Bài giàng Lý thuyết Mạng máy tính ĐH NTT

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠNG MÁY TÍNH5  Giới thiệu mạng máy tính - Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính độc lập được nối kết với nhau sao cho chúng có thể trao đổi thông tin với nhau..

Môn học:

MẠNG MÁY TÍNH

(Computer Network Theory)

1

Biên soạn: Dương Minh Trung

Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

Khoa Công nghệ thông tin

MÔN HỌC: MẠNG MÁY TÍNH

3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH

Chương 2: KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG OSI

Chương 3: MẠNG CỤC BỘ - MẠNG LAN

Chương 4: TCP/IP VÀ INTERNET

Chương 5: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA MẠNG MÁY TÍNH

 CÁC YẾU TỐ CỦA MẠNG MÁY TÍNH.

1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠNG MÁY TÍNH

5

 Giới thiệu mạng máy tính

- Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính độc lập được nối kết với nhau sao cho chúng có thể trao đổi thông tin với nhau Dựa trên khả năng truyền thông của các máy tính đã nối mạng, con người có thể khai thác các ứng dụng:

 Ứng dụng mạng máy tính

- Chia sẽ tài nguyên (dữ liệu, phần mềm ứng dụng, máy in, …)

- Trao đổi thông tin (web, mail, …)

- Quản lý hệ thống máy tính, người dùng

1.1 SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG MẠNG

7

 Xu hướng phát triểm của mạng máy tính

- Cung cấp dịch vụ truy cập vào nguồn dữ liệu từ xa để khai thác và xử

lý thông tin

- Phát triển dịch vụ tương tác giữa người với người trên mạng diện

rộng Đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin đa dịch vu, đa phương tiện: chữa bệnh từ xa, hội nghị tuyến, …

- Phát triển các dịch vụ giải trí trực tuyến: game, video, nghe nhạc, …

 Môi trường truyền thông

1.2 CÁC YẾU TỐ HỆ THỐNG MẠNG

9

 Môi trường truyền thông

 Cáp sợi quang – Fiber optic

 Dải thông lớn, cho phép tín hiệu

đi xa với độ suy hao thấp, ít bị

ảnh hưởng bởi nhiễu từ

 Khó lắp đặt, giá thành cao

 Môi trường truyền thông

 Cáp xoán đôi

 Các đôi cáp đồng xoắn vào nhau

nhằm giảm nhiễu điện từ

 Loại Có vỏ bọc (STP – Shield

Twisted Pair)

 Không vỏ bọc (UTP- Unshield

Twisted Pair) kém hơn cáp STP

về khả năng chống nhiễu và suy

hao

1.2 CÁC YẾU TỐ HỆ THỐNG MẠNG

11

 Môi trường truyền thông

 Cat 1 & Cat 2 : truyền thoại và các đường truyền tốc độ thấp

 Cat 3 : truyền dữ liệu 16Mb/s, chuẩn của mạng điện thoại

 Cat 4 : dùng cho đường truyền 20Mb/s

 Cat 5 : dùng cho đường truyền 100Mb/s

 Cat 6 : dùng cho đường truyền 300Mb/s

 Cáp xoán đôi

 Môi trường truyền thông

 Cáp xoán đôi

1.2 CÁC YẾU TỐ HỆ THỐNG MẠNG

13

 Môi trường truyền thông

 Cáp xoán đôi

 Môi trường truyền thông

 Thông số cơ bản các loại cáp

 Môi trường truyền thông

 Wireless

 Các chuẩn wifi

1.2 CÁC YẾU TỐ HỆ THỐNG MẠNG

17

 Thiết bị kết nối mạng

 Repeater

 Nhiệm vụ: khuếch đại tín hiệu bị suy hao, khôi phục tín hiệu ban đầu để

mở rộng khoảng cách hoạt động Loại bỏ nhiễu, méo tím hiệu.

 Hoạt động tại tầng physical.

 Thiết bị kết nối mạng

 Hub

 Chức năng như Repeater nhưng mở rộng hơn với nhiều đầu cắm các đầu cáp mạng.

 Tạo ra điểm kết nối tập trung để nối mạng theo kiểu hình sao.

 Tín hiệu được phân phối đến tất cả các kết nối.

1.2 CÁC YẾU TỐ HỆ THỐNG MẠNG

19

 Thiết bị kết nối mạng

 Bridge

 Dùng để nối 2 mạng có giao thức giống hoặc khác nhau.

 Chia mạng thành nhiều phân đoạn nhằm giảm lưu lượng trên mạng.

 Hoạt động ở lớp Data Link với 2 chức năng chính là lọc và chuyển vận.

 Dựa trên bảng địa chỉ MAC lưu trữ, Brigde kiểm tra các gói tin và xử lý chúng trước khi có quyết định chuyển đi hay không.

 Thiết bị kết nối mạng

 Switch

 Là thiết bị giống Bridge và Hub cộng lại nhưng thông minh hơn.

 Có khả năng chỉ chuyển dữ liệu đến đúng kết nối thực sự cần dữ liệu này làm giảm đụng độ trên mạng.

 Dùng để phân đoạn mạng trong các mạng cục bộ lớn (VLAN).

 Hoạt động ở lớp Data Link.

1.2 CÁC YẾU TỐ HỆ THỐNG MẠNG

21

 Thiết bị kết nối mạng

 Router

 Dùng để ghép nối các mạng cục bộ lại với nhau thành mạng rộng.

 Lựa chọn đường đi tốt nhất cho các gói tin hướng ra mạng bên ngoài.

 Hoạt động chủ yếu ở lớp Network.

 Thiết bị kết nối mạng

 Layer 3 Switch

 Hoạt động tại tầng network

 Có thể chạy các giao thức định tuyến lớp mạng, một dạng tăng tính năng cho router.

Layer 3

1.2 CÁC YẾU TỐ HỆ THỐNG MẠNG

23

 Giao thức mạng

 TCP/IP

• Có khả năng liên kết nhiều loại máy tính khác nhau.

Là chuẩn Internet toàn cầu.

 NetBEUI

Được cung cấp theo các sản phẩm của IBM, Microsoft Không hỗ trợ định tuyến, chỉ sử dụng dựa vào mạng Microsoft

 Giao thức mạng

 IPX/SPX :

Sử dụng trong mạng Novell Nhỏ nhanh và hiệu quả trên các mạng cục bộ, có hỗ trợ định tuyến

 DECnet :

Giao thức độc quyền của hãng Digital Equipment Corporation Định nghĩa mô hình truyền thông qua LAN, MAN, WAN, có

hỗ trợ định tuyến

1.3 PHÂN LOẠI MẠNG

25

 Theo khoảng cách địa lý

 LAN (Local Area Network) : kết nối trong vòng bán kính hẹpvài trăm mét, sử dụng đường truyền tốc độ cao

 MAN - Metropolitan Area Network: kết nối trong phạm vi thànhphố

 WAN - Wide Area Network: kết nối trong nội bộ các quốc giahay giữa các quốc gia trong cùng châu lục

 Theo khoảng cách địa lý

1.3 PHÂN LOẠI MẠNG

27

 Theo kiến trúc mạng - Topology

 Hệ thống được thiết kế để kết nối các máy tính thiết bị khác nhaucùng hoạt động trong một khu vực địa lý nhỏ

 Các dạng kiến trúc mạng :

 Dạng hình sao – Star Topology

 Dạng bus – Bus Topology

 Dạng vòng – Ring Topology

 Dạng kết hợp – Mesh Topology

 Theo kiến trúc mạng - Topology

 Dạng hình sao – Star

 Ưu điểm

 Các thiết bị kết nối mạng độc lập,

do đó một thiết bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động đuợc

 Cấu trúc đơn giản.

 Dễ mở rộng, thu hẹp.

 Nhược điểm

 Single point of failure

 Khoảng cách từ mỗi máy đến trung tâm ngắn (100m)

1.3 PHÂN LOẠI MẠNG

29

 Theo kiến trúc mạng - Topology

 Dạng bus – Bus Topology

 Ưu điểm : Ít cáp, dễ lắp đặt, giá thành rẻ

 Nhược điểm :

 Ùn tắc lưu lượng chuyển trong mạng lớn

 Khó phát hiện hư hỏng, muốn sửa phải ngưng toàn bộ hệ thống

 Theo kiến trúc mạng - Topology

 Dạng vòng – Ring Topology

 Ưu điểm

 Có thể nới rộng với cáp ít hơn hai kiểu trên

 Mỗi trạm có thể đạt tốc độ tối đa khi truy cập

 Nhược điểm :

