Đến giữa những năm 60, cùng với sự phát triển của các ứng dụng trên máy tính và nhu cầu trao đổi thông tin với nhau, một số nhà sản xuất máy tính đã nghiên cứa chế tạo thành công các thi
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG
M ạ ng thông tin và ứ ng d ụ ng
- Trình bày được sự hình thành và phát triển của mạng máy tính
1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển:
Vào giữa những năm 50, các hệ thống máy tính đầu tiên dùng bóng đèn điện tử nên rất cồng kềnh và tiêu tốn năng lượng Việc nhập dữ liệu qua bìa đục lỗ và kết quả in ra làm mất nhiều thời gian và gây bất tiện cho người dùng Đến giữa những năm 60, nhờ sự phát triển của các ứng dụng trên máy tính và nhu cầu trao đổi thông tin, một số nhà sản xuất đã nghiên cứu và chế tạo thành công các thiết bị truy cập từ xa tới máy tính, mở đầu cho các dạng sơ khai của mạng máy tính Đầu những năm 70, hệ thống đầu cuối 3270 của IBM ra đời cho phép mở rộng khả năng tính toán của các trung tâm máy tính đến các vùng xa Đến giữa thập niên 70, IBM giới thiệu một loạt 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 máy tính dùng chung thông qua dây cáp mạng Đến năm 1977, Datapoint Corporation tung ra hệ điều hành mạng Arcnet (Attache Resource Computer Network), cho phép liên kết các máy tính và các thiết bị đầu cuối lại bằng dây cáp mạng, và đó chính là hệ điều hành mạng đầu tiên.
Mạng máy tính là tập hợp hai hoặc nhiều máy tính được kết nối với nhau bằng các kênh truyền dẫn nhằm cho phép các thiết bị trao đổi dữ liệu và chia sẻ tài nguyên với nhau Các máy tính trong mạng có thể giao tiếp qua lại, truyền thông tin và sử dụng các dịch vụ mạng như gửi email, chia sẻ tập tin và truy cập Internet.
Hình 1-1: Mô hình mạng cơ bản
Mạng máy tính ra đời từ nhu cầu chia sẻ và dùng chung dữ liệu Không có hệ thống mạng, dữ liệu trên các máy tính độc lập muốn chia sẻ với nhau phải in ấn hoặc sao chép qua đĩa mềm, CD-ROM, điều này gây nhiều bất tiện cho người dùng Các máy tính được kết nối thành mạng cho phép chia sẻ dữ liệu và tài nguyên, trao đổi thông tin và làm việc hợp tác trên mạng máy tính một cách nhanh chóng và hiệu quả.
• 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
Trong thời đại ngày nay, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng tăng đã đẩy mạng máy tính trở thành công cụ thiết yếu và quen thuộc với mọi tầng lớp xã hội Mạng máy tính không chỉ phục vụ các lĩnh vực khoa học và nghiên cứu mà còn đóng vai trò quan trọng trong quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ và giáo dục, giúp kết nối nguồn dữ liệu, tối ưu hóa quy trình và tăng cường hiệu quả hoạt động ở nhiều ngành nghề khác nhau.
Hiện nay, mạng máy tính đã trở thành nhu cầu thiết yếu ở nhiều nơi, giúp kết nối các máy tính thành một hệ thống mạng chung Việc thiết lập và vận hành mạng mang lại nhiều khả năng mới to lớn như chia sẻ dữ liệu dễ dàng, in ấn từ xa, làm việc nhóm hiệu quả và trao đổi thông tin nhanh chóng giữa các thiết bị ở cùng văn phòng hoặc ở nhiều địa điểm khác nhau Nhờ mạng máy tính, các máy tính có thể phối hợp và tận dụng tài nguyên một cách tiết kiệm, nâng cao hiệu suất làm việc và hỗ trợ các dịch vụ như email, lưu trữ đám mây và ứng dụng trực tuyến.
Mạng cục bộ (LAN) là hệ thống kết nối các máy tính và thiết bị mạng được lắp đặt trong phạm vi địa lý giới hạn, thường ở một tòa nhà hoặc khu công sở, nhằm chia sẻ tài nguyên và dữ liệu với tốc độ cao LAN cho phép truyền thông nhanh giữa các thiết bị, quản lý dễ dàng và tối ưu chi phí cho mạng nội bộ Mạng diện rộng (WAN) kết nối các LAN ở các địa điểm khác nhau, và có thể sử dụng liên kết LAN-to-LAN để mở rộng phạm vi mạng và tăng khả năng giao tiếp giữa các văn phòng hoặc chi nhánh ở nhiều khu vực.
Mạng diện rộng (WAN) là sự kết nối giữa các mạng LAN, cho phép mở rộng phạm vi từ khu vực nhỏ tới quốc gia, lục địa và thậm chí toàn cầu WAN có thể bao quát nhiều văn phòng, chi nhánh và hệ thống dữ liệu ở nhiều địa điểm khác nhau, với tốc độ truyền dữ liệu thường không cao bằng LAN do khoảng cách và hạ tầng mạng khác biệt Dù vậy, ưu điểm của WAN là khả năng liên kết mạng ở quy mô địa lý rộng và tối ưu về chi phí khi trao đổi thông tin giữa các địa điểm Trong mạng liên mạng, Internet đóng vai trò nền tảng, kết nối các mạng và hệ thống trên phạm vi toàn cầu và hỗ trợ trao đổi dữ liệu giữa các mạng WAN và LAN trên khắp thế giới.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, sự ra đời của Internet đã mở ra kỷ nguyên kết nối toàn cầu và trao đổi thông tin ở mọi lĩnh vực Internet là tài sản chung của nhân loại, là sự tập hợp của nhiều mạng dữ liệu khác nhau vận hành trên nền tảng giao thức TCP/IP, cho phép chúng ta duy trì liên lạc, chia sẻ dữ liệu và ứng dụng ở tốc độ ngày càng cao Song song với Internet công cộng, mạng nội bộ (intranet) trong doanh nghiệp và tổ chức đóng vai trò quan trọng, cung cấp môi trường an toàn để chia sẻ tài nguyên, quản lý dữ liệu và triển khai các dịch vụ CNTT một cách hiệu quả.
Trong một cơ quan/công ty/tổ chức hay một bộ/ngành, mạng nội bộ (intranet) là một phiên bản Internet thu nhỏ được giới hạn cho phạm vi người dùng nội bộ và áp dụng các công nghệ kiểm soát truy cập cùng bảo mật thông tin để bảo vệ dữ liệu Mạng này được phát triển từ các mạng LAN và WAN, dùng công nghệ Internet để kết nối các phòng ban, hệ thống và dịch vụ nội bộ một cách an toàn và hiệu quả.
2 Mô hình điện toán mạng
- Trình bày được một số các dịch vụcơ bản trên mạng
Một kiến trúc điện toán mới, kết hợp hiệu quả một lượng lớn các hệ thống máy chủ và hệ thống lưu trữ thành một tài nguyên điện toán linh hoạt, đáp ứng theo nhu cầu của người dùng và được triển khai cho mọi 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
Mạng cục bộ (LAN) là hệ thống kết nối tập hợp các máy tính và thiết bị mạng được triển khai trên phạm vi địa lý giới hạn, thường nằm trong một tòa nhà hoặc khu văn phòng Mạng LAN cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và khả năng chia sẻ tài nguyên như máy in, máy chủ và kết nối Internet giữa các thiết bị trong cùng mạng Nhờ tính chất cục bộ, LAN mang lại độ tin cậy và bảo mật cho công việc nội bộ, đồng thời tối ưu hóa chi phí và hiệu suất hoạt động của tổ chức.
Tên gọi “mạng cục bộ” được xem xét từ quy mô của mạng; tuy nhiên, quy mô không phải là đặc tính duy nhất của mạng cục bộ, mà trên thực tế quy mô mạng quyết định nhiều đặc tính và công nghệ của mạng Do đó, mạng cục bộ được hiểu như một hệ thống có phạm vi giới hạn nhưng ảnh hưởng của quy mô đến hiệu suất, quản trị và khả năng triển khai công nghệ là rất quan trọng Dưới đây là một số đặc điểm 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 bộthường 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 (LAN) có tốc độ cao và ít lỗi, cho phép truyền dữ liệu nhanh và ổn định trong phạm vi nhỏ như văn phòng hoặc gia đình Trong khi đó, mạng rộng (WAN) thường có tốc độ thấp hơn, phổ biến chỉ đạt vài trăm Kbit/s đến Mb/s tùy khu vực và công nghệ liên kết Tốc độ thông thường trên mạng cục bộ thường từ 100 Mbps đến 1 Gbps hoặc cao hơn khi sử dụng các chuẩn Ethernet mới hoặc Wi‑Fi hiện đại, đáp ứng tốt cho chia sẻ tài nguyên và các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn Để tối ưu hiệu suất mạng nội bộ, cần lựa chọn thiết bị phù hợp, cấu hình đúng và quản lý chất lượng dịch vụ (QoS).
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 mô hình quảng bá, kết nối LAN với LAN và cung cấp các dịch vụ thoại, dịch vụ phi thoại và truyền hình cáp Trong một mạng MAN, có thể dùng một hoặc hai đường truyền vật lý và không bắt buộc có thiết bị chuyển mạch Dựa trên chuẩn DQDB (Distributed Queue Dual Bus – IEEE 802.6), hai cáp đơn kết nối tất cả các máy tính với nhau, các máy ở phía bên trái liên lạc với các máy ở phía bên phải và thông tin được vận chuyển trên đường bus Dữ liệu di chuyển theo hai hướng trên hai bus: Bus A và Bus B, với dữ liệu từ Head-End Bus (Bus A) sang Bus B.
Mạng diện rộng (WAN) là sự kết nối giữa các mạng LAN, cho phép mở rộng quy mô từ phạm vi một vùng đến quốc gia, lục địa và thậm chí toàn cầu Phạm vi địa lý của WAN rất rộng, nhưng tốc độ truyền dữ liệu thường không cao bằng mạng LAN do đặc thù kết nối giữa nhiều địa điểm và công nghệ mạng khác nhau.
- Biết được các dịch vụ mạng
1.4.1 Dịch vụ truy nhập từ xa Telnet
Các quy t ắ c và ti ế n trình truy ề n 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 cần phải có một địa chỉ phân biệt trên mạng
Việc chuyển dữ liệu từ máy tính này đến máy tính khác do mạng thực hiện thông qua những quy định thống nhất gọi là giao thức của mạng
Khi các máy tính trao đổi dữ liệu với nhau, quá trình truyền dữ liệu được thực hiện hoàn chỉnh và đảm bảo sự kết nối giữa các thiết bị trên mạng Ví dụ, để truyền một file giữa hai máy tính được gắn trên cùng một mạng, các hoạt động liên quan phải được thực hiện nhằm đảm bảo việc truyền diễn ra thành công và hiệu quả trên hệ thống mạng máy tính.
+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
Khi truyền file máy tính truyền cần thông báo cho mạng biết địa chỉ của máy nhận đểcác thông tin được mạng đưa tới đích Điều trên đó cho thấy giữa hai máy tính đã có một sự phối hợp hoạt động ở mức độ cao
Để tối ưu hóa và dễ quản lý, ta chia quá trình truyền nhận file thành nhiều công đoạn độc lập thay vì xem như một chuỗi liên tục Mỗi công đoạn thực thi độc lập với nhau, giúp tăng tính đồng bộ và dễ mở rộng hệ thống Ở hệ thống của mỗi máy tính, chương trình truyền nhận file được cấu thành bởi ba module: Module truyền và nhận File, Module quản lý kết nối và đồng bộ dữ liệu, và Module xử lý lỗi và theo dõi tiến độ truyền.
Module truyền thông và Module tiếp cận mạng Hai module tương ứng sẽ thực hiện việc trao đổi với nhau trong đó:
Module truyền và nhận file đảm nhận toàn bộ các nhiệm vụ trong các ứng dụng truyền nhận file, bao gồm truyền nhận thông số liên quan đến file, nhận các mẫu tin của file và thực hiện chuyển đổi file sang các định dạng khác khi cần thiết Module này tập trung vào xử lý dữ liệu nội dung file, trong khi việc truyền dữ liệu trên mạng được giao cho Module truyền thông đảm nhiệm.
Module truyền thông tập trung vào việc các máy tính đang hoạt động sẵn sàng trao đổi thông tin với nhau và kiểm soát dữ liệu để đảm bảo trao đổi giữa hai máy tính diễn ra một cách chính xác và an toàn Điều này có nghĩa là phải truyền file trên nguyên tắc an toàn cho dữ liệu, dù ở đây có thể có nhiều mức độ an toàn khác nhau dành cho từng ứng dụng Việc trao đổi dữ liệu giữa hai máy tính không phụ thuộc vào bản chất của mạng liên kết; các yêu cầu liên quan đến mạng đã được thực hiện ở module thứ ba là module tiếp cận mạng, và nếu mạng thay đổi thì chỉ có module tiếp cận mạng bị ảnh hưởng.
Module tiếp cận mạng được thiết kế dựa trên các chuẩn giao tiếp mạng và điều chỉnh theo bản chất của từng loại mạng Nó đảm bảo việc truyền dữ liệu giữa các máy tính trong mạng một cách an toàn và hiệu quả, đồng thời thích ứng với các tình huống mạng khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của quá trình truyền thông.
Thay vì xem xét toàn bộ quá trình truyền file với nhiều yêu cầu phức tạp như một tiến trình duy nhất, chúng ta có thể xem đây là tập hợp các tiến trình con riêng biệt dựa trên sự trao đổi giữa các module trong chương trình truyền file Cách tiếp cận này cho phép phân tích chi tiết từng bước của quá trình truyền dữ liệu và làm rõ giao tiếp giữa các module, từ đó giúp tối ưu hóa hiệu suất và dễ dàng trong việc viết và bảo trì mã nguồn Việc phân tách theo module cũng tạo điều kiện cho mở rộng quy mô và cải thiện tính bảo trì của hệ thống truyền file.
