điểm là phạm vi địa lý rộng và khả năng liên kết giữa nhiều văn phòng, chi nhánh và hệ thống ở nhiều khu vực.
Nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, Internet ra đời và nhanh chóng trở thành mạng liên kết toàn cầu của nhân loại Internet là sự phối hợp của rất nhiều mạng dữ liệu khác nhau, vận hành trên nền tảng giao thức TCP/IP, kết nối người dùng và tài nguyên trên khắp thế giới thành một hệ thống thống nhất Bên cạnh Internet công khai, mạng nội bộ (Intranet) là một hệ thống mạng riêng được xây dựng cho một tổ chức, cho phép trao đổi thông tin và chia sẻ tài nguyên một cách an toàn và hiệu quả trong phạm vi doanh nghiệp.
Mạng nội bộ (intranet) thực sự là một mạng Internet thu nhỏ được triển khai trong một cơ quan, công ty hoặc một bộ/ngành, giới hạn phạm vi người dùng và áp dụng các công nghệ kiểm soát truy cập cùng bảo mật thông tin Được phát triển từ các mạng LAN và WAN, mạng này sử dụng công nghệ Internet để kết nối và truyền tải dữ liệu an toàn giữa các bộ phận, nhằm tối ưu hóa quản lý tài nguyên thông tin Mạng nội bộ giúp tăng cường bảo mật, kiểm soát quyền truy cập của người dùng và cải thiện hiệu suất làm việc, đồng thời tạo nền tảng cho sự phối hợp giữa các đơn vị trong tổ chức.
2 Mô hình điện toán mạng
- Trình bày được một số các dịch vụ cơ bản trên mạng
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 12
Một kiến trúc điện toán kiểu mới, kết hợp hiệu quả một số lượng lớn các hệ thống máy chủ và hệ thống lưu trữ vào trong một tài nguyên điện toán linh hoạt và dựa theo nhu cầu của người sử dụng được triển khai cho tất cả các nhu cầu điện toán của doanh nghiệp
3 Các mạng cục bộ, đô thị và diện rộng
- Hiểu được mô hình các mạng LAN, WAN, Internet
Một mạng cục bộ là sự kết nối một nhóm máy tính và các thiết bị kết nối mạng được lắp đặt trên một phạm vị địa lý giới hạn, thường trong một toà nhà hoặc một khu công sở nào đó Mạng có tốc độ cao
Thuật ngữ "mạng cục bộ" (LAN) được xem xét dựa trên quy mô của mạng, nhưng quy mô không phải là đặc tính duy nhất xác định một LAN; trên thực tế, quy mô mạng quyết định nhiều đặc tính và công nghệ của mạng Vì vậy, mạng cục bộ có thể có băng thông cao, phạm vi phủ sóng giới hạn và khả năng quản trị tập trung, cùng sự lựa chọn công nghệ như Ethernet và Wi‑Fi phù hợp với số lượng thiết bị và vị trí của chúng Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật của mạng cục bộ.
- Đặc điểm của mạng cục bộ
+ Mạng cục bộ có quy mô nhỏ, thường là bán kính dưới vài km
+ Mạng cục bộ thường là sở hữu của một tổ chức Thực tế đó là điều khá quan trọng để việc quản lý mạng có hiệu quả
Mạng cục bộ có tốc độ cao và ít lỗi, đảm bảo truyền dữ liệu nhanh và ổn định cho các ứng dụng nội bộ và hoạt động của doanh nghiệp Trên mạng rộng, tốc độ nói chung chỉ đạt vài trăm Kbit/s đến Mb/s, khiến cho việc truyền tải dữ liệu giữa các địa điểm khác nhau gặp phải hạn chế về băng thông và độ trễ Vì vậy, tốc độ thông thường trên mạng cục bộ được xem là rất cao, đáp ứng tốt các yêu cầu về hiệu suất và trải nghiệm người dùng.
10, 100 Mbit/s và tới nay với Gigabit Ethernet
1.3.2 Mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Networks)
Mạng đô thị MAN hoạt động theo kiến trúc quảng bá, LAN-to-LAN, cung cấp các dịch vụ thoại, phi thoại và truyền hình cáp Trong một MAN, có thể dùng một hoặc hai đường truyền vật lý và không yêu cầu có thực thể chuyển mạch Dựa trên tiêu chuẩn DQDB (Distributed Queue Dual Bus - IEEE 802.6), hai cáp đơn kết nối tất cả các máy tính lại với nhau, các máy ở phía trái liên lạc với các máy ở phía phải và thông tin được vận chuyển trên đường bus Dữ liệu di chuyển theo hướng trên bus A và bus B, với Head-End Bus quản lý luồng dữ liệu trên bus B.
Mạng diện rộng (WAN) là sự kết nối giữa các mạng LAN, có thể mở rộng từ vùng nhỏ đến phạm vi quốc gia, lục địa và thậm chí toàn cầu Với phạm vi địa lý rộng lớn, WAN cho phép truyền dữ liệu giữa nhiều mạng ở các địa điểm khác nhau, nhưng tốc độ truyền dữ liệu của WAN thường không cao bằng mạng LAN do khoảng cách và công nghệ truyền dẫn.
- Biết được các dịch vụ mạng
1.4.1 Dịch vụ truy nhập từ xa Telnet
Các quy tắc và tiến trình truyền thông
- Biết được các quy tắc, mô hình mạng, truyền thông
2.1.1 Sự cần thiết phải có mô hình truyền thông Để một mạng máy tính trở một môi trường truyền dữ liệu thì nó cần phải có những yếu tố sau:
Mỗi máy tính tham gia mạng máy tính đều có một địa chỉ IP duy nhất để nhận và gửi dữ liệu Quá trình trao đổi dữ liệu giữa các máy tính được thực hiện theo các quy tắc chuẩn gọi là giao thức mạng, đảm bảo thông tin được truyền tải đúng định dạng và an toàn giữa các thiết bị trên mạng.
Khi hai máy tính trao đổi dữ liệu với nhau, quá trình truyền dữ liệu được xem là hoàn chỉnh khi toàn bộ các bước truyền tải được thực hiện thành công Ví dụ, để truyền một file giữa hai máy tính nằm trên cùng một mạng, các hoạt động liên quan như thiết lập kết nối, xác thực, đóng gói và phân mảnh dữ liệu, gửi gói tin qua mạng, nhận và ghép dữ liệu ở máy nhận, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn và nguồn gốc của dữ liệu đều được thực hiện để kết thúc quá trình.
+Máy tính cần truyền cần biết địa chỉ của máy nhận
+ Máy tính cần truyền phải xác định được máy tính nhận đã saün sàng nhận thông tin
+Chương trình gửi file trên máy truyền cần xác định được rằng chương trình nhận file trên máy nhận đã saün sàng tiếp nhận file
+ Nếu cấu trúc file trên hai máy không giống nhau thì một máy phải làm nhiệm vụ chuyển đổi file từ dạng này sang dạng kia
Trong quá trình truyền file, máy gửi phải thông báo cho mạng địa chỉ của máy nhận (ví dụ địa chỉ IP) để dữ liệu được định tuyến tới đích một cách chính xác Việc này cho thấy giữa hai máy tính đã có sự phối hợp hoạt động ở mức độ cao, giúp quá trình truyền file diễn ra nhanh chóng, tin cậy và hiệu quả.
Thay vì xem toàn bộ quá trình như một chuỗi duy nhất, ta phân chia nó thành một số công đoạn và mỗi công đoạn hoạt động độc lập với nhau Với hệ thống truyền nhận file giữa các máy tính, chương trình được chia thành ba mô-đun: Module truyền và nhận File, Module truyền thông và Module tiếp cận mạng Hai mô-đun tương ứng sẽ thực hiện việc trao đổi với nhau nhằm điều phối dữ liệu, xử lý tín hiệu điều khiển và đồng bộ hóa quá trình truyền tải Việc tách các công đoạn như vậy giúp quản lý dễ dàng hơn, nâng cao tính mở rộng và tối ưu hóa hiệu suất truyền tin.
