Mạng máy tính và TCPIP

Trong thời gian nghiên cứu đợc sự hớng dẫn của tận tình của thầy Nguyễn Khắc Kiểm cùng các thầy cô giáo môn Hệ Thống Viễn Thông trờng đại học Bách Khoa Hà Nội và tài liệu em đã hoàn thàn

Lời nói đầu

Mạng máy tính ngày nay đã trở thành một phần quan trọng trong ngành truyền thông Trên thế giới, ban đầu chỉ có vài mạng máy tính đợc

đa vào sử dụng ở các viện nghiên cứu và phục vụ quốc phòng Cùng với thời gian, khoa học công nghệ phát triển, mạng máy tính đã có mặt ở khắp mọi nơi từ các trờng học, các công ty đến các học viện Mục đích chính của sự ra đời mạng máy tính là để chia sẻ các tài nguyên hệ thống, để trao

đổi thông tin Ta biết rằng trong thời đại thông tin hiện nay, khối lợng thông tin ngày càng phong phú, đa dạng thì vấn đề sắp xếp các khối thông tin khổng lồ một khoa học, dễ truy tìm, dễ trao đổi, sử dụng một cách nhanh chóng là vấn đề cấp bách.

Hiện nay, ứng dụng công nghệ thông tin trong sản xuất và phát triển kinh tế là mục tiêu hàng đầu của các quốc gia Mạng máy tính trở thành một lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và ứng dụng cốt lõi của công nghệ thông tin, bao gồm rất nhiều vấn đề từ kiến trúc, đến nguyên lý thiết kế, cài đặt mô hình ứng dụng Mạng viễn thông nói chung và máy tính nói riêng là công cụ không thể thiếu trong hoạt động của bộ máy nhà nớc, các doanh nghiệp, trờng học, và rất nhiều các lĩnh vực sản xuất khác Nó

đóng vai trò nh cầu nối để trao đổi thông tin giữa các chính phủ, các tổ chức xã hội và giữa mọi ngời với nhau.

Trong thời gian nghiên cứu đợc sự hớng dẫn của tận tình của thầy Nguyễn Khắc Kiểm cùng các thầy cô giáo môn Hệ Thống Viễn Thông trờng đại học Bách Khoa Hà Nội và tài liệu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp lý thuyết về mạng máy tính, các giao thức truyền thông và các ứng dụng bao gồm những kiến thức cơ bản về các loại mạng, mô hình mạng, kiến trúc mạng, các thiết bị kết nối mạng, mô hình OSI, TCP/IP Với mong muốn tìm hiểu kỹ về công nghệ thông tin, mạng máy tính có thể xây dựng, ứng dụng tối đa các tiện ích mà mạng máy tính mang lại trong lĩnh vực truyền thông và phát phần mềm

Trong thời gian vừa qua đợc sự hớng dẫn của thầy Nguyễn Khắc Kiểm em đã tìm hiểu những vấn đề trên và nghiên cứu về Mạng máy“

tính và TCP/IP làm đồ án tốt nghiệp của mình ”

Chơng I tổng quan về mạng máy tính

1.1 Sự hình thành của mạng máy tính.

Từ những năm 1960 đã xuất hiện các mạng nối các máy tính và cácTerminal để sử dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí khi muốnthông tin trao đổi số liệu và sử dụng trong công tác văn phòng một cáchtiện lợi

Hiện nay với việc tăng nhanh các máy tính mini và các máy tính cánhân làm tăng yêu cầu truyền số liệu giữa các máy tính, giũa các Terminal,

và giữa các Terminal với máy tính là một trong những động lực thúc đẩy

sự ra đời và phát triển ngày càng mạnh mẽ các mạng máy tính

Quá trình hình thành mạng máy tính có thể tóm tắt qua 4 giai đoạnsau:

Giai đoạn các Terminal nối trực tiếp với máy tính: Đây là giai đoạncủa mạng máy tính, để tận dụng công suất của máy tính ngời ta ghép nốicác Terminal vào một máy tính đợc gọi là máy tính trung tâm

Giai đoạn bộ tiền xử lý (Prontal): ở giai đoạn trung tâm quản lýtruyền tin tới các Terminal, ở giai đoạn 2 máy tính trung tâm quản lýtruyền tin tới các bộ tập trung qua các bộ ghép nối điều khiển đờng truyền

Ta có thể thay thế bộ ghép nối đờng truyền bằng các máy tính mini gọi làProntal, đó chính là bộ tiền xử lí

Giai đoạn 2 của mạng máy tính:

Vào những năm 1970 ngời ta bắt đầu xây dựng mạng truyền thôngtrong đó các thành phần chính của nó là các nút mạng gọi là bộ chuyểnmạch dùng để hớng thông tin tới đích

Các mạng đợc nối với nhau bằng đờng truyền còn các máy tính xử líthông tin của ngời dùng hoặc các trạm cuối đợc nối trực tiếp vào các nútmạng để khi cần thì trao đổi thông tin qua mạng Các nút mạng thờng làcác máy tính nên nó đồng thời đóng vai trò của ngời sử dụng

Chức năng của nút mạng:

+Quản lý truyền tin, quản lý mạng

Nh vậy các máy tính ghép nối với nhau hình thành mạng máy tính,

ở đây ta thấy mạng truyền thông cũng ghép nối các máy tính với nhau nênkhái niệm mạng máy tính và mạng truyền thông có thể không phân biệt Việc hình thành mạng máy tính nhằm đạt các mục đích sau:

1 Tận dụng và làm tăng giá trị của tài nguyên.

2 Chinh phục khoảng cách

3 Tăng chất lợng và hiệu quả khai thác xử lí thông tin

4 Tăng độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế khi xay ra

sự cố đối với một máy tính nào đó

Nh vậy: Mạng máy tính là tập hợp các máy tính đợc ghép với nhaubởi các đờng truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó

1.2 Các yếu tố của mạng máy tính

1.2.1 Đờng truyền vật lý:

Đờng truyền vật lý là thành phần để chuyển các tín hiệu điện tử giữacác máy tính Các tín hiệu điện tử đó biểu thị giữa các dữ liệu dới dạngxung nhị phân Tất cả các tín hiệu truyền giữa các máy tính đều ở dạngsóng điện từ và có tần số trải từ cực ngắn cho tới tới tần số của tia hồngngoại Tuỳ theo tần số của sóng điện từ mà có thể dùng đờng truyền vật lýkhác nhau để truyền

+Các tần số Radio có thể truyền bằng cáp điện hoặc bằng phơngtiện quảng bá (broadcast)

+Sóng cực ngắn đợc dùng để truyền bằng các trạm mặt đất và vệtinh Hoặc là dùng để truyền từ một trạm phát tới các trạm thu

+Tia hồng ngoại là lý tởng đối với truyền thông mạng Nó có thểtruyền từ điểm tới điểm hoặc quảng bá từ một điểm tới các máy thu Tiahồng ngoại hoặc các loại tia sáng tần số cao hơn có thể truyền đợc qua cápsợi quang

Những đặc trng cơ bản của đờng truyền vật lý : Dải thông, độ suyhao, độ nhiễu điện từ

Dải thông của đờng truyền là độ đo phạm vi tần số mà đờng truyền

có thể đáp ứng đợc Dải thông phụ thuộc vào độ dài cáp, đờng kính sợicáp, vật liệu dùng chế tạo cáp

Thông lợng của một đờng truyền (thoughput) chính là tốc độ truyềndữ liệu trên đờng truyền đó trong một đơn vị thời gian.Thông lợng của đ-ờng truyền phản ánh hiệu quả sử dụng đờng truyền đó

Độ suy hao là giá trị phản ánh mức độ suy yếu của tín hiệu đờngtruyền qua một đơn vị độ dài cáp

Độ nhiễu điện từ là khả năng làm nhiễu tín hiệu trên đờng truyềnkhi cáp đi qua vùng có sóng điện từ Có hai loại đờng truyền: hữu tuyến,vô tuyến đợc sử dụng trong kết nối mạng máy tính Đờng truyền hữu tuyếngồm cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp sợi quang; đờng truyền vô tuyếngồm sóng radio, sóng cực ngắn, tia hồng ngoại.