Xem xét các module một cách độc lập giúp giảm đáng kể độ phức tạp trong thiết kế và triển khai hệ thống Phương pháp phân tầng, hay còn gọi là layered architecture, được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng mạng và các chương trình truyền thông, nhằm phân chia chức năng thành các tầng riêng biệt và tối ưu hóa quá trình tương tác giữa chúng.
Nguyên tắc của phương pháp phân tầng là:
Trong một mạng máy tính, mỗi hệ thống thành phần được thiết kế theo cấu trúc nhiều tầng và tất cả các thành phần đều tuân theo cùng khuôn mẫu: số lượng tầng và chức năng của từng tầng được chuẩn hóa Sự đồng nhất này cho phép các lớp mạng giao tiếp hiệu quả, dễ bảo trì và mở rộng, bởi mỗi tầng đảm nhận một nhiệm vụ riêng biệt và các tầng tương tác theo một chu trình 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
Khi xác định chức năng của mỗi tầng, cần làm rõ mối quan hệ giữa các tầng kề nhau Dữ liệu được truyền từ tầng cao nhất của hệ thống truyền đến tầng thấp nhất và sau đó đi qua đường liên kết vật lý dưới dạng các bit tới tầng thấp nhất của hệ thống nhận Từ đó, dữ liệu được truyền ngược lên lần lượt qua các tầng cho đến tầng cao nhất của hệ thống nhận.
Trong mô hình này, hai tầng thấp nhất có liên kết vật lý với nhau, còn các tầng phía trên và tầng thứ tư chỉ có liên kết logic với nhau Liên kết logic của mỗi tầng được thực hiện qua các tầng dưới và tuân thủ các quy định nghiêm ngặt được gọi là giao thức của tầng.
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO quy định các quy tắc phân tầng như sau:
Trong thiết kế mạng, không định nghĩa quá nhiều tầng và không cố định sự khác biệt về số lượng, vai trò và chức năng của các tầng giữa các hệ thống; điều này giúp xác định và ghép nối các tầng một cách không quá phức tạp Chức năng của từng tầng được thiết kế độc lập với nhau và có tính mở, cho phép modular hóa, mở rộng và bảo trì dễ dàng trong mạng.
Trong mỗi hệ thống, mối quan hệ giữa các tầng kề nhau được gọi là giao diện tầng (Interface) Giao diện này xác định đầy đủ các thao tác và dịch vụ cơ bản mà tầng dưới cung cấp cho tầng trên, đồng thời giảm thiểu tối đa các tương tác giữa hai tầng kề nhau để đảm bảo sự liên kết và vận hành hiệu quả của toàn bộ hệ thống.
Xác định mối quan hệ giữa các tầng nhằm thống nhất các phương thức hoạt động trong quá trình truyền thông, bảo đảm tính tương thích và hiệu quả của hệ thống Mối quan hệ này là tập hợp các quy tắc và thỏa thuận trong hội thoại giữa các hệ thống, được gọi là giao thức tầng.
Mô hình tham kh ả o OSI (Open Systems Interconnect)
- 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 the network architecture used to connect devices of different types The OSI model provides a structured approach to network interoperability by standardizing how various components communicate and how data moves across diverse systems.
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 gồm 7 lớp: Ứng dụng, Trình diễn, Phiên, Vận chuyển, Mạng, Liên kết dữ liệu và Vật lý Nó định nghĩa phần tiêu đề (header) của đơn vị dữ liệu và cách các lớp liên kết với nhau, trong đó quá trình gắn header cho dữ liệu cho phép các lớp ở trên đóng gói và chuyển xuống lớp dưới, còn quá trình gỡ bỏ header (mở gói) giúp dữ liệu được đưa lên các lớp trên.
2.2.3 Phương thức hoạt động của các tầng trong mô hình OSI a T ầ ng V ậ t 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 chịu trách nhiệm truyền tải các khung dữ liệu (Frame) giữa hai máy tính được nối trực tiếp bằng đường truyền vật lý, đảm bảo sự liên tục và ổn định của liên kết Nó cài đặt và thực thi các cơ chế phát hiện, xử lý lỗi dữ liệu nhận được để bảo đảm tính toàn vẹn của thông tin ở mỗi khung dữ liệu Bên cạnh đó, Tầng mạng (Network Layer) đảm nhận định tuyến và chuyển tiếp gói tin qua mạng phức tạp, tối ưu hóa đường đi và quản lý địa chỉ để giao tiếp hiệu quả giữa các thiết bị trong hệ thống mạng.
Trong hệ thống các tầng mạng, tầng mạng đảm bảo các gói tin dữ liệu có thể truyền từ máy tính này sang máy tính kia ngay cả khi không có đường truyền vật lý trực tiếp giữa chúng, đồng thời nó nhận nhiệm vụ tìm đường đi tối ưu cho dữ liệu đến các đích khác nhau trong mạng Dưới đây là Tầng vận chuyển (Transport Layer), chịu trách nhiệm quản lý việc truyền dữ liệu giữa các ứng dụng trên các máy tính khác nhau và đảm bảo tính tin cậy, hiệu quả của quá trình truyền tải.
Tầng này đảm bảo truyền tải dữ liệu giữa các quá trình một cách an toàn và tin cậy Dữ liệu gửi đi được đảm bảo không có lỗi, được chuyển theo đúng trình tự và không bị mất mát hay trùng lặp, kể cả với các gói tin.
Khái ni ệ m t ầ ng v ậ t lý OSI
- Hiểu được tầng vật lý của mô hình mạng OSI
Tầng vật lý là tầng dưới cùng của mô hình OSI và chịu trách nhiệm mô tả các đặc tính vật lý của mạng: các loại cáp và đầu nối được sử dụng để kết nối thiết bị, chiều dài tối đa của cáp, cùng với các đặc tính điện của tín hiệu khi chuyển dữ liệu trên cáp từ máy này sang máy khác Nó cũng quy định kỹ thuật nối mạch điện và tốc độ truyền dẫn của cáp, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống mạng.
Trong mô hình OSI, tầng vật lý chỉ quy định các tín hiệu ở dạng các giá trị nhị phân 0 và 1 mà nó truyền đi, không gắn với chúng một ý nghĩa nội tại Ý nghĩa thực sự của các bit được truyền ở tầng vật lý được xác định ở các tầng cao hơn của mô hình OSI, nơi các chuỗi nhị phân này được diễn giải thành dữ liệu và cấu trúc thông điệp Do đó, tầng vật lý chỉ đảm nhận chức năng truyền tải bit, trong khi các tầng trên quyết định cách hiểu và xử lý thông tin dựa trên các giao thức và ngữ cảnh của từng tầng.
Tiêu chuẩn Ethernet dành cho cáp xoắn đôi 10BASE-T xác định rõ các đặc tính điện của cáp nhằm bảo đảm tín hiệu truyền và sự tương thích giữa các thiết bị mạng Đồng thời, tiêu chuẩn quy định kích thước và hình dạng của các đầu nối để dễ lắp đặt và kết nối chắc chắn Nó cũng đặt giới hạn về độ dài tối đa của đoạn cáp để duy trì hiệu suất truyền dữ liệu và độ tin cậy của hệ thống mạng.
2.3.1 Vai trò và chức năng của tầng vật lý
Khác với các tầng khác trong mô hình mạng, tầng vật lý không chứa gói tin và không có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển; dữ liệu được truyền đi dưới dạng dòng bit Một giao thức tầng vật lý tồn tại để quy định cách thức truyền giữa các thiết bị, bao gồm phương thức truyền (đồng bộ hoặc phi đồng bộ) và tốc độ truyền dữ liệu.
2.3.2 Các chuẩn cho giao diện tầng vật lý
Tầng vật lý đảm nhiệm việc truyền các bit giữa các máy thông qua đường truyền vật lý, liên kết các giao diện cơ, quang và điện với cáp Nó đồng thời chuyển tải các tín hiệu dữ liệu do các tầng trên sinh ra sang dạng tín hiệu phù hợp với phương tiện truyền thông.
-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
Thiết kế tầng vật lý phải giải quyết các vấn đề ghép nối cơ–điện và đảm bảo tín hiệu được truyền tải một cách ổn định giữa các thành phần Nó còn xác định và triển khai các hàm, thủ tục truy cập đường truyền để kiểm soát việc truy nhập và truyền các bit trên media mạng Nhờ vậy, mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của luồng dữ liệu ở tầng vật lý, đồng thời bảo đảm tính tương thích giữa phần cứng và đường truyền.
Các khái ni ệ m t ầ ng k ế t n ố i d ữ li ệ u OSI
- Hiểu được tầng kết nói dữ liệu của mô hình mạng OSI
Là tầng mà ở đó ý nghĩa được gán cho các bit được truyền trên mạng
Tầng liên kết dữ liệu quy định dạng thức, kích thước và địa chỉ nguồn và đích của mỗi gói tin được gửi đi, nhằm đảm bảo sự nhận diện và truyền tải dữ liệu chính xác Nó xác định cơ chế truy nhập mạng và các phương tiện truyền dẫn cần thiết để các gói tin được đưa đến đúng người nhận mục tiêu.
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 nhằm đảm bảo dữ liệu nhận được khớp hoàn toàn với dữ liệu gửi đi Nếu một gói tin có lỗi mà không thể sửa được, tầng liên kết dữ liệu phải thông báo cho nguồn gửi biết gói tin đó có lỗi để nó có thể gửi lại.
Trong tầng liên kết dữ liệu, có hai phương thức liên kết dựa trên cách kết nối các 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, mang lại liên lạc riêng tư và độc lập giữa các kết nối Ngược lại, phương thức một điểm – nhiều điểm cho phép nhiều thiết bị chia sẻ một đường truyền vật lý, tối ưu hóa băng thông và đơn giản hóa quản lý, nhưng yêu cầu cơ chế điều khiển truy cập để tránh xung đột Tùy thuộc vào nhu cầu hệ thống và hạ tầng mạng, mỗi phương thức có ưu nhược điểm về hiệu suất, độ ổn định và chi phí triển khai.
Hình 2-2a và hình 2-2b: Các đường truyền kết nối kiểu “một điểm” và
Trong các giao thức tầng liên kết dữ liệu, có hai loại chính: giao thức hướng ký tự và giao thức hướng bit Giao thức hướng ký tự được xây dựng trên các ký tự đặc biệt của một bộ mã chuẩn, cho phép truyền nhận dữ liệu dưới dạng chuỗi ký tự được mã hóa sẵn Ngược lại, giao thức hướng bit dùng các cấu trúc nhị phân làm cơ sở để xây dựng các phần tử của giao thức, và khi nhận dữ liệu sẽ tiếp nhận lần lượt từng bit một để giải mã và khôi phục thông tin.
2.4.2 Các giao thức hướng ký tự
Các giao thức hướng kí tự được dùng trong các liên kết điểm-nối-điểm và đa điểm, nổi bật với việc dùng kí tự điều khiển để thực hiện quản lý liên kết, đánh dấu đầu và cuối frame, kiểm soát lỗi và đảm bảo tính trong suốt của dữ liệu nhằm ngăn chặn nhầm lẫn giữa dữ liệu và thông tin điều khiển Khi đề cập đến các giao thức hướng kí tự, ta xét đến liên kết số liệu điểm-nối-điểm và luồng frame đơn công (một chiều) để trình bày các khía cạnh cơ bản của các giao thức liên kết; tuy nhiên trong thực tế hầu như luôn cần mở rộng khái niệm để trao đổi dữ liệu theo cả hai hướng Nếu có nhiều hơn hai chủ thể truyền tham gia trong cấu hình đa điểm, cần đến một phương pháp điều khiển truy nhập vào môi trường chia sẻ Chúng ta sẽ bàn về các chủ thể 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 có xu hướng hướng bit, sử dụng các mẫu bit được định nghĩa sẵn thay cho ký tự điều khiển để đánh dấu bắt đầu và kết thúc của mỗi frame Máy thu duyệt luồng bit ở mức bit và tìm kiếm mẫu bit đầu và mẫu bit cuối của frame Ba phương pháp phân định danh giới frame (delimiting) được gọi là delimiting, dùng để nhận diện và tách các frame trong luồng dữ liệu.
- 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 cơ chế đóng gói dữ liệu nhị phân, một mẫu bit duy nhất được đánh dấu ở đầu frame, được gọi là danh giới đầu frame hoặc delimiter, với chuỗi điển hình 10101011 Trong phần header của frame còn có một trường chiều dài (đơn vị: byte) để xác định kích thước khung dữ liệu, giúp quá trình giải mã diễn ra nhanh chóng và chính xác.
- Mẫu xác định danh giới đầu và cuối frame duy nhất gồm các bit được tạo ra do cưỡng bức mã hóa
Phương pháp đầu tiên được áp dụng chủ yếu 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 (Logical Link Control) Thực tế, hầu hết các giao thức hướng bit đều là dẫn xuất từ HDLC.
Khái ni ệ m t ầ ng m ạ ng 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 mục tiêu chính di chuyển dữ liệu đến các vị trí mạng đích bằng cách ánh xạ địa chỉ logic thành địa chỉ vật lý tương ứng và quyết định đường đi tối ưu để truyền dữ liệu từ máy gửi đến máy nhận Công việc này tương tự với tầng liên kết dữ liệu, vốn thực hiện qua định danh thiết bị vật lý; tuy nhiên, định danh của tầng liên kết dữ liệu chỉ hoạt động trên một mạng đơn, trong khi tầng mạng mô tả cách di chuyển thông tin giữa nhiều mạng độc lập – thường không giống nhau – được gọi là mạng liên mạng.
Ví dụ, các mạng cục bộ (LAN) Token Ring và Ethernet có các kiểu địa chỉ khác nhau Để kết nối hai mạng này, ta cần một cơ chế định danh địa chỉ thống nhất 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 trong hệ điều hành Novell NetWare IPX cho phép định danh và truyền các gói dữ liệu giữa các mạng LAN khác nhau, đảm bảo tính tương thích và liên kết mạng hiệu quả.
Tầng liên kết dữ liệu định địa chỉ cho các thiết bị trên một mạng đơn và xác định xem dữ liệu có được chuyển tới từng thiết bị hay không Ngược lại, tầng mạng chọn đường đi qua các liên mạng và tránh gửi dữ liệu tới những mạng không liên quan Mạng vận hành bằng cách chuyển mạch (switching), định địa chỉ và áp dụng các thuật toán tìm đường Tầng mạng chịu trách nhiệm đảm bảo định tuyến (routing) dữ liệu đúng qua các liên mạng, kể cả khi các mạng tham gia có khác nhau về công nghệ và kiến trúc.
Một vấn đề có thể nảy sinh khi định tuyến dữ liệu qua một liên mạng không đồng dạng là sự khác biệt về kích thước gói dữ liệu mà mỗi mạng có thể nhận Một mạng không thể gửi các gói có kích thước lớn hơn MTU của liên mạng hoặc của mạng nhận cuối cùng Để khắc phục điều này, tầng mạng thực hiện một tác vụ được gọi là phân đoạn, tức là chia gói tin thành các phần nhỏ hơn sao cho mỗi phần phù hợp với MTU trên đường đi, bảo đảm dữ liệu có thể di chuyển qua các mạng liên kết và giảm thiểu mất mát gói.
Phân đoạn dữ liệu là quá trình chia một gói dữ liệu thành các gói nhỏ hơn (packets) mà các mạng khác có thể hiểu và xử lý Khi các gói nhỏ 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, đảm bảo dữ liệu được truyền đi hiệu quả và đúng cấu trúc.
2.5.2 Các kỹ thuật chọn đường trong mạng máy tính
Khi quy mô địa lý của các máy tính cần kết nối ngày càng rộng, mạng cục bộ dựa trên kết nối bằng cáp trực tiếp không còn phù hợp vì tín hiệu sẽ suy giảm và bị nhiễu khi cáp dài Mặc dù sóng điện từ truyền tải dữ liệu rất nhanh, vẫn có một độ trễ nhất định mà các kỹ thuật mạng LAN phải tính đến Vì vậy để kết nối mạng ở quy mô lớn hơn, cần ứng dụng một công nghệ mạng rộng khác thay cho mạng cục bộ dựa trên cáp đơn lẻ.
Có thể xây dựng mạng rộng bằng cách liên kết các mạng cục bộ qua các đường truyền viễn thông như cáp quang, đường truyền riêng và vệ tinh, thông qua các thiết bị kết nối gọi là bộ định tuyến (router) Router có chức năng dẫn luồng tin theo đúng hướng, kết nối các LAN để hình thành các WAN và nối các WAN với nhau để tạo nên mạng WAN lớn hơn, từ đó mở rộng phạm vi và nâng cao khả năng truyền dữ liệu giữa các mạng.
Trong mạng máy tính, phải có một cơ chế để đánh địa chỉ cho tất cả các máy và một cơ chế để kết thúc kết nối khi kết nối không còn cần thiết, nhằm đảm bảo quản lý địa chỉ và tối ưu hóa lưu lượng Các quy tắc truyền dữ liệu khác nhau tùy hệ thống có thể cho phép dữ liệu truyền theo cơ chế nối hoặc cơ chế tách Mỗi tầng trong mô hình mạng cần có một cơ chế thiết lập kết nối riêng, tức là có nhiều cách khác nhau để thiết lập và quản lý kết nối giữa các tầng nhằm đảm bảo sự thông suốt và linh hoạt của hệ thống.
+ Truyền theo cảhai hướng không đồng thời
+ Truyền hai hướng đồng thời
Trong đường truyền vật lý, dữ liệu truyền đi không tránh khỏi sai số do đặc tính của môi trường, vì vậy cần thỏa thuận sử dụng một tập mã để phát hiện, kiểm tra và sửa lỗi Phía nhận phải có khả năng báo cho phía gửi biết những gói tin đã được nhận đúng và những gói tin cần phát lại, từ đó hình thành cơ chế xác nhận và tái truyền hiệu quả.
Độ dài bản tin không phải lúc nào cũng có thể được chấp nhận tuỳ ý; trong quá trình truyền dữ liệu, cần có một cơ chế để chia bản tin thành các gói tin nhỏ hơn Việc chia bản tin thành các gói tin nhỏ giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền và đảm bảo tính tương thích với các giao thức mạng Do đó, cơ chế phân đoạn và đóng gói bản tin thành các gói tin đủ nhỏ là yếu tố chủ chốt để đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra trơn tru và tin cậy.
- Thứ tự các gói tin: Các kênh truyền có thể giữ không đúng thứ tự các gói tin có cơ chếđểbên thu ghép đúng thứ tựban đầu
Trong hệ thống phát–thu dữ liệu, nếu bên phát hoạt động với tốc độ cao trong khi bên thu có tốc độ nhận thấp sẽ gây tắc nghẽn và làm mất hiệu quả truyền dữ liệu Vì vậy, cần thiết kế một cơ chế báo cáo ngược từ bên nhận về bên phát để thông báo tình trạng băng thông, độ đầy hàng đợi và độ trễ, từ đó điều chỉnh tốc độ phát hoặc tối ưu hóa cấu hình hệ thống Cơ chế này giúp hai bên được đồng bộ hóa, giảm thiểu lãng phí tài nguyên và nâng cao hiệu suất mạng.
Giới thiệu mạng X.25 do CCITT công bố lần đầu vào năm 1970, đánh dấu bước ngoặt cho lĩnh vực viễn thông khi lần đầu tham gia mạnh mẽ vào thế giới truyền dữ liệu với các đặc tính nổi bật Mạng X.25 sử dụng cơ chế chuyển gói (packet-switching) và thiết lập đường truyền ảo (virtual circuits), cho phép truyền dữ liệu tin cậy giữa các điểm cuối Nó hỗ trợ kết nối giữa nhiều mạng và hệ thống khác nhau, tối ưu hóa luồng dữ liệu và kiểm soát lỗi để đảm bảo hoạt động ổn định Với tính mở rộng và sự tương thích với nhiều chuẩn hệ thống, X.25 trở thành một chuẩn mạng công cộng và mạng doanh nghiệp phổ biến trong giai đoạn đầu của kỷ nguyên truyền dữ liệu.
X25 cung cấp quy trình kiểm soát luồng giữa các đầu cuối, mang lại chất lượng truyền dẫn cao ngay cả khi chất lượng mạng lưới đường dây truyền thông không tối ưu X25 được thiết kế cho cả truyền thông chuyển mạch lẫn truyền thông kiểu điểm nối điểm, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng và đảm bảo kết nối ổn định Với khả năng tối ưu hóa luồng dữ liệu và sự linh hoạt trong cấu hình, X25 đã được quan tâm và triển khai nhanh chóng trên toàn cầu.