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 17
Module truyền và nhận file chịu trách nhiệm thực hiện tất cả các nhiệm vụ liên quan đến trao đổi file trong các ứng dụng, bao gồm truyền nhận thông số liên quan đến file, quản lý các mẫu tin của file và chuyển đổi file sang các định dạng khác khi cần Module này tập trung vào logic xử lý file và dữ liệu, còn phần truyền dữ liệu trên mạng được giao cho Module truyền thông và không yêu cầu nó quan tâm trực tiếp đến cách thức truyền tải trên mạng.
Mô-đun truyền thông máy tính tập trung vào việc các máy tính hoạt động đồng bộ và sẵn sàng trao đổi thông tin với nhau, đồng thời kiểm soát dữ liệu để bảo đảm quá trình trao đổi diễn ra chính xác và an toàn giữa hai máy tính Điều này có nghĩa là việc truyền file được thực hiện trên nguyên tắc bảo mật dữ liệu, với các mức độ an toàn khác nhau tùy thuộc vào từng ứng dụng Việc trao đổi dữ liệu giữa hai máy tính không phụ thuộc vào bản chất của mạng liên kết chúng Các yêu cầu liên quan đến mạng đã được triển khai ở mô-đun thứ ba, đó là mô-đun tiếp cận mạng; nếu mạng thay đổi thì chỉ có mô-đun tiếp cận mạng bị ảnh hưởng.
Module tiếp cận mạng được xây dựng dựa trên các quy cách giao tiếp với mạng và phụ thuộc vào bản chất của mạng, nhằm xác định cách thiết bị giao tiếp và truyền nhận dữ liệu Nó đảm bảo việc truyền dữ liệu từ máy tính này sang máy tính khác trong mạng, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của liên lạc mạng Tùy thuộc vào loại mạng (LAN, WAN hay mạng không dây), module tiếp cận mạng quản lý các kênh truyền, xử lý lỗi và bảo mật, giúp dữ liệu được truyền đi an toàn, nhanh chóng và hiệu quả giữa các nút mạng.
Thay vì xem toàn bộ quá trình truyền file như một chuỗi các tác vụ phức tạp, ta có thể phân tách nó thành nhiều tiến trình con dựa trên sự trao đổi giữa các module trong hệ thống truyền file Cách tiếp cận này cho phép phân tích chi tiết từng bước của quá trình truyền file, dễ dàng nhận diện điểm nghẽn, tối ưu hóa hiệu suất và thuận tiện cho việc thiết kế, triển khai và viết chương trình Bằng cách mô tả rõ ràng các giao diện và giao tiếp giữa các module, ta kiểm soát tốt luồng dữ liệu, xử lý lỗi, đồng bộ hóa và mở rộng hệ thống, từ đó nâng cao tính bảo trì và khả năng mở rộng của giải pháp truyền file.
Xem xét các module một cách độc lập giúp giảm độ phức tạp trong thiết kế và triển khai hệ thống Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng mạng và các chương trình truyền thông và được gọi là phương pháp phân tầng (layer) Bằng cách phân chia hệ thống thành các lớp có trách nhiệm riêng, các thành phần sẽ dễ bảo trì, mở rộng và tối ưu hóa hiệu suất, đồng thời giảm sự phụ thuộc giữa các phần mềm.
Nguyên tắc của phương pháp phân tầng là:
Trong mạng, mỗi hệ thống thành phần được xây dựng dưới dạng cấu trúc nhiều tầng và đều có một mẫu cấu trúc giống nhau về số lượng tầng cũng như chức năng của từng tầng Sự nhất quán này giúp quản lý mạng dễ dàng hơn, tăng khả năng mở rộng và tối ưu hóa hiệu suất, bởi mọi hệ thống đều chia sẻ cùng một mô hình tầng với vai trò rõ ràng.
Các tầng nằm chồng lên nhau, dữ liệu được chỉ trao đổi trực tiếp giữa hai tầng kề nhau từ tầng trên xuống tầng dưới và ngược lại
Để thiết kế hệ thống hiệu quả, ngoài việc xác định chức năng từng tầng, cần làm rõ mối quan hệ giữa hai tầng liền kề Dữ liệu được truyền từ tầng cao nhất của hệ thống truyền xuống tầng thấp nhất, sau đó đi qua đường liên kết vật lý ở dạng bit tới tầng thấp nhất của hệ thống nhận Từ đó, dữ liệu được truyền ngược lên, lần lượt từ tầng thấp nhất lên đến tầng cao nhất của hệ thống nhận, hoàn tất chu trình trao đổi thông tin giữa hai hệ thống.
Trong cấu trúc tầng, chỉ hai tầng thấp nhất có liên kết vật lý với nhau; các tầng ở phía trên, bắt đầu từ tầng thứ tư, chỉ có liên kết logic với nhau Liên kết logic của một tầng được thực hiện thông qua các tầng dưới và phải tuân thủ các quy định chặt chẽ, được gọi là giao thức của tầng.
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 18
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO quy định các quy tắc phân tầng như sau:
Không nên định nghĩa quá nhiều tầng trong một hệ thống mạng; số lượng tầng, vai trò và chức năng của từng tầng nên được chuẩn hóa giữa các hệ thống mạng để dễ xác định và ghép nối Chức năng của các tầng độc lập với nhau và có tính mở, cho phép mạng dễ mở rộng và thích nghi với những thay đổi mà không làm phức tạp cấu trúc tổng thể.
Trong mỗi hệ thống, cần xác định rõ mối quan hệ giữa các tầng kề nhau, mối quan hệ này gọi là giao diện tầng (Interface) Giao diện tầng quy định các thao tác và dịch vụ cơ bản mà tầng kề dưới cung cấp cho tầng kề trên, đồng thời số lượng tương tác giữa hai tầng kề nhau là nhỏ nhất.
Mô hình tham khảo OSI (Open Systems Interconnect)
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 19
- Hiểu rõ cấu trúc và hoạt động của mô hình mạng OSI
2.2.1 Kiến trúc của mô hình OSI Ở thời kỳ đầu của công nghệ nối mạng, việc gửi và nhận dữ liệu ngang qua mạng thường gây nhầm lẫn do các công ty lớn như IBM, Honeywell và Digital Equipment Corporation tự đề ra những tiêu chuẩn riêng cho hoạt động kết nối máy tính
In 1984, the International Organization for Standardization (ISO) officially introduced the OSI model (Open Systems Interconnection), a framework of technical specifications that describes a network architecture for connecting heterogeneous devices.
Mô hình OSI được chia thành 7 tầng, mỗi tầng bao gồm những hoạt động, thiết bị và giao thức mạng khác nhau
Hình 2-1 mô hình OSI chia 7 tầng 2.2.2 Sự ghép nối giữa các mức
Mô hình OSI được biểu diễn theo hình dưới đây:
Mô hình OSI phân chia thành 7 lớp: ứng dụng, thể hiện, phiên, vận chuyển, mạng, liên kết dữ liệu và vật lý Mô hình này định nghĩa phần tiêu đề (header) của đơn vị dữ liệu ở mỗi lớp và mối liên kết giữa các lớp để trao đổi dữ liệu một cách có trật tự và chuẩn hóa Nhờ cấu trúc phân tầng này, dữ liệu được đóng gói và chuyển giao từ nguồn đến đích theo một luồng hợp lý, giúp hệ thống mạng có khả năng tương thích giữa các thiết bị và giao thức khác nhau.
Trong giáo trình Mạng Máy Tính, quá trình truyền dữ liệu giữa các lớp được thực hiện bằng cách gắn header vào dữ liệu ở tầng nguồn để đóng gói và chuyển xuống các tầng dưới; khi nhận dữ liệu, chức năng giải đóng gói (mở header) sẽ loại bỏ header để đẩy dữ liệu lên các lớp trên, đảm bảo thông tin đi qua từng lớp theo đúng chuẩn giao thức và mục tiêu truyền tải.
