bài giảng lý thuyết mạng máy tính

− Hình vòng: dữ liệu đợc chuyển từ máy nguồn, tuần tự qua các host trên đờng, đến máy đích.. Chuyển gói và chuyển mạch - packet switching / circuit switching Về nguyên lí, có hai kiểu tr

Trang 1

Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 1

Những kháI niệm cơ bản.

Các yếu tố của mạng máy tính

1- Đ ờng truyền vật lí.

Hữu tuyến và vô tuyến

- hữu tuyến: cáp đồng trục, cáp đôi dây xoắn, cáp quang, cáp điện thoại và cáp điện năng thông thờng

- vô tuyến: sóng hồng ngoại, sóng cao tần

2- Thiết bị chuyển mạch - Switching elements

- repeater (hub), bridge (switch), router, brouter, gateway

Môi trờng truyền dẫn

Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair )

Một cặp dây đồng xoắn: phát / thu

Nhiều cặp dây đồng xoắn

STP -Shielded twisted-pair: có vỏ bọc tiếp đất

UTP - Unshielded twisted-pair: không có bọc tiếp đất

− STP- giảm nhiễu điện từ

− Cáp UTP có 5 loại:

− Loại 1-2(Category1-2) không đợc dùng trong LAN

− Loại 3 (Category 3): Tốc độ truyền 10Mbps

Hình 1.2 : cáp đôi dây xoắn

Mạng máy tính & Internet 1

Trang 2

Cáp quang (Optical fiber)

Dải thông lớn, tốc độ truyền cao, có thể gấp nhiều lần 100Mbps

− Đợc sử dụng trong hệ thống truyền dẫn tạo thành mạng xơng sống

− Giá thành cao

Trang 3

Về phơng diện kiến trúc mạng, có hai vấn đề:

Hình trạng: cách nối các máy, các thiết bị trên mạng với nhau thành hình thái

Mọi host đợc nối đến nút trung tâm

Tỏa ra giống hình sao

Trang 4

Hình : mạng hình sao

2 - Mạng tuyến tính hay Bus:

Giống nh hệ thống đờng giao thông,

có trục chính (đờng xơng sống backbone),

Trang 5

Kết nối điểm-điểm : point-to-point

− Hình sao: một thiết bị chính (master) điều khiển quá trình trao đổi dữ liệugiữa hai thiết bị cuối (slaves)

− Hình vòng: dữ liệu đợc chuyển từ máy nguồn, tuần tự qua các host trên đờng,

đến máy đích

− Hình cây - bus

− Kết nối toàn phần: mỗi host đợc kết nối tay đôi với tất cả các host khác

Kết nối quảng bá - multicast, broadcast.

− Hình bus: các host sử dụng chung đờng truyền dẫn Tại một thời điểm chỉ cómột thiết bị cuối đợc phát dữ liệu Tất cả các thiết bị cuối còn lại đều có thểnhận dữ liệu, kiểm tra nếu gửi cho mình thì xử lí

− Hình vòng: kết nối vật lý là điểm-điểm, nhng thuật toán điều khiển truy nhậpmạng đảm bảo phơng thức kết nối quảng bá

Chuyển gói và chuyển mạch - packet switching / circuit switching

Về nguyên lí, có hai kiểu truyền luồng dữ liệu trên mạng:

1- Kiểu chuyển mạch:

- Thiết lập một đờng kết nối lôgic giữa máy gửi và máy nhận dữ liệu

- Sau đó dữ liệu đợc truyền nh một dòng tín hiệu dài liên tục

- giống nh nói chuyện điên thoại

Trang 6

- Không truyền tin đợc nếu đờng bị bận.

2- Kiểu chuyển gói:

- Chia thành nhiều gói,

- Mỗi gói đợc ghi địa chỉ nơi gửi, nơi nhận, rồi phát lên mạng

- Tơng tự nh gửi th hay bu phẩm qua đờng bu đIện

- Phơng thức chuyển gói là phổ biến nhất đối với mạng truyền dữ liệu

Các đặc điểm:

- Chia sẻ đờng truyền giữa nhiều luồng dữ liệu xen lẫn nhau

- Các switching element thực hiện store- forward các gói dữ liệu

- Có thể có bộ nhớ đệm: lọc dữ liệu, điều chỉnh nhịp độ nhanh chậm

Hình : dữ liệu đợc chia nhỏ thành từng gói - packet

Hình : từng gói dữ liệu đợc bọc thêm Header và Trailer

Header : địa chỉmáy gửi, máy nhận, kích thứoc, quy cách ráp lại

Trailer : Checksum , ví dụ CRC = Cyclical Redundancy Check

Trang 7

Hình : Ghi địa chỉ vào các gói

Hình : Các gói đợc chuyển đi trên mạng

3 - Chuyển gói: Datagram / Virtual Circuit

Virtual Circuit:

- Thiết lập đờng đi ảo nối nguồn - đích

- mọi packet đều đi theo đờng này

- header của mỗi packet chỉ nêu VC

Datagram

- Các gói có thể theo các đờng khác nhau

- Header phải chứa đầy đủ địa chỉ đích

Khai thác đơng truyền - Vai trò của các host

Trộn kênh - multiplexing

Một chiều = simplex

Hai chiều luân phiên = half duplex

Hai chiều đồng thời = full duplex

Trang 8

TDM - Time division multiplexing

FDM - Frequency division multiplexing

Các ph ơng thức thâm nhâp đ ờng truyền

Các luật quy định cách máy tính gỉ / nhận thông tin vào môi trờng truyền dẫn

CSMA/CD

CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

Phơng thức cảm nhận sóng mang, đa thâm nhập, có dò xung đột

Mô tả:

- Phát hiện đờng truyền rỗi, thử truyền dữ liệu lên

- Có thể một nút khác cũng phát hịên đờng truyền rỗi, đồng thời truyền dữ liệu

Trang 9

Hình : phơng thức thâm nhập đờng truyền CDMA/CA

CSMA/CA

- Khi số máy trong mạng lớn, lợng truyền thông tăng nhanh

- Xung đột cũng tăng theo, hiệu xuất giảm đáng kể nếu dùng phơng thức CSMA/CD

CSMA/CA- Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,

- Tơng tự nh phơng thức CSMA/CD

- Mỗi nút gửi yêu cầu đa tín hiệu lên mạng

- Nếu không nhận đợc tín hiệu “phản đối-negative”, nút bắt đầu truyền dữ liệu

- Khi một trạm có đợc thẻ bài, gắn dữ liệu vào thẻ bài và truyền trên mạng

- Khi thẻ bài (kèm dữ liệu) tới trạm đích, gửi thông điệp báo nhận

(acknowledgement) phát lên đờng truyền

- Thẻ bài đợc phát sinh lại, lặp lại quá trình

- Thẻ bài là duy nhất -> các vẫn đề: mất thẻ, host bị hỏng

Trang 10

- Xét thứ tự u tiên các yêu cầu truyền dữ liệu

- là phơng thức truy nhập mới, đợc thiết kế cho chuẩn Ethernet 100 Mbps gọi

là 100VG-AnyLAN

- Hub nhận các yêu cầu từ tất cả các nút trên mạng

- Nếu có 2 yêu cầu đồng thời, yêu cầu có độ u tiên cao hơn sẽ đợc đáp ứng trớc

- Khi hai yêu cầu có cùng độ u tiên, làm lần lợt

- Tại một thời điểm chỉ một trạm có thể nhận và truyền dữ liệu

Hiệu quả hơn vì chỉ truyền thông giữa trạm gỉ dữ liệu, hub và trạm đích

Giảm lu thông trên mạng, tăng tốc độ truyền

Trang 11

NguyÔn §×nh Hãa, Khoa To¸n C¬ Tin häc, §H KHTN, §HQG Hµ néi 11

Trang 12

- Quá trình truyền thông qua mạng là khá phức tạp, qua nhiều bớc

- Cần chia làm nhiều công đoạn = xây dựng mô hình về mặt lôgic = các tầng (layer)

- Mỗi tầng thực hiện một số nhiệm vụ (dịch vụ) nhất định trong qúa trình truyền thông

- Thiết kế một mô hình phân tầng là trừu tợng hoá các công đoạn, không đi vào chi tiết cách thực hiện dịch vụ đó

Các nguyên tắc phân tầng

- không quá nhiều tầng

- chức năng giống nhau thì cùng tầng

- chức năng khác nhau, công nghệ khác nhau thì ở tầng khác nhau

- ranh giới càng rõ càng tốt

- Không tơng thích, kết nối liên mạng nhiều khó khăn

- Chuẩn hoá mạng trở thành một nhu cầu bức xúc

- Các tổ chc chuẩn hoá quốc tế ra đời

ISO = international organization for Standardization

- Năm 1984, ISO giới thiệu mô hình tham chiếu để kết nối các hệ thống mở OSI = Open Systems Interconnection Reference Model

Các đặc điểm của mô hình OSI.

- Mỗi tầng chỉ giao tiếp với hai tầng kế cận: trên, dới

- Ranh giới giữa các tầng để tơng tác là tối thiểu

- Giao tiếp giữa các tầng theo kiểu các dịch vụ

- Có thể tách một tầng thành các tầng con, có thể hủy bỏ một số tầng con nếuxét thấy không cần thiết

- Các tầng có một độ độc lập nhất định để khi thay đổi chức năng không gây

ảnh hởng tới tầng khác

7 tầng.

6 Presentation Giao thức tầng 6 Biểu diễn dữ

Trang 13

Quy định những quy cách ghép nối về cơ, điện, điện tử :

- mức điện áp là bao nhiêu để đủ phân biệt 0/1,

- xung điện áp cần kéo dài bao nhiêu,

- truyền tin theo một chiều hay hai chiều,

- truyền song song / nối tiếp

Tầng liên kết dữ liệu (Datalink Layer)

- Cấu trúc các khối dữ liệu - các frame

- Thực hiện cơ chế đồng bộ: thiết lập, duy trì, ngắt liên kết dữ liệu

- Cờ báo - flag, ở đầu và cuối gói tin để làm ranh giới giữa các gói tin

- Kiểm soát lỗi trong mỗi khung tin Yêu cầu bên gửi gửi lại nếu có lỗi

- Kiểm soát thông lợng Tốc độ phát và thu tin của nguồn và đích có thể rất lệch nhau, gây lụt ở phía đích -> điều hoà thông lợng

- Điều khiển việc trộn kênh - Multiplexing (sử dụng chung kênh)

phân thành các tầng con:

- MAC (Medium Access Sublayer)

- LLC (Logical Link Control)

- Thống kê hoạt động mạng: số các gói tin đi qua các nút mạng trong một

khoảng thời gian

Tầng giao vận (Transport Layer)

Kiểm soát việc truyền các gói tin từ nguồn cho tới đích, end- to- end

- Phơng thức Connectionless (UDP)/ connection-oriented (TCP)

- Kiểm tra các gói đến và sắp xếp lại cho đúng thứ tự

- Ghép kênh (multiplex) và tách kênh, tận dụng một kênh chung cho nhiều cuộctruyền đồng thời

- Khắc phục những sai sót trong quá trình truyền tin

Tầng phiên (Session Layer)

- Thiết lập, hủy bỏ hay duy trì liên kết giữa hai ứng dụng,

Trang 14

- Đồng bộ hoá các phiên truyền thông, gửi và nhận phải đợc phối hợp nhịp nhàng

- Chia nhỏ các phiên truyền thông để giảm xác suất sai sót

Tầng thể hiện dữ liệu (Presentation Layer)

Thông tin gửi đi giữa nơi gửi và nơi nhận có thể khác nhau về cú pháp và ngữ nghĩa:

- Có thể mã dữ liệu bên gửi và bên nhận khác nhau

- Có thể nén dữ liệu và phải giải nén

- Có thể mã hoá để bảo mật và phải giải mã

- Có thể cách biểu diễn dữ liệu của mỗi kiểu dữ liệu khác nhau

Tầng ứng dụng (Application Layer)

Giao diện giữa ứng dụng của ngời dùng và môi trờng truyền tin Một số ứng dụng điển hình trên Internet:

World Wide Web

- Thêm các header (cho vào phong bì) và chuyển xuống tầng dới

- Header của tầng chứa quy cách để xử lí ở tầng đó

Hình : qua mỗi tầng các header đợc bọc thêm vào mỗi gói tin.

- ở bên nhận gói tin đợc xử lý theo chiều ngợc lại, từ dới lên trên

- Đọc các header, xử lý phần dữ liệu bên trong theo các chỉ dẫn trong các header = bóc dần các phần đầu khối và cuối khối

- Đến tầng cao nhất ta nhận đợc đúng dữ liệu đã gửi đi

Trang 15

Hình : Xử lí gói tin qua các tầng tại nguồn và tại đích

Chiều ngang - kênh ảo giữa hai tầng bên gửi - bên nhận

Trang 16

- Điểm truy cập dịch vụ - Service Access Point = SAP.

- Tầng đới cung cấp dịch vụ cho tầng trên thông qua các hàm nguyên thuỷ =primitive

Các hàm nguyên thuỷ.

Có bốn kiểu hàm nguyên thuỷ

REQUEST - yêu cầu: bên cầu (sử dụng dịch vụ) gọi một chức năng

INDICATION - chỉ báo: bên cung (cung cấp dịch vụ) báo gọi một chức năngRESPONSE - trả lời: bên cầu hoàn tất một chức năng đợc gọi bởi IndicationCONFIRM - xác nhận : bên cung dùng để hoàn tất một chức năng đã gọi bằng Request

Trang 17

B nghe đợc yêu cầu

A nghe rõ câu trả lời

connection oriented & connectionless

Hớng kết nối = thiết lập liên kết lôgic giữa hai thực thể (cùng tầng) tham gia truyền thông

Không liên kết = các đơn vị dữ liệu đợc truyền tuỳ ý, độc lập với nhau

Có liên kết : thực hiện theo 3 bớc

- thiết lập liên kết (lôgic) : CONNECT

- thực hiện truyền dữ liệu : DATA

Trang 18

Một số nhận xét về kiến trúc phân tầng OSI

Một số nhợc điểm của mô hình OSI:

- Sự lựa chọn các tầng và chức năng không hợp lý lắm

- Tầng phiên và tầng biểu diễn dữ liệu hầu nh không sử dụng

- Tầng liên kết dữ liệu và mạng lại quá phức tạp

- Một số chức năng bị lặp, ví dụ các chức năng kiểm tra lỗi

- Mô hình OSI chỉ quan tâm về mặt truyền thông mà ít quan tâm đến dịch vụ xử

lý trên nền tảng truyền thông

Trang 19

Thiết bị kết nối

Vỉ mạng - network adapter

Modem: chuyển đôi tín hiệu từ dạng số hóa rời rạc sang dạng liên tục và

ng-ợc lại (modulation - demodulation)

HUB: bộ tập trung

REPEATER : khuyếch đại tín hiệu

BRIDGE : Cầu nối các phân đoạn mạng

Router: bộ định tuyến Để liên kết nhiều mạng vơi nhau

GATEWAY: nối hai mạng ở mức ứng dụng

Hình : vỉ mạng - NIC = Network Interface Card

Trang 20

H×nh : c¸c lo¹i vØ m¹ng dïng c¸c giao tiÕp (khe c¾m) kh¸c nhau

ISA = Industry Standard Architecture

EISA = Extended Industry Standard Architecture

PCI = Peripheral Component Interconnect

H×nh : chøc n¨ng cña modem

M¹ng m¸y tÝnh & Internet 20

Trang 21

Trang 23

Trang 24

Chia sẻ tài nguyên:

- ổ đĩa lu trữ , máy in, đĩa CDROM, ổ băng từ, modem,

- dùng chung bởi nhiều ngời dùng

Chia sẻ tệp - hệ thống tệp mạng:

Cho phép nhiều ngời dùng truy nhập cùng một tệp tại cùng thời điểm

Bảo mật - an toàn thông tin.

Cho phép thực hiện các công việc tính toán đúng lúc, đúng chức năng

- độ tin cậy, tính tòan vẹn, tính sẵn dùng của dữ liệu

Sao l u dự phòng

- nhân đôi các tệp dữ liệu hay chơng trình

- chống lại sự mất mát tệp hay tệp bị hỏng

Tính trong suốt

- Ngời dùng các dịch vụ mạng đợc phục vụ rất tiện lợi, không cần phải biết

đến các công việc phức tạp hệ điều hành mạng đã làm để cung cấp dịch vụ

Trang 25

- Tất cả công việc xử lý diễn ra tại bộ xử lý trung tâm,

- Thờng là máy tính cỡ lớn, cao cấp

- Các máy đầu cuối (terminal) không thực hiện việc xử lý, chỉ thực hiện việc nhập/xuất dữ liệu

Xử lý tại hệ thống phân tán:

- xử lý có thể diễn ra bất kể nơi nào,

- sử dụng một cách hiệu quả nhất nguồn tài nguyên

Xử lý phân tán trong môi trờng HĐH mạng:

- Mô hình Client/Server

Chia sẻ tài nguyên

Tại sao phải chia sẻ tài nguyên?

- sử dụng hiệu quả hơn nguồn tài nguyên có sẵn

- nhiều ngời sử dụng một thiết bị đắt tiền

Chia sẻ tài nguyên tại một hệ thống tập trung

- Tất cả các nguồn tài nguyên thật sự chỉ là sự mở rộng của các kết nối vật lý tới máy chủ

Chia sẻ tài nguyên trong môi tr ờng mạng

- các nguồn tài nguyên có thể rải rác tại các vị trí vật lý khác nhau

- cho phép đặt gần ngời hay dùng nhất,

- cho phép tổ choc, quản lí

Trang 26

Chia sẻ tệp

Tại sao phải chia sẻ tệp?

- chia sẻ dữ liệu : các tệp bảng tính kế toán, tệp cơ sở dữ liệu,

- chia sẻ tệp chơng trình ứng dụng

- dễ dàng duy trì, nâng cấp, và phân bổ cấp quyền sử dụng một cách hợp lí

Truy nhập tệp tại một hệ tập trung

- tất cả nằm trên máy chủ u điểm về mặt quản lý hệ thống

- tắc nghẽn khi truy nhập,

- lãng phí vô ích nếu dữ liệu có phạm vi cục bộ

Truy nhập tệp trong môi tr ờng mạng

- các tệp có thể nằm rải rác trên một số máy chủ hay trên chính các máy trạm

- cho phép bố trí các tệp để giảm thiểu lợng truyền thông

- tăng tối đa khả năng sẵn sàng phục vụ

Tranh chấp khi chia sẻ tệp - Tại sao phải khóa tệp.

Tại sao phải có khả năng kháng lỗi?

Các phần còn lại của hệ thống tiếp tục hoạt động sau khi một số phần khác của hệ thống bị hỏng

Kháng lỗi trong một hệ tập trung:

- nhân đôi để đề phòng các hỏng hóc khi hoạt động

- mô hình Tandem, mọi máy đều có bản sao

Kháng lỗi trong một môi tr ờng mạng

- có sẵn một số khả năng kháng lỗi

- Chỉ cần dùng các phần cứng và phần mềm có khả năng kháng lỗi đắt tiền cho các máy chủ

Các kiểu hệ điều hành mạng

- mạng ngang hàng (peer - to - peer)

- mạng có máy chủ ( server - based)

- mô hình Client / Server

Kiểu ngang hàng

- mọi nút mạng có cùng vị thế, có vai trò nh nhau

- Không yêu cầu dành riêng một máy cụ thể làm máy chủ

- Không có ngời quản trị mạng

- Việc chia sẻ tài nguyên đợc hai bên chia sẻ cho nhau thiết lập trực tiếp

Các đặc điểm của mạng ngang hàng

- thích hợp với các mạng nội bộ nhỏ, 5-7 máy,

- dùng cùng loại hệ điều hành, một giao thức,

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	1,66 MB