Chương 1 : Tổng quan về mạng máy tính

Thời lượng dự kiến : 5 tiết

Nội dung:

 Các khái niệm cơ bản về mạng máy tính

 Kiến trúc mạng máy tính

 Các mô hình mạng máy tính : OSI và TCP/IP

1. Giới thiệu chung về mạng máy tính

1.1. Các khái niệm cơ bản

- Mạng máy tính : Là tập hợp các máy tính tự trị (autonomous computer) được kết nối với nhau bằng đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó để đáp ứng một số yêu cầu sử dụng của người dùng.

- Máy tính tự trị : Là các thiết bị điện tử có khả năng xử lý thông tin một cách độc lập. Mỗi máy tính tự trị trên mạng được gọi là một nút mạng (host)

- Đường truyền vật lý : Là các phương tiện vật lý có khả năng truyền dẫn tín hiệu

• Phân loại:

 Hữu tuyến: cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang,...

 Vô tuyến: sóng radio, viba, sóng hồng ngoại,...

• Một số yếu tố đặc trưng :

 Băng thông : tốc độ truyền dữ liệu tối đa, tính bằng đơn vị bps (bit per second)

 Thông lượng : tốc độ truyền dữ liệu thực tế

 Độ tin cậy : tỉ lệ bít lỗi khi truyền

 Độ suy hao

 Độ trễ

 Hiệu suất sử dụng đường truyền : thông lượng/băng thông

- Kiến trúc mạng

• Topology: Là kiểu bố trí, sắp xếp các máy tính, dây cáp và các thiết bị mạng xét trên phương diện vật lý. Gồm 2 loại:

 Điểm - Điểm (Point to Point): các đường truyền nối từng cặp nút với nhau. Mỗi nút có trách nhiệm lưu trữ tạm thời và chuyển tiếp dữ liệu cho tới đí. Ví dụ: sao (star), chu trình (loop), cây (tree),...

 Điểm - đa Điểm (Point to MultiPoints) hay Quảng bá (Broadcasting): Tất cả các nút mạng sử dụng chung một đường truyền. Dữ liệu được gửi đi từ một nút nào đó có thể được nhận bởi tất cả các nút còn lại. Bởi vậy, cần phải chỉ rõ địa chỉ đích để biết dữ liệu đó dành cho nút nào. Ví dụ: xa lộ (bus), vòng (ring),...

• Giao thức mạng (Network Protocol): Là tập hợp các quy ước, quy tắc mà các máy tham gia truyền thông trên mạng cần phải tuân thủ để đạt được mục đích của quá trình truyền thông.

 Cú pháp, ngữ nghĩa của dữ liệu

 Thứ tự truyền

 Hành vi của các bên tham gia

• Ví dụ một số giao thức mạng

 Họ giao thức TCP/IP (Internet)

 Systems Network Architecture - SNA (IBM)

 Novell Netware (Novell)

 AppleTalk (Apple),...

- Mục đích:

• Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên của mạng (như thiết bị, chương trình, dữ liệu) khi được trở thành các tài nguyên chung thì mọi thành viên của mạng đều có thể tiếp cận được mà không quan tâm tới những tài nguyên đó ở đâu.

• Tăng độ tin cậy của hệ thống: Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc và lưu trữ (backup) các dữ liệu chung và khi có trục trặc trong hệ thống thì chúng có thể được khôi phục nhanh chóng. Trong trường hợp có trục trặc trên một trạm làm việc thì người ta cũng có thể sử dụng những trạm khác thay thế.

• Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin: Khi thông tin có thể được sữ dụng chung thì nó mang lại cho người sử dụng khả năng tổ chức lại các công việc với những thay đổi về chất như:

 Ðáp ứng những nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại.

 Cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu.

 Tăng cường năng lực xử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán.

 Tăng cường truy nhập tới các dịch vụ mạng khác nhau đang được cung cấp trên thế giới

1.2. Phân loại mạng máy tính

- Dựa trên khoảng cách địa lý:

• Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN): Phạm vi hẹp, với bán kính khoảng vài chục km

• Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN): Phạm vi rộng hơn, với bán kính <100km

• Mạng diện rộng (Wide Area Network - WAN): Phạm vi mạng có thể vượt biên giới quốc gia, thậm chí cả lục địa

• Mạng toàn cầu (Global Area Network - GAN): Phạm vi trải rộng trên toàn thế giới

- Dựa trên kỹ thuật chuyển mạch

• Mạng chuyển mạch kênh (circuit-switched network)

 Hai máy muốn trao đổi thông tin phải thiết lập một kênh truyền thông.