2.2.3 Phương thức hoạt động của các tầng trong mô hình OSI a Tầng Vật lý (Physical) Điều khiển việc truyền tải thực sự các bít trên đường truyền vật lý Nó định nghĩa các thuộc tính về cơ, điện, qui định các loại đầu nối, ý nghĩa các pin trong đầu nối, qui định các mức điện thế cho các bit 0,1, b Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
Tầng liên kết dữ liệu đảm bảo truyền tải các khung dữ liệu (Frame) giữa hai máy tính được kết nối trực tiếp qua đường truyền vật lý, đồng thời triển khai cơ chế phát hiện và xử lý lỗi trên dữ liệu nhận được Trong khuôn khổ mô hình mạng, Tầng mạng (Network Layer) sẽ tiếp tục định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu giữa các mạng khác nhau sau khi khung dữ liệu được quản lý ở tầng liên kết.
Trong mạng máy tính, tầng mạng đảm bảo các gói dữ liệu (packet) có thể truyền từ một máy tính đến máy tính khác ngay cả khi không có đường truyền vật lý trực tiếp giữa chúng, bằng cách tìm đường đi tối ưu đến các đích khác nhau trong mạng Tầng này chịu trách nhiệm định tuyến và chuyển tiếp gói tin qua các mạng liên kết để dữ liệu có thể đến nơi đích một cách hiệu quả d Tầng vận chuyển (transport Layer).
Trong hệ thống, tầng vận chuyển đảm bảo truyền tải dữ liệu giữa các tiến trình một cách đáng tin cậy Dữ liệu gửi đi được đảm bảo không có lỗi và được duy trì đúng trình tự, không bị mất hoặc trùng lặp Đối với các gói tin, cơ chế kiểm tra và xác nhận đảm bảo tính toàn vẹn và thứ tự của dữ liệu trên đường truyền.
Khái niệm tầng vật lý OSI
- Hiểu được tầng vật lý của mô hình mạng OSI
Tầng vật lý (Physical Layer) là tầng dưới cùng của mô hình OSI, chịu trách nhiệm mô tả các đặc tính vật lý của mạng Nó xác định các loại cáp được dùng để nối các thiết bị, các loại đầu nối và giới hạn về độ dài cáp, cùng với các yếu tố liên quan đến cấu hình kết nối Ngoài ra, tầng này cung cấp các đặc tính điện của tín hiệu để truyền dữ liệu qua cáp giữa các máy, bao gồm kỹ thuật nối mạch điện và tốc độ truyền dẫn của cáp, nhằm bảo đảm sự truyền tải dữ liệu ổn định và hiệu quả.
Trong mô hình OSI, tầng vật lý không xác định ý nghĩa cho các tín hiệu ngoài hai giá trị nhị phân 0 và 1 Do đó, tín hiệu truyền tải ở tầng vật lý có dạng bit, còn ý nghĩa và cách diễn giải các bit đó được xác định ở các tầng cao hơn của mô hình OSI Khi các tầng trên diễn giải chuỗi bit từ tầng vật lý, dữ liệu, thông điệp và giao thức sẽ được hiểu và xử lý theo quy tắc của từng tầng.
Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đôi 10BASE-T định rõ các đặc tính điện của cáp, kích thước và hình dạng của các đầu nối, cũng như độ dài tối đa cho phép của cáp Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này đảm bảo sự tương thích giữa các thiết bị mạng và tối ưu hóa hiệu suất truyền dữ liệu, đồng thời hỗ trợ lựa chọn cáp phù hợp với yêu cầu về tốc độ và khoảng cách kết nối trong mạng LAN.
2.3.1 Vai trò và chức năng của tầng vật lý
Khác với các tầng khác, tầng vật lý không có gói tin riêng và không có phần đầu chứa thông tin điều khiển; dữ liệu được truyền dưới dạng dòng bit Vì vậy, nhiệm vụ của tầng vật lý là chuyển tín hiệu qua đường truyền và không xử lý dữ liệu ở mức gói hay khung Một giao thức tầng vật lý tồn tại giữa các thiết bị ở tầng vật lý để quy định cách thức truyền, bao gồm phương thức truyền (đồng bộ hoặc phi đồng bộ) và tốc độ truyền.
2.3.2 Các chuẩn cho giao diện tầng vật lý
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 21
Tầng vật lý là lớp đầu tiên trong mô hình mạng, đảm nhiệm truyền dữ liệu ở dạng bit giữa các máy thông qua đường truyền vật lý Tầng này kết nối các giao diện cơ, quang và điện với cáp, giúp tín hiệu dữ liệu có thể đi qua các phương tiện truyền thông khác nhau Ngoài ra, nó còn chuyển tải các tín hiệu do các tầng trên tạo ra, cung cấp nền tảng cho mọi hoạt động truyền thông và đảm bảo sự liên tục của kết nối mạng.
- Việc thiết kế phải bảo đảm nếu bên phát gửi bít 1 thì bên thu cũng phải nhận bít 1 chứ không phải bít 0
- Tầng này phải quy định rõ mức điện áp biểu diễn dữ liệu 1 và 0 là bao nhiêu von trong vòng bao nhiêu giây
- Chiều truyền tin là 1 hay 2 chiều, cách thức kết nối và huỷ bỏ kết nối
- Định nghĩa cách kết nối cáp với card mạng: bộ nối có bao nhiêu chân, chức năng của mỗi chân
Tóm lại, thiết kế tầng vật lý phải giải quyết các vấn đề ghép nối cơ - điện và đồng thời xây dựng các hàm, thủ tục để truy cập đường truyền và truyền tải các bit trên đường truyền.
Các khái niệm tầng kết nối dữ liệu OSI
- Hiểu được tầng kết nói dữ liệu của mô hình mạng OSI
Tầng liên kết dữ liệu là nơi ý nghĩa được gán cho các bit được truyền trên mạng Nó quy định định dạng và kích thước của dữ liệu, cũng như địa chỉ nguồn và đích của mỗi gói tin được gửi đi, đồng thời xác định cơ chế truy cập mạng và phương tiện truyền để đảm bảo các gói tin đến đúng người nhận đã định.
2.4.1 Vai trò và chức năng của tầng liên kết dữ liệu
Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các cơ chế phát hiện và sửa lỗi cơ bản để đảm bảo dữ liệu nhận được giống hoàn toàn với dữ liệu gửi đi Nếu một gói tin có lỗi mà không thể sửa được, tầng liên kết dữ liệu sẽ chỉ ra cho nơi gửi biết gói tin đó có lỗi để nó gửi lại.
Trong tầng liên kết dữ liệu, có hai phương thức liên kết dựa trên cách kết nối máy tính: một điểm – một điểm và một điểm – nhiều điểm Phương thức một điểm – một điểm thiết lập các đường truyền riêng biệt để nối từng cặp máy tính với nhau, trong khi phương thức một điểm – nhiều điểm cho phép nhiều máy tính chia sẻ một đường truyền vật lý duy nhất.
Hình 2-2a và hình 2-2b: Các đường truyền kết nối kiểu “một điểm” và
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 22
Trong các giao thức tầng liên kết dữ liệu, hai loại chủ đạo là giao thức hướng ký tự và giao thức hướng bit Giao thức hướng ký tự dựa trên các ký tự đặc biệt của một bộ mã chuẩn, trong khi giao thức hướng bit dùng cấu trúc nhị phân để xây dựng các phần tử của giao thức; khi nhận dữ liệu, thông tin được tiếp nhận lần lượt theo từng bit một.
