Bài giảng Mạng máy tính: Chương 1 - Hoàng Thanh Hòa (CĐ Kinh tế Đối ngoại)

Bài giảng Mạng máy tính - Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính và internet cung cấp cho người học các kiến thức: Khái quát về mạng máy tính, các loại mô hình mạng, mạng cục bộ - LAN, mạng Internet, mạng riêng ảo VPN. Mời các bạn cùng tham khảo.

Giảng viên: Hoàng Thanh Hòa

• Hiểu rõ về địa chỉ IP và cách chia subnet.

• Kết nối máy tính vào mạng LAN

Phạm vi môn học:

• Tổng quan về mạng máy tính: yêu cầu, ứng dụng, các

dạng và cấu trúc mạng

• Các giao thức trong mạng máy tính

• Khái quát về mạng LAN

• Các thiết bị mạng cơ bản

• Các dịch vụ mạng cơ bản

Tổ chức học tập:

• 20 tiết lý thuyết = 4 buổi

• 8 tiết thực hành = 16 tiết (4 buổi)

• 2 bài kiểm tra (1 lý thuyết+ 1 thực hành)

• Tự học+ bài tập nhóm: 60 tiết

Tài liệu học tập:

• Tài liệu môn Mạng Máy Tính- Hoàng Thanh Hòa.

• Mạng Máy tính- Nguyễn Văn An- NXB Giáo Dục

• Hướng dẫn học tập mạng máy tính- Học viện công

nghệ bưu chính viễn thông.

• Giáo trình môn học Mạng Máy Tính- Đại học Bách

khoa Đà Nẵng

•Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính và Internet.

•Chương 2: Mô hình tham chiếu OSI

•Chương 3: Môi trường truyền dẫn và thiết bị mạng

•Chương 4: Bộ giao thức TCP/IP và địa chỉ IP

•Chương 5: Cơ sở về giao thức định tuyến

Khái quát về mạng máy tính

1.1.

1.2. Các loại mô hình mạng

1.3. Mạng cục bộ - LAN

1.4. Mạng Internet

1.1.1 Khái niệm mạng máy tính

1.1.2 Các thành phần của mạng

máy tính1.1.3 Ứng dụng của mạng máy

tính

•Mạng là gì?

MẠNG

•Mạng là gì?

- Là một hệ thống đường truyền kết nối với nhau

- Đảm bảo sự truyền tin giữa các thiết bị khác nhau

trong hệ thống

→ Mục tiêu: Các thiết bị trong mạng có thể liên lạc,

truyền tin cho nhau

•Mạng máy tính là gì?

•Mạng máy tính là gì?

- Là tập hợp các máy tính và thiết bị được kết nối với

nhau thông qua phương tiện truyền thông và theo

một kiến trúc mạng xác định

- Thông qua mạng máy tính các thiết bị có thể dùng

chung dữ liệu và chia sẻ tài nguyên với nhau

Thiết bị đầu cuối Thiết bị mạng

- VD: Cable, Router, Switch…

•Kết nối mạng máy tính để làm gì?

- Chia sẻ chung tài nguyên: dữ liệu, in ấn, ổ cứng…

- Tăng độ tin cậy của hệ thống

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

- Quản lý tập trung, đảm bảo tính bảo mật cho dữ liệu

LAN (Local Area Network):

•Là mạng kết nối các máy tính trong phạm vi nhỏ,

(như trong phòng, tòa nhà, trường học…)

•Có giới hạn về địa lý (<1Km)

•Tốc độ truyền dữ liệu cao, tỷ lệ lỗi khi truyền thấp

•VD một mô hình mạng LAN đơn giản:

MAN (Metropolitan Area Network):

•Là mạng thiết kế cho phạm vi trong thành phố, thị xã (< 50Km)

•Kết nối các mạng LAN với nhau bằng các phương tiện truyền dẫn như cáp đồng, cáp quang…

WAN (Wide Area Network):

•Là mạng kết nối máy tính trong cùng quốc gia hay giữa các quốc gia cùng châu lục

•Kết nối nhiều mạng LAN và MAN giữa các vùng địa lý cách xa nhau bằng đường truyền viễn thông

•Tốc độ truyền dữ liệu thấp

•Độ phức tạp, chi phí thiết bị và công nghệ cao

GAN (Global Area Network):

•Là mạng kết nối máy tính trên phạm vi toàn thế giới

•Tập hợp các mạng LAN, MAN, WAN độc lập

•Đường truyền dựa trên hạ tầng viễn thông và vệ

tinh

→ Mạng internet là một dạng của mạng GAN

•Kiến trúc mạng (Topology):

- Là sơ đồ biểu diễn các kiểu sắp xếp, bố trí các

thành phần trong mạng theo phương diện vật lý

→ cách nối thiết bị với nhau về mặt hình học

•Dùng 1 dây cáp và nối các máy tính và thiết bị trong

mạng thành một hàng

Máy 4

Máy 3

Máy 2 Máy 1

- Khi gặp sự cố thì sẽ gây lỗi toàn hệ thống

- Khó phát hiện lỗi nên rất khó bảo trì

• Giống với mạng hình BUS nhưng 2 đầu cuối khép kín

• Các gói tin luân chuyển trên mạng theo 1 hướng

• Mỗi thiết bị là một bộ khuếch đại

•Ưu điểm:

- Sử dụng ít thiết bị, giá thành rẻ

- Tốc độ truyền dữ liệu, độ tin cậy cao

- Dễ kiểm soát và giải quyết sự cố

•Nhược điểm:

- Khó khăn trong việc mở rộng mạng

- Khi một trạm hỏng thì toàn mạng ngừng hoạt động

•Các máy tính được nối vào một thiết bị trung tâm

(Hub hoặc Switch)

•Tín hiệu qua thiết bị trung tâm được khuếch đại và:

- Truyền đến máy nhận nếu TBTT là Switch

- Truyền đến tất cả các máy còn lại nếu TBTT là

Hub

•Ưu điểm:

- Cấu trúc đơn giản, dễ triển khai

- Khi một máy bị hỏng sẽ không ảnh hưởng đến toàn mạng

- Dễ dàng mở rộng mạng khi cần

•Nhược điểm:

- Chi phí cho cáp và thiết bị tốn kém hơn

- Thiết bị trung tâm hỏng thì toàn mạng ngừng hoạt

động

• Kỹ thuật chuyển mạch là gì?

- Là quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin

cho người dùng thông qua hạ tầng mạng

- Gồm 2 chức năng:

➢ Tìm đường đi cho thông tin

➢ Chuyển tiếp thông tin

- Mỗi node mạng có chức năng hướng dữ liệu tới đích

• Node mạng: là các thiết bị mạng có thể gán địa chỉ IP

cho nó (VD: Máy tính, laptop, ĐTDĐ, Router…)

•Tại sao phải dùng kỹ thuật chuyển mạch?

•Gồm có:

- Mạng chuyển mạch kênh

- Mạng chuyển mạch thông báo

- Mạng chuyển mạch gói

•Là mạng phục vụ trao đổi thông tin bằng cách thiết

lập một kênh trực tiếp giữa các đối tượng sử dụng

•Dữ liệu truyền trên kênh cố định này và duy trì kênh

truyền đến khi có máy ngắt liên lạc

•Xử lý thông tin qua 3 giai đoạn:

- Thiết lập kênh truyền

- Duy trì kênh truyền

- Giải phóng kênh truyền khi có máy hết nhu cầu

•Mô hình chuyển mạch kênh:

•Ưu điểm:

- Độ tin cậy cao, thất thoát tín hiệu nhỏ

- Thích hợp cho việc vận chuyển dữ liệu tốc độ cao,

yêu cầu độ trễ nhỏ

•Nhược điểm:

- Tiêu tốn tài nguyên lớn, hiệu suất thấp

- Lãng phí thời gian do giai đoạn thiết lập và giải

phóng kênh

•Mỗi node phải lưu giữ tạm thời để đọc thông tin điều

khiển để chọn đường và gửi yêu cầu tới node tiếp theo

•Ưu điểm:

- Hiệu suất sử dụng đường truyền cao

- Có thể điều việc khiển truyền tin bằng cách sắp xếp

độ ưu tiên

- Có thể gửi thông báo cùng lúc tới nhiều địa chỉ

•Nhược điểm:

- Độ trễ cao do việc lưu trữ bản tin tại các node

- Phí tổn lưu trữ tạm thời cao, đòi hỏi các node phải có

bộ nhớ có dung lượng lớn

•Dữ liệu được chia thành nhiều gói nhỏ (packet), được kết nối và truyền trên nhiều đường khác nhau

•Gói tin có phần thông tin điều khiển (header) chứa

thông tin địa chỉ và số thứ tự gói

•Tại các node, gói tin được lưu giữ tạm thời để tìm

đường và chuyển tiếp đến các node sau

•Tại đầu thu tiến hành sắp xếp các gói trở lại

B

C

D Máy 1

Máy 2

• Các gói tin được chia nhỏ nên giảm độ trễ tại các node

•Gồm có:

- Mô hình xử lý mạng tập trung

- Mô hình xử lý mạng phân phối

- Mô hình xử lý mạng cộng tác

• Toàn bộ tiến trình xử lý diễn ra tại máy trung tâm

• Các máy trạm chỉ hoạt động như thiết bị xuất nhập mà không lưu trữ hay xử lý dữ liệu

•Các máy tính hoạt động độc lập, công việc được tách

nhỏ và giao cho nhiều máy

•Các máy tính có thể trao đổi dữ liệu và dịch vụ

•Các máy tính có thể hợp tác cùng nhau thực hiện một

công việc

•Một máy tính có thể chạy các ứng dụng của một máy

khác nằm trong mạng

•Ưu điểm: Tốc độ nhanh, mạnh

•Nhược điểm: dữ liệu phân tán nên khó đồng bộ,

backup, dễ nhiễm virut

Mô hình Workgroup Mô hình Domain

- Quản lý tài nguyên hệ thống

- Cấp quyền cho người dùng

- Cung cấp dịch vụ và quản

•Gồm có:

- Mô hình mạng ngang hàng (Peer to Peer network)

- Mô hình mạng khách chủ (Client – Server network)

•Cung cấp kết nối cơ bản giữa các máy tính nhưng không

có máy đóng vai trò phục vụ

•Một máy tính vừa là Server vừa là client

•Người dùng chịu trách nhiệm điều hành, chia sẻ tài

nguyên của máy mình

•Có một hệ thống máy tính cung cấp tài nguyên và dịch

vụ cho toàn hệ thống mạng sử dụng là Server

•Hệ thống máy tính sử dụng các tài nguyên và dịch vụ

này gọi là máy client

•Máy Server phải có cấu hình mạnh hoặc chuyên dụng

- File server: phục vụ hệ thống tập tin

- Print server: phục vụ nhu cầu in ấn

- Mail server: phục vụ dịch vụ gửi nhận e-mail

- Web server: cung cấp dịch vụ về web

- Database server: dịch vụ lưu trữ, tìm kiếm thông tin

- …

•Ví dụ về mô hình mạng khách chủ:

•Ưu điểm:

- Dữ liệu lưu trữ tập trung nên dễ quản lý, bảo mật, backup và đồng bộ với nhau

- Tài nguyên và dịch vụ quản lý tập trung nên dễ chia

sẻ và quản lý, phục vụ được nhiều người dùng

• Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư tốn kém do thiết bị đắt tiền

- Phải có người quản trị cho hệ thống

• Phương pháp Token Bus

• Phương pháp Token Ring

1.3.2 Các phương

pháp truy nhập

đường truyền vật

•Đặc trưng về địa lý:

- Cài đặt trong phạm vi nhỏ (<1Km)

- Chỉ mang tính tương đối

•Đặc trưng về tốc độ truyền:

- Mạng LAN thường có tốc độ cao hơn các loại mạng

khác như MAN, WAN

- Có thể đạt tới 100 Mb/s

•Đặc trưng về độ tin cậy:

- Tỷ lệ lỗi trên đường truyền thấp, từ 10-8 đến 10-11

- Có độ tin cậy cao hơn nhiều so với WAN

•Đặc trưng về quản lý:

- Thường là sở hữu riêng của 1 người, 1 tổ chức

•Đặc trưng về cấu trúc mạng:

Tất cả các mạng máy tính đều có chung một số thành

phần chức năng nhất định:

- Máy chủ: cung cấp tài nguyên cho người dùng

- Máy khách: truy cập vào máy chủ và sử dụng tài

nguyên

- Phương tiện truyền dẫn: cách thức và vật liệu

- Dữ liệu dùng chung: tập tin do máy chủ cung cấp

- Tài nguyên: Tập tin, máy in, ứng dụng

•Là quy tắc chung mà các trạm phải tuân thủ để đảm bảo

sự truyền tin trên mạng diễn ra tốt đẹp

•Mỗi loại cấu trúc mạng thường có các phương pháp

khác nhau

•Gồm có:

CSMA/CD: (Carrier Sense Multiple Access with

Collision Avoidance)

• Là phương pháp đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột

• Sử dụng cho mạng tuyến tính BUS

• Mọi trạm đều có thể truy nhập vào BUS một cách ngẫu nhiên nên dễ dẫn tới xung đột Máy 4

Máy 3

Máy 2 Máy 1

• Nguyên tắc hoạt động của CSMA:

- Trước khi truyền dữ liệu, các trạm phải “nghe” xem đường truyền bận hay rỗi

- Nếu đường truyền rỗi thì thực hiện truyền tin

- Nếu đường truyền bận trạm phải thực hiện 1 trong 3 giải thuật:

➢ Tạm rút lui chờ đợi trong 1 thời gian ngẫu

nhiên rồi lại tiếp tục “nghe”

➢ Trạm “nghe” đến khi rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất =1

• Ưu điểm:

- Giải thuật 1: Tránh xung đột hiệu quả

- Giải thuật 2: Giảm được thời gian chết

- Giải thuật 3: Tối thiểu hóa được xung đột và thời gian chết

• Nhược điểm:

- Giải thuật 1: Có thể có thời gian chết khi 2 máy cùng đợi

- Giải thuật 2: Có khả năng xảy ra xung đột cao

- CSMA chỉ nghe trước khi nói mà không nghe trong khi nói, có xung đột thì trạm vẫn không nhận biết

• Giải pháp CSMA/CD:

- Khi truyền, trạm vẫn tiếp tục nghe

- Nếu phát hiện xung đột thì ngừng truyền, nó sẽ gửi broadcast một gói tin báo hiệu cho các máy trên

mạng không nên gửi tin để tránh làm nhiễu đường truyền

- Chờ đợi một thời gian ngẫu nhiên rồi tiếp tục truyền theo các giải thuật CSMA

• Giải pháp CSMA/CD:

• Là phương pháp dùng thẻ bài trong mạng tuyến tính (BUS)

• Sử dụng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập

• Thẻ bài di chuyển trên một vòng logic

• Nguyên tắc hoat động:

- Khi một trạm nhận được thẻ bài, nó được phép truy nhập đường truyền trong 1 khoảng thời gian xác định

- Khi hết thời gian hoặc truyền xong dữ liệu thì nó

chuyển thẻ bài cho trạm tiếp theo trên vòng logic

- Trạm tiếp theo nhận được thẻ bài thì tiến hành tương tự

• Thiết lập vòng logic:

- Vòng logic thiết lập giữa các trạm cần truyền dữ liệu

- Có số thứ tự mà trạm cuối liền kề với trạm đầu tiên

- Mỗi trạm biết địa chỉ trạm liền kề trước và sau nó

- Các trạm không có hoặc chưa có nhu cầu truyền thì

không đưa vào vòng logic, chúng chỉ được nhận mà

không được truyền

• Là phương pháp dùng thẻ bài trong mạng vòng

(RING)

• Sử dụng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập

• Thẻ bài di chuyển trên đường truyền vật lý

• Nguyên tắc hoạt động:

- Một trạm muốn truyền tin thì phải nhận được thẻ bài

“rỗi”

- Trạm đổi thẻ bài sang trạng thái “bận”, tiến hành

truyền dữ liệu cùng với thẻ bài trên vòng

- Dữ liệu đến trạm đích phải được sao lại, sau đó cùng thẻ đi về trạm nguồn

- Trạm nguồn xóa bỏ dữ liệu, chuyển thẻ bài sang “rỗi”

và chuyển tiếp thẻ bài đến trạm khác

• Nguyên tắc hoạt động:

CSMA/CA: (Carrier Sense Multiple Access with

Collision Avoidance)

• Là cơ chế đa truy nhập tránh xung đột, thuộc tầng vật

lý, kiểm soát truy nhập trong mạng LAN không dây

• Sử dụng gói tin thông báo ACK

- Máy gửi sau khi gửi tin, nhận về gói tin ACK thì dữ liệu

đã tới đích

- Nếu không nhận được gói tin ACK, tiến hành gửi lại

• Cơ chế hoạt động:

1 Trước khi gửi, máy gửi sẽ thăm dò trạng thái kênh:

- Thực hiện “nghe” đường truyền, đến khi trạng thái

đường truyền “rỗi”

- Khi có tín hiệu rỗi, máy đợi 1 khoảng thời gian DIFS, rồi gửi 1 khung điều khiển RTS

• Cơ chế hoạt động:

• Cơ chế hoạt động:

2 Sau khi nhận được RTS và đợi 1 khoảng thời gian SIFS, máy nhận gửi 1 khung điều khiển CTS báo với máy gửi

là đã sẵn sàng nhận tin

3 Máy gửi tiến hành gửi dữ liệu chính DATA

4 Máy nhận đợi 1 khoảng thời gian SIFS, gửi 1 thông

báo ACK, thông báo đã nhận được dữ liệu

• Cơ chế tránh xung đột:

- Sử dụng cơ chế NAV- Network Allocation Vector

- Khi một máy gửi khung RTS, thì khung này cũng chứa đựng thông tin về khoảng thời gian cần thiết chiếm

dụng kênh truyền Những máy khách bị ảnh hưởng

bởi việc truyền tải này sẽ tạo ra một bộ đếm thời gian NAV

- NAV sẽ cho biết khoảng thời gian trước khi máy trạm

có thể kiểm tra trạng thái của kênh truyền

Lịch sử ra đời mạng internet

1.4.1

1.4.2 Cấu trúc mạng Internet

1.4.3 Các tiêu chuẩn kết nối thiết bị

1.4.4 Các tiêu chuẩn nhận dạng thiết bị

1.4.5 Tên miền và địa chỉ IP

• Những năm 1960, ARPA được giao nhiệm vụ nghiên cứu kỹ thuật liên mạng (internet).

• Đây là mạng chuyển mạch gói đầu tiên: ARPAnet

• 1974 Vinton G.Cerf và Robert O.Kahn đưa ra ý tưởng thiết kế một bộ giao thức mạng là tiền thân của

• Mạng Internet gồm nhiều mạng con (sub-network)

kết nối với nhau thông qua các thiết bị

• Mạng con có thể sử dụng nhiều công nghệ ghép nối

khác nhau mà vẫn giao tiếp được với nhau

• Các mạng LAN ngày nay sử dụng kỹ thuật Ethernet có dây hay Ethernet không dây (802.11b, 802.11g,

802.11a, 801.11c)

• Các máy tính liên lạc với nhau dựa vào bộ tiêu chuẩn chung là giao thức Internet

• Tiêu chuẩn cơ bản nhất để kết nối mọi thiết bị vào

mạng internet là bộ giao thức IP (Internet Protocol)

• Khi kết nối vào mạng Internet, máy vi tính sẽ được

cung cấp một địa chỉ IP gồm một chuỗi số

• Địa chỉ IP xác định mỗi máy khác nhau trên mạng, là địa chỉ duy nhất

• Địa chỉ IP trên mạng không cố định, có thể thay đổi

tùy vào thời điểm

• Phiên bản IPv4 đang được dùng phổ biến hiện nay

• Địa chỉ IP là một địa chỉ đơn nhất định danh một thiết

bị để nhận diện và liên lạc với nhau trên mạng máy

tính

• Tất cả các máy chủ Internet (server) có địa chỉ IP

riêng

VD: 24h.com.vn → 125.212.196.166

• Tên miền: chuyển địa chỉ IP sang dạng chữ viết

• Hệ thống tên miền DNS (Domain Name System)

• Quy trình hoạt động của DNS:

1 Khi nhập địa chỉ trang Web (24h.com.vn), máy tính gửi

tên miền này đến một máy chủ DSN định trước, máy chủ gửi lại thông điệp là IP của trang Web

2 Trình duyệt gửi yêu cầu kết nối tới trang Web

3 Yêu cầu kết nối qua nhiều bộ định tuyến (router), đến

VPN- Virtual Private Network

• Là một mạng riêng sử dụng mạng công cộng (thường

là Internet) để kết nối với người dùng hoặc địa điểm

từ xa tới một mạng LAN trung tâm

VPN- Virtual Private Network

• Gồm có:

- Remote Access VPN: cho phép thực hiện các kết nối

truy nhập từ xa đối với người sử dụng di động

- Site- to- Site VPN: Dùng để kết nối mạng tại các vị trí

khác nhau thông qua VPN, gồm 2 loại: Intranet VPN

và Extranet VPN

Mô hình mạng VPN cơ bản:

• Cấu trúc mạng VPN:

- Đường hầm: kết nối 2 điểm đầu cuối khi cần thiết,

được giải phóng khi không truyền dữ liệu nữa Nó

không phụ thuộc cấu trúc vật lý của mạng

- Có 2 loại đường hầm: Thường trực (Permanent) và

tạm thời (Temporary hay Dynamic)

- Các dịch vụ bảo mật đa dạng cho phép dữ liệu mang tính riêng tư