Trong X.25, multiplexing trên liên kết logic (virtual circuits) chỉ đảm nhận chức năng kiểm soát lỗi cho các frame đi qua Cách tiếp cận này tăng độ phức tạp trong việc phối hợp các thủ tục giữa hai tầng kề nhau, từ đó làm giảm thông lượng do tổng chi phí xử lý mỗi gói tin tăng lên.
X.25 kiểm tra lỗi tại từng nút trước khi chuyển tiếp, khiến tốc độ truyền trên các đường truyền có chất lượng cao như mạng cáp quang bị hạn chế Khối lượng tính toán tại mỗi nút rất lớn; với các đường truyền của những năm 1970 điều này là cần thiết, nhưng nay khi công nghệ truyền dẫn đã đạt được những tiến bộ vượt bậc thì việc đó trở nên lãng phí Do vậy, công nghệ X.25 nhanh chóng trở thành lạc hậu và việc sử dụng X.25 hiện nay không còn phù hợp với công nghệ truyền số liệu hiện đại.
L ớ p giao v ậ n
- 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 (Transport Layer) đảm nhận chức năng thiết yếu giữa tầng mạng và các tầng ở trên, cung cấp dịch vụ vận chuyển dữ liệu cho các ứng dụng và hệ thống mở Nó chịu trách nhiệm điều phối truyền thông giữa các máy tính, thực hiện phân đoạn và ghép lại dữ liệu, kiểm soát luồng và khôi phục lỗi khi cần thiết Nhờ các giao thức vận chuyển, tầng này đảm bảo dữ liệu được gửi đi an toàn, đúng thứ tự và tin cậy giữa các hệ thống mở, đồng thời kết nối với các tầng dưới để cung cấp dịch vụ vận chuyển cho các tầng trên.
Tầng vận chuyển (transport layer) là tầng cơ sở của mạng máy tính, nơi các thiết bị chia sẻ thông tin với nhau Tầng vận chuyển gán cho mỗi máy trạm một địa chỉ duy nhất và quản lý các kết nối giữa các trạm Nó còn phân mảnh các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi và đánh số thứ tự các gói tin để đảm bảo chúng được truyền đi đúng trình tự.
Trong kiến trúc mạng, tầng giao vận nâng cao các dịch vụ của tầng mạng bằng cách đảm bảo dữ liệu từ máy nguồn tới máy đích được gửi một cách tin cậy, đúng trình tự và không bị lỗi Để đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy, tầng giao vận dựa vào cơ chế kiểm soát lỗi được cung cấp bởi các tầng dưới, và đây là cơ hội cuối cùng để sửa lỗi trước khi dữ liệu đến đích Dữ liệu cùng với thông tin điều khiển do tầng giao vận quản lý được gọi là các phân đoạn (segment).
Tầng giao vận chịu trách nhiệm kiểm soát luồng dữ liệu và xác định tốc độ truyền dựa trên khả năng máy đích nhận các gói dữ liệu đến nó Dữ liệu tại máy gửi được phân chia thành các gói có kích thước tối đa mà mạng có thể xử lý Ví dụ, mạng Ethernet không thể điều khiển các gói lớn hơn 1500 byte, vì vậy tầng giao vận nhận dữ liệu và phân chia nó thành các gói 1500 byte Mỗi gói này được gắn một số thứ tự để tầng giao vận của máy nhận có thể ghép lại đúng vị trí khi tái ghép Quá trình này được gọi là sắp xếp theo trình tự.
Khi gói dữ liệu đến máy nhận, chúng được hợp nhất và ghép đúng trình tự như lúc gửi Sau đó máy nhận gửi lại cho máy gửi một thông báo ACK để xác nhận rằng gói đã đến đúng đích Nếu có lỗi trong gói dữ liệu, một yêu cầu truyền lại gói đó sẽ được gửi thay cho ACK Nếu máy gửi không nhận được ACK hoặc yêu cầu truyền lại trong một khoảng thời gian định trước, gói dữ liệu được xem là thất lạc hoặc bị hư và sẽ được gửi lại.
In TCP/IP networks, the Transmission Control Protocol (TCP) operates at the transport layer Likewise, in networks that use IPX/SPX (as in Novell NetWare), the SPX (Sequence Packet Exchange) protocol functions at the transport layer.
2.6.2 Giao thức chuẩn cho tầng giao vận
Tầng vận chuyển chịu trách nhiệm điều phối và quản lý luồng dữ liệu giữa hai trạm đang thực thi các ứng dụng ở tầng trên Tầng này có hai giao thức chính là TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol), mỗi giao thức mang đặc điểm và ứng dụng riêng: TCP đảm bảo kết nối, kiểm tra lỗi, điều khiển luồng và đảm bảo truyền dữ liệu đúng thứ tự, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tính ổn định cao; UDP nhanh và nhẹ, không thiết lập kết nối và không đảm bảo thứ tự hay độ tin cậy tuyệt đối, thích hợp cho các dịch vụ yêu cầu độ trễ thấp và tốc độ truyền dữ liệu cao mà có thể chấp nhận mất gói tin hoặc trễ ngoài ý muốn.
TCP cung cấp một luồng dữ liệu tin cậy giữa hai trạm bằng cách phân chia các gói tin ở tầng trên thành các gói tin có kích thước phù hợp với tầng mạng phía dưới, gửi đi và nhận lại các gói tin được ACK, đồng thời thiết lập thời gian timeout để đảm bảo các gói tin đã gửi đi được nhận đúng và đầy đủ Nhờ tính tin cậy của TCP, các tầng trên sẽ không phải quan tâm đến việc xử lý lỗi truyền dẫn hay mất gói tin.
UDP cung cấp một dịch vụ đơn giản cho tầng ứng dụng bằng cách chỉ gửi các gói dữ liệu giữa hai trạm mà không đảm bảo các gói tin sẽ tới đích Vì không có cơ chế xác nhận và sửa lỗi ở mức giao thức này, các cơ chế đảm bảo độ tin cậy phải được thực hiện bởi tầng trên Do đặc tính không kết nối và thiếu xác nhận giao hàng, UDP có hiệu suất cao, tiêu thụ ít tài nguyên và thích hợp cho các ứng dụng cần truyền dữ liệu nhanh như truyền thông thời gian thực hoặc các dịch vụ cần giảm độ trễ, thay vì đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối.
TCP và UDP là hai giao thức ở tầng vận chuyển sử dụng IP ở tầng mạng Khác với UDP, TCP cung cấp dịch vụ liên kết tin cậy và có kết nối, nghĩa là hai ứng dụng giao tiếp bằng TCP phải thiết lập một liên kết (kết nối) trước khi dữ liệu được trao đổi Sự tin cậy trong dịch vụ của TCP được thể hiện thông qua các cơ chế thiết lập kết nối, kiểm tra lỗi và quản lý thứ tự dữ liệu, giúp đảm bảo dữ liệu được gửi đi đúng thứ tự và đầy đủ.
- 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 thiết lập một khoảng thời gian chờ (timeout) để nhận phúc đáp từ trạm nhận Nếu phúc đáp không đến được trong thời gian này, segment đó sẽ được truyền lại bằng cơ chế retransmission của TCP Quá trình này giúp đảm bảo tính tin cậy của truyền tải dữ liệu và tối ưu hóa hiệu suất mạng bằng cách phát hiện mất gói dữ liệu và phục hồi kịp thời.
- 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 checksum trong trường header của mỗi segment để phát hiện mọi sự biến đổi dữ liệu trong quá trình truyền Khi một segment bị lỗi, trạm nhận sẽ bỏ qua và không gửi ACK, buộc trạm gửi phải truyền lại segment bị lỗi đó Giống như IP datagram, các segment TCP có thể đến đích theo thứ tự không đảm bảo, vì vậy trạm nhận TCP sẽ sắp xếp lại dữ liệu và chuyển lên tầng ứng dụng, đảm bảo tính đúng đắn và toàn vẹn của dữ liệu được cung cấp cho tiến trình.
Trong TCP, khi IP datagram bị trùng lặp tại trạm nhận, dữ liệu trùng lặp được loại bỏ TCP cũng cung cấp cơ chế điều khiển luồng: mỗi đầu của liên kết TCP có vùng đệm (buffer) giới hạn, vì vậy trạm nhận chỉ cho phép gửi một lượng dữ liệu nhất định nhỏ hơn không gian đệm còn lại Thiết kế này ngăn trường hợp nguồn có tốc độ cao chiếm toàn bộ vùng đệm của nguồn nhận có tốc độ thấp, từ đó cân bằng tốc độ truyền và ngăn ngừa quá tải.
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 bits) là số hiệu byte đầu tiên của segment, trừ khi bit SYN được thiết lập Nếu bit SYN được thiết lập, sequence number là số hiệu tuần tự khởi đầu ISN (Initial Sequence Number) và byte dữ liệu đầu tiên là ISN + 1 Thông qua trường này, TCP quản lý từng byte dữ liệu được truyền trên một kết nối TCP »
Acknowledgment Number (32 bits) là số hiệu của segment tiếp theo mà trạm nguồn đang chờ nhận và cho biết segment sẽ được nhận tiếp theo Nó đồng thời đảm bảo việc báo nhận các segment mà trạm đích đã gửi cho trạm nguồn một cách tin cậy, đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát luồng dữ liệu và phát hiện lỗi trong quá trình truyền.
Khái ni ệ m t ầ ng phiên làm vi ệ c OSI
- Hiểu được tầng phiên làm việc của mô hình mạng OSI
2.7.1 Vai trò và chức năng của tầng phiên
Tầng quản lý phiên điều phối các liên kết của người dùng trên mạng để cung cấp dịch vụ cho người dùng đó Ví dụ, khi một người dùng đăng nhập vào máy tính kết nối mạng để lấy file, một phiên (giao dịch/liên kết) được thiết lập nhằm mục đích truyền tải dữ liệu, đồng thời quản lý trạng thái kết nối, xác thực và bảo mật suốt quá trình truyền file.
Tầng phiên tạo điều kiện thuận lợi cho giao tiếp giữa các hệ thống yêu cầu dịch vụ và các hệ thống cung cấp dịch vụ bằng cách thiết lập, duy trì và đồng bộ hóa các phiên, đồng thời quản lý toàn bộ chu trình phiên giao tiếp Các phiên được kiểm soát thông qua cơ chế thiết lập, duy trì, đồng bộ hóa và quản lý, nhằm đảm bảo kết nối liên tục, nhất quán và an toàn cho quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai phía.
Cuộc hội thoại giữa các thực thể truyền thông—hay còn gọi là tầng hội thoại (tầng phiên)—trợ giúp các tầng trên xác định và kết nối tới các dịch vụ có thể sử dụng trên mạng Khi một phiên giao tiếp bị ngắt, tầng phiên sẽ xác định vị trí để khởi tạo lại việc truyền phát ngay khi phiên được tái kết nối Tầng phiên cũng chịu trách nhiệm xác định thời hạn của phiên giao tiếp, và nó quyết định máy tính hoặc nút nào được truyền dữ liệu trước và truyền trong bao lâu.
Trong mô hình mạng, tầng phiên sử dụng thông tin địa chỉ logic được cung cấp bởi các tầng dưới để định danh tên và địa chỉ của các máy chủ mà các tầng trên yêu cầu Quá trình này giúp thiết lập và duy trì các phiên giao tiếp giữa các thành phần hệ thống, đảm bảo các máy chủ đích được nhận diện đúng theo yêu cầu của ứng dụng ở tầng trên Nhờ thông tin địa chỉ logic từ lớp dưới, tầng phiên có thể xác thực và định tuyến dữ liệu một cách nhất quán, tối ưu hóa khả năng kết nối và quản lý việc truy cập tài nguyên mạng.
2.7.2 Giao thức chuẩn cho tầng phiên
Chúng cung cấp phương tiện truyền thông giữa các ứng dụng, cho phép người dùng ở các thiết bị khác nhau thiết lập, duy trì, hủy bỏ và đồng bộ hóa các phiên truyền thông với nhau Hệ thống cho phép thiết lập các phiên một cách dễ dàng, theo dõi trạng thái và đảm bảo đồng bộ dữ liệu giữa các máy, mang lại trải nghiệm liên tục khi người dùng di chuyển giữa các thiết bị Việc đồng bộ hóa phiên giúp mọi cuộc trao đổi diễn ra mượt mà, giảm thiểu gián đoạn và tăng hiệu quả giao tiếp giữa các ứng dụng.
Quản lý thẻ bài trong các nghi thức đòi hỏi hai bên kết nối để truyền tin mà không đồng thời thực hiện mọi thao tác Để giải quyết vấn đề này, phiên làm việc cấp một thẻ bài duy nhất; thẻ bài có thể được trao đổi giữa hai bên và chỉ người nắm giữ thẻ mới được thực hiện các thao tác quan trọng, bảo đảm sự kiểm soát và trật tự trong quá trình nghi lễ.
Vấn đề đồng bộ xuất hiện khi cần truyền các tập tin dài; để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, hệ thống chèn các điểm kiểm tra (checkpoint) vào luồng dữ liệu Khi phát hiện lỗi, chỉ dữ liệu sau điểm kiểm tra cuối cùng mới phải được truyền lại, giúp giảm thiểu lượng dữ liệu phải truyền lại và tăng hiệu quả đồng bộ hóa cho quá trình truyền Việc sử dụng checkpoint cho phép khôi phục nhanh từ trạng thái đã xác thực, cải thiện độ tin cậy và hiệu suất truyền dữ liệu cho các tập tin có kích thước lớn.
2.7.3 Dịch vụ OSI cho tầng phiên
Mô hình OSI phân chia hệ thống mở thành 7 phân lớp; bốn tầng thấp gồm vật lý, liên kết dữ liệu, mạng và giao vận chịu trách nhiệm truyền dữ liệu qua mạng, trong khi ba tầng cao tập trung đáp ứng các yêu cầu của người dùng để triển khai các ứng dụng trên mạng.
Tầng phiên là lớp chịu trách nhiệm thiết lập, quản lý và duy trì các phiên giao tiếp giữa các trạm trên mạng Nó gán tên một cách nhất quán cho mọi thành phần tham gia đối thoại và lập ánh xạ giữa tên và địa chỉ của chúng Trước khi dữ liệu được truyền trên mạng, một phiên giao tiếp phải được thiết lập Tầng phiên bảo đảm các phiên được thiết lập và duy trì đúng quy định, đồng thời cung cấp cho người dùng các công cụ 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 bộhoá 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 mô hình mạng hai chiều luân phiên, hai người dùng lần lượt truyền dữ liệu và tầng giao dịch giữ nhịp tương tác bằng cách thông báo cho mỗi người dùng khi đến lượt họ Cơ chế đồng bộ hóa của tầng giao dịch được thực hiện thông qua các chức năng kiểm tra và phục hồi, cho phép người dùng xác định các điểm đồng bộ trên luồng dữ liệu và có thể khôi phục bắt đầu từ một trong các điểm đó khi cần thiết Đồng thời, tại mỗi thời điểm chỉ có một người dùng được cấp quyền đặc biệt để truy cập một số dịch vụ của tầng giao dịch, và quyền này được phân bố thông qua trao đổi thẻ bài (token).
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.2.8 Khái niệm tầng trình bày OSI
- Hiểu được tầng trình bày của mô hình mạng OSI
Khái ni ệ m t ầ ng trình bày OSI
Tầng trình diễn quản lý cách thức dữ liệu được biểu diễn Nó là trình dịch giữa ứng dụng và mạng Có nhiều cách để biểu diễn dữ liệu, chẳng hạn như các bảng mã ASCII và EDBCDIC cho các file văn bản Tầng trình diễn biến đổi dữ liệu sang một định dạng mà mạng có thể hiểu được Nó cũng chịu trách nhiệm mã hoá (encrypt) và giải mã (decrypt) dữ liệu - chẳng hạn như dữ liệu được mã hoá dữ liệu nó được gửi tới ngân hàng, nếu ta giao dịch trực tuyến với ngân hàng qua Internet
2.8.2 Giao thức chuẩn cho tầng trình diễn
Lớp trình diễn đảm nhận việc giải quyết các vấn đề liên quan đến cách biểu diễn và chuẩn hóa thông tin ứng dụng trước khi được truyền tải, chẳng hạn như dữ liệu ở dạng chuỗi bit Lớp này đảm bảo tính nhất quán và tính tương thích của dữ liệu giữa các hệ thống thông qua các hoạt động như mã hóa dữ liệu, nén và giải nén, định dạng ký tự và chuẩn hóa đại diện dữ liệu, từ đó tối ưu hoá quá trình truyền tải và bảo toàn nội dung khi di chuyển qua các giao thức khác nhau Tổng quan về cơ chế hoạt động của lớp trình diễn sẽ được trình bày chi tiết trong bài viết tiếp theo.
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 ISO/IEC 8824 và ISO/IEC 8825, 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 hóa các chuỗi bit tương ứng cho chúng Giới thiệu ngắn về ASN.1 được trình bày trong Phụ lục B; những người đọc chưa quen với ASN.1 có thể tham khảo phụ lục trước khi bắt đầu phần II của cuốn sách này Thông tin chi tiết về ASN.1 có thể tham khảo trong tài liệu [STE1].
2.8.3 Dịch vụ OSI cho tầng trình diễn
Định dạng trao đổi dữ liệu giữa các máy tính được xem như bộ dịch mạng, chịu trách nhiệm chuẩn hóa cú pháp và định dạng dữ liệu cho các ứng dụng Ở phía gửi, tầng này chuyển đổi cú pháp dữ liệu từ dạng thức do tầng ứng dụng gửi xuống sang dạng thức trung gian mà mọi ứng dụng có thể nhận diện Ở phía nhận, tầng này ngược lại chuyển các dạng thức trung gian thành dạng thức phù hợp cho tầng ứng dụng của máy nhận, cho phép quá trình giao tiếp giữa các hệ thống diễn ra thông suốt.
Tầng trình diễn đảm nhận các chức năng thiết yếu như chuyển đổi giao thức, biên dịch dữ liệu, mã hóa dữ liệu, thay đổi hoặc chuyển đổi ký tự và mở rộng lệnh đồ họa để tối ưu hóa khả năng hiển thị và sự tương thích của hệ thống Qua việc chuyển đổi giao thức, tầng này đảm bảo giao tiếp linh hoạt giữa các chuẩn dữ liệu khác nhau; quá trình biên dịch và mã hóa dữ liệu giúp bảo vệ tính toàn vẹn và bảo mật thông tin Đồng thời, việc thay đổi ký tự và mở rộng lệnh đồ họa cho phép trình diễn đồ họa thích ứng với nhiều ngữ cảnh ngôn ngữ và môi trường đa nền tảng, nâng cao hiệu suất và khả năng tương tác của ứng dụng.
-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 ni ệ m t ầ ng ứ ng d ụ ng OSI
- Hiểu rõ tầng ứng dụng trong mô hình mạng OSI
2.9.1 Vai trò và chức năng của tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng là nơi chứa các giao thức và chức năng do các ứng dụng của người dùng yêu cầu để thực hiện các tác vụ truyền thông trên mạng Tầng này tập trung vào giao tiếp và dịch vụ giữa các ứng dụng, chứ không liên quan đến các phần mềm đang chạy cụ thể như Microsoft Word hay Adobe Photoshop.
Các chức năng chung bao gồm:
Các giao thức mạng cung cấp các dịch vụ file từ xa, bao gồm mở file, đóng file, đọc file và ghi file, đồng thời cho phép chia sẻ truy cập tới các tài nguyên file giữa người dùng và hệ thống, từ đó nâng cao khả năng quản lý quyền truy cập và đồng bộ dữ liệu trong môi trường làm việc từ xa.
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 vụthư mục toàn cục đểđịnh 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
Ở tầng cao nhất của mô hình OSI, tầng này xác định giao diện giữa người dùng 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), và các AE sẽ gọi đến các phần tử dịch vụ ứng dụng (ASE – Application Service Element).
Mỗi thực thể ứng dụng có thể chứa một hoặc nhiều phần tử dịch vụ ứng dụng Các phần tử này được phối hợp trong môi trường của thực thể ứng dụng thông qua liên kết được gọi là đối tượng liên kết đơn (SAO) SAO kiểm soát toàn bộ truyền thông trong vòng đời của liên kết và cho phép tuần tự hoá các sự kiện phát sinh 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 kếvà 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
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