2.4.2 Các giao thức hướng ký tự
Các giao thức hướng kí tự được dùng trong các ứng dụng điểm nối và đa điểm Đặc trưng của chúng là dùng các kí tự điều khiển để thực hiện các chức năng điều khiển liên quan đến quản lý dữ liệu liên kết, đánh dấu đầu và cuối frame, kiểm soát lỗi và đảm bảo tính “trong suốt” của dữ liệu “Trong suốt” là chức năng đặc biệt nhằm ngăn chặn sự nhầm lẫn giữa dữ liệu và thông tin điều khiển Khi đề cập đến các giao thức hướng kí tự, chúng ta xem xét một liên kết điểm-nối-điểm và một luồng frame đơn công (một chiều) để trình bày các khía cạnh của các liên kết Tuy nhiên, trong hầu hết ứng dụng thực tế chúng ta phải mở rộng các khái niệm đã được chấp nhận về việc trao đổi dữ liệu theo cả hai hướng Tương tự, nếu có nhiều hơn hai chủ thể truyền tham gia vào cấu hình đa điểm, chúng ta cần một phương pháp kiểm soát truy nhập vào môi trường chia sẻ Chúng ta sẽ bàn tới các chủ điểm này khi khảo sát các giao thức khác nhau.
2.4.3 Các giao thức hướng bit
Các giao thức liên kết dữ liệu mới đều mang hướng bit, dùng các mẫu bit được định nghĩa sẵn thay cho ký tự điều khiển để đánh dấu mở đầu và kết thúc một frame Máy thu nhận luồng bit bằng cách duyệt từng bit để nhận diện mẫu bắt đầu và kết thúc frame Ba phương pháp báo hiệu bắt đầu và kết thúc của frame được gọi là phân định giới hạn frame (frame delimiting).
- Mẫu bit duy nhất không trùng với mẫu nào bắt đầu kết thúc một frame được gọi là cờ (01111110), kết hợp với kỹ thuật nhồi các bit 0
Trong một frame, một bit duy nhất được đánh dấu ở đầu frame, được gọi là danh giới đầu frame với giá trị nhị phân 10101011 Trong phần header của frame còn có một trường chỉ chiều dài, với đơn vị đo là byte.
- Mẫu xác định danh giới đầu và cuối frame duy nhất gồm các bit được tạo ra do cưỡng bức mã hóa
Nhìn chung phương pháp đầu tiên được áp dụng với giao thức điều khiển liên kết dữ liệu mức cao (HDLC), trong khi hai phương pháp còn lại được dùng với giao thức LLC; trong thực tế, hầu hết các giao thức thiên hướng bit đều là các dẫn xuất từ HDLC, cho thấy ảnh hưởng của HDLC đối với thiết kế và triển khai các giao thức điều khiển liên kết ngày nay.
Khái niệm tầng mạng OSI
- Hiểu được tầng mạng của mô hình OSI
2.5.1 Vai trò và chức năng của tầng mạng
Tầng mạng là tầng thứ ba của mô hình OSI, có nhiệm vụ di chuyển dữ liệu tới đích mạng xác định thông qua các mạng liên kết khác nhau Để làm điều này, nó định tuyến và chuyển tiếp các gói tin dựa trên địa chỉ mạng logic (địa chỉ IP), xác định đường đi tối ưu từ nguồn đến đích bằng bảng định tuyến và các giao thức định tuyến Tầng mạng cũng quản lý phân mảnh và ghép lại gói tin khi cần thiết để phù hợp với MTU của từng mạng, đảm bảo gói tin tới đúng vị trí trên mạng đích Các thành phần chính của tầng mạng gồm các giao thức định tuyến, thuật toán định tuyến và cơ chế chuyển tiếp gói tin, giúp dữ liệu di chuyển một cách hiệu quả qua nhiều mạng khác nhau.
Trong giáo trình Mạng Máy tính, quá trình truyền dữ liệu bắt đầu từ việc ánh xạ địa chỉ logic thành địa chỉ vật lý và sau đó xác định con đường tối ưu để gửi dữ liệu từ máy gửi đến máy nhận Điều này tương tự với công việc của tầng liên kết dữ liệu, vốn định danh và định địa chỉ các thiết bị vật lý trong một mạng duy nhất Tuy nhiên, việc định địa chỉ ở tầng liên kết dữ liệu chỉ áp dụng trên một mạng đơn Tầng mạng mở rộng khái niệm này bằng cách mô tả các phương pháp di chuyển thông tin giữa nhiều mạng độc lập (thường khác nhau) – được gọi là liên mạng (internetwork).
Trong các mạng LAN Token Ring hoặc Ethernet, các kiểu địa chỉ và cơ chế định danh có sự khác biệt Để kết nối hai mạng này, ta cần một cơ chế định danh địa chỉ chuẩn, có thể được hiểu bởi cả hai loại mạng Khả năng này được cung cấp bởi giao thức IPX (Internet Packet Exchange), một giao thức tầng mạng thuộc hệ điều hành Novell NetWare.
Định địa chỉ ở tầng liên kết dữ liệu cho phép chuyển dữ liệu tới mọi thiết bị gắn vào một mạng đơn, để các thiết bị nhận quyết định xem dữ liệu có dành cho chúng hay không Ngược lại, tầng mạng chọn một tuyến đường qua một liên mạng và tránh gửi dữ liệu tới các mạng không liên quan Mạng thực hiện điều này bằng chuyển mạch, định địa chỉ và các thuật toán tìm đường Tầng mạng cũng chịu trách nhiệm đảm bảo định tuyến dữ liệu đúng qua một liên mạng, kể cả khi các mạng tham gia khác nhau.
Trong quá trình định tuyến dữ liệu qua các liên mạng không đồng dạng, sự khác biệt về kích thước gói dữ liệu mà mỗi mạng có thể xử lý có thể làm giảm hiệu quả truyền thông Mỗi mạng có giới hạn kích thước gói mà nó nhận được, nên một gói lớn không thể đi qua mạng có MTU nhỏ hơn Để khắc phục, tầng mạng thực hiện một thao tác gọi là phân đoạn, chia dữ liệu thành các gói nhỏ phù hợp với MTU của từng mạng trung gian Nhờ phân đoạn, dữ liệu có thể vượt qua nhiều mạng liên kết có kích thước gói tối đa khác nhau và sẽ được ghép lại ở đích để tái tạo thông điệp ban đầu.
Phân đoạn dữ liệu là quá trình chia một gói dữ liệu lớn thành các gói tin nhỏ hơn để các mạng khác có thể hiểu được Khi các gói tin này đến mạng đích, chúng được hợp nhất (reassemble) thành gói có kích thước và dạng ban đầu Toàn bộ quá trình phân đoạn và hợp nhất diễn ra ở tầng mạng của mô hình OSI, giúp dữ liệu được truyền đi giữa các mạng khác nhau một cách hiệu quả và đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin.
2.5.2 Các kỹ thuật chọn đường trong mạng máy tính
Khi phạm vi địa lý của các máy tính cần kết nối đã vượt ra ngoài giới hạn của mạng cục bộ, việc dùng cáp trực tiếp cho liên kết sẽ không khả thi vì cáp quá dài làm suy giảm tín hiệu và gây nhiễu Mặc dù sóng điện từ truyền dữ liệu rất nhanh, vẫn tồn tại độ trễ mà một số kỹ thuật mạng cục bộ phải tính toán Vì thế, để nối mạng ở quy mô rộng, cần có một phương thức kết nối mạng rộng bằng công nghệ khác nhằm khắc phục hạn chế về khoảng cách và độ trễ.
Mạng rộng (WAN) có thể được xây dựng bằng cách liên kết các mạng cục bộ (LAN) qua các đường truyền viễn thông như cáp quang, đường truyền riêng hoặc vệ tinh, thông qua các thiết bị định tuyến (router) Router có chức năng định tuyến và dẫn các luồng tin theo đúng hướng giữa các mạng nhằm đảm bảo truyền dữ liệu hiệu quả Người ta sử dụng router để kết nối các LAN với nhau nhằm hình thành các WAN và kết nối các WAN để tạo ra mạng rộng lớn hơn.
Trong một hệ thống mạng, cần có một cơ chế để gán địa chỉ cho tất cả các máy trong mạng và một cơ chế để kết thúc các kết nối khi chúng không còn cần thiết Các quy tắc này đảm bảo quản lý tài nguyên mạng hiệu quả, tối ưu hóa băng thông và tăng cường bảo mật Việc định danh và quản lý thiết bị một cách rõ ràng giúp theo dõi, vận hành và bảo trì mạng dễ dàng hơn, đồng thời cơ chế kết thúc kết nối tự động giảm thiểu rủi ro từ các kết nối thừa hoặc bị chiếm dụng Nhờ đó, mạng vận hành ổn định, hiệu quả hơn và cải thiện hiệu suất ứng dụng cũng như trải nghiệm người dùng.
Trong mạng máy tính, quá trình truyền dữ liệu giữa các thành phần phụ thuộc vào cơ chế của từng tầng trong mô hình giao thức Dữ liệu có thể được truyền theo hai cơ chế chính: cơ chế kết nối (connection-oriented) và cơ chế không kết nối (connectionless) Mỗi tầng cần một cơ chế thiết lập kết nối riêng để đảm bảo luồng dữ liệu được truyền một cách phù hợp với yêu cầu của ứng dụng; các cách thiết lập này khác nhau về độ tin cậy, thứ tự và hiệu suất Ví dụ điển hình là TCP cung cấp truyền dữ liệu có kết nối với đảm bảo đúng thứ tự và tin cậy, trong khi UDP cho phép gửi nhanh mà không cần thiết lập kết nối trước, phù hợp cho các dịch vụ thời gian thực Sự lựa chọn giữa các cơ chế này phụ thuộc vào yêu cầu về hiệu suất, độ tin cậy và tính chất của dữ liệu trong hệ thống mạng.
+ Truyền theo cả hai hướng không đồng thời
+ Truyền hai hướng đồng thời
Kiểm soát lỗi trên đường truyền vật lý là cần thiết vì đường truyền vốn không hoàn hảo Để đảm bảo dữ liệu được truyền đúng, hai bên cần thỏa thuận sử dụng một mã kiểm tra lỗi để phát hiện, kiểm tra và sửa lỗi một cách hiệu quả Phía nhận có khả năng thông báo cho phía gửi biết các gói tin đã nhận đúng và những gói tin nào cần phát lại.
Độ dài bản tin không phải lúc nào cũng có thể được quyết định tùy ý; mọi quá trình truyền dữ liệu đều bị giới hạn bởi kích thước gói tin và cần có cơ chế chia bản tin thành các gói tin nhỏ hơn Việc phân mảnh gói tin giúp tương thích với giới hạn đường truyền và tối ưu hóa hiệu suất truyền dữ liệu, đồng thời giảm thiểu rủi ro mất mát khi mạng bị gián đoạn Sau khi đến nơi, các gói tin được tái ghép lại đúng thứ tự để khôi phục nội dung đầy đủ Vì vậy, thiết kế hệ thống cần xác định kích thước gói tối ưu và triển khai quy trình phân mảnh hợp lý để đảm bảo tính liên tục, tin cậy và hiệu quả của quá trình truyền.
Trong các kênh truyền, thứ tự các gói tin có thể bị mất hoặc đảo lộn, dẫn tới dữ liệu không liên tục tại phía nhận Vì vậy, hệ thống truyền tải sẽ áp dụng một cơ chế sắp xếp và ghép gói tin ở bên nhận để phục hồi đúng thứ tự ban đầu, đảm bảo dữ liệu được tái tạo đầy đủ và chính xác Việc duy trì thứ tự gói tin giúp nâng cao chất lượng dịch vụ, tối ưu khả năng phát hiện lỗi và giảm thiểu sai lệch dữ liệu trong quá trình truyền.
Trong hệ thống phát và thu dữ liệu, sự chênh lệch về tốc độ giữa bên phát và bên thu có thể khiến bộ đệm ở bên thu bị quá tải khi bên phát gửi với tốc độ cao Để tránh mất dữ liệu và tắc nghẽn, cần có cơ chế điều tiết luồng dữ liệu cho phép bên thu báo cáo trạng thái và mức độ quá tải cho bên phát Các cơ chế này có thể là kiểm soát luồng (flow control) hoặc backpressure, giúp điều chỉnh tốc độ phát hoặc tạm dừng phát khi cần, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo dữ liệu được truyền an toàn.
Giới thiệu mạng X.25 do CCITT công bố lần đầu vào thập niên 1970, khi lĩnh vực viễn thông lần đầu tiên tham gia vào thế giới truyền dữ liệu với các đặc tính nổi bật như chuyển mạch gói (packet switching) và kết nối theo đường ảo (virtual circuit), khả năng định tuyến dữ liệu qua nhiều mạng khác nhau, kiểm soát lỗi và lưu lượng, cùng sự tương thích giữa mạng công cộng và mạng riêng, mở ra một chuẩn mở cho mạng dữ liệu toàn cầu và đặt nền tảng cho sự phát triển của các hệ thống mạng sau này.
Lớp giao vận
- Hiểu được tầng giao vận của mô hình mạng OSI
2.6.1 Vai trò và chức năng của tầng giao vận
Tầng vận chuyển (Layer 4 trong mô hình OSI) nằm giữa tầng mạng và các tầng trên, cung cấp các chức năng thiết yếu để trao đổi dữ liệu giữa hai tiến trình ở hai đầu kết nối Nó phân chia dữ liệu thành các khối, điều khiển luồng và đảm bảo tính toàn vẹn thông qua kiểm tra lỗi và phục hồi, đồng thời quản lý phiên để các ứng dụng ở hai phía có thể giao tiếp tin cậy hoặc nhanh chóng tùy thuộc vào giao thức Các giao thức phổ biến của tầng vận chuyển như TCP và UDP điều phối cách dữ liệu được truyền: TCP đảm bảo truyền tin tin cậy theo kết nối và thứ tự nhận dữ liệu, trong khi UDP cho phép truyền tải nhanh, không đảm bảo tính tin cậy, phù hợp cho các ứng dụng thời gian thực Tầng này cũng thực hiện multiplexing và demultiplexing, ghép nhiều luồng dữ liệu từ các ứng dụng khác nhau vào một kênh mạng duy nhất và phân tách chúng tại đích, giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng cho các giao thức và dịch vụ mạng.
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 25 các hệ thống mở Nó cùng các tầng dưới cung cấp cho người sử dụng các phục vụ vận chuyển
Trong mạng máy tính, tầng vận chuyển (transport layer) là lớp chịu trách nhiệm cung cấp kết nối và truyền thông tin giữa các máy tính với nhau Tầng vận chuyển gán cho mỗi trạm một địa chỉ duy nhất, quản lý các kết nối và điều phối việc gửi nhận dữ liệu giữa các thiết bị Nó cũng phân mảnh các gói tin lớn thành các gói nhỏ hơn trước khi gửi đi và đánh số từng gói để đảm bảo chúng được nhận theo đúng thứ tự, tăng tính tin cậy và hiệu quả trong quá trình truyền dữ liệu giữa các máy chủ và người dùng.
Tầng giao vận nâng cấp các dịch vụ của tầng mạng bằng cách đảm bảo dữ liệu được gửi từ máy nguồn đến máy đích một cách tin cậy, đúng trình tự và không có lỗi; để làm được điều này, tầng giao vận dựa trên cơ chế kiểm soát lỗi do các tầng dưới cung cấp, và đây là cơ hội cuối cùng để sửa lỗi trước khi dữ liệu tới đích; dữ liệu cùng với thông tin điều khiển mà tầng giao vận quản lý được gọi là các phân đoạn (segment).
Ở tầng giao vận, việc kiểm soát luồng dữ liệu và tốc độ truyền phụ thuộc vào khả năng máy đích nhận các gói dữ liệu như thế nào Dữ liệu ở máy gửi được phân chia thành các gói có kích thước tối đa mà loại mạng đó có thể quản lý Chẳng hạn, một mạng Ethernet không thể điều khiển các gói có kích thước lớn hơn 1500 byte, vì vậy tầng giao vận nhận dữ liệu và chia nó thành các gói 1500 byte Mỗi gói con này được gắn một số trình tự, dùng để hợp nhất nó ở vị trí đúng bởi tầng giao vận của máy nhận Công việc này được gọi là sắp xếp theo trình tự.
Khi gói dữ liệu đến máy nhận, chúng được ghép nối và hợp nhất theo đúng trình tự như khi gửi để đảm bảo dữ liệu nguyên vẹn Máy nhận sau đó gửi lại cho máy gửi một ACK (thông báo nhận) để xác nhận rằng gói đã đến đúng thứ tự và đầy đủ Trong trường hợp phát sinh lỗi trên gói dữ liệu, hệ thống sẽ gửi một yêu cầu truyền lại gói đó thay cho ACK Nếu máy gửi ban đầu không nhận được ACK hoặc yêu cầu truyền lại trong một khoảng thời gian timeout định trước, gói dữ liệu được xem như bị thất lạc hoặc hư và sẽ được gửi lại để đảm bảo việc truyền tải thành công.
In TCP/IP networks, the Transmission Control Protocol (TCP) provides the transport-layer functionality In NetWare networks using IPX/SPX, the SPX (Sequence Packet Exchange) protocol performs the transport-layer role.
2.6.2 Giao thức chuẩn cho tầng giao vận
Chịu trách nhiệm điều phối luồng dữ liệu giữa hai trạm thực thi các ứng dụng ở tầng trên, tầng giao vận đảm bảo dữ liệu được truyền đi đúng đích, đúng thứ tự và có thể kiểm soát lỗi khi cần thiết Tầng này có hai giao thức chính: TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol), mỗi cái có ưu nhược điểm riêng: TCP cung cấp kết nối tin cậy, quản lý luồng và phục hồi gói tin mất, trong khi UDP nhanh hơn và ít xử lý hơn nên phù hợp với các ứng dụng thời gian thực hoặc khi cần tối ưu hóa băng thông mà không yêu cầu xác thực liên tục Việc lựa chọn giữa TCP và UDP phụ thuộc vào yêu cầu về độ tin cậy và hiệu suất của ứng dụng ở tầng trên, giúp tối ưu hóa lưu lượng và hiệu quả truyền tải dữ liệu.
TCP là giao thức cung cấp luồng dữ liệu tin cậy giữa hai máy trạm bằng cách áp dụng các cơ chế như chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thước phù hợp với khả năng truyền của tầng mạng dưới, gửi nhận diện và xác nhận sự nhận được của các gói tin, và đặt thời hạn timeout để người gửi nhận biết khi gói tin bị mất hoặc trễ Nhờ tính tin cậy của TCP, các tầng trên không cần quan tâm đến việc mất gói tin hay tái gửi nữa, giúp tối ưu hóa quá trình truyền dữ liệu và đơn giản hóa thiết kế hệ thống ở tầng trên.
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 26
UDP là một giao thức ở tầng vận chuyển cung cấp dịch vụ đơn giản cho tầng ứng dụng: nó chỉ gửi các gói dữ liệu giữa hai trạm mà không đảm bảo các gói tin sẽ tới đúng đích Vì thế, các cơ chế đảm bảo độ tin cậy phải được thực hiện ở tầng trên, cho phép ứng dụng xử lý mất gói, trùng lặp và tái truyền dữ liệu khi cần.
TCP và UDP là hai giao thức ở tầng vận chuyển và cùng sử dụng IP ở tầng mạng Không giống UDP, TCP cung cấp dịch vụ liên kết tin cậy và hướng kết nối, nghĩa là hai ứng dụng dùng TCP phải thiết lập liên kết trước khi trao đổi dữ liệu và quá trình này thường thực hiện qua bắt tay ba bước Sự tin cậy được TCP thể hiện qua các cơ chế như xác nhận (ACK), đánh số thứ tự dữ liệu (sequence numbers) và truyền lại dữ liệu mất, đồng thời có kiểm soát luồng và kiểm soát tắc nghẽn để tối ưu hiệu suất Trong khi đó UDP là giao thức không kết nối và không đảm bảo tin cậy, không có cơ chế xác nhận hay tái truyền, phù hợp với các ứng dụng cần tốc độ và độ trễ thấp nhưng có thể chấp nhận mất dữ liệu Do đó, TCP và UDP khác nhau về mức độ đảm bảo và cách trao đổi dữ liệu, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng.
- Dữ liệu từ tầng ứng dụng gửi đến được được TCP chia thành các segment có kích thước phù hợp nhất để truyền đi
Khi TCP gửi một segment, nó duy trì một khoảng thời gian chờ ACK từ trạm nhận Nếu trong khoảng thời gian này ACK không đến, segment đó được gửi lại bằng cơ chế timeout retransmission Quá trình này tăng độ tin cậy của truyền dữ liệu qua TCP, giúp giảm mất mát và đảm bảo dữ liệu được nhận đúng thứ tự, đồng thời có thể tối ưu hóa hiệu suất mạng bằng cách chỉnh sửa các tham số timeout.
- Khi TCP trên trạm nhận nhận dữ liệu từ trạm gửi nó sẽ gửi tới trạm gửi
1 phúc đáp tuy nhiên phúc đáp không được gửi lại ngay lập tức mà thường trễ một khoảng thời gian
TCP duy trì giá trị tổng kiểm tra (checksum) trong header của dữ liệu để nhận biết mọi sự thay đổi trong quá trình truyền Nếu một segment bị lỗi, TCP ở phía nhận sẽ loại bỏ và không phản hồi, buộc trạm gửi truyền lại segment bị lỗi đó Giống như IP datagram, các TCP segment có thể đến đích theo thứ tự không đúng, nên TCP ở trạm nhận sẽ sắp xếp lại dữ liệu và chuyển lên tầng ứng dụng, nhằm đảm bảo tính đúng đắn và toàn vẹn của dữ liệu được truyền đi.
Trong quá trình nhận, nếu IP datagram bị trùng lặp, TCP tại trạm nhận sẽ loại bỏ dữ liệu trùng lặp TCP cung cấp cơ chế điều khiển luồng để quản lý tốc độ truyền dữ liệu giữa hai đầu; mỗi đầu của liên kết TCP có vùng đệm giới hạn, nên trạm nhận chỉ cho phép trạm gửi một lượng dữ liệu nhất định, nhỏ hơn không gian đệm còn lại Nhờ cơ chế này, trạm có tốc độ cao không thể chiếm toàn bộ vùng đệm của trạm có tốc độ thấp.
Khuôn dạng của TCP segment được mô tả trong Các tham số trong khuôn dạng trên có ý nghĩa như sau:
− Source Port (16 bits ) là số hiệu cổng của trạm nguồn
− Destination Port (16 bits ) là số hiệu cổng trạm đích
Sequence Number (32-bit) là số hiệu byte đầu tiên của một segment, trừ khi bit SYN được thiết lập; nếu bit SYN được thiết lập thì sequence number là ISN (Initial Sequence Number) và byte dữ liệu đầu tiên là ISN + 1 Thông qua trường Sequence Number, TCP quản lý từng byte dữ liệu truyền đi trên một kết nối TCP, đảm bảo thứ tự và độ tin cậy của dữ liệu giữa các phía kết nối.
