Giới thiệu chung về mạng máy tính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (331.12 KB, 17 trang )
Giới thiệu chung về mạng máy tính (Computer Networks)
0. Giới thiệu về mạng máy tính
- Khái niệm mạng máy tính (Network) - là một hệ thống các máy tính kết nối với nhau ñể thực hiện các
công việc chung.
- Networking (kết nối mạng) là quá trình tạo ra mạng máy tính
- Khái niệm Distributed system - phân biệt
1. Các ví dụ ứng dụng mạng máy tính trong thực tế
1.1 Mạng máy tính trong môi trường doanh nghiệp
Mục ñích 1: Share Resources
- máy in, thiết bị ngoại vi,
- dữ liệu và ứng dụng
Hình thành các hệ thống thông tin bao gồm các CSDL, các ứng dụng (tác nghiệp như kế toán, mua hàng,
bán hàng, thanh toán, vv.)
Mô hình server-client (khách - chủ)
Hình vẽ
Khái niệm Server - là máy chủ - máy phục vụ - máy tính mạnh thực hiện các công việc chuyên biệt.
-
Đặt ở trung tâm, ñược quản lý tập trung.
Các loại máy chủ:
-
Máy chủ files chứa các file, lưu trữ, backup, xử lý files, tìm kiếm files.
-
Máy chủ in ấn - phục vụ nhu cầu in ấn trên toàn mạng.
-
Máy chủ truyền thông - kết nối liên mạng, e-mail, web, vv. -> tên gọi thay ñổi theo chức năng máy chủ e-mail, máy chủ proxy, máy chủ web, vv.
Các máy khách - client - máy của người dùng, cấu hình bình thường, truy nhập CSDL, hoặc truy vấn
(query) theo các chức năng của máy chủ.
Quá trình xử lý: request - reply
Ưu ñiểm:
-
Tổ chức mô hình tập trung - dễ quản lý, dễ nâng cấp tại trung ương, tiết kiệm nếu khoảng cách
rộng và/hoặc số lượng nhiều máy tính.
-
Độ an toàn và bảo mật tốt.
Nhược ñiểm:
-
Đòi hỏi khả năng quản trị chuyên, tập trung.
-
Không thích hợp với mô hình nhóm, mô hình nhỏ.
-
Đối với mô hình hệ thống máy tính lớn thì lại khó quản lý vì các máy chủ phải rất mạnh, ñòi hỏi
các ñường truyền thông mạnh, vv.
-
Khó quản lý ñối với môi trường ña dịch vụ ña ứng dụng
Mô hình 3-lớp (Client-Middleware-Server): xuất hiện trên môi trường Internet
Là mô hình 2 lớp, thêm lớp trung gian là các máy chủ Internet cung cấp giao diện web cho các máy chủ
và các máy khách.
Hình vẽ
Mô hình peer-to-peer
Là mô hình mà các máy tính ñều ngang hàng
Ưu ñiểm:
-
Dễ cài ñặt, thích hợp mô hình nhóm làm việc, văn phòng nhỏ.
-
Không cần quản trị mạng chuyên.
Nhược ñiểm:
-
An toàn an ninh mạng kém.
-
Không có các ứng dụng chuyên
Mục ñích 2: phương tiện liên kết - communication medium trong kinh doanh
Môi trường cộng tác - Collaboration:
-
-
file-on-line
-
videoconferencing
Mục ñích 3: e-business
Thực hiện các tác nghiệp doanh nghiệp - doanh nghiệp, doanh nghiệp - người tiêu dùng, doang nghiệp ñối tác mua bán.
Mục ñích 4: e-commerce
1.2 Ứng dụng cá nhân
Access to remote information
-
Tra cứu web, tra cứu kho dữ liệu, thư viện ñiện tử, vv
Person-to-person communication.
-
Hệ thống peer-to-peer: Napster, trao ñổi âm nhạc, vv.
-
Nhắn tin SMS
Interactive entertainment.
-
Video-on-demand
Electronic commerce.
E-learning
Tele-medicine
1.3 Ứng dụng di ñộng (Mobile/Wireless)
Thiết bị tính toán di ñộng - cầm tay (PDA)
Kết nối không dây
WAP
Truy cập dữ liệu
m-commerce - giao dịch ñiện tử
1.4 Các vấn ñề xã hội nảy sinh
- Vấn ñề quản lý
- Vấn ñề thuần phong mỹ tục: các trang chứa các nội dung xấu, ñồi truỵ, vv.
- Vấn ñề bảo mật, an ninh mạng (security)
2: Phần cứng mạng máy tính
Khía cạnh kỹ thuật trong mạng máy tính. Cách phân chia dựa trên phương thức truyền (transmission) và
kích thước (size)
2.1 Hai loại kỹ thuật truyền tin:
- Broadcast links.
Broadcast network: mạng chia sẻ cho tất cả các máy tính. Gói tin (packages) truyền tới tất cả các máy tính,
có chứa mã ñịa chỉ, nếu máy tính ñúng ñịa chỉ thì nhận và xử lý, những máy khác bỏ qua.
Ví dụ thực tế: gọi ở hành lang; gọi tại sân bay.
Broadcasting: gói tin truyền trên mạng tới tất cả các máy tính, xử lý nội dung gói tin ñó. Mã ñịa chỉ cho
broadcast -> các bits mô tả trong gói tin.
Multicast: tới một nhóm máy tính.
- Point-to-point links: từ một máy này tới một máy khác. Xác ñịnh ñịa chỉ nguồn (source) và ñích
(target). Thường qua các máy trung gian.
2.2 Theo kích thước (khoảng cách)
2.2.1 Mạng LAN (mạng nội bộ, mạng cục bộ)
Đặc trưng theo:
- Kích cỡ
- Kỹ thuật truyền dẫn (transmission technology):
Dùng cáp, tốc ñộ từ 10Mb/s ñến 10Gb/s: Ethernet (10/100/1000/10Gb/s) Token Ring (4/16Mb/s), FDDI
(16/100Mb/s), vv. Độ trễ nhỏ, ít lỗi.
WirelessLAN, không dây, chuẩn 802.11 (a/b) tốc ñộ phụ thuộc khoảng cách có thể lên tới 11Mb/s, khoảng
cách từ <50m ñến 50km. Dùng truyền dẫn sóng viba (2.3-2.5Ghz).
- Topology (cấu hình-kiến trúc-hình dáng) mạng: outline/design/plan
Bus topology (broadcast)
Ring topology (broadcast)
Bus: cơ chế xử lý tranh chấp gửi gói tin - các chuẩn (Ethernet - IEEE 802.3 CSMA/CD các máy tính có
thể gửi gói tin anytime, khi có tranh chấp - thì thôi và gửi lại sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên)
Ring: ví dụ Token-Ring (IBM), FDDI
Mạng hình sao - Star topology
Hình vẽ
Mạng broadcast có thể chia ra cách phân phối kênh truyền dẫn - tĩnh (static) hoặc ñộng (dinamic):
- Static: ví dụ chia theo khoảng thời gian, mỗi máy ñược truyền theo một khoảng và quay vòng tới các
máy khác theo thuật toán round-robin.
- Dinamic: quản lý tập trung (một chỗ quản lý việc truyền gửi dữ liệu - thuật toán xử lý request, quyết
ñịnh máy nào gửi tiếp theo) và không tập trung (tự các máy gửi, theo một quy luật xác ñịnh).
Các thiết bị phần cứng (kết hợp các phần mềm thông minh) trong mạng LAN:
Repeater: PHY device that restores data and collision signals
Hub: Multiport repeater + fault detection and recovery
Bridge: Datalink layer device connecting two or more collision domains. MAC multicasts are propagated
throughout “extended LAN.”
Router: Network layer device. IP, IPX, AppleTalk. Does not propagate MAC multicasts.
Switch: Multiport bridge with parallel paths
2.2.2 Mạng MAN - Metropolitan Area Network - quy mô thành phố
Ví dụ kết hợp mạng truyền hình cáp và dữ liệu:
Ví dụ khác là mạng MAN không dây theo chuẩn IEEE 802.16.
2.2.3 Mạng diện rộng WAN
Hiểu theo nghĩa diện rộng - quy mô tỉnh/thành phố (mức lớn), quốc gia, ña quốc gia. Thường gắn với các
chương trình ứng dụng.
Host - máy tính + người sử dụng trình ứng dụng: máy chủ, máy trạm, các thiết bị truy nhập khác.
Đường truyền: transmission lines - cáp ñồng, cáp quang, vô tuyến, mạng viễn thông.
Switchs/Router: là thiết bị/máy tính chuyên dụng kết nối các ñường truyền - thường có trong mỗi mạng
LAN khi kết nối mạng diện rộng, quyết ñịnh rẽ nhánh theo ñường truyền nào.
Packet-Switching: chuyển mạch gói (vs. Circuit Switching)
Cơ chế truyền gói tin:
Các router thực hiện quyết ñịnh truyền gói tin theo các thuật toán (routing algorithm).
2.2.4 Mạng không dây - Wireless Networks.
- Bluetooth: chuẩn kết nối các thiết bị phạm vi hẹp dùng sóng cực ngắn (phạm vi vài - chục mét): mobile,
máy tính, PDA, thiết bị ñiện tử khác (TV, DVD, scannner, camera số, vv.). Master và Slaves.
- WirelessLAN (IEEE 802.11): dùng sóng viba truyền dẫn: kết nối trong toà nhà, giữa các toà nhà, ñiểm
nối ñiểm, ñiểm nối ña ñiểm.
- WirelessWAN: chuẩn IEEE 802.16 ñang hoàn thiện cho kết nối ñiểm - nối ña ñiểm tốc ñộ cao (GB/s).
2.2.5 Mạng cho người dùng tại gia ñình
- Computers (desktop PC, notebook PC, PDA, shared peripherals).
- Entertainment (TV, DVD, VCR, camcorder, camera, stereo, MP3).
- Telecommunications (telephone, mobile telephone, intercom, fax).
- Appliances (microwave, refrigerator, clock, furnace, airco, lights).
- Telemetry (utility meter, smoke/burglar alarm, thermostat, babycam).
Dùng kết nối qua mạng ñiện thoại, mạng mobiphone, cáp dây, USB 2.0, cổng FireWire IEEE 1394.
2.2.6 Liên mạng - Internetwork (internet)
Kết nối nhiều mạng (khác biệt nhau về cấu trúc, không tương thích nhau) với nhau thành mạng lớn (so
sánh WAN). Ví dụ Internet.
Các router chuyên dụng ñể kết nối các mạng với nhau: ña giao thức/ña dịch vụ - gọi là Gateway.
3 Cơ sở phần mềm cho mạng máy tính
Xem xét tổng quan các cấu trúc phần mềm cho mạng máy tính.
3.1 Các lớp giao thức
Mạng -> lớp/tầng (layer/level/tier) theo cấu trúc phân hệ (hierarchy)
Lớp n của một máy tính (hệ thống) - trao ñổi thông tin với lớp n của máy/hệ thống khác.
Các lớp là ñộc lập.
Tập hợp các quy tắc, quy ước (ñược các bên thống nhất) quy ñịnