tổng quan về mạng máy tính – mô hình OSI internet và TCPIP

Dần dần các máy tính đơn lẻ đợc kết nối với nhau thành mạng máy tính vàngày nay đã trở thành không thể thiếu của hầu nh bất kỳ tổ chức nào.. Vì vậy trong phần đồ án này, em xin trình bày

Lời nói đầu

Chúng ta đã và đang sống trong thời kỳ phát triển nhanh chóng và sôi

động của công nghệ tin học, cũng nh tất cả các sản phẩm trí tuệ của con ngời,máy tính càng trở nên mạnh mẽ hơn, dễ sử dụng hơn, hiệu quả cao hơn

Dần dần các máy tính đơn lẻ đợc kết nối với nhau thành mạng máy tính vàngày nay đã trở thành không thể thiếu của hầu nh bất kỳ tổ chức nào Mạng máytính cho phép ngời sử dụng liên lạc với nhau, chia sẻ thông tin, chia sẻ tàinguyên, cộng tác và kết hợp sức mạnh Quy mô mạng máy tính không còn tínhbằng đờng biên giới, nó đã vợt qua khuôn khổ một quốc gia riêng lẻ, cùng vớihàng loạt dịch vụ, đã đáp ứng đợc hầu hết các nhu cầu thông tin của con ngời ởmọi lúc, mọi phơng diện

Chính vì vậy những vấn đề về tin học viễn thông nói chung và mạng máy tínhnói riêng sẽ trở thành kiến thức phổ thông, em cũng nh các bạn khác ham hiểubiết về mạng máy tính Vì vậy trong phần đồ án này, em xin trình bày tổngquan về mạng máy tính – mô hình OSI - Internet và TCP/IP – Và các thiết

bị mạng nh : Repeat - Bridge - Router - HUB

Do giới hạn của bản báo cáo và trình độ của em còn hạn chế nên khôngtránh khỏi thiếu sót, em mong đợc sự thông cảm và chỉ bảo của các thầy giáo, côgiáo và các bạn cho em đợc hoàn thiện hơn nữa

Sau cùng em xin phép đợc bày tỏ lời cảm ơn trân thành tới thầy giáo hớngdẫn PGS.TS Đỗ Xuân Thụ đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản báo cáo tốtnghiệp này

CHƯƠNG 1

Tổng quan về mạng máy tính

I khái niệm mạng máy tính

1 Khái niệm

mạng máy tính là một tập hợp các máy tính đợc nối với nhau bởi các đờngtruyền vật lý theo một kiến trúc nào đó.ở đây đờng truyền vật lý để chuyển cáctín hiệu điện từ giữa các máy tính ,các tín hiệu điện từ là các xung điện dới dạngcác bit 0 và 1 với mục đích sử dụng chung tài nguyên

2 Đặc điểm

Nhiều máy tính riêng rẽ độc lập với nhau khi kết nối lại thành mạng máy tính thì

nó có đặc điểm sau nhiều ngời có thể dùng chung một phần mềm tiện ích ngời sửdụng trao đổi th tín với nhau (email) dễ dàng và có thể sử dụng mạng máy tính

nh một công cụ để phổ biến tin tức

3 Phân loại mạng máy tính

Mạng Lan: Mạng cục bộ LAN kết nối các máy tính trong một khu vực bán kínhhẹp (Khu vực khoảng vài trăm mét) mạng LAN đợc kết nối thông qua các môitrờng truyền thông tốc độ cao (cáp đồng trục, cáp quang) mạng LAN thờng đợc

sử dụng trong bộ phận cơ quan tổ chức Các mạng LAN có thể kết nối với nhauthành mạng WAN

Mạng WAN (mạng diện rộng WAN) kết nối máy tính trong nội bộ các quốc giahay giữa các quốc gia trong châu lục Thông thờng kết nối này đợc thực hiệnthông qua mạng viễn thông các mạng WAN có thể kết nối vơí nhau thành mạngGAN hoặc cũng có thể hình thành mạng GAN

Mạng GAN kết nốimáy tính từ các châu lục khác nhau Thờng kết nối này đợcthực hiện thông qua mạng viễn thông hoặc vệ tinh

Mạng MAN : Mạng này kết nối trong phạm vi một thành phố kết nối này đợcthực hiện thông qua các môi trờng truyền thông tốc độ cao (từ 50 đến 100 Mbps)

4 Cấu hình mạng

4.1./ Mạng BUS : Mạng BUS đợc thiết kế theo một đờng trục chính tạo thành

một hành lang trao đổi dữ liệu giữa hai đầu của trục chính đợc kết nối với mộtthiết bị có trở kháng là 50 ôm (hình 1) Tất cả các máy tính đều đợc kết nối vàotrục chính

Ưu điểm là cấu hình đơn giản, thiết bị rẻ tiền, có thể mở rộng hoặc thu hẹp dẽ

dàng các trạm có thể làm việc độc lập với nhau khi không muốn kết nối mạng

Nhợc điểm: Vì kết cấu theo một đờng trục chính nên dễ dàng gây ra tắc nghẽn

Nếu trên trục chính có sự cố thì sẽ gây ra toàn mạng

Ưu điểm là kết nối theo nguyên lý song song nên một máy có sự cố thì không

ảnh hởng đến các máy kia khi có sự cố thì pháthiện dễ dàng , cóthể mở rộngmạng, cấu trúc mạng đơn giản hoạt động ổn định trong quá trình truyền dữ liệu

ít gây ra tắc nghẽn

Nhợc điểm: tất cả các trạm và máy chủ đều phải kết nối vào HUB nên độ dài các

đờng dây là rất lớn việc mở rộng mạng phụ thuộc vào HUB

Hình 2 : Sơ đồ mạng sao

Termilor

4.3./ Mạng hình vòng (Ring Topolory)

Tất cả các máy tính đợc nối theo đờng vòng và trong cấu hình này không có

điểm đầu và điểm cuối.(hình 3)

hệ thống nhằm trao đổi thông tin giữa các máy tính với nhau trong phạm vi củamột phòng ban một khu vực hay của một lãnh thổ Trong quá trình thiết kế cácnhà thiết kế tự do lựa chọn cấu trúc mạng riêng của mình từ đó dẫn đến tìnhtrạng không tơng thích giữa các mạng Nh phơng thức truy nhập đờng truyềnkhác nhau, sử dụng giao thức khác nhau Sự không tơng thích đó làm trở ngạicho sự tơng tác của ngời sử dụng tại các mạng khác nhau Nhu cầu trao đổi thôngtin càng lớn thì ngày càng trở ngại không thể chấp nhận đợc cho ngời sử dụngvới tất cả các lý do đó đã khiến cho tất cả các nhà sản xuất và các nhà nghiêncứu, thông qua các tổ chức chuẩn hoá quốc gia và quốc tế tích cực tìm kiếm một

sự hội tụ cho các sản phẩm mạng trên thị trờng Để có đợc điều đó trớc hết cầnxây dựng một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kê

và chế tạo các sản phẩm về mạng

Vì những lý do đó, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International organization forStandariztation-ISO) đã lập ra năm 1997 một tiểu ban nhằm phát triển một khuchuẩn nh thế Năm 1984 ISO đã xây dựng xong “Mô hình tham chiếucho việckết nối cho các hệ thống mở” (Reference Model for Open SystemsInterconnection –ISO Referen Model) Mô hình này đợc dùng làm cơ sở để kếtnối các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán

+ Các chức năng giống nhau cùng đợc đặt vào một tầng

+ Chọn danh giới các tầng theo kinh nghiệm đã đợc chứng tỏ là thành công + Các chức năng đợc định vị sao cho có thể thiết kế lại tầng mà ít ảnh hởng nhất

đến các tầng kề nó

+ Tạo danh giới các tầng sao cho nó có thể chuẩn hoágiao diện tơng ứng

+ Tạo một tầng khi dữ liệu đợc xử lý một cách khác biệt

+ Cho phép các thay đổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không làm

ảnh hởng đến tầng khác

+ Mỗi tầng chỉ có các danh giới (giao diện) với các tầng kề trên nó và dới nó + Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết

+ Cho phép huỷ bỏ các tầng con khi thấy không cần thiết

Với các nguyên tắc trên mô hình OSI đã chia ra làm 7 tầng (hình 4)

Nằm ở tầng dới cùng của mô hình Tầng vật lý đi quy định hình thức kết nối vật

lý trong mạng , về các hình thức cơ điện khác nhau các chức năng đặc biệt chokết nối Tầng này quy định cấu trúc mạng (Topolory) đảm bảo thiết lập liên kếthoặc huỷ bỏ liên kết

2.1.2 Tầng liên kết dữ liệu (Data Link)

Tầng này cung cấp một số chức năng quan trọng Quy định dạng khung (Frame)kiểu thiết bị truy nhập , phơng thức điều khiển luồng Kiểm tra tín hiệu truyềntầng dới đảm bảo thông tin truyền lên mạng không có lỗi Nếu phát hiện lỗi sẽyêu cầu tầng một gửi lại

Giao thức tầng 7

Giao thức tầng 4

Giao thức tầng 6 Giao thức tầng5

Giao thức tầng 3 Giao thức tầng 2 Giao thức tầng 1

2.1.3 Tầng mạng (NetWork)

Đây là tầng liên lạc của mạng( Communication Subnet Layer) theo dõi toàn bộhoạt động của Subnet, các thông tin số liệu của tầng này đợc tổ chức thành gói

số liệu (Packets) chứa đầy đủ các địa chỉ nguồn (Source) và đích (Destination)

Số lợng các gói số liệu truyền trên các kênh khác nhau của mạng phụ thuộc lu ợng các gói trên đờng truyền Tầng mạng đảm bảo việc chọn đờng tối u cho cácgói số liệu (Router)

2.1.4Tầng vận chuyển (Transport layer):

Tầng vận chuyển là tầng cao nhất của nhóm tầng thấp nhất ,mục đích của nó làcung cấp dịch vụ truyền dữ liệu sao cho các chi tiết cụ thể của phơng tiện truyềnthông đợc sử dụng ở bên dới trở nên trong suốt đối với tầng cao Tầng này cónhiệm vụ nhận thông tin từ tầng phiên (session layer) và chia thành các phần nhỏhơn đồng thời chuyển xuống tầng dới hoặc nhận thông tin từ tầng dới chuyểnlên.Tất cả các khối dữ liệu đều đợc kiểm tra và đợc truyển lại

Nếu có yêu cầu cuộc nối xuất phát từ tầng mạng ,hệ thống yêu cầu chuyển tinnhanh, tầng này sẽ thiết lập cuộc nối để tăng lu lợng thông tin trên mạng hoặc là

hệ thống có thể sử dụng chung cuộc nối cho các thông tin khác nhau Ngoài racòn có cơ chế kiểm soát dòng thông tin để đồng bộ tốc độ xử lý

2.1.6 Tầng trình diễn (Presentation layer)

Tầng này đảm bảo dữ liệu nhận đợc đúng khuôn dạng Điều đó có nghĩa là tầngtrình diễn đảm bảo cho các cách biểu diễn dữ liệu khác nhau Sự chuyển đổi dữliệu ,các phơng thức hay thủ tục chuyển đổi đều nằm ở tầng này

2.1.7 Tầng áp dụng (Application layer)

Tầng này cho phép ngời sử dụng khai thác các tài nguyên trong mạng là các tàinguyên tại máy chủ(server),host hay các máy tính có kết nối vào mạng giống nhcác tài nguyên tại chỗ Nh vậy hệ thống đợc coi là trong suốt đối với ngời dùng.

* Điều hấp dẫn của mô hình OSI chính là ở chỗ nó hứa hẹn giải pháp cho vấn đềtruyền thông giữa các máy tính không giống nhau Hai hệ thống dù khác nhauthế nào đi nữa thì đều có thể truyền thông với nhau một cách hiệu quả nếu chúng

đảm bảo những điều kiện chung sau:

+ Chúng cài đặt cùng một tệp chức năng truyền thông

+ Các chức năng đó đợc tổ chức cùng một tệp các tầng Các tầng đồng mứcphải cung cấp các chức năng nh nhau (nhng phơng thức cung cấp không nhấtthiết phải giống nhau )