ACK số (Acknowledgment Number) 32 bit là số hiệu của segment tiếp theo mà trạm nguồn đang chờ nhận và đồng thời ngầm định báo nhận thành công các segment mà trạm đích đã gửi cho trạm nguồn Trong cơ chế truyền dữ liệu của TCP, khi trạm đích nhận dữ liệu sẽ gửi lại một gói xác nhận chứa giá trị ACK bằng đúng số thứ tự của đoạn dữ liệu tiếp theo mà nó mong đợi nhận, cho phép trạm nguồn biết rằng các segment đã đến đúng thứ tự và có thể tiếp tục gửi những segment tiếp theo Đây là cơ chế đảm bảo tính tin cậy và duy trì trình tự dữ liệu giữa hai đầu.
Khái niệm tầng phiên làm việc OSI
- Hiểu được tầng phiên làm việc của mô hình mạng OSI
2.7.1 Vai trò và chức năng của tầng phiên
Trong mô hình mạng máy tính, tầng phiên (Session Layer) quản lý các liên kết giữa người dùng và dịch vụ trên mạng để cung cấp các kết nối ổn định và có tổ chức Tầng này thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên giao tiếp giữa các ứng dụng, đảm bảo sự đồng bộ và an toàn cho quá trình truyền dữ liệu Ví dụ, khi một người dùng đăng nhập vào một máy tính mạng để lấy file, một phiên (hay một giao dịch/ một liên kết) được thiết lập nhằm mục đích truyền tải file, giúp quá trình trao đổi dữ liệu diễn ra một cách liền mạch và có kiểm soát.
Tầng phiên điều phối và tối ưu hóa giao tiếp giữa các hệ thống yêu cầu dịch vụ và hệ thống cung cấp dịch vụ bằng cách thiết lập, duy trì và đồng bộ hóa các phiên (cuộc hội thoại) giữa các thực thể truyền thông, đồng thời quản lý chúng Nó cũng hỗ trợ các tầng trên nhận diện và kết nối tới các dịch vụ có thể sử dụng trên mạng Khi một phiên giao tiếp bị ngắt, tầng phiên xác định vị trí và khởi tạo lại việc truyền phát khi phiên được tái kết nối Tầng phiên chịu trách nhiệm xác định thời hạn của phiên giao tiếp, cũng như quyết định máy tính hoặc nút nào có thể truyền dữ liệu đầu tiên và trong thời gian bao lâu.
Trong mô hình mạng, tầng phiên sử dụng thông tin địa chỉ lôgíc được cung cấp bởi các tầng dưới để nhận diện tên và địa chỉ của các máy chủ mà tầng trên yêu cầu truy cập Nhờ dữ liệu này từ các tầng dưới, tầng phiên có thể ghép nối đúng tên máy chủ với địa chỉ tương ứng, đảm bảo các tầng phía trên nhận đúng đích đến khi xử lý các yêu cầu.
2.7.2 Giao thức chuẩn cho tầng phiên
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 29
Cung cấp phương tiện truyền thông giữa các ứng dụng cho phép người dùng trên các thiết bị khác nhau có thể thiết lập, duy trì, huỷ bỏ và đồng bộ hoá các phiên truyền thông với nhau Giải pháp này cho phép các ứng dụng kết nối và quản lý các phiên trò chuyện, cuộc gọi hoặc trao đổi dữ liệu media một cách liên tục, an toàn và thống nhất, bất kể nền tảng hay hệ điều hành Việc đồng bộ hoá trạng thái phiên giúp người dùng dễ dàng chuyển đổi thiết bị mà không gián đoạn trải nghiệm, đồng thời tối ưu hiệu suất và giảm thiểu mất mạch liên kết Các phiên được khởi tạo, theo dõi và kết thúc một cách nhất quán, đảm bảo tính liên tục và kiểm soát tốt quá trình truyền thông giữa các ứng dụng.
Quản lý thẻ bài trong các nghi thức đóng vai trò cốt lõi để đảm bảo giao tiếp giữa hai bên diễn ra an toàn và có trật tự Hai bên kết nối để truyền thông tin nhưng không thực hiện đồng thời các thao tác nhạy cảm, nhằm duy trì tiến trình ổn định Để giải quyết tình huống này, một phiên làm việc sẽ cấp phát một thẻ bài duy nhất; thẻ bài có thể được trao đổi giữa hai bên và chỉ bên nắm thẻ mới có quyền thực hiện các thao tác quan trọng liên quan đến nghi thức Việc quản lý thẻ bài theo cách này giúp đảm bảo tính liên tục của thông tin, giảm thiểu rủi ro và tăng cường an toàn cho toàn bộ nghi lễ.
Vấn đề đồng bộ khi truyền các tập tin dài nhiều tầng yêu cầu chèn các điểm kiểm tra (checkpoint) vào luồng dữ liệu để theo dõi tiến độ và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu Nếu phát hiện lỗi, chỉ dữ liệu sau điểm kiểm tra cuối cùng mới phải được truyền lại, giảm thiểu việc retransmission toàn bộ tập tin và giúp quá trình khôi phục nhanh chóng và tiết kiệm băng thông Đây là một phương pháp tối ưu cho truyền dữ liệu tin cậy trong hệ thống phân tán và mạng có độ trễ cao.
2.7.3 Dịch vụ OSI cho tầng phiên
Mô hình OSI phân chia hệ thống mở thành 7 tầng, gồm tầng vật lý, tầng liên kết dữ liệu, tầng mạng và tầng vận chuyển ở nhóm thấp liên quan trực tiếp đến quá trình truyền dữ liệu qua mạng Ba tầng còn lại thuộc nhóm các tầng cao, tập trung đáp ứng yêu cầu của người dùng để triển khai các ứng dụng qua mạng.
Tầng phiên là tầng thấp nhất trong nhóm tầng cao của mô hình mạng OSI, đảm nhiệm việc thiết lập các giao dịch giữa các trạm và cung cấp một tên gọi nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại với nhau đồng thời lập ánh xạ giữa tên và địa chỉ của chúng Một giao dịch phải được thiết lập trước khi dữ liệu được truyền trên mạng, và tầng phiên đảm bảo các giao dịch được thiết lập và duy trì đúng quy định trong suốt quá trình giao tiếp Tầng này cung cấp cho người dùng các công cụ và thiết bị cần thiết để quản trị các phiên ứng dụng của họ.
- Điều phối việc trao đổi thông tin giữa các ứng dụng bằng cách thiết lập và giải phóng các phiên
- Cung cấp các điểm đồng bộ hoá để kiểm soát việc trao đổi thông tin
- Cung cấp cơ chế nắm quyền trong quá trình trao đổi dữ liệu
- Hoạch định qui tắc cho các tương tác giữa các ứng dụng của người sử dụng
Trong trường hợp mạng là hai chiều luân phiên thì nảy sinh vấn đề: Hai người sử dụng luân phiên phải lần lượt để truyền dữ liệu Tầng giao dịch duy trì tương tác luân phiên bằng cách báo cho mỗi người sử dụng khi đến lượt họ được truyền dữ liệu Vấn đề đồng bộ hoá 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 hoá trong dòng dữ liệu đang chuyển vận và khi cần thiết có thể khôi phục bắt đầu từ một trong các điểm đó Ở một thời điểm chỉ có một người sử dụng có quyền đặc biệt được gọi các dịch vụ nhất định của tầng giao dịch, việc phân bố các quyền này thông qua trao đổi thẻ bài (token)
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 30
VD: Ai có được token sẽ có quyền truyền dữ liệu và khi người giữ token trao token cho người khác thì cũng có nghĩa trao quyền truyền dữ liệu cho người đó.
Khái niệm tầng trình bày OSI
- Hiểu được tầng trình bày của mô hình mạng OSI
2.8.1 Vai trò và chức năng của tầng trình diễn
Trong mô hình mạng, tầng trình diễn (presentation layer) quản lý cách dữ liệu được biểu diễn và đóng vai trò như trình dịch giữa ứng dụng và mạng Có nhiều cách biểu diễn dữ liệu, ví dụ như bảng mã ASCII và EBCDIC cho các tập tin văn bản Tầng trình diễn chuyển đổi dữ liệu sang định dạng mà mạng có thể hiểu và xử lý, đồng thời chịu trách nhiệm mã hóa và giải mã dữ liệu, chẳng hạn như dữ liệu được mã hóa khi gửi tới ngân hàng qua giao dịch trực tuyến trên Internet.
2.8.2 Giao thức chuẩn cho tầng trình diễn
Lớp trình diễn (Presentation Layer) giải quyết cách trình diễn dữ liệu ứng dụng, ví dụ dưới dạng chuỗi bit, để phục vụ mục đích truyền tải một cách chuẩn xác và tương thích giữa các nền tảng Lớp này chuẩn hóa, mã hóa và giải mã dữ liệu nhằm đảm bảo người nhận hiểu đúng thông tin bất kể sự khác biệt về hệ thống hay giao thức mạng, đồng thời tăng cường bảo mật và hiệu suất truyền tải Với vai trò như cầu nối giữa lớp ứng dụng và các lớp truyền tải trong mô hình OSI, lớp trình diễn quản lý cách trình bày dữ liệu để tối ưu hóa khả năng tương thích và sự tin cậy của quá trình trao đổi thông tin Tổng quan về hoạt động của lớp này sẽ được trình bày trong bài viết sau.
Các tiêu chuẩn về dịch vụ và giao thức trình diễn được quy định trong tiêu chuẩn ISO/IEC 8822 và 8823
Một cặp tiêu chuẩn của Lớp trình diễn đặc biệt quan trọng là tiêu chuẩn
ISO/IEC 8824 và ISO/IEC 8825 là hai tiêu chuẩn liên quan đến Ghi chú cú pháp trừu tượng (ASN.1) ASN.1 được các ứng dụng OSI và cả các ứng dụng phi OSI dùng để định nghĩa các hạng mục thông tin của Lớp ứng dụng và để mã hoá các chuỗi bit tương ứng cho chúng Phụ lục B cung cấp một giới thiệu ngắn gọn về ASN.1; những người đọc chưa quen có thể bắt đầu bằng phụ lục trước khi vào phần II của cuốn sách này Các thông tin chi tiết về ASN.1 có thể tìm đọc trong tài liệu [STE1].
2.8.3 Dịch vụ OSI cho tầng trình diễn
Quyết định định dạng dữ liệu để trao đổi giữa các máy tính trong mạng được gọi là bộ dịch mạng Ở phía gửi, bộ này chuyển đổi cú pháp dữ liệu từ dạng do tầng ứng dụng gửi xuống sang một dạng trung gian mà các ứng dụng có thể nhận biết Ở phía nhận, bộ dịch mạng chuyển các dạng trung gian thành dạng phù hợp với tầng ứng dụng của máy nhận, đảm bảo dữ liệu được xử lý đúng mục đích.
Tầng trình diễn đảm nhiệm chuyển đổi giao thức, biên dịch và mã hoá dữ liệu, đồng thời thực hiện thay đổi hoặc chuyển đổi ký tự và mở rộng lệnh đồ họa để tối ưu hoá hiển thị và tính tương thích giữa các hệ thống Quá trình này giúp dữ liệu được xử lý chính xác, hỗ trợ đồ họa linh hoạt và đáp ứng các yêu cầu mở rộng lệnh đồ họa khi cần thiết.
- Nén dữ liệu nhằm làm giảm bớt số bít cần truyền
- Ở tầng này có bộ đổi hướng hoạt đông để đổi hướng các hoạt động nhập/xuất để gửi đến các tài nguyên trên mấy phục vụ
Khái niệm tầng ứng dụng OSI
- Hiểu rõ tầng ứng dụng trong mô hình mạng OSI
2.9.1 Vai trò và chức năng của tầng ứng dụng
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 31
Tầng ứng dụng chứa các giao thức và chức năng mà ứng dụng của người dùng yêu cầu để thực hiện các tác vụ truyền thông Tầng này mô tả cách các ứng dụng khách hàng giao tiếp và tương tác với hệ thống mạng, nhưng không liên quan đến các ứng dụng thực sự đang hoạt động như Microsoft Word hoặc Adobe Photoshop.
Các chức năng chung bao gồm:
Các giao thức cung cấp các dịch vụ file từ xa cho phép mở và đóng file từ xa, đọc và ghi dữ liệu vào các tập tin, đồng thời chia sẻ truy cập tới file giữa các người dùng và thiết bị khác nhau Những giao thức này tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu, kiểm soát quyền truy cập và hỗ trợ đồng bộ hóa để làm việc trên cùng một tài liệu từ xa một cách an toàn và hiệu quả.
Các dịch vụ truyền file và truy xuất cơ sở dữ liệu từ xa
Các dịch vụ quản lý thông báo cho các ứng dụng thư điện tử
Các dịch vụ thư mục toàn cục để định vị tài nguyên trên mạng
Một cách quản lý đồng nhất các chương trình giám sát hệ thống và các thiết bị
Nhiều dịch vụ này được gọi là các giao tiếp lập trình ứng dụng
(Application Programming Interface – API) Các API là những thư viện lập trình mà người phát triển ứng dụng có thể sử dụng để viết các ứng dụng mạng
2.9.2 Chuẩn hóa tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng của mô hình OSI là tầng cao nhất, xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI và xử lý các kỹ thuật mà các chương trình ứng dụng dùng để giao tiếp với mạng Để cung cấp phương tiện truy cập môi trường OSI cho các tiến trình ứng dụng, người ta thiết lập các thực thể ứng dụng (AE), các AE sẽ gọi đến các phần tử dịch vụ ứng dụng (ASE – Application Service Element) Mỗi AE có thể gồm một hoặc nhiều ASE; các ASE này được phối hợp trong môi trường của AE thông qua các liên kết gọi là đối tượng liên kết đơn (SAO) SAO điều khiển việc truyền thông trong suốt vòng đời của liên kết, cho phép tuần tự hoá các sự kiện đến từ các ASE thành tố của nó.
Câu hỏi ôn tập chương
1 Mục tiêu của việc phân tích thiết kế các mạng máy tính theo quan điểm phân tầng là: (chọn 1) a Để dễ dàng cho việc quản trị mạng b Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng c Đề nâng cấp hệ thống mạng dễ dàng hơn d Không phải các lý do trên
2 Nếu một hệ thống mạng có 8 tầng thì tổng số các quan hệ (giao diện) cần phải xây dựng là …… a 16 b 24 c 15 d 22
3 Tầng ……… của mô hình OSI có thể giao tiếp trực tiếp với tầng đối diện của hệ thống máy tính khác a Application b Data link c Network d Physical e Transport
Giáo trình : Mạng Máy Tính Trang 32
4 Những tầng nào của mô hình OSI cung cấp việc kiểm soát luồng dữ liệu?(chọn 3) a Data-Link b Transport c Application d Presentation e Network
5 Một gói (packet) mạng bao gồm: (chọn 1) a Một header, một body và một trailer b Một địa chỉ của máy gửi và một thông báo c Một chuỗi văn bản với thông tin định dạng d Một URL tương ứng với một địa chỉ www
6 Đơn vị dữ liệu do tầng Liên kết Dữ liệu quản lý là ……… a Bit b Packet c Frame d Segment
7 Một Router làm việc ở tầng nào trong mô hình OSI? a Data-Link b Transport c Application d Presentation e Network
8 Những vấn đề liên quan đến kiểm soát truy xuất mạng, mã hoá, xác nhận và bảo mật mạng thuộc chuẩn nào trong các chuẩn do IEEE 802.X xây dựng? a 802.2 b 802.3 c 802.4 d 802.5 e 802.10 f 802.11
9 Tầng nào của mô hình OSI liên quan đến các dịch vụ hỗ trợ trực tiếp phần mềm truyền file, truy xuất cơ sở dữ liệu và e-mail a Application b Data link c Network d Physical e Transport