CH1 các khai niệm cơ bản MMT và internet MÔN MẠNG MÁY TÍNH

Access net: home network to/from headend or central office cable or DSL modem router, firewall, NAT wired Ethernet 100 Mbps wireless access point 54 Mbps wireless devices often com

Chương 1: Giới thiệu về mạng máy tính và

- Tiếp các sâu hơn, chi

tiết hơn các kỹ thuật

- Thành phần mạng

- Hiệu năng mạng ( loss, delay, throughtput vs Bandwidth)

- Lịch sử phát triển (history)

Introduction

• millions of connected computing devices:

– hosts = end systems

– running network apps

institutional network

Ý nghĩa của Internet

Internet vạn vật IoT Lĩnh vực ứng dụng điển hình

Liên kết truyền thông

 Phương tiện truyền thông vật lý khác nhau

 Coaxial cable, twisted pair, fiber optic, radio, satellite

 Mạng cục bộ, Mạng đô thị, Mạng diện

rộng, vv… (Local/Metropolitan/Wide

Area, Global Networks – LANs, MANs,

WANs, GAN etc.)

Sự kết nối của các LANs khác nhau trong một tổ chức

– Riêng tư (Private)

– Có thể dùng đường thuê bao riêng (leased lines)

– Thông thường thì nhỏ, nhưng có thể bao gồm đến vài trăm routers

– Có thể được kết nối ra the Internet (hoặc không), bởi bức tường lửa

(thông thường)

Access net: cable network

frequency division multiplexing: different channels transmitted

in different frequency bands

Access net: home network

to/from headend or central office

cable or DSL modem router, firewall, NAT

wired Ethernet (100 Mbps)

wireless access

point (54 Mbps)

wireless devices

often combined

in single box

Enterprise access networks (Ethernet)

• typically used in companies, universities, etc

 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps transmission

rates

Ethernet switch institutional mail, web servers

institutional router institutional link to ISP (Internet)

Wireless access networks

• shared wireless access network connects end system to router

– via base station “access point”

wireless LANs:

 within building (100 ft)

 802.11b/g (WiFi): 11, 54 Mbps

transmission rate

wide-area wireless access

 provided by telco (cellular) operator, 10’s km

 between 1 and 10 Mbps

 3G, 4G: LTE

to Internet

to Internet

with VCs Datagram Networks

Alternative core: circuit switching

end-end resources allocated

to, reserved for “call”

between source & dest:

• In diagram, each link has four circuits

– call gets 2nd circuit in top

link and 1st circuit in right

Circuit switching: FDM versus TDM

FDM

frequency

time TDM

frequency

time

4 users Example:

1-14

queuing and loss:

 If arrival rate (in bits) to link exceeds transmission rate of

link for a period of time:

 packets will queue, wait to be transmitted on link

 packets can be dropped (lost) if memory (buffer) fills up

Network Layer 4-15

Two key network-core functions

forwarding: move packets from router’s input to

appropriate router output

routing: determines

source-destination route taken by

Introduction 1-16

So sánh giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Đường dẫn “đồng” chuyên biệt Có Không

Băng thông sẵn có Cố định Biến động

Khả năng lãng phí băng thông Có Không

Truyền dẫn lưu giữ-chuyển tiếp Không Có

Các gói tin đi theo cùng một lộ trình Có Không

Thiết lập kết nối Yêu cầu Không cần thiết

Khả năng tắc nghẽn xảy ra khi Thiết lập kết nối Đối với mỗi gói tin

Ả nh hưởng của tắc nghẽn Cuộc gọi bị chặn Độ trễ xếp hàng

Internet structure: network of networks

Question: given millions of access ISPs, how to connect them

together?

access net

access

net

access net

access net

access

net

access net

access net

access net

access net

access net access

net access

net

Internet structure: network of networks

Option: connect each access ISP to every other access ISP?

access net

access

net

access net

access net

access

net

access net

access net

access net

access net

access net access

net

access net

connecting each access ISP

to each other directly doesn’t scale: O(N2) connections

Internet structure: network of networks

access net

access

net

access net

access net

access

net

access net

access net

access net

access net

access net access

net

access net

Option: connect each access ISP to a global transit ISP? Customer

and provider ISPs have economic agreement.

global ISP

Internet structure: network of networks

access net

access

net

access net

access net

access

net

access net

access net

access net

access net

access net access

net

access net

But if one global ISP is viable business, there will be competitors

…

ISP B ISP A

ISP C

Internet structure: network of networks

access net

access

net

access net

access net

access

net

access net

access net

access net

access net

access net access

net

access net

But if one global ISP is viable business, there will be competitors

… which must be interconnected

ISP B ISP A

Internet structure: network of networks

access net

access

net

access net

access net

access

net

access net

access net

access net

access net

access net access

net

access net

… and regional networks may arise to connect access nets to

ISPS

ISP B ISP A

ISP C

IXP

IXP

regional net

Internet Architecture

(Kiến trúc Internet)

LANs

International lines

ISP company university ISP

national network

regional network

NAP

on-line services

company access via modem

NAP: Network Access Protection

Introduction

How do loss and delay occur?

packets queue in router buffers

• packet arrival rate to link (temporarily) exceeds output link capacity

• packets queue, wait for turn

A

B

packet being transmitted (delay)

packets queueing (delay)

free (available) buffers: arriving packets dropped ( loss ) if no free buffers

1-24

Introduction

Four sources of packet delay

dproc: nodal processing

 check bit errors

 determine output link

 typically < msec

A

B

propagation transmission

nodal processing queueing

dqueue: queueing delay

 time waiting at output link for transmission

 depends on congestion level of router

dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

1-25

Introduction

 L: packet length (bits)

 R: link bandwidth (bps)

 d trans = L/R

dprop: propagation delay:

 d: length of physical link

 s: propagation speed in medium

dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

Introduction

Caravan analogy

• cars “propagate” at

100 km/hr

• toll booth takes 12 sec to

service car (bit transmission

time)

• car~bit; caravan ~ packet

• Q: How long until caravan is

lined up before 2nd toll

booth?

 time to “push” entire caravan through toll booth onto highway = 12*10 = 120 sec

 time for last car to propagate from 1st to 2nd toll both:

100km/(100km/hr)= 1 hr

 A: 62 minutes

toll booth

toll booth

ten-car

caravan

1-27

Introduction

Caravan analogy (more)

• suppose cars now “propagate” at 1000 km/hr

• and suppose toll booth now takes one min to service a car

• Q: Will cars arrive to 2nd booth before all cars serviced at first

booth?

 A: Yes! after 7 min, 1st car arrives at second booth; three cars still at 1st booth

toll booth

toll booth

ten-car caravan

1-28

Introduction

Throughput

• throughput: rate (bits/time unit) at which bits

transferred between sender/receiver

server, with

file of F bits

to send to client

link capacity

Rsbits/sec link capacity Rc bits/sec

server sends bits

(fluid) into pipe pipe that can carry fluid at rate

Introduction

Throughput (more)

link on end-end path that constrains end-end throughput

bottleneck link

1-30

Introduction

Throughput: Internet scenario

10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R bits/sec

Lịch sử phát triển Internet

• 1968 - DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) contracts with BBN (Bolt, Beranek & Newman) to create ARPAnet

• 1970 - First five nodes:

– UCLA (University California Los Angeles),

– SRI (Stanford Research Institute),

– UCSB (University of California, Santa Barbara),

– UTAH (University of Utah), and

– BBN

• 1974 - TCP specification by Vint Cerf

1989

Mosaic Created

1993

A Mathematical

Theory of Communication

1948

Packet Switching Invented

1964 Silicon

Chip

1958

First Vast Computer Network Envisioned

1962

ARPANET

1969

TCP/IP Created

1972

Internet Named and Goes TCP/IP

1984

Hypertext Invented

1965

Age of eCommerce Begins

1995

ARPA: Advanced Research Project Agency

Lịch sử phát triển Internet tại VN

• 1991: Nỗ lực kết nối Internet không thành

• 1996: Giải quyết các cản trở, chuẩn bị hạ tầng Internet

• ISP: VNPT, 64kbps, 1 đường kết nối quốc tế,

• 1997: Việt Nam chính thức kết nối Internet

• 1 IXP: VNPT (Internet eXchange Point)

• 4 ISP: VNPT, Netnam , FPT, SPT (Internet Service Provider)

• 2007: “Mười năm Internet Việt Nam”

• 20 ISPs, 4 IXPs

• 19 triệu NSD, 22.04% dân số 20

• Unicast: địa chỉ đơn hướng

• Broadcast: địa chỉ quảng bá

• Multicast: địa chỉ đa hướng

• Định tuyến/Chuyển tiếp: là quá trình xác định làm thế nào để gởi các gói tin đến đích dựa trên địa chỉ của nó

• Tìm “hàng xóm”, xây dựng các bảng dẫn đường

Introduction 1-36

Những trở ngại cơ bản trong MMT

• Những gì có thể sai sót?

– Các lỗi ở mức bit: do sự nhiễu tín hiệu điện

– Các lỗi ở mức gói: mất gói tin do tràn vùng đệm hay nghẽn

– Sự phân phát sai thứ tự gói tin: các gói tin có thể đi theo các con đường khác nhau

– Hỏng hóc tại các nút hoặc đường truyền (link/node failures): đứt cáp hoặc

hệ thống bị sập

• Những gì có thể làm được?

– Bổ sung thêm các bits dư thừa để chuẩn đoán và sửa các packets bị lỗi

– Xác nhận các gói nhận được và truyền lại các gói bị mất

– Gán các số chuỗi (sequence numbers) và sắp xếp lại theo thứ tự các gói ở bên nhận

– “Cảm nhận” link/node failures và đi vòng qua các failed links/nodes

• Mục tiêu: để thu hẹp khoảng cách giữa những gì các ứng dụng

mong đợi và những gì mà công nghệ nền tảng (underlying

technology) có thể cung cấp

Introduction 1-37

Tóm tắt chương

• Những thành phần của một mạng máy tính

– Kiến trúc Internet

• Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

– Dồn kênh theo thống kê

• Các vấn đề cơ bản trong mạng máy tính

– Đặt tên/đánh địa chỉ và định tuyến/chuyển tiếp – Kiểm soát lỗi/luồng/tắc nghẽn