 Đường dây khép kín, nếu ngắt tại một vị trí thì toàn mạng ngừng hoạt động

 Theo kỹ thuật chuyển mạch

 Chuyển mạch kênh – Circuit switch networks

 Chuyển mạch gói – Packet switch networks

 Chuyển mạch thông báo – Message Circuit switch networks

1.4 HỆ ĐIỀU HÀNH MẠNG

33

 Hệ điều hành mạng (Network Operating Sytem – NOS):

là phần mềm được cài lên máy chủ hoặc máy trạm có chức năng quản lý toàn bộ hoạt động mạng Có các dạng hệ điều hành mạng như sau:

 Hệ điều hành mạng ngang hàng

 Hệ điều hành mạng máy chủ/khách

 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU – DATA LINK LAYER

Chương 2: KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG OSI

35

 Giới thiệu

OSI - Open Systems Interconnection: Ra đời năm 1984 - là tập hợp các đặc

điểm kỹ thuật mô tả kiến trúc mạng dành cho việc kết nối các thiết bị không cùng chủng loại.

2.1 MÔ HÌNH OSI

37

Tương tác giữa các tầng trong mô hình OSI

Trao đổi thông tin trên mô hình OSI

2.2 CÁC TẦNG TRONG MÔ HÌNH OSI

39

 Application layer

 Cung cấp giao tiếp giữa chương trình ứng

dụng cho người sử dụng với hệ thống

mạng

 Trình bày các đặc tả kỹ thuật để giải quyết

vấn đề giao tiếp giữa các chương trình ứng

dụng với hệ thống mạng

 Ví dụ : Các ứng dụng HTTP, Telnet, FTP,

Mail

 Đảm bảo các dạng thức biễu diễn thông tin

của các ứng dụng sao cho các hệ thống

trên mạng có thể “hiểu” được

2.2 CÁC TẦNG TRONG MÔ HÌNH OSI

41

 Session layer

 Thiết lập, quản lý, kết thúc các “phiên”

(session) giao dịch, trao đổi dữ liệu trên

mạng giữa các ứng dụng

 Trình bày các đặc tả kỹ thuật thực hiện quá

trình trên

 Ví dụ : RPC, SQL,NFS…

 Đảm bảo độ tin cậy cho các gói tin truyền

tải trong mạng

 Trình bày các đặc tả kỹ thuật thực hiện

việc : Đánh thứ tự và đảm bảo thứ tự

truyền các gói tin, ghép/tách dữ liệu từ các

gói tin đến từ một ứng dụng,chọn lựa giao

thức truyền nhận dữ liệu có hay không cơ

chế sửa lỗi

2.2 CÁC TẦNG TRONG MÔ HÌNH OSI

43

 Network layer

 Đảm bảo quá trình chuyển giao các gói tin

giữa các hệ thống trên mạng thông qua

việc xác định đường dẫn, xử lý gói tin,

chuyển giao gói tin đên các hệ thống

 Trình bày các đặc điểm kỹ thuật về địa chỉ

logic cho các thiết bị mạng, cơ chế định

tuyến, các giao thức định tuyến, mạch

ảo…

 Đảm bảo khả năng truyền tải dữ liệu trên

đường truyền vật lý một cách tin cậy Đơn

vị dữ liệu là các Frame

 Trình bày các đặc tả kỹ thuật bao gồm

dạng thức dữ liệu, điạ chỉ gửi nhận, cơ chế

truy cập đường truyền…

 Ví dụ : HDLC, FrameRelay, PPP, IEEE

802.3/802.2

2.2 CÁC TẦNG TRONG MÔ HÌNH OSI

45

 Physical layer

 Chuyển tải các dòng bit không có cấu trúc

trên đường truyền vật lý Đơn vị dữ liệu là

các bit

 Trình bày các đặc tả về điện và vật lý của

mạng : giao tiếp vật lý, đặc tính điện của

các giao tiếp, cự ly và tốc độ truyền dữ

liệu

 Ví dụ : V.35, V.24, RJ45, EIA/TIA-232,

802.3

3.1 ĐẶC TRƯNG MẠNG CỤC BỘ

47

 Kết nối các máy tính trong một khu vực

(một tòa nhà, một văn phòng, …) lại với nhau

 Có tốc độ truy xuất dữ liệu nhanh

Dạng hình sao – Star Topology

 Ưu điểm

 Các thiết bị kết nối mạng độc lập,

do đó một thiết bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động đuợc

 Cấu trúc đơn giản.

 CSMA/CD

 Token Bus

 Token Ring

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY CẬP ĐƯỜNG TRUYỀN

53

 CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

 Giao thức đa truy cập cho phép nhiều trạm thâm nhập cùng một lúc vào mạng.

 Khi một trạm muốn truyền dữ liệu nó phải kiểm tra đường truyền xem có rảnh hay không để gửi gói dữ liệu của, nếu đường truyền đang bận trạm phải chờ đợi chỉ được truyền khi thấy đường truyền rảnh

 Nếu cùng một lúc có hai trạm cùng sử dụng đường truyền thì giao thức

phải phát hiện điều này và các trạm phải ngưng thâm nhập, chờ đợi lần sau các thời gian ngẫu nhiên khác nhau

 Token Bus

 Đây là giao thức truy nhập có điều khiển trong để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu, một thẻ bài

được lưu chuyển trên một vòng logic thiết lập bởi các trạm đó.

 Khi một trạm có thẻ bài thì nó có quyền sử dụng đường truyền trong một thời gian xác định trước Khi đã hết dữ liệu hoặc hết thời đoạn cho phép, trạm chuyển thẻ bài đến trạm tiếp theo trong vòng logic

 Mỗi trạm được biết địa chỉ của các trạm kề trước và sau nó trong đó thứ tự của các trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY CẬP ĐƯỜNG TRUYỀN

55

 Token Ring

 Đây là giao thức truy nhập có điều khiển chủ yếu dùng kỹ thuật chuyển thẻ bài (token)

 Thẻ bài ở đay là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và nội dung

(gồm các thông tin điều khiển) được quy định riêng cho mỗi giao thức

 Theo giao thức dùng thẻ bài vòng trong đường cáp liên tục có một thẻ bài chạy quanh trong mạng Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đó có một bit biểu diễn trạng thái sử dụng của nó (bận hoặc rỗi) Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài rảnh Khi đó trạm

sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành bận, nép gói dữ liệu có kèm theo địa chỉ nơi nhận vào thẻ bài và truyền đi theo chiều của vòng

 So sánh CSMA/CD với Token

 Ethernet và IEEE

 Chuẩn hoạt động ở 2 lớp OSI : Data link và physical link

 Tương tự tiêu chuẩn IEEE 802.3 ( khác nhau chút ít ở cấu trúc cácframe dữ liệu )

 Sử dụng CSMA/CD làm phương thức truy nhập đường truyền

 IEEE 802.1 - Higher level interface standard

 IEEE 802.1k - Supplement to LAN and MAN

management standard (6/93)

 IEEE 802.2 - Logical link control standard

 IEEE 802.3 - CSMA/CD standard

 IEEE 802.4 - Token-passing bus standard

 IEEE 802.5 - Token-passing ring standard

 Token Ring

 Chuẩn Token Ring đảm bảo tốc độ truyền thông qua 4 Mbps hoặc

16 Mbps Chuẩn này được IEEE chuẩn hoá với mã IEEE802,5 và được ISO công nhận với mã ISO 8802,5

 Mô hình phần cứng : Topo hình vòng tròn, dùng các MAU

(multistation Access Unit) nhiều cổng MAU và cáp STP để liên kết các MAU thành một vòng tròn khép kín

 Cơ chế thâm nhập: Thâm nhập theo cơ chế phân phố lần lượt theo thẻ bài (Token)

3.3 CÁC CHUẨN MẠNG LAN

61

 FDDI – Fiber Distributed Data Interface

 FDDI dựa trên đồ hình vòng Ring 2 chiều, sử dụng sợi quang để truyền dẫn giữa các trạm với tốc độ 100Mbps, có thể trải rộng tới 200Kms và dùng cho 1000 người sử dụng

 Đường dây thứ cấp giữ vai trò như đường dây dự phòng khi đường dây chính có sự cố

 Tuy nhiên, ngay cả khi không có sự cố, đường dây thứ cấp này

cũng có thể được sử dụng để đẩy tốc độ truyền của mạng lên 200 Mbps

 Yêu cầu

 Yêu cầu kỹ thuật

 Yêu cầu về hiệu năng

 Yêu cầu về ứng dụng

 Yêu cầu về quản lý mạng

 Yêu cầu về an ninh mạng

3.4 THIẾT KẾ MẠNG LAN

63

 Thiết kế

 Phân tích yêu cầu

 Lựa chọn phần cứng: thiết bị, cáp, công nghệ kết nối

4.1 GIỚI THIỆU INTERNET

65

 Internet và giao thức TCP/IP

 Từ những năm 60 ra đời các hệ thống mạng, liên mạng, khởi đầu là mạng ARPANET của bộ quốc phòng Mỹ

 Đầu thập niên 70 các nhà khoa học bắt tay vào nghiên cứu các giao thức liên mạng (internetworking)

 Bộ giao thức TCP/IP được công bố và hoàn thiện vào khoảng 1978

 1980 DARPA chính thức chuyển mạng ARPANET từ mạng nghiên cứu sang sử dụng bộ giao thức TCP/IP, khái niệm Internet xuất hiện

từ đó

 1983 Quá trình chuyển đổi chính thức hoàn thành khi DARPA yêu cầu tất cả các máy tính muốn kết nối mạng với ARPANET phải sử dụng TCP/IP, mạng ARPANET chính thức trở thành mạng thương mại

 Sự tăng trưởng của Internet

 Thời kỳ phôi thai của Internet bắt nguồn từ việc năm 1969 Bộ

Quốc phòng Mĩ xây dựng dự án ARPANET (Advanced Research Projects Agency- ARPA)

 Giai đoạn thứ nhất vào năm 1986 mạng NSFnet chính thức được

thiết lập

 Giai đoạn thứ hai với sự phát triển của www, bắt đầu từ việc tìm ra

cách để lưu giữ và tìm kiếm các cơ sở dữ liệu

 Giai đoạn thứ ba với mạng không dây, năm 1985 cơ quan quản lí

viễn thông của Mỹ quyết định mở cửa một số băng tần của giải

 Giao thức IP – Internet Protocol

 Là giao thức quan trọng nhất trong bộ giao thức TCP/IP - Cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng.

 Đóng gói dữ liệu thành các datagram và phân phát datagram theo kiểu không liên kết, không tin cậy

 Chịu trách nhiệm về địa chỉ lớp mạng, các giao thức định tuyến.

4.2 KIẾN TRÚC MẠNG INTERNET

69

 Các giao thức điều khiển

 Giao thức ICMP – Internet Control Message Protocol: Dùng để

trao đổi thông tin điều khiển dòng số liệu, thông báo lỗi và cácthông tin trạng thái khác

 Giao thức ARP - Address Resolution protocol: Dùng để chuyển

địa chỉ lớp mạng (địa chỉ IP) thành địa chỉ lớp datalink (địa chỉMAC)

 Giao thức RARP - Reverse Address Resolution Protocol: Dùng

để chuyển địa chỉ MAC thành địa chỉ IP

4.3 GIAO THỨC TCP

71

 Cấu trúc

 Các dịch vụ ứng dụng

 Dịch vụ tên miền - Domain Name System (DNS)

 Đăng nhập từ xa - TELNET

 Truyền tệp - File Transfer Protocol (FTP)

 Thư điện tử - Electronic Mail (Email)

 Các dịch vụ tìm kiếm

 …

4.3 GIAO THỨC TCP

73

 Giao thức UDP - User Datagram Protocol

 Là giao thức không liên kết, cung cấp dịch vụ giao vận không tincậy

 UDP không có chức năng thiết lập và giải phóng kết nối, không có

cơ chế báo nhận ( ACK), không sắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu (datagram)

 Giao thức UDP - User Datagram Protocol

 Khuôn dạng của UDP datagram được mô tả như sau:

 Giao thức IP là một giao thức kiểu không liên kết (connectionlees)

có nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi

truyền dữ liệu

 Cấu trúc gói dự liệu IP

4.4 GIAO THỨC IP

77

 Cấu trúc gói dự liệu IP

 Version: Phiên bản của giao thức IP.

 IHL: Chiều dài của header - tính bằng word 32 bit.

 Type of service: Đặc tả tham số về yêu cầu dịch vụ.

 Total length: Chiều dài tổng cộng của IP Datagram (byte).

 Identification: định danh, kết hợp với các tham số khác như Sadd,

Dadd để định danh duy nhất cho mỗi datagram được gửi đi

 Flag: Sủ dụng trong khi phân đoạn các datagram.