 Kênh truyền được duy trì ổn định cho tới khi một trong hai bên ngắt kết nối

 Dữ liệu chỉ được truyền đi trên kênh đó

 Nhược điểm

 Tốn thời gian thiết lập kênh

 Hiệu suất sử dụng kênh truyền thấp

 Ví dụ : mạng điện thoại

• Mạng chuyển mạch thông báo (message-switched network)

 Thông báo (Message): là những đơn vị thông tin của người sử dụng có khuôn dạng được quy định trước

 Trong mỗi thông báo có địa chỉ đích. Các nút trung gian sẽ lưu trữ tạm thời các thông báo để "đọc" thông tin này rồi chuyển sang nút kế tiếp trong lộ trình

 Các thông báo khác nhau có thể được gửi đi theo các đường khác nhau

 Ưu điểm

 Hiệu suất sử dụng kênh truyền cao

 Có thể sắp thứ tự ưu tiên các gói tin và tránh tắc nghẽn

 Nhược điểm: Tốn chi phí lưu trữ và xử lý tại mỗi nút do không giới hạn kích thước các thông báo

• Mạng chuyển mạch gói (packet-switched network)

 Mỗi thông báo được chia thành nhiều gói tin (packet) có khuôn dạng quy định trước

 Do người ta giới hạn kích thước của các gói tin, do đó có thể tăng tốc độ xử lý tại mỗi nút

 Nhược điểm: Cần có cơ chế chia nhỏ thông báo thành các gói tin để truyền đi và tái sắp xếp các gói tin theo đúng thứ tự khi nhận được

 Ví dụ: mạng chuyển mạch ATM

Kết hợp 2 kỹ thuật mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói thành mạng ISDN

- Dựa trên vai trò các máy tính trong mạng

• Mạng ngang hàng (Peer - to - Peer Network)

 Các trạm trên mạng có vai trò bình đẳng, không có trạm chuyên dụng.

 Chi phí lắp đặt và bảo trì thấp, thích hợp với quy mô nhỏ

• Mạng Client/Server

 Trên mạng có một/một số trạm chuyên dụng đóng vai trò cung cấp một số dịch vụ cho toàn mạng.

 Quy mô lớn, chi phí lắp đặt, vận hành và bảo trì cao.

2. Kiến trúc phân tầng

2.1. Đặc điểm của kiến trúc phân tầng

- Phân tầng : phân chia các chức năng trong việc trao đổi thông tin

- Tầng : mỗi tầng có nhiệm vụ cung cấp một dịch vụ

• Dựa trên các chức năng của chính tầng đó

• Dựa trên các dịch vụ cung cấp bởi tầng dưới

- Vì sao phải phân tầng :

• Cho phép xác định rõ nhiệm vụ của mỗi bộ phận và quan hệ giữa chúng

• Cho phép dễ dàng bảo trì và nâng cấp hệ thống, Thay đổi bên trong một bộ phận không ảnh hưởng đến các bộ phận khác

2.2. Truyền dữ liệu trong kiến trúc phân tầng

- Tầng trên sử dụng dịch vụ của tầng dưới, hoạt động của tầng dưới là trong suốt với tầng trên

- Dữ liệu tại mỗi tầng chia thành các đơn vị dữ liệu giao thức PDU

- Thực chất việc truyền dữ liệu giữa 2 nút mạng là truyền logic các PDU giữa 2 tầng tương ứng

• Phía gửi : tầng dưới thêm header vào PDU của tầng trên

• Phía nhận : bóc tách header trước khi chuyển lên cho tầng trên.

2.3. Mô hình tham chiếu OSI

 Tầng vật lý : đưa dữ liệu lên đường truyền vật lý

• Biểu diễn dữ liệu số 0 hoặc 1

• Chiều truyền tin (1 hay 2 chiều), cách thức thiết lập, hủy bỏ kết nối

• Cách kết nối cáp mạng với cạc mạng

• Các giao thức tầng vật lý : RS232, V35

- Tầng liên kết dữ liệu

• Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy: gửi các dữ liệu theo các khung tin (frame )với cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu.

• Giao thức : HDLC, PPP, TokenRing, ARP, RARP

- Tầng mạng

• Truyền dữ liệu theo các gói tin

• Đảm bảo dữ liệu truyền đến đúng địa chỉ : đánh địa chỉ cho các nút mạng, định tuyến

• Giao thức : IP, IPX, ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP, OSPF, BGP...

- Tầng giao vận

• Chia dữ liệu thành các gói ở phía gửi, hợp các gói ở phía nhận

• Đảm bảo truyền dữ liệu chính xác giữa các điểm đầu cuối (end-to-end) : đảm bảo thứ tự các gói tin, kiểm soát lỗi

• Các giao thức : UDP, TCP, SPX

- Tầng phiên

• Thiết lập, quản lý, kết thúc phiên truyền thông

• Điều khiển hội thoại, đồng bộ hóa, quản lý thẻ bài

• Một số giao thức : RPC (Remote Control Call), NetBIOS

- Tầng trình diễn

• Quyết định dạng thức trao đổi dữ liệu giữa các máy tính mạng

• Tầng trình diễn chịu trách nhiệm chuyển đổi giao thức, biên dịch dữ liệu, mã hoá dữ liệu, thay đổi hay chuyển đổi ký tự và mở rộng lệnh đồ hoạ.

• Mã hóa/ nén, giải mã/ giải nén

• Giao thức: ASCII, MPEG, SSL

- Tầng ứng dụng

• Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán.

• Cho phép khai thác tài nguyên mạng như tài nguyên tại chỗ

• Một số giao thức : HTTP, DHCP, DNS, Telnet, FTP, SMTP, POP, ICMP, SMNP, NAT

2.4. Mô hình TCP/IP (Tranmission Protocol / Internet Protocol)

- Chức năng 2 tầng dưới cùng được phân định vào 1 tầng

- Chức năng 3 tầng trên cũng được phân định vào 1 tầng