Giáo trình mạng máy tính và kỹ thuật phần cứng

Mạng máy tính là tập hợp các máy tính được kết nối với nhau bởi môi trường truyền theo một cấu trúc nhất định.. Mỗi loại hình thiết bị thể hiện một quy tắt truyền thông khác nhau * Cấ

GIÁO TRÌNH

MẠNG MÁY TÍNH

&

KỸ THUẬT PHẦN CỨNG

PHẦN I

MẠNG MÁY TÍNH

I Các khái niệm cơ bản về Mạng Máy Tính

1 Định nghĩa mạng máy tính

Mạng máy tính là tập hợp các máy tính được

kết nối với nhau bởi môi trường truyền theo một

cấu trúc nhất định Qua đó các máy tính có thể

trao đổi thông tin, dữ liệu và chia sẻ tài nguyên

giữa các thiết bị trong mạng

* Môi trường truyền: Bao gồm các thiết bị

truyền dẫn hữu tuyến và vô tuyến kết nối cho

phép chuyển tải tín hiệu điện tử giữa các máy

tính trong mạng (Mỗi loại hình thiết bị thể hiện

một quy tắt truyền thông khác nhau)

* Cấu trúc mạng: Phản ánh cách bố trí, phương thức kết nối vật lý giữa các thiết bị

trong mạng

2 Mạng cục bộ hay còn gọi là mạng LAN (Local Area Network)

- Có giới hạn về địa lý (trong một toàn nhà, công sở, trường học…)

- Tốc độ truyền dữ liệu khá cao (phụ thuộc vào môi trường truyền…)

- Do một tổ chức quản lý (Ban giám đốc, phòng CNTT, quản trị mạng…)

- Thường áp dụng kỹ thuật kết nối 1 điểm - nhiều điểm (Multipoint) cho mạng

TokenRing, Ethernet, Net Star…

3 Mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network)

- Có không gian rộng lớn hơn mạng LAN, giới hạn trong một quận, huyện, Thành

phố, trường học …(hay còn gọi là Mạng Compus)

- Có thể kết nối nhiều mạng LAN với nhau, do 1 hoặc nhiều tổ chức quản lý

- Thường dùng cáp đồng trục, cáp quang, sóng ngắn, sử dụng kỹ thuật kết nối 1 điểm – 1 điểm

- Mạng Intranet sử dụng các cổng giao tiếp nội bộ Portal (hình thức Website)

4 Mạng diện rộng WAN (Wide Area Networks)

- Không giới hạn địa lý

- Kết nối nhiều mạng LAN với nhau, do nhiều tổ chức quản lý

- Tốc độ đường truyền thấp (Phục thuộc vào thiết bị giao tiếp)

- Sử dụng các kỹ thuật kết nối một điểm - một điểm (Point to Point) Channels, VPN

- Thường dùng các đường kết nối như: đường điện thoại, cáp quang, truyền thông bằng vệ tinh

5 Mạng Internet

Là hệ thống thông tin toàn cầu, được kết nối mạng nhiều mạng LAN, WAN với nhau, cho phép chia sẽ thông tin trên toàn Thế giới

* Băng thông : là tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền, được tính bằng Bit/s (bps)

Hay còn gọi là thông lượng hoặc lưu lượng thông tin trên từng thiết bị

6 Mạng ngang hàng (Mô hình Workgroup)

- Là hình thức một hình thức kết nối của mạng LAN

- Không tồn tại máy chủ, không có sự phân cấp giữa các máy trong mạng

- Các máy tính trong mạng đều có quyền ngang hàng nhau

- Mạng không yêu cầu tính bảo mật cao

- Mạng nhỏ <50 PC, bố trí trong không gian hẹp

- Hệ thống mạng theo kiểu này rất hạn chế sự mở rộng

7 Mạng tập trung (Mô hình domain)

- Là mạng được thiết kế dựa trên máy chủ, theo cơ chế Client/Server

- Cung cấp khả năng truy cập đồng thời

- Đảm bảo tính an toàn dữ liệu và khả năng bảo mật rất cao

- Dể quản lý và điều khiển mạng

- Khả năng mở rộng mạng rất cao

8 Mạng không dây

Các máy tính trong một mạng LAN hoặc WAN được kết nối với nhau thông qua môi trường sóng, radio, vệ tinh… theo các qui tắt truyền thông vô tuyến để chi sẻ thông tin và tài nguyên mạng

II Ứng dụng của mạng máy tính

Ngày nay việc ứng dụng CNTT và các công việc quản lý, nghiên cứu, sản xuất, kinh doanh là rất phổ biến Chiết máy tính trở thành công cụ thiết yếu trong việc lưu trữ và

xữ lý thông tin

Việc kết nối các máy tính lại với nhau để tạo nên mạng lưới máy tính trên nhiều phạm vi có vai trò hết sức quan trọng, đáp ứng cao nhu cầu xử lý và điều khiển thông tin trên mọi lĩnh vực: Khoa học, quân sự, thương mại, giáo dục vv

* Các ứng dụng cụ thể:

- Sử dụng chung tài nguyên

+ Chương trình (Client/Server)

+ Dữ liệu (Lưu trữ tập trung hoặc phân tán )

+ Tài nguyên (máy tính, máy in, thông tin vv )

- Tăng độ tin cậy cho hệ thống

+ Bảo trì thiết bị, cài đặt đồng bộ

+ An toàn dữ liệu, đảm bảo thông tin

- Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin

+ triển khai thông tin đồng bộ, nhanh chóng, chính xác…

+ Một số dịch vụ mạng Internet:

+ Dịch vụi Thư điện tử (E-mail) + Hội thảo qua mạng (Video Conference) + Dạy học trực tuyến (E- Learning)

+ Các công cụ tìm kiếm thông tin (Search Tools) + Trò chơi trực tuyến (Game Online)

Đặc biệt là việc tổ chức kinh doanh trên mạng tạo ra các siêu thị ảo, thông tin quảng cáo

* Một số hạn chế của việc kết nối mạng Internet:

+ Một số website cung cấp thông tin không chính xác, nội dung không lành mạnh

+ Sự xâm nhập bất hợp pháp cảu Hacker (Vius) làm ảnh hưởng đến quyền lợi

cá nhân người khác, hệ thống thông tin…

Bài 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG MÁY TÍNH

1 Các yếu tố cơ bản để hình thành mạng máy tính (Mạng cục bộ)

* Yêu cầu về thiết bị

- Có ít nhất 2 máy tính trở lên, trên mỗi máy phải có card giao tiếp mạng (NIC Network Interface Card) %Wired, Wireless%

- Thiết bị truyền thông và môi trường truyền (Cáp mạng, sóng vô tuyến, TB.TT)

- Hệ điều hành mạng (Unix, Windows, NovellNetware)

* Yêu cầu về tính thẩm mỹ, độ an toàn, tiết kiệm chi phí và hiệu quả khai thác

thông tin mạng

2 Các loại cáp mạng (Cable network)

Là thiết bị không thể thiếu trong môi trường mạng hữu tuyến Có rất nhiều loại cáp mạng được sử dụng cho các hệ thống mạng LAN và MAN

a) Cáp đồng trục (Coaxial)

Cấu trúc sợi cáp đồng trục bao gồm 4 lớp:

- Lõi đồng nguyên chất là dây dẫn trung tâm

- Lớp bọc chất cách ly bằng nhựa

- Lớp lưới kim loại có chức năng chống nhiễu

- Ngoài cùng là một lớp võ bảo vệ bằng nhựa

Thường sử dụng làm phương tiện truyền tiếng nói, hình ảnh, video

với khoảng cách xa Cáp đồng trục có tính bảo mật rất cao, sử

dụng đầu nối chữ T (T-Connect)

b) Cáp xoắn đôi (Twisted Pair)

Là loại cáp gồm 8 sợi dây đồng bọc nhựa xoắn đôi vào

nhau thành 4 cặp và chúng được bọc chung trong một võ

nhựa bảo vệ

- Sử dụng tốt nhất cho việc truyền dữ liệu

- Tốc độ tối đa 100Mbps với khoảng cách cho phép

là 100m

* Có 2 loại cáp xoắn đôi:

+ Cáp xoắn đôi bọc kim loại STP (Shield Twisted Pair)

+ Cáp xoắn đôi không bọc kim loại UTP (Unshield Twisted Pair)

c) Cáp quang (Fiber Optic)

Cáp sợi quang bao gồm:

- Một dây dẫn trung tâm bằng thuỷ tinh có kích thước rất nhỏ (8-10 micromet)

- Lớp võ bọc phản xạ tín hiệu,

- Sợi dây chịu lực bằng plastic

- Ngoài cùng là một lớp võ bọc nhựa bảo vệ sợi cáp quang

Sợi cáp quang thích ứng với mọi dạng tín hiệu (âm thanh, hình ảnh, video), đặt biệt là

dữ liệu, với tốc độ 1Gbps với khoảng cách xa

Truyền dẫn bằng tín hiệu quang, khi giao tiếp với các thiết bị và các loại cáp đồng phải

dùng thiết bị trung gian Converter

3 Bộ tập trung (Hub, Switch)

Là thiết bị trung tâm hoạt động đơn giản nhất được sử dụng để

nối các máy trạm với nhau bằng cáp xoắn đôi UTP với đầu nối

RJ45, hoặc cáp đồng trục với đầu nối (T-Connect)

Có chức năng chuyển tiếp và phân tán tín hiệu, cho phép liên kết nhiều Hub bằng cổng Uplink để mở rộng mạng

Bao gồm : Bộ chuyển mạch đơn (HUB) và bộ chuyển mạch tích hợp (SWITCH)

4 Kiến trúc mạng cục bộ (Topology mạng)

Thể hiện kiểu kết nối, mô hình và vị trí các thiết bị trong mạng

* Phương thức kết nối một điểm - một điểm (Point to point )

Với phương thức kết nối một điểm - một điểm các các máy tính được kết nối theo từng cặp mật theo các đường truyền riêng biệt để chia sẻ tài nguyên, dữ liệu trên các thiết bị nối mạng

* Phương thức kết nối một điểm - nhiều điểm (Multipoint)

Với phương thức kết nối một điểm nhiều điểm thì

tất cả các các máy trạm phân chia chung một đường truyền

vật lý, dữ liệu có thể được truyền cùng lúc đến nhiều máy

khác khau và ngược lại nhận dữ liệu từ máy khác nhau

5 Những cấu trúc chính của mạng cục bộ

a) Cấu trúc mạng dạng thẳng (BUS)

Cấu hình mạng BUS là phương pháp kết nối mạng đơn giản nhất, bao gồm một trục cáp thẳng nối tất cả các các máy tính trong mạng theo một hàng và kết thúc mỗi đầu bằng một thiết bị đầu cuối (Terminal)

- Cấu trúc mạng dạng thẳng sử dụng cáp đồng trục theo chuẩn IEEE8023 (Tđ 10Mbps)

Thường áp dụng cho các trường hợp mạng nhỏ, phạm vi hẹp

* Ưu điểm

- Ít tốn cáp, mạng đơn giản, chi phí thấp

- Tốc độ truyền dữ liệu không cao,

- Triển khai trong phạm vi hẹp

* Nhược điểm

- Thường dễ gây ách tắt trên mạng, khó bảo trì

khi bị sự cố trên trục chính

- Mức độ lưu thông dữ liệu thấp

- Mở rộng kết nối đơn giản nhưng tính tương thích không cao

b) Cấu trúc mạng dạng vòng (RING)

Các máy tính trong mạng được nối liên tiếp nhau thành một vòng khép kín Tín hiệu được truyền đi theo một chiều và đi qua từng máy một, các máy tính trong mạng có quyền ngang nhau

Tốt cho các trường hợp mạng nhỏ, số máy trạm ít

* Ưu điểm

- Chi phí thấp, không cần thiết bị trung tâm

- Tốt độ truyền dữ liệu không cao,

- Triển khai trong phạm vi hẹp

* Nhược điểm

- Các máy tính trong mạng luôn ảnh hưởng lẫn nhau

- Mức độ lưu thông dữ liệu thấp

- Khả năng mở rộng mạng kém

c) Cấu trúc mạng dạng sao (STAR)

Các máy tính trong mạng được kết nối vào một thiết

bị trung tâm (HUB, SWITCH)

- Tín hiệu được truyền từ các máy trạm đến thiết

bị trung tâm rồi chuyển đến các máy trạm khác

trong mạng, theo phương thức 1 điểm - nhiều

điểm, bằng cáp xoắn đôi UTP

- Sử dụng phổ biến nhất cho các mạng có quy

mô lớn như mạng điện thoai, mạng công cộng

* Ưu điểm

- Lắp đặt thiết bị đơn giản, đễ sử dụng

- Không gây tắt nghẽn trên đường truyền, khi bị sựu cố không ảnh hưởng đến các máy trạm khác

- Tốc độ đường truyền cao, 100 Mbps (phụ thuộc vào cáp xoắn đôi UTP5)

- Khả năng mở rộng mạng không hạn chế

- Cho phép tối ưu hoá các thiết bị trung tâm để tăng hiệu xuất mạng

* Nhược điểm

- Tốn nhiều cáp mạng, tốn chi phí cho thiết bị trung tâm

- Giới hạn độ dài cáp nối từ thiết bị trung tâm đến máy trạm là 100 m

BÀI 3 GIAO THỨC TCP/IP

I Định nghĩa giao thức (Protocol)

Giao thức là những nguyên tắc giao tiếp cơ bản nhất được định nghĩa cho các

mô hình truyền thông để thể hiện quá trình chuyển tải thông tin trên mạng

* Hoạt động của giao thức:

Toàn bộ các hoạt động truyền dữ liệu trên mạng đều dựa trên các thủ tục giao tiếp giữa các liên kết mạng, chúng phụ thuộc hoàn toàn vào phương thức kết nối, môi trường truyền tín hiệu và hệ điều hành mạng đã được cài đặt Mỗi giao thức sẽ thực hiện một tác vụ truyền thông theo một trình tự nhất định, chúng có những ưu, nhược riêng biệt nhau Mỗi giao thức sẽ tương ứng với một số hiệu cổng (Port) đã định trước hay chưa đăng ký có giá trị từ: 1 đến 65535

II Bộ giao thức TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP được nghiên cứu vào năm 1969, bởi bộ quốc phòng Mỹ, thiết kế theo đúng chuẩn công nghiệp nhằm phục vụ truyền thông trong môi trường đa chủng loại

- TCP/IP là bộ giao thức liên mạng được sử dụng để liên kết đồng nhất các thiết bị

trong cùng mạng (mạng LAN) và giữa các mạng với nhau (mạng Internet)

- TCP/IP cung cấp 02 khả năng chính là: kết nối liên mạng và cho phép điều khiển

truyền dữ liệu

* Các giao thức hỗ trợ trực tiếp cho bộ giao thức TCP/IP:

− Giao thức chuyển thư đơn giản (SMTP -Simple Mail Transfer Protocol : 25)

− Giao thức chuyển tải tập tin (FTP - File Transfer Protocol : 20, 21)

− Giao thức chuyển tập tin siêu văn bản (HTTP – HyperText Transfer Protocol : 80)

− Giao thức kiểm soát và thông báo lỗi (ICMP – Internet Control Message Protocol )

− Giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP - Simple Network Management Protocol)

1 Địa chỉ IP (IP Address) IPV4

Địa chỉ IP là một định danh duy nhất của các máy tính trong mạng

- Địa chỉ IP có chiều dài 32 bít được chia thành 4 byte, mỗi byte sẽ tương ứng với một giá thập phân từ 0 đến 255

- Địa chỉ IP gồm 2 phần chính: Địa chỉ mạng (NetID) và địa chỉ máy (HostID)

- Địa chỉ IP được chia thành 5 lớp A, B, C, D trong đó lớp D dành cho kỹ thuật Multicast, lớp E là lớp dự phòng

* Lớp A: Có 01 byte địa chỉ mạng (NetID) và 03 byte địa chỉ máy (HostID)

Có : 126 mạng và 16 triệu máy trạm trong 1 mạng (Mạng lớn)

Từ địa chỉ : 0.0.0.0/8 đến 126.255.255.255/8

VD: 10.1.1.254 120.10.10.1

255.0.0.0 255 0 0 0

* Lớp B: Có 02 byte địa chỉ mạng (NetID) và 02 byte địa chỉ máy (HostID)

Có : 16.382 mạng và 65.534 máy trong mỗi mạng (Mạng vừa phải )

Từ địa chỉ : 128.0.0.0/16 đến 191.255.255.255/16

VD: 128.0.0.10 172 16 0.1

255.255.0.0 255.255.0.0

* Lớp C: Có 03 byte địa chỉ mạng (NetID) và 01 byte địa chỉ máy (HostID)

Có : 02 triệu mạng và 254 máy trong mỗi mạng (Mạng nhỏ)

Từ địa chỉ : 192.0.0.0/24 đến 223.255.255.255/24

VD: 192 10 10 1 203.162 0 1

255.255.255.0 255.255.255.0

Cấu trúc nhị phân của địa chỉ IP và bảng tính subnet mask:

Dec 1 2 3 4 5 6 7 8 Bin Value

0 0 0 0 0 0 0 0 0 20 1

1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 1 2

3 0 0 0 0 0 0 1 1 2 2 4

4 0 0 0 0 0 1 1 1 2 3 8

15 0 0 0 0 1 1 1 1 2 4 16

32 0 0 1 1 1 1 1 1 2 5 32

63 0 1 1 1 1 1 1 1 2 6 64

127 0 1 1 1 1 1 1 1 2 7 128

255 1 1 1 1 1 1 1 1 2 8 256

7 6 5 4 3 2 1 0 Dec

0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 128

1 1 0 0 0 0 0 0 192

1 1 1 0 0 0 0 0 224

1 1 1 1 0 0 0 0 240

1 1 1 1 1 0 0 0 248

1 1 1 1 1 1 0 0 252

1 1 1 1 1 1 1 0 254

1 1 1 1 1 1 1 1 255

Lớp D 1 1 1 0 Địa chỉ Multicast

Lớp E 1 1 1 1 Dự phòng

Lớp B 1 0 2 16-2 -2 = 16.382 2 16 -2 = 65534

Lớp C 1 1 0 2 24-3 -2 = 2.097.150 2 8 -2 = 254

16

Bit

Lớp A 0 2 8-1 -2 = 126 2 24 -2 = 16.777.214

* Định dạng IP

2 Giao thức IP (Internet Protocol)

Khi địa chỉ IP khởi động nó trở thành một thực thể tồn tại bên trong cấu hình máy tính

và được gợi là giao thức IP

- Giao thức IP là giao thức lớp mạng cho phép chuyển giao các gói tin từ máy tính nguồn đến máy đích, có khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng, với 03 nhiệm

vụ chính như sau:

- Xác định đơn vị cơ sở lớp Internet

- Thực hiện chức năng định tuyến

- Điều khiển và xử lý lỗi

3 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol)

- Đơn vị truyền dữ liệu trên mạng vật lý

được gọi là một frame

- Đơn vị truyền dữ liệu trên mạng giao

thức (Internet) được gọi là Datagram hay

còn gọi là packet

- Cấu trúc của địa chỉ IP bao gồm Phần

đầu (Header) và phần dữu liệu (Data) với

phần đầu chứa địa chỉ nguồn và địa chỉ

đích

Trong đó:

VERS (4-bit): Chỉ phiên bản hiện hành

của IP được sử dụng Với IP thông

thường là 4, thế hệ IP tiếp theo là 6

HLEN(4-bit): chỉ độ dài phần tiêu đề của

datagram tính theo đơn vị từ (32bit) Độ

dài tối thiểu là 5 (20 octet)

Service Type: là chỉ số chất lượng dịch vụ

yêu cầu cho IP datagram Trường này bao

gồm những thông tin sau:

Total Length: xác định độ dài của toàn bộ

datagram,c header và data

Identification: cùng với các tham số khác

như Source IP addres, Destinaton IP

address dùng để định danh duy nhất cho

một datagram trong khoảng thời gian gói

tin tồn tại trên mạng, dùng để tập hợp

fragmented datagram