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

CHƯƠNG 2 Một số thiết bị mạngI./Repeater

theo chuẩn 802.5 và chuyển khung tới tram WS6 Quá trình truyền dữ liệu từtram 6 về 1 diễn ra theo chiều ngợc lại

Dới con mắt ngời sử dụng thì toàn bộ mạng giống nh là một mạng duy nghĩa là không phân biệt trạm nào ở trên mạng nào Cầu hoạt động trong suốt(transparent) và tự động chuyển các khung từ mạng này sang mạng khác theocác qui tắc đợc định nghĩa trớc Các qui tắc này chính là các thuật toán chọn đ-ờng đối với cầu Có 3 thuật toán thông dụng đối với cầu là:

nhất TLB (Transparent Learning Bridge) – Cầu học trong suốt

- STB (Spanning Tree Bridge)

- SRB (Source Route Bridge)

Tơng đơng với lớp 3 – Router có khả năng xử lý các gói dữ liệu, đọc kiểm tra

địa chỉ, biến đổi gói cho phù hợp với mạng và chọn đờng đi ngắn nhất trongmạng cho gói Nguyên tắc hoạt động của Router nh sau:

Dir: Direct

Hình 0-: Ví dụ về sử dụng Router trong mạng

Trong mạng toàn cầu rộng, mỗi nút mạng có một địa chỉ duy nhất Địa chỉ nằm

ở lớp 3 trong gói IP Ví dụ trên hình vẽ – mỗi trạm đợc gắn một địa chỉ nh A1, A2, B10, B5, C2, D3, D5 Địa chỉ này là duy nhất trên toàn mạng (Địa chỉ Internet bao gồm địa chỉ mạng và địa chỉ nút mạng – ở đây ta coi A,B,C,D là phần đia chỉ mạng còn các con số tiếp theo là địa chỉ nút mạng) Ngoài ra mỗi trạm trong một mạng lại có thêm địa chỉ phần cứng của card giao tiếp mạng -

Đây chính là địa chỉ lớp 2 - địa chỉ MAC là cá con số ghi bên dới các địa chỉ lớp 3 (101,102,105,110, ) Địa chỉ MAC này có thể giống nhau trên các mạngkhác nhau nhng là duy nhất trên một mạng vật lý

Ta lấy ví dụ việc truyền dữ liệu từ trạm có địa chỉ Internet lớp 3 là B10 - địa chỉ MAC của nó ở lớp 2 là 110 đến trạm có địa chỉ D5 và địa chỉ MAC =105 Quátrình truyền có thể đợc chia thành 3 bớc

- Bớc 1: Đầu tiên khi B10 muốn gửi thông tin đến D5 – nó tạo gói tin ở lớp 3chứa địa chỉ bên gửi là B10 và bên nhận là D5 Qua bộ phân tích địa chỉ B10biết rằng trạm D không nằm cùng trong mạng với nó, bởi vậy nó quyết

định phải chuyển gói dữ liệu cho Router R1 là cổng ra của toàn mạng B.Việc chuyển gói cho R1 (có địa chỉ lớp 3 là B5 và MAC=105) đợcB10 thực hiện bằng cách chuyển gói này cho lớp 2 bên dới để cho vàokhung (802.3 của mạng BUS) Khung này sẽ gắn địa chỉ MAC bên gửi

của B10 là 110 và MAC nhận là 105 Xem hình dới Trong trờng hợp B10không biết địa chỉ MAC của B5 là bao nhiêu thì nó sẽ triệu gọi thủ tục phângiải địa chỉ ARP của mình để tìm địa chỉ MAC của B5.( Xem thêm phầnARP).

Gói tin lớp 3Source Add :B10Dest Add :D5

IP Data

MAC Source Add :110MAC Dest Add :105

Hình 0-: Khung Ethernet 802.3 chuyển gói từ B10 tới R1

- Bớc 2: Khi R1 nhận đợc khung dữ liệu thông qua địa chỉ MAC 105 của B10

từ cổng B5 Nó tách bỏ gói ra khỏi khung sau đó sẽ phân tích địa chỉ của gói Qua phân tích địa chỉ nó biết rằng cần phải chuyển gói cho trạm D5 Nhìn vào bảng chọn đờng của mình (Routing Table) R1 hiểu rằng muốn gửi tin tới D5 phải gửi gói ra cổng có địa chỉ C1 là cổng kết nối với mạng Ring C tới cổng ra R2 của mạng Ring có địa chỉ C2 C1 có địa chỉ MAC là 101 và C2

có MAC=102 Nh vậy R1 sẽ cho gói dữ liệu của B10 vào khung 802.5 để chuyển qua mạng Ring C nh hình sau:

Gói tin lớp 3

Source Add :B10Dest Add :D5

IP Data

MAC Source Add :101MAC Dest Add :102

Hình 0-: Khung Ethernet 802.5 chuyển gói từ R1 tới R2

- Bớc 3: Khi R2 nhận đợc khung dữ liệu do R1 gửi, nó sẽ tách bỏ phần khung

để láy ra gói dữ liệu Đọc địa chỉ đích trên gói R2 hiểu rằng cần phải chuyểngói cho trạm D5 Nhìn vào bảng chọn đờng của mình (Routing Table) R1thấy rằng nó có thể chuyển trực tiếp gói tin tới D5 Bởi vậy R2 cho gói vàokhung 802.3 để chuyển tới D5 nh hình dới

Gói tin lớp 3Source Add :B10Dest Add :D5

Hình: Thể hiện sự kết nối của Hub

HUB là bộ tập chung và là thành phần rất quan trọng trong cấu hìnhmạng sao

HUB đợc chia thành các loại

a/ HUB chủ động : Đa số HUB có tính vì chúng tái tạo và truyền lại tín hiệu

theo cách tơng tự với cách vận hành của bộ chuyển tiếp Do HUB có thể có nhiềucổng nên đôi khi ngời ta gọi chúng là bộ chuyển tiếp đa cổng HUB chủ độngcần có nguồn điện để hoạt động

b/ HUB thụ động : Một số loại HUB lại có tính thụ động chúng đóng vai trò nh

điểm kết nối và không khuếch đại hay tái tạo tín hiệu khi đi qua HUB HUB thụ

động không cần nguồn điện để hoạt động

c/ HUB lai : Là loại HUB có thể kết nối đợc vời nhiều loại cáp khác nhau Có

thể mở rộng mạng bằng cách nối nhiều HUB qua HUB chính

CHƯƠNG 3Internet và TCP/IPI/ Lịch sử về Internet

Lịch sử của internet bắt đầu từ trớc khi hình thành mạng máy tính ra đời vàonhững năm 1960 Một cơ quan của Bộ Quốc phòng Mỹ,cơ quan quản lý dự ánnghiên cứu phát triển (ARPA) đã đề nghị liên kết 4 địa điểm đầu tiên vào tháng

7 năm 1968 Bốn địa điểm đầu tiên đó là viện nghiên cứu Stamford, trờng đạihọc tổng hợp California ở Los Angeles,UC-SantaBarbara và trờng đại học tổnghợp Utah.Bốn địa điểm trên đợc nối thành mạng năm 1969 đã đánh dấu sự ra đờicủa internet ngày nay Mạng đợc biết đến cái tên ARPANET.Giao thức cơ sở choliên lạc trên internet là giao thức TCP/IP (Transmisson Control Protocol/internetprotocol).Họ giao thức nổi tiếng TCP/IP này đợc Vint Cerf và Robert Kahn pháttriển Thời kỳ đầu số lợng máy tính nối vào mạng hạn chế (khoảng 200 máy chủvào năm 1981).ARPA càng phát triển khi càng nhiều máy nối vào.Trong khiARPANET đang cố gắng chiếm lĩnh mạng quốc gia thì tại trung tâm nghiên cứuXeroccorporation’s naloAlto đã phát triển một kỹ thuật đợc sử dụng trong mạngcục bộ là Ethernet Theo thời gian, Ethernet trở thành một trong những tiêuchuẩn quan trọng để cung cấp một mạng cục bộ Trong thời gian này DARPA(đặt lại tên là ARPA) chuyển sang hợp nhất TCP/IP vào version hệ điều hànhUnix của trờng đại học Califonia ở Berkeleyvowis sự hợp nhất nh vậy tạo nênmột thế mạnh trên thị trờng những trạm làm việc độc lập sử dụng Unix, TCP/IPcũng có thể dễ dàng xây dựng vào phần mềm hệ điều hành TCP/IP trên internetcũng trở thành một giao thức thông dụng để các trạm làm việc nối đến trạmkhác

Trong thập kỷ 80 máy tính cá nhân đợc sử dụng rộng rãi trong các công ty và cáctrờng học trên thế giới Mạng Ethernet kết nối các PC trở thành phổ biến các nhàsản xuất phần mềm thơng mại cũng đa ra những chơng trình cho phép máy PC

và máy Unix giao tiếp cùng một ngôn ngữ trên mạng

Vào giữa thập kỷ 80 giao thức TPC/IP đợc sử dụng trong một số kết nối khu vực.Giai đoạn này tạo nên một sự bùng nổ phát triển Thuật ngữ Internet xuất hiệnlần đầu vào khoảng năm 1974 trong khi đó mạng vẫn đợc gọi là ARPANET cho

đến năm 80 Khi bộ quốc phòng Mỹ quyết định tách riêng phần mạng về quân sựthành Milnet, cái tên ARPANET vẫn đợc sử dụng cho phần mạng (phi quân sự)còn lại dành cho các trờng đại học và các cơ quan nghiên cứu Vào thời điểmnày ARPANET ( hay Internet) còn ở quy mô rất nhỏ Mốc lịch sử quan trọng củaInternet đợc chọn vào giữa thập kỷ 80 Khi tổ chức khoa học quốc gia Mỹ NSFthành lập mạng liên kết các trung tâm máy tính lớn với nhau gọi là NSFNET.Nhiều doanh nghiệp đã chuyển từ ARPANET sang NSFNET và sau đó gần 20

năm hoạt động ARPANET không còn hiệu quả nữa và đã ngừng hoạt động vàokhoảng năm 1990.

Sự hình thành mạng back bone của NSFNET và những mạng vùng khác đã tạonên một môi trờng thuận lợi cho sự phát triển của Internet Tới năm 1995NSFNET thu lại thành một mạng nghiên cứu còn Internet vẫn tiếp tục phát triển

II./ Họ giao thức TCP/IP

Để phù hợp với các thủ tục liên kết mạng đang tồn tại trên thế giới giao thứcTCP/IP đợc phát triển nhằm mục đích cho các máy tính có thủ tục khác nhau t-

ơng tác với nhau TCP/IP (Transmission control protocol- Internet Protocol) thựcchất là một họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phơng tiênj truyềnthông trên mạng Hay nói một cách khác TCP/IP là một họ giao thức đợc dùng

để tổ chức các máy tính và các thiết bị viễn thông trên một mạng Trong đó haigiao thức (Protocol) quan trọng nhất là TCP/IP

+ IP (Internet Protocol) chuyển gói dữ liệu (packet) giữa các máy tính với nhau.+ TCP (Transmission control protocol) điều khiển truyền và đảm bảo tất cả dữliệu nhận đợc là đúng TCP là một giao thức dựa trên Connection , cung cấp cácluồng dữ liệu tin cậy giữa hai máy tính

Có rất nhiều lý do tại sao TCP/IP trở nên phổ biến nhng có hai lý do chính là:+ Giao thức này nh một bộ phận của hệ điều hành UNIX, khi TCP/IP đợc giớithiệu trên thị trờng thơng mại thì UNIX đợc đề cập rất nhiều và phổ biến Do vậyUNIX và TCP/IP trở thành một hệ điều hành chuẩn và là một giao thức đợc lựachọn rất nhiều trong các trờng đại học lớn trên thế giới ở đó nó đợc sử dụngtrong một môi trờng kỹ thuật và nghiên cứu

+ Khả năng của giao thức cho phép các hệ thống không tơng thích có thể thôngtin với nhau thông qua mạng Tại thời gian đó TCP/IP là cửa để các thủ tục khác

sử dụng và rất phổ biến trong mạng LAN

Transmision Control

Protocol(TCP) User DatagramProtocol(UDP) RIP

ICMPInternet Protocol(IP)

ARP