Tuy nhiên khi thiết kế dây cho một mạng máy tính ngời ta còn phảichú ý tới nhiều tham số khác nh: giá thành, khả năng chịu nhiệt, khả năngchống chịu ẩm, khả năng uốn cong

1.2.2 Kiến trúc mạng

Kiến trúc mạng máy tính bao gồm cách ghép nối vật lý các máytính với nhau và các quy tắc, quy ớc mà tất cả các thể tham gia trong hệthống mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Cách cácmáy tính đợc ghép nối với nhau đợc gọi là topology của mạng còn các quy

ớc truyền thông đợc gọi là giao thức (Protocol)

Topology:

Ngời ta phân biệt hai kiểu nối mạng vật lý cơ bản là kiểu điểm

-điểm và kiểu quảng bá (Broadcasting hay Point-To-multipoint)

+Kiểu điểm - điểm: Đờng truyền nối từng cặp nút với nhau Tín hiệu đi

từ nút nguồn đến nút trung gian rồi chuyển tiếp tới đích

+Kiểu quảng bá:

Với kiểu quảng bá tất cả các nút chung một đờng truyền vật lý Dữliệu đợc gửi đi từ một nút đợc tiếp nhận bởi các nút còn lại, và trong góitin phải có vùng địa chỉ đích cho phép mỗi nút kiểm tra có phải tin củamình không

Cấu trúc dạng bus hay dạng vòng cần cơ chế trọng tài để giải quyết

đụng độ (collision) khi nhiều nút muốn truyền tin đồng thời Trong cấutrúc dạng vệ tinh hoặc radio mỗi nút cần có anten thu và phát

1.2.3 Giao thức mạng (network protocol)

Việc trao đổi thông tin giữa các nút với nhau cần phải tuân theo một sốquy tắc, quy ớc nhất định nào đó Chẳng hạn, khi hai ngời nói chuyện vớinhau thì cũng phải tuân theo quy tắc: Khi một ngời nói và ngời kia phảinghe và ngợc lại Việc truyền thông tin trên mạng cũng phải tuân theo cácquy tắc quy ớc nhiều mặt nh: khuôn dạng dữ liệu gửi đi, các thủ tục gửi vànhận, kiểm soát dữ liệu xử lí lỗi và xử lí sự cố Chẳng hạn mạng lới giao

thông công cộng càng phát triển thì số quy tắc đề ra phải càng nhiều, càngphải chặt chẽ và càng phải phức tạp hơn Tập hợp các quy tắc, quy ớc để

đảm bảo trao đổi và xử lý thông tin trên mạng gọi là giao thức Các mạng

đợc thiết kế khác nhau có thể tuân theo một số các giao thức khác nhau,tuy nhiên ngời ta đa ra một số các giao thức chuẩn đợc dùng trên mạngkhác nhau

Chơng 2 Phân loại mạng máy tính

Ngời ta phân loại mạng máy tính khác nhau tuỳ theo các yếu tốchính đợc chọn nh: Khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch, kiến trúcmạng, cơ chế hoạt động của mạng

2.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý

Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố chính để phân loại mạng thìmạng đợc phân thành: mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạngtoàn cầu

+Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN) là mạng đợc cài đặttrong một phạm vi tơng đối nhỏ (trong một toà nhà, trong một phòng banhoặc trong một công ty ) với đờng kính giới hạn trong khoảng vài chụcKm

+Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN) là mạng đợc cài

đặt trong phạm vi một thành phố, một trung tâm kinh tế phạm vi cài đặt

là hàng trăm Km

+Mạng diện rộng (Wide Area Network - WAN) là mạng có phạm vihoạt động có thể là cả một vùng, một khu vực và có thể vợt qua cả biêngiới một quốc gia

+Mạng toàn cầu (Global Area Network - GAN) phạm vi của mạngtrải rộng khắp lục địa của trái đất

2.2 Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch

Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch so sánh thì có thể phân chia mạngthành: Mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói, mạng chuyểnmạch thông báo

a) Mạng chuyển mạch kênh (Circuit - swiched Network):

Đây là mạng mà khi 2 thực thể muốn liên lạc với nhau thì chúngphải tạo và duy trì một kênh liên tục cho đến khi kết thúc quá trình thôngtin Phơng pháp chuyển mạch có hai nhợc điểm chính:

+ Hiệu suất sử dụng đờng truyền không cao

+Mất nhiều thời gian cho việc thiêt lập kênh cố định khi thông tingiữa hai thực thể

b) Mạng chuyển mạch thông báo (Message -swiched Network):

Trong mạng chuyển mạch thông báo cho việc chọn đờng đi cho cácthông báo tới đích đợc thực hiện tại các nút mạng Các nút căn cứ vào địachỉ đích của thông báo để ra quyết định chọn đến nút kế tiếp cho thôngbáo trên đờng dẫn tới đích Nh vậy các nút cần lu trữ tạm thời các thôngbáo, đọc thông báo và quản lý việc chuyển tiếp các thông báo đi Phơngpháp chuyển mạch thông báo có những u điểm sau:

+Hiệu suất sử dụng đờng truyền cao vì không có các kênh thông tin

+Nhợc điểm chủ yếu của chuyển mạch thông báo là trong ttrờnghợp một thông báo dài bị lỗi, phải truyền lại thông báo này nên hiệu suấtkhông cao Phơng pháp này thích hợp với các mạng truyền th tín điệntử(Electronic mail)

c) Mạng chuyển mạch gói (Packet -swiched Network):

Trong mạng chuyển mạch thì một thông báo có thể đợc chia ranhiều gói nhỏ hơn (packet), độ dài khoảng 256 bytes, có khuôn dạng tuỳtheo chuẩn quy định Các gói tin có chứa thông tin điều khiển địa chỉnguồn, địa chỉ đích cho gói tin, số thứ tự gói tin, thông tin kiểm tra lỗi Dovậy các gói tin của cùng một thông báo có thể đợc gửi theo nhiều đờngkhác nhau tới đích tại các thời điểm khác nhau, nơi nhận sẽ căn cứ vàothông tin trong các gói tin và sắp xếp lại chúng theo đúng thứ tự

Ưu điểm của chuyển mạch gói:

+Mạng chuyển mạch gói có hiệu suất và hiệu quả cao hơn mạngchuyển mạch thông báo vì kích thớc các gói tin nhỏ hơn nên các nút mạng

có thể xử lí toàn bộ gói tin mà không cần phải lu trữ trong đĩa

+Mỗi đờng truyền chiếm thời gian rất ngắn, vì chúng có thể dùngbất cứ đờng có thể đợc tới đích

+Đối với các ứng dụng phụ thuộc thời gian thực thì việc các gói tintới đích không theo thứ tự là một nhợc điểm quan trọng cần phải khắcphục

Tuy vậy vẫn còn những hạn chế nhng do có u điểm về tính mềmdẻo, hiệu suất cao nên mạng chuyển mạch gói đang đợc phổ biến hiện nay

2.3 Phân loại theo cơ chế hoạt động

Trong môi trờng mạng máy tính có 2 cơ chế hoạt động chính là: peer và client/server Môi trờng peer-to-peer không có máy chuyên phục

peer-to-vụ cho một công việc nào, con trong môi trờng client/server thì phải cónhững máy đợc dành riêng để phục vụ mục đích khác nhau

 Mạng dựa trên máy phục vụ:

Trong mạng có những máy chuyên phục vụ cho các mục đích khácnhau Máy phục vụ chuyên dụng hoạt động nh một ngời phục vụ và khôngkiêm vai trò của trạm làm việc hay máy khách

Các máy phục vụ chuyên dụng đợc tối u hoá để phục vụ nhanhnhững yêu cầu của khách hàng trên mạng

Các loại máy phục vụ chuyên dụng thờng thấy nh:

+Máy phục vụ tập tin / in ấn (file/print server)

+Máy phục vụ chơng trình ứng dụng (application server).+Máy phục vụ th tín (mail server)

+Máy phục vụ fax (fax server)

+Máy phục vụ truyền thông (communication server).

Một trong những u điểm quan trọng của mạng dựa trên máy phục vụ

là có tính an toàn và bảo mật cao hơn Hầu hết các mạng trong thực tế(nhất là mạng lớn) đều dựa trên máy phục vụ

 Mạng ngang hàng:

Không tồn tại một cấu trúc phân lớp nào trong mạng Mọi máy tính

đều bình đẳng Thông thờng, mỗi máy tính kiêm luôn cả hai vai trò máykhách và máy phục vụ, vì vậy không máy nào đợc chỉ định chịu tráchnhiệm quản lý mạng Ngời dùng ở từng máy tự quyết định phần dữ liệunào trên máy của họ sẽ đợc dùng chung trên mạng Thông thờng mạngngang hàng thích hợp cho các mạng có quy mô nhỏ (chẳng hạn nh nhómlàm việc) và không yêu cầu phải có tính bảo mật

2.4 Phân loại mạng theo kiến trúc

Ngời ta có thể phân loại mạng theo kiến trúc (topology và protocol)

nh các mạng SNA, mạng ISO, mạng TCP/IP

Chơng 3 Kiến trúc phân tầng và mô hình ISO 3.1 Kiến trúc phân tầng

Để giảm độ phức tạp trong thiêt kế và cài đặt mạng,các mạng máytính đợc tổ chức thiết kế theo kiểu phân tầng (layering) Trong hệ thốngthành phần của mạng đợc tổ chức thành một cấu trúc đa tầng, mỗi tầng đ-

ợc xây dựng trên tầng trớc đó; mỗi sẽ cung cấp một số dịch vụ cho tầngcao hơn Số lợng các tầng cũng nh chức năng của mỗi tầng là tuỳ thuộcvào nhà thiết kế Ví dụ cấu trúc phân tầng của mạng SNA của IBM, mạngDECnet của Digital, mạng ARPANET là có sự khác nhau

Nguyên tắc cấu trúc phân tầng (Số lợng tầng, chức năng của mỗi tầng là nh nhau).

Tầng i của hệ thống A sẽ hội thoại với tầng i của hệ thống B, cácquy tắc và quy ớc dùng trong hội thoại gọi là giao thức mức I

Giữa hai tầng kề nhau tồn tại một giao diện (interface) xác định cácthao tác nguyên thuỷ của tầng dới cung cấp nên tầng trên

Trong thực tế dữ liệu không truyền trực tiếp từ tầng i của hệ thốngnày sang tầng i của hệ thống khác (trừ tầng thấp nhất trực tiếp sử dụng đ-

ờng truyền vật lý để truyền các sâu bít (0.1) từ hệ thống này sang hệ thốngkhác) Dữ liệu đợc truyền từ hệ thống gửi (sender) sang hệ thống nhận(receiver) bằng đờng truyền vật lý cứ nh vậy dữ liệu lại đi ngợc lên cáctầng trên Nh vậy khi hai hệ thống liên kết với nhau, chỉ tầng thấp nhấtmới có liên kết vật lý còn ở tầng cao hơn chỉ có liên kết logic (liên kết ảo)

đợc đa vào để hình thức hoá các hoạt động của mạng thuận tiện choviệcthiết kế và cài đặt các phần mềm truyền thông Nh vậy để viết chơng trìnhcho tầng N, phải biết tầng N+1 cần gì và tầng N+1 có thể làm đợc gì

3.2 Mô hình OSI

Do các nhà thiết kế tự chọn kiến trúc mạng riêng cho mình Từ đódẫn đến tình trạng không tơng thích giữa các mạng về: Phơng pháp truynhập đờng truyền khác nhau, họ giao thức khác nhau sự không tơngthích đó làm trở ngại cho quá trình tơng tác giữa các mạng khác nhau.Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn thì trở ngại đó càng không thể chấpnhận đợc với ngời sử dụng Với lý do đó tổ chức chuẩn hoá quốc tế ISO đãthành lập một tiểu ban nhằm xây dựng một khung chuẩn về kiến trúcmạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm mạng

Năm 1984 tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO đã đa ra mô hìnhtham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Reference Model for OpenSystem Inter - connection) hay gọn hơn là OSI Reference Model Mô hìnhnày dựa trên các hệ thống mở phục vụ cho các ứng phân tán Để xây dựngmô hình OSI cũng xuất phát từ kiến trúc phân tầng dựa trên các nguyên tắcchủ yếu sau:

-Các chức năng giống nhau đợc đặt cùng một tầng.

-Các chức năng đợc định vị sao cho có thể thiết kế lại mà ảnh hởng

ít nhất tới các tầng kế tiếp nó

-Tạo ranh giới giữa các tầng sao cho có thể chuẩn hoá giao diện

t-ơng ứng

-Tạo một tầng khi dữ liệu đợc xử lí một cách khác biệt

-Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong một tầngkhông ảnh hởng tới các tầng khác

-Mỗi tầng chỉ có một ranh giới với tầng ở trên và dới nó Cácnguyên tắc tơng tự áp dụng cho các tầng con

-Có thể chia một tầng thành nhiều tầng con khi cần thiết

Và kết quả là mô hình OSI gồm 7 tầng với các chức năng và tên gọi nhsau:

3.2.1 Physical layer (Tầng vật lý )

Physical layer là lớp thấp nhất trong mô hình OSI Tầng này điềukhiển dữ liệu thô, không có cấu trúc, gửi và nhận các dòng bits dữ liệu quacác thiết bị truyền dẫn vật lý Tầng vật lý định nghĩa cách cáp nối với NIC

nh thế nào Ví dụ nó định nghĩa connector có bao nhiêu chân và chức năngcủa mỗi chân cắm Nó cũng định nghĩa kỹ thuật truyền dẫn đợc sử dụng

để truyền dữ liệu trên mạng Tầng này cung cấp các chức năng mã hoá và

đồng bộ dữ liệu đảm bảo rằng các bits 0 và 1 truyền đi khi nhận vẫn là cácbits 0 và 1 Nó cũng đợc gọi là tầng “Hardware”

3.2.2 Data link layer (Tầng liên kết dữ liệu )

Tầng data link có nhiệm vụ truyền các khung dữ liệu từ máy tínhnày sang máy tính khác qua tầng vật lý Tầng data link thực hiện các chứcnăng sau:

1 Thành lập và kết thúc liên kết logic giữa hai máy tính

2 Đóng gói dữ liệu thô từ tầng vật lý thành các frame

3 Điều khiển các frame dữ liệu: Phân tích các tham số của fram dữliệu, phát hiện lỗi và gửi lại dữ liệu nếu có lỗi

4 Quản lý quyền truy cập cáp, xác định khi nào thì máy tính cóquyền truy cập cáp

3.2.3 Network layer (Tầng mạng)

Tầng mạng có trách nhiệm địa chỉ hoá, dịch từ địa chỉ logic sang

địa chỉ vật lý, định tuyến dữ liệu từ nơi gửi tới nơi nhận Nó xác định ờng truyền nào tốt trên cơ sở các điều kiện của mạng, quyền u tiên dịch

đ-vụ Nó cũng quản lý các vấn đề giao thông trên mạng nh chuyển mạch,

định tuyến và điều khiển sự tắc nghẽn của dữ liệu

3.2.4 Transport layer (Tầng vận chuyển)

Tầng vận chuyển đảm bảo rằng dữ liệu đợc truyền đi không bị mất

3.2.5 Session layer (Tầng phiên)

Tầng phiên thành lập một kết nối giữa các tiến trình đang chạy trêncác máy tính khác nhau Các chức năng của tầng phiên gồm:

1 Cho phép tiến trình ứng dụng đăng ký một địa chỉ duy nhất nh làNetBIOS name Tầng session lu các địa chỉ đó để chuyển sang địa chỉ củaNIC từ địa chỉ của tiến trình

2 Thành lập, theo dõi, kết thúc virtual circuit session giữa hai tiếntrình dựa trên địa chỉ duy nhất của nó

3 Định danh thông báo, thêm các thông tin xác định bắt đầu và kếtthúc thông báo

4 Đồng bộ dữ liệu và kiểm tra lỗi

3.2.6 Presentation layer (Tầng trình diễn)

Tầng trình diễn hoạt động nh tầng dữ liệu trên mạng Tầng này trênmáy tính truyền dữ liệu, dịch dữ liệu đợc gửi từ tầng Application sangdạng format chung Và tầng này tại máy tính nhận lại chuyển từ formatchung sang định dạng của tầng Application Tầng trình diễn thực hiện cácchức năng sau:

1 Dịch các mã ký tự từ ASCII sang EBCDIC

2 Chuyển đổi dữ liệu, ví dụ từ số Interger sang số dấu phảy động

3 Nén dữ liệu để giảm lợng dữ liệu truyền trên mạng

4 Mã hoá và giải mã dữ liệu để đảm bảo sự bảo mật trên mạng

3.2.7 Application layer (Tầng ứng dụng)

Tầng mạng nh là giao diện của ngời sử dụng và các ứng dụng đểtruy cập các dịch vụ mạng Tầng ứng dụng cung cấp các chức năng sau:

1 Chia sẻ tài nguyên và các thiết bị

2 Truy cập file từ xa

3 Truy cập máy in từ xa

thông với nhau một cách hiệu quả nếu chung đảm bảo nhữngđiều kiệnchung sau:

-Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông

-Các chức năng đó đợc tổ chức thành cùng một tầng

-Các tầng đồng mức phải cùng chức năng nh nhau (nhng phơng thứccung cấp không nhất thiết phải giống nhau)

-Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung

Để đảm bảo các điều kiện trên cần phải có các chuẩn Các chuẩnphải xác định các chức năng và dịch vụ đợc cung cấp bởi một tầng Cácchuẩn phải xác định các giao thức giữa các tầng đồng mức Mô hình OSIchính là cơ sở để xây dựng các chuẩn đó

Chức năng của mô hình OSI

3.3 Thực thể hoạt dộng trong các tầng của mô hinh OSI

Theo quan niệm của OSI, trong mỗi tầng của một hệ thống có mộthoặc nhiều thực thể (entity) hoạt động Một thực thể có thể là thực thểmềm (sofware entity), ví dụ nh một tiến trình trong hệ thống đa xử lí ,hoặc là một thực thể cứng (hardware entity) ví dụ nh chip I/O thông minh.Thực thể tầng 7 đợc gọi là thực thể ứng dụng (Application entity); thực thểtầng 6 đợc gọi là thực thể trình diễn

Một thực thể tầng N cài đặt dịch vụ cung cấp cho tầng N+1 Khi đótâng N gọi là ngời cung cấp dịch vụ, còn tầng N+1 gọi là ngời dùng dịch

vụ Tầng N dùng dịch vụ của tầng N-1 để cung cấp dịch vụ của nó Tầng N

có thể đa ra vài lớp dịch vụ, chẳng hạn nh truyền thông nhanh mà đắt

Cung cấp các ph ơng tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết.

Thực hiện việc chọn đ ờng và chuyển tiếp thông tin với các công nghệ chuyển mạch thích hợp Thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/ hợp dữ liệu nếu cần.

Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai

đầu nút và thực hiện việc kiểm soát luồng dữ liệu giữa hai đầu nút Cũng

có thể thực hiện việc ghép kênh nếu cần

Cung cấp ph ơng tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng: thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và huỷ bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng Chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các ứng dụng

Cung cấp ph ơng tiện để ng ời sử dụng

có thể truy cập đ ợc vào môi tr ờng OSI,

đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán.

Indication SAP

truyền thông chậm mà rẻ Các dịch vụ là có sẵn tại các nút truy cập dịch

vụ (SAP) Các SAP của tầng N tại các chỗ mà tại đó tầng N+1 có thể truynhập dịch vụ đợc đa ra Mỗi SAP có một địa chỉ duy nhất Mỗi thực thểtruyền thông với thực tế của tầng trên và tầng dới nó qua một giao diện(interface) Giao diện này gồm một hoặc nhiều điểm truy cập dịch vụ(Service Acess Poent-SAP) (N-1) Entity cung cấp dịch vụ cho một (N)entity thông qua việc gọi các hàm nguyên thuỷ (primitive) Hàm nguyênthuỷ chỉ rõ chức năng cần thực hiện và đợc dùng để chuyển dữ liệu, thôngtin điều khiển Có 4 hàm nguyên thuỷ đợc dùng để định nghĩa tơng tácgiữa các tầng liền kề nhau, sơ đồ hoạt động đợc mô tả nh hình sau:

Hình 3.3 Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thuỷ

Request (yêu cầu ): là hàm nguyên thuỷ mà ngời sử dụng dịch vụ

(Service user) dùng để gọi các chức năng

Indication (chỉ báo): là hàm nguyên thuỷ mà ngời cung cấp dịch vụ

(Service Provider) dùng để:

+Gọi báo một chức năng nào đó hoặc

+Chỉ báo một chức năng đã đợc gọi ở một điểm truy cập dịch vụ(SAP)

Respone (trả lời): là hàm nguyên thuỷ mà ngời sử dụng dịch vụ

dùng để hoàn tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm nguyênthuỷ Indication ở SAP nào đó

Theo sơ đồ này quy trình thực hiện một thao tác giữa 2 hệ thống A

Hình 3.4 Quan hệ đơn vị giữa các tầng kề nhau

+Tầng (N) của A cấu tạo một đơn vị dữ liệu để gửi yêu cầu đó quatầng (N) của B theo giao thức tầng N

+Nhận đợc thông báo yêu cầu đó, tầng (N) của B gửi lên một tầng(N+1) trên đó một hàm Indication

+Tầng (N+1) của B gửi xuống tầng (N) kề dới nó một hàmReponse (N) của A theo giao thức tầng (N) đã xác định 0

+Tầng (N) của A gửi lên tầng (N+1) kề trên nó một hàm xác nhận(Confirm) kết thúc một giao tác giữa hai hệ thống Các hàm nguyên thuỷ

đều đợc gọi đến (hoặc gửi đi) từ một điểm truy nhập dịch vụ (SAP) ở ranhgiới 2 tầng (N+1) và (N) Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức tầng (N)

ký hiệu là PDU Giữa các tầng kề nhau các đơn vị dữ liệu có mối quan hệ

nh N+1 của hệ thống khác, mà phải đi xuống tầng thấp nhất (tầng vật lý )trong kiến trúc phân tầng nào đó Khi xuống tầng đến (N) thì một đơn vịdữ liệu của tầng (N) đợc xem nh một đơn vị dữ liệu (SDU) của tầng (N).Phần thông tin của tầng (N), gọi là (N) SDU quá dài thì đợc cắt thànhnhiều đoạn, mỗi đoạn kết hợp với(N) PCI vào đầu để tạo thành nhiều (N)PDU Quá trình nh vậy đợc chuyển xuống cho đến tầng vật lý, ở đó dữ liệu

đợc truyền qua đờng vật lý, ở hệ thống nhận, quá trình diễn ra ngợc lại.Qua mỗi tầng các PCI của đơn vị dữ liệu sẽ đợc phân tích và cắt bỏ cácheader của các PDU trớc khi gửi lên tầng trên

Phơng thức hoạt động có liên kết và không có liên kết

Mỗi tầng trong mô hình tầng ISO, có hai phơng thức hoạt độngchính đợc áp dụng đó là phơng thức hoạt động có liên kết (connection-oriented) và không có liên kết (connectionless)

Với phơng thức có liên kết, trớc khi truyền dữ liệu cần thiết phảithiết lập một liên kết logic giữa các thực thể cùng tầng Còn phơng thứckhông liên kết thì không cần lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu trớchoặc sau nó

Với phơng thức có liên kết, quá trình truyền dữ liệu phải trải qua 3giai đoạn theo thứ tự thời gian

-Thiết lập liên kết : Hai thực thể đồng mức ở 2 hệ thống thơng lợngvới nhau về tập các tham số sẽ đợc sử dụng trong giai đoạn sau.

-Truyền dữ liệu: dữ liệu đợc truyền với các cơ chế kiểm soát và quảnlý

-Huỷ bỏ liên kết (logic): giải phóng các tài nguyên hệ thống đã cấpphát cho liên kết để dùng cho các liên kết khác

Tơng ứng với ba giai đoạn trao đổi, ba thủ tục cơ bản đợc sử dụng,chẳng hạn đối với tầng N có: N-CONNECT (thiết lập liên kết ), N-DATA(truyền dữ liệu), và N-DISCONNECT (huỷ bỏ liên kết) Ngoài racòn một số thủ tục phụ đợc sử dụng tuỳ theo đặc điểm, chức năng của mỗitầng Ví dụ:

-Thủ tục N-RESTART đợc sử dụng để khởi động lại hệ thống ở tầng3

-Thủ tục T-EXPEDITED DATA cho việc truyền dữ liệu nhanh ởtầng 4

-Thủ tục S-TOKEN GIVE để chuyển dữ liệu ở tầng 5

Mỗi thủ tục trên sẽ dùng các hàm nguyên thuỷ (Request, Indication, Response, Confirm) để cấu thành các hàm cơ bản của giao thức ISO.

Còn đối với phơng thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai

đoạn đó là: truyền dữ liệu

So sánh hai phơng thức hoạt động trên chúng ta thấy rằng phơngthức hoạt động có liên kết cho phép truyền dữ liệu tin cậy, do đó cơ chếkiểm soát và quản lý chặt chẽ từng liên kết logic Nhng mặt khác nó phứctạp và khó cài đặt Ngợc lại, phơng thức không liên kết cho phép các PDU

đợc truyền theo nhiều đờng khác nhau để đi đến đích, thích nghi với sựthay đổi trạng thái của mạng, song lại trả giá bởi sự khó khăn gặp phải khitập hợp các PDU để di chuyển tới ngời sử dụng

Hai tầng kề nhau có thể không nhất thiết phải sử dụng cùng một

ph-ơng thức hoạt động mà không dùng hai phph-ơng thức khác nhau

3.4 Truyền dữ liệu trong mô hình OSI

Tiến trình gửi dữ liệu gồm vài dữ liệu muốn gửi qua tiến trình nhận.Dữ liệu đa xuống tầng ứng dụng, dữ liệu đó gắn thêm phần đầu áp dụng(AH-Application Header) vào phía trớc dữ liệu và kết quả đa xuống chotầng trình diễn Tầng trình diễn có thể biến đổi mục dữ liệu này theo nhiều

cách khác nhau, thêm phần header vào đầu và đi xuống tầng phiên Quátrình này đợc lặp đi lặp lại cho đến khi dữ liệu đi xuống tầng vật lý, ở đóchúng thực sự đợc truyền sang máy nhận Máy nhận các phần header khácnhau đợc loại bỏ từng cái một khi các thông báo truyền lên theo các lớpcho lên tới tiến trình nhận Nh vậy, việc truyền dữ liệu thực hiện theo chiềudọc.

Khi tầng giao vận ở máy gửi nhận một thông báo từ tầng phiên gắnmột Transport Header và gửi nó qua tầng giao vận nhận

Hình 3.5 Ví dụ quá trình truyền dữ liệu trong mô hình OSI

Chơng 4 Các thiết bị mạng cơ bản Cáp mạng: Có 3 loại phơng tiện truyền hay đợc dùng trong mạng là

cáp xoắn, cáp đồng trục và cáp quang

Đặc tính của cáp:

Đặc tính của cáp bao gồm sự nhạy cảm với nhiễu của điện, độ mềmdẻo, khả năng uốn nắn để lắp đặt, cự ly truyền dữ liệu, tốc độ truyền(Mbit/s) Hiện nay tốc độ truyền dữ liệu trên các loại cáp biến động từ 10Mb/s đến Mb/s và hơn nữa

4.1 Cáp dồng trục

Cáp đồng trục là một loại cáp đợc sử dụng rất phổ biến Ưu điểm là

do cáp đồng trục: Không đắt, nhẹ , mềm dẻo và dễ sử dụng Dạng đơngiản nhất của cáp đồng trục gồm một lõi đồng nguyên chất đợc bọc cách

điện Tiếp theo là một lớp lới bảo vệ bằng kim loại và một lớp bao bọcngoài cùng

Hình 2.119 Hình 4-1 Cáp đồng trục

Lõi của cáp đồng trục mang tín hiệu điện tử Bao quanh lõi là mộtlớp cánh điện, ngăn cách lõi với lớp lới kim loại Lới kim loại ngăn khôngcho nhiễu xuyên âm và nhiễu điện lọt vào, một loại nhiễu đặc biệt sinh rabởi các đờng cáp truyền đặt quá gần nhau Phần lõi dẫn điện và lớp lới kimloại phải đợc cách biệt nhau Nếu chúng tiếp xúc sẽ gây ngắn mạch vànhiễu Lớp vỏ cách điện ngoài cùng thờng đợc làm bằng cao su hoặc nhựa

Cáp đồng trục thờng ít bị ảnh hởng và suy giảm tín hiệu trên đờngtruyền hơn cáp xoắn Suy giảm tín hiệu(Attenuation) là hiện tợng tín hiệu

bị suy giảm khi truyền trên cáp trong khoảng cách xa

Hình 22 20 Hình 4-2 Tín hiệu bị suy giảm

Có hai loại cáp đồng trục: cáp đồng trục dày và cáp đồng trục mỏng(thinnet and thicknet) Ta có thể chọn cáp tuỳ theo trờng hợp mạng khácnhau

Loại cáp mảnh (Thinnet)

Cáp mảnh là loại cáp dẻo khoảng 0,5 c m Do loại cáp này mềm và

dễ làm việc nên cáp này có thể dùng hầu hết cho các loại mạng Hình ()minh hoạ cáp mảnh nối trực tiếp với cáp mạng

Hình23 20

Hình 4-3 Cáp thinnet nối trực tiếp với cáp mạng

Cáp thinnet có thể truyền tín hiệu khoảng 185m trớc khi tín hiệu bịsuy giảm Nhà sản xuất có thể sản xuất các loại cáp khác nhau, cáp mảnhnằm trong nhóm RG -58 và có trở kháng 50 ohm Sự khác biệt chủ yếutrong nhóm RG - 58 vì nó là lõi đồng Hình () minh hoạ 2 loại cáp mảnhlõi đặc và lõi bện

Hình 4.4 Lõi bện và lõi đặc trong nhóm RG -58.

Loại cáp dày (Thicknet)

Cáp đồng trục dày có đờng kính khoảng 1,3cm Cáp thicknet có lõidày hơn cáp thinnet Hình 4.4 minh hoạ sự khác nhau giữa cáp thicknet vàthinnet

Đ ờng kính lớn hơn và tốc độ cao hơn nh ng chúng đ ợc sử dụng cho truyền băng rộng

Hình 25 21 Hình 4.4 Cáp thicknet và thinnet.

Lõi càng dày thì truyền tín hiệu càng xa Có nghĩa là cáp thicknet cóthể truyền tín hiệu xa hơn cáp thinnet Thicknet có thể mang tín hiệukhoảng 500m Do đó trong vài trờng hợp nó đợc sử dụng nh xơng sống đểnối một vài mạng nhỏ với nhau

Bộ nối cáp đồng trục

Cả cáp thinnet và cáp thicknet đều sử dụng một tthành phần kết nối

đợc biết nh là BNC connecter để nối giữa cáp và máy tính Có một vài loạiBNC connector

 BNC cable connector: Hoặc là đợc hàn hoặc vặn vào cuối cáp

Hình 26 21Hình 4-5 Bộ nối cáp BNC

 BNC T connector: Nối card trong máy tính với cáp mạng

27 21Hình 4.6 Bộ nối BNC hình chữ T

 Bộ nối BNC (hay còn gọi là nối trục tròn)

Bộ nối này dùng nối hai đoạn cáp mảnh thành một đoạn dài hơn

28 22Hình 4.7 Bộ nối ống BNC

 Bộ nối cuối (Terminator) BNC (gọi là nối điện trở)

Bộ nối cuối BNC dùng đóng kín đầu cáp bus nhằm hấp thụ các tínhiệu chạy lạc Nếu không có bộ nối BNC, mạng bus sẽ không hoạt dộng đ-ợc

29 22 Hình 4.8 Bộ nối cuối BNC

4.2 Cáp xoắn

Dạng đơn giản nhất của cáp xoắn gồm hai sợi dây riêng biệt đợcquấn với nhau Hình (4-9) minh hoạ hai loại cáp xoắn là cáp xoắn có vỏbọc (STP) và cáp xoắn không có vỏ bọc (UTP)

-Category 1: Đây là loại cáp xoắn sử dụng cho cáp TV truyền thống,

nó truyền tín hiệu thoại nhng không thể truyền dữ liệu

-Category 2: Đây là loại cáp truyền dữ liệu, nó có thể lên tới 4Mbps

211 23Hình 4.10 Các thành phần sử dụng cho cáp xoắn

4.3 Các quang

Cáp quang gồm một lõi rất mỏng bằng thuỷ tinh đợc bao bọc bởimột lớp thuỷ tinh có phủ sơn Ngoài cùng là một lớp bảo vệ Cáp quangtruyền tín hiệu không nhiễu và rất nhanh Tốc độ thông thờng là 100 Mbps

Dễ Khó

Giá

<STP không

Khả năng

10Mbps, 185m thông dụng hơn UTP

10Mbps, 500m 16Mbps, 100m thông dụng hơn UTP, có thể tới 500Mbps 10Mbps, 100m thông dụng 100Mbps, 10km

2.13 Hình 4.12 Cáp mạng

Card mạng đợc cắm trong khe mở rộng trên mỗi máy tính trênmạng Nhiệm vụ của card mạng là:

-Chuẩn bị tín hiệu từ máy tính cho card mạng

-Truyền tín hiệu tới máy tính khác

-Điều khiển dòng dữ liệu từ máy tính và hệ thống cáp

-Nhận tín hiệu từ cáp và chuyển nó sang tín hiệu byte có thể hiểubởi máy tính

Chuẩn bị dữ liệu cho cáp mạng

Trớc khi tín hiệu đợc truyền đi trên cáp mạng phải truyền tín hiệu từcác dạng tín hiệu máy tính sang tín hiệu có thể truyền trên mạng Dữ liệutrong máy tính dọc theo hệ thống gọi là bus Các bus có thể là 8 bit, 16 bit,

32 bit tuỳ vào máy tính nh vậy dữ liệu có thể truyền 8, 16 hay 32 bit đồngthời Ta gọi là truyền song song Mặt khác trên cáp mạng dữ liệu đợctruyền thành một dòng các bit (truyền nối tiếp) Card mạng phải chuyểndữ liệu song song trên máy tính thành tín hiệu nối tiếp truyền trên mạng

2 14Hình 4.13 Card mạng chuyển tín hiệu từ song song sang nối tiếp

Gửi và điều khiển dữ liệu

-Khi gửi dữ liệu trên mạng thì card mạng phải đảm bảo:

-Cỡ lớn nhất của dữ liệu có thể truyền trên mạng

-Xác nhận số lợng dữ liệu đợc gửi

-Khoảng thời gian truyền các gói dữ liệu

-Tổng thời gian đợi trớc khi xác nhận đợc gửi đi

-Số lợng dữ liệu mà card mạng có thể lu trữ

-Tốc độ truyền dữ liệu trên mạng

Khi một loại card mạng mới hơn, nhanh hơn giao thức với một cardmạng cũ hơn thì card mạng mới hơn phải có sự điều chỉnh phù hợp vớicard mạng cũ

Cấu hình và thiết lập các tham số

Các card mạng đều có cấu hình riêng và phải thiết lập thích hợp đểcard mạng có thể hoạt động một cách thích hợp Một số card mạng cũ đợcthiết kế đặt trên DIP (due inline package) DIP một dụng cụ có thể đónggói và lắp gắn dùng cho các mạng tích hợp Chẳng hạn, DIP là cách đónggóp đợc a thích của loại chip DRAM Loại vỏ này đợc chế tạo bằng mộtvật liệu nhựa cứng, bọc kín vi mạch, các đầu ra của mạch đợc nối vớinhững chân nhọn đầu, hớng xuống dới và xếp thành hai hàng song song.Các chân này đợc thiết kế để cắm chắc chắn vào đế cắm, cũng có thể hànchúng trực tiếp xuống board mạch in

2 15 Hình 4.14 Card mạng thiết kế trên DIP

Các tham số

-Interrupt (IRQ)

-Base input/output (I/O) port address

-Base memory address

-Transceiver

Thiết lập các tham số của card mạng có thể sử dụng phần mềm,thiết lập jumper hoặc cả hai

Interrupt Request (IRQ) Lines

Là một đờng cho phép các thiết bị nh Keyboard, Disk driver hayNIC có thể gửi lệnh ngắt hoặc các yêu cầu dịch vụ tới bộ xử lí InterruptRequest Lines đợc xây dựng sẵn trong phần cứng máy tính và đợc ấn địnhcác mức độ khác nhau Vì thế vi xử lí có thể xác định đợc mức độ u tiệncho các truy vấn Khi NIC gửi một yêu cầu tới máy tính, nó sử dụng mộtlệnh ngắt một tín hiệu điện đợc gửi tới CPU của máy tính Mỗi thiết bịphần cứng trong máy tính sử dụng một đờng ngắt khác nhau Đờng ngắtnày đợc chỉ định khi thiết lập phần cứng lập Bảng sau là một số ví dụ

Bảng 4.3 Interrupt Request (IRQ) Line

Trong hầu hết trờng hợp NIC sử dụng IRQ3 hoặc IRQ5 nên đợc sửdụng và là thiết lập mặc định cho hầu hết hệ thống Nếu cả IQR3 và IRQ5

đều có sẵn thì có thể chọn một trong các IRQ có sẵn ở bảng trên

Computer with an 80486 processor (or higher)

EGA/VRA(enhanaced graphics adapter/video graphics adapter)

Có sẵn (nếu không sử dụng cho second serial port [COM2,COM4] hoặc bus mouse)

COM1, COM3

Có sẵn (nếu không sử dụng cho second serial port [LPT2] hoặc sound card )

F loppy-disk controller Parallel port controller Real -time clock

Có sẵn

Có sẵn Mouse (PS/2) Math coprocessor Hard-disk controller

Có sẵn (nếu không sử dụng cho secondary hard-disk controller)

Base I/O port

Base I/O port chỉ định một kênh cái mà thông tin trao đổi giữa phầncứng máy tính (VD NIC) và CPU Port (cổng) đợc xem nh là một địa chỉ.Mỗi một thiết bị phần cứng trong một hệ thống phải có một Base I/O portkhác nhau Số cổng là một số trong hệ 16 Bảng sau minh hoạ một số cáccổng sử dụng bởi các thiết bị và một số cổng có sẵn

Bảng 4-3 Base I/O Port

Bảng 4.4 Base I/O Port

Base Memory Address

Base memory address: xác định một vị trí trong bộ nhớ máy tính(RAM) NIC sử dụng địa chỉ đó nh một bộ đệm để lu trữ các dữ liệu vàora

Device

NIC NIC Hard-disk controller (for PS/2 model 30)

LPT2

LPT1 EGA/VGA CGA/MCGA(also EGA/VGA,in color video modes)

Floppy-disk controller;COM1

Chơng 5 phơng pháp truy cập 5.1 Chức năng của phơng pháp truy cập

Tập hợp các nguyên tắc định nghĩa phơng pháp máy tính đa dữ liệulên cáp mạng và lấy dữ liệu ra khỏi cáp đợc gọi là phơng pháp truy cập

Điều khiểnlợng lu thông trên cáp

Mạng máy tính về một khía cạnh nào đó giống nh một đờng day xelửa Tuy nhiên trên mạng máy tính tất cả mọi thứ đều chuyển động đồngthời không ngừng Thực tế không phải nó xuất hiện đồng thời Rất nhiềumáy tính phải chia sẻ truy cập tới cáp cái mà kết nối chúng Tuy nhiên nếuhai máy tính cùng gửi dữ liệu lên mạng cùng một lúc thì gói dữ liệu trênmáy tính này có thể xung đột vơí gói dữ liệu trên máy tính khác, và cả hai

đều bị phá huỷ Hình 3.1 minh hoạ khi hai máy tính truy cập mạng cùngmột lúc

31 29 Hình 5.1 Xung đột xảy ra nếu hai máy tính gửi dữ liệu cùng một lúc

Khi dữ liệu đợc truyền qua mạng từ ngời sử dụng này đến ngời sửdụng khác thì phải có một cách nào đó để đảm bảo rằng dữ liệu không bịxung đột với nhau và khi máy tính nhận cũng phải có cách để dữ liệukhông bị phá huỷ Do đó phơng pháp truy cập cần thống nhất trong cáchquản lý trên mạng Nếu các máy tính khác nhau sử dụng phơng pháp truycập khác nhau thì mạng sẽ bị lỗi vì một vài phơng pháp truy cập khác nhauthì mạng sẽ lỗi vì một vài phơng pháp chiếm lĩnh.Phơng pháp truy cậpngăn cản máy tính truy cập đồng thời đảm bảo rằng chỉ có một máy tính

có thể gửi dữ liệu lên cáp và các máy tính nhận và gửi dữ liệu theo mộttiến trình thứ tự

Các phơng pháp truy cập chính

Có 4 phơng pháp đợc thiết kế để ngăn cản sử dụng cáp đồng thời là:Phơng pháp đa truy cập có kiểm tra kênh trớc khi phát với phơngpháp tránh xung đột (Carrier-sense multiple access methods with collisionavoidance CSMA/CA)

Phơng pháp đa truy cập có kiểm tra kênh trớc khi phát với phơngpháp phát hiện dò xung đột (Carrier-sense multiple access methods withcollision detection CSMA/CD).

Phơng pháp chuyển thẻ bài (Token passing), chỉ cho phép một máytính gửi dữ liệu

Phơng pháp u tiên theo yêu cầu (demand priority)

5.1.1 Phơng thức CSMA/CD

14 12 Hình 5-2 Phơng thức CSMA

Với phơng thức này các trạm làm việc sẽ xem xét “lắng nghe” trạngthái của cáp để thực hiện việc truyền dữ liệu Nếu nó xác định đang cótrạm truyền dữ liệu trên cáp thì nó sẽ đợi khi không có trạm nào truyềnnữa thì nó sẽ thực hiện việc gửi dữ liệu Để thực hiện việc nhận dữ liệu thìtất cả các trạm đều xem xét địa chỉ đích của các khung dữ liệu trên mạng,nếu đó là địa chỉ của nó thì nó sẽ xử lí khung dữ liệu còn ngợc lại thì nó bỏqua

16 13 Hình 5.4 Sự phát hiện xung đột khi truyền dữ liệu

5.1.2 Phơng thức CSMA/CA

Đây là phơng pháp ít phổ biến nhất Trong phơng pháp này tín hiệumáy tính thử trớc khi nó thực sự gửi đi Theo cách đó nó có thể biết khinào sẽ có xung đột Tuy nhiên việc gửi thử sẽ làm tăng rất nhiều giaothông trên mạng và làm giảm tốc độ mạng

5.1.3 Phơng thức thẻ bài (Token-Passing)

Đối với mạng có cấu trúc topo dạng vòng ring thì phơng thức rấthay đợc dùng là thẻ bài (token passing) Trạm gửi dữ liệu sẽ điền vàonhững dữ liệu cần gửi, địa chỉ của nó và địa chỉ trạm nhận Sau đó thẻ sẽ

đợc truyền qua tất cả các trạm trên vòng, do đó trạm nào cũng có thể kiểmtra đợc địa chỉ đích của thẻ Thẻ cứ dịch chuyển trong vòng cho tới khi nó

đến đợc đích

17 13 Hình 5.5 Mô hình sự luân chuyển trong vòng

Khi trạm thu đã ghi lại dữ liệu, nó sẽ gửi thẻ bài trả lại trạm phát đểxác nhận rằng dữ liệu đã đợc ghi lại Sau đó trạm phát chuyển thẻ bài chotrạm tiếp theo để trạm này có thể gửi dữ liệu của nó

5.1.4 Phơng pháp u tiên theo yêu cầu

Đây là phơng pháp truy cập mới đợc thiết kế cho mạng Ethernet100Mbps Phơng pháp này dựa trên hoạt động của một repeater Hình ()minh hoạ một mạng Demand priority Giống nh phơng pháp CSMA/CDhai máy tính sử dụng phơng pháp Demand priority có thể tranh chấptruyền dữ liệu tại cùng một thời điểm Tuy nhiên với phơng pháp này cóthể phân chia các dữ liệu theo các loại khác nhau cho quyền u tiên khácnhau đối với các loại dữ liệu Nếu Hub hoặc repeater nhận đợc hai tín hiệucùng một lúc thì tín hiệu có quyền u tiên cao hơn sẽ đợc quyền truyền tr-ớc

Hình 5.6 Phơng pháp quyền u tiên theo yêu cầu

5.2 Ethernet

Có rất nhiều các chuẩn mạng khác nhau Ethernet là một trong cácchuẩn thông dụng cho các mạng LAN hiện nay

Nguồn gốc của Ethernet

Năm 1960 trờng đại học Hawaii phát triển một mạng LAN gọi làALOHA Trờng đại học đang sử dụng một diện tích rất lớn và đang muốnkết nối máy tính toàn bộ khu trờng Một trong các tiêu chí là sử dụng ph-

ơng pháp truy cập CSMA/CD Chính từ mạng này phát triển thành chuẩnEthernet ngày nay Năm 1972 Robert Metcalfe và David Boggs phát minh

ra một loại cáp và khung tín hiệu tại Xerox Palo Alto Research Center(PARC) và tới năm 1975 giới thiệu sản phẩm Ethernet đầu tiên Phiên bản

đầu tiên của Ethernet đợc thiết kế là một hệ thống 2.94Mbps để nối trên

100 máy tính trên 1Km cáp Cùng với Xerox Inter Coporation và DigitalEquipment Coporation đã phát triển Ethernet thành chuẩn 10Mbps là mộttrong các chuẩn thông dụng cho mạng máy tính và hệ thống dữ liệu đợc sửdụng rộng rãi

Các đặc điểm của Ethernet

Chuẩn Ethernet là một kiến trúc mạng LAN rất phổ biến dựa trênphơng pháp truy cập CSMA/CD Mạng Ethernet sử dụng cấu hình bus.Tuy nhiên một vài loại nh (10BASE-T sử dụng cấu hình star và cấu hìnhbus) Mạng Ethernet sử dụng băng thông cơ sở (baseband) và băng thông

10 hoặc 100Mbps Cáp sử dụng cho mạng Ethernet : Mạng Ethernettruyền thông thờng đợc sử dụng các loại cáp đồng trục và có thể sử dụngcáp quang để mở rộng mạng Hiện tại cáp xoắn đợc sử dụng thờng xuyênhơn đặc biệt là UTP

Dạng thức khung của một Ethernet

Ethernet chia dữ liệu thành các gói nhỏ có dạng thức khác với góidùng trong các mạng khác Một khung Ethernet có độ dài từ 64 đến 1518

byte Nhng mỗi khung cần ít nhất 18 byte vì vậy dữ liệu trong một khung

có từ 46 đến 1500 byte Mỗi khung đều có chứa các thông tin điều khiển

và các thông tin chung khác

Hình 3.12 36 Hình 5.7 Dạng thức của một khung Ethernet

Bảng 5.1 Dạng thức của khung Ethernet Một số loại mạng của Ethernet

-Khoảng cách ngắn nhất giữa hai máy là 0.5m

Các tr ờng Mô tả

Preamble Đánh dấu bắt đầu một khung

Destination and Source Địa chỉ nguồn và đích

Type Đ ợc sử dụng để xác định giao thức

trong tầng mạng.

-T-connector phải nối trực tiếp vào card mạng.

-Chiều dài tối đa của đoạn mạng là 185m

-Tổng chiều dài mạng tối đa là 935m

-Số máy tính trên mỗi đoạn mạng là 30 máy tính

-Thiết bị đầu cuối 50 ohm phải đợc sử dụng cuối mỗi bus với chỉmột đầu nối đất

Mạng cáp mảnh có thể kết hợp 5 đoạn(segment) trong một mạng.Mỗi đoạn có thể nối tối đa 4 bộ chuyển tiếp (repeater) và chỉ có 3 trong 5

đoạn có nút (node) mạng (nguyên tắc 5-4-3)

315 37Hình 5-10 10BASE5

Tuy nhiên mạng 10BASE5 cũng phải tuân theo một số quy địnhsau:

-Khoảng cách tối đa giữa hai máy thu phat là 2.5m

-Chiều dài tối đa của đoạn mạng 500m

-Tổng chiều dài tối đa của các đoạn cáp đợc nối 2500m

-Cuối của mỗi đoạn mạng phải đợc nối đất

-Khoảng cách tối đa từ máy tính đến máy thu phát 50m

-Số máy tính tối đa trên mỗi đoạn cáp là 100 máy

10BASE-T

Mạng 10BASE-T sử dụng cáp xoắn (UPT) là loại mạng Ethernetthông dụng nhất Nó dựa trên chuẩn IEEE 802.3 sử dụng băng cơ sở vàbăng thông 10Mbps Mạng 10Base-T sử dụng cấu hình star,các nút đợc nốivào một hub trung tâm Nó sử dụng cấu hình bus và sử dụng bộ nối RI-45.

Đoạn mạng có thể đợc nối với xơng sống (backbone) đoạn mạng sử dụngcáp đồng trục hay cáp quang Sử dụng cấu hình sao mạng 10Base-T cónhiều u điểm đặc biệt cho các mạng lớn là tin cậy và dễ quản lý vì nó sửdụng một hub tập trung Mạng 10BASE-T rất mềm dẻo dễ mở rộng mạng

và giá thành không đắt Một số nguyên tắc khi nối mạng 10BASE-T:

316 38

Hình 5-11 10BASE-T

-Số máy tính tối đa trên mạng là 1024 máy

-Có thể sử dụng cáp xoắn UTP loại 3 và 5 hay có thể sử dụng cápSPT thay thế

-Khoảng cách tối đa từ máy thu phát đến hub là 100m

-Khoảng cách tối đa giữa hai máy tính là 2.5m

10BASE-FL

Là một loại mạng Ethernet đặc biệt sử dụng cáp quang băng thôngcơ sở và 10Mbps Mạng có u điểm là sử dụng cáp quang nên khắc phụchạn chế về khoảng cách và độ suy giảm của tín hiệu truyền

100BASE-X

Mạng 100BASE-X tơng tự nh 10BASE-T nhng tốc độ 10Mbps và sửdụng băng cơ sở Đôi khi 100BASE-X còn đợc gọi là Flast Ethernet

Mạng Token Ring

Mạng này dựa theo chuẩn IEEE 802.5 một tiêu chuẩn cho mạngLAN dạng vòng Token ring đợc phân biệt với các mạng khác bởi phơngthức truy cập thẻ bài chứ không phải sự bố chí vật lý của cáp

Tốc độ truyền dẫn trong mạng có thể là 4 hay 16Mbps tuỳ thuộcvào cáp mạng Các máy tính trong mạng đợc đấu với bộ tập trung đầu dâybởi cáp xoắn có bọc hoặc không bọc Với cáp có bọc thì cự ly từ máy trạmtới bộ tập trung khoảng 100m và là 45m đối với cáp không bọc

Kiến trúc

Kiến trúc của mạng Token ring ban đầu là một vòng vật lý Tuynhiên trong thiết kế của IMB đa ra với một cấu trúc hình sao Máy tínhtrên mạng đợc nối với một hub trung tâm Một mạng Token ring bao gồmcác đặc tính sau:

Giới hạn đầu (start delimiter) Xác định vị trí bắt đầu của khung

Điều khiển truy cập (Accesscontrol) Xác định mức u tiên của khung

Điều khiển khung (Frame control) Chứa thông tin truy cập cáp của

máy tính.

Địa chỉ nguồn (Source address) Xác định địa chỉ của máy tính nhận dữ liệu.

Thông tin chính dữ liệu Dữ liệu đ ợc gửi đi.

Chuổi kiểm khung (frame check Chứa thông tin kiểm tra lỗi.

sequence)

Giới hạn cuối (end delimiter) Cho biết vị trí kết thúc của khung Trạng thái khung (frame status) Cho biết khung đã đ ợc copy hay

địa chỉ của máy tính đích không có

Khi máy tính đầu tiên trong mạng Token ring đăng nhập thì mạngtạo ra một thẻ (token) Thẻ này định dạng dữ liệu cho phép truyền trênmạng Thẻ này chạy một vòng qua các máy tính trên mạng cho đến khimột máy tính cho đến khi một máy tính muốn truyền tín hiệu và chiếmquyền điều khiển Sau khi máy tính chiếm quyền điều khiển thẻ nó truyềnkhung tín hiệu trên mạng Khung truyền quanh vòng cho đến khi tới máytính nhận, khi đó máy tính gửi sẽ loại bỏ khung và trao quyền điều khiểncho máy tính khác.

Mạng Arcnet

Mạng Arcnet (Attached Resource Computer Network) có các đặctính giống với chuẩn IEEE 802.4 Chuẩn IEEE 802.4 đợc xác định chomạng BUS dùng thẻ bài sử dụng cáp băng rộng Tuy nhiên mạng Arcnetlại là một mạng băng cơ sở và có thể có topo dạng sao hay dạng bus Xâydựng mạng này khá dễ dàng và tốn ít chi phí, ta có thể sử dụng cáp đồngtrục, HUB chủ động và HUB bị động Cự ly từ một máy tới máy trạm tớiHUB có thể từ 120m tới 606m tuỳ theo loại cáp và loại HUB đợc sử dụng

Để có thể so sánh giữa các mạng ta xem xét bảng sau:

Ethernet Ethernet Ethernet To ken ring Arcnet Thinnet Thicknet Twisted-par

Topology Local Bus Bus Bus/Star Ring/Star Dây các

Cự ly xa nhất 185 500 100 Từ 45-200m Tuỳ theo của cáp tuỳ theo loại cáp sử cáp dụng

Chơng 6 giao thức mạng TCP/IP

Chơng này ta nghiên cứu về chông giao thức TCP/IP Đây là giaothức đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trong kỹ thuật nối mạng máytính Ta sẽ tìm hiểu về kiến trúc phân tầng của TCP/IP cùng với chức năngchính của chúng

6.1 Sự thúc đẩy cho việc ra đời của TCP/IP.

Giao tiếp thông tin đã trở thành nhu cầu không thể thiếu trong tất cảmọi lĩnh vực hoạt động Mạng máy tính ra đời phần nào đã đáp ứng đợcnhu cầu đó Phạm vi lúc đầu của các mạng bị hạn chế trong một nhóm làmviệc, một cơ quan, công ty trong một khu vực Tuy nhiên thực tế củanhững nhu cầu cần trao đổi thông tin trong nhiều khu vực khác nhau, vềnhiều chủ đề khác nhau, giữa các tổ chức, cơ quan là không có giới hạn.Vì vậy nhu cầu kết nối các mạng khác nhau của các tổ chức khác nhau đểtrao đổi thông tin là thực sự cần thiết Nhng thật không may là hầu hết cácmạng của các công ty, các cơ quan đều là các thực thể độc lập, đợc thiếtlập để phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin của bản thân các tổ chức đó Cácmạng này có thể đợc xây dựng từ những kỹ thuật phần cứng của riêng họ

Điều này chính là một cản trở cho việc xây dựng mạng chung, bởi vì sẽkhông có một kỹ thuật phần cứng riêng nào đủ đáp ứng cho việc xây dựngmột mạng chung thoả mãn nhu cầu của ngời sử dụng Ngời sử dụng cầnmột mạng tốc độ cao để nối các máy, nhng những mạng nh vậy có thể đợc

mở rộng trên những khoảng cách lớn Nhu cầu về một kỹ thuật mới mà cóthể kết nối đợc nhiều mạng vật lý có cấu trúc khác hẳn nhau là thực sự cầnthiết Nhận thức đợc điều đó trong quá trình phát triển mạng ARPANETcủa mình tổ chức ARPA (Advanced Research Project Agency) đã tập trungnghiên cứu nhằm đa ra một kỹ thuật thoả mãn những yêu cầu trên Kỹthuật ARPA bao gồm một thiết lập các chuẩn mạng xác định rõ các chi tiếtcủa việc làm nh thế nào để các máy tính có thể truyền thông với nhau cũng

nh với một sự thiết lập các quy cho việc kết nối mạng, lu thông và chọn ờng Kỹ thuật đó đợc phát triển đầy đủ và đợc đa ra với tên gọi chính xác

đ-là TCP/IP Internet Protocol Suit và thờng đợc gọi tắt đ-là TCP/IP DùngTCP/IP ngời ta có thể kết nối đợc tất cả các mạng bên trong công ty của họhoặc có thể kết nối giữa các mạng của các công ty với nhau

TCP/IP có một số đặc tính quan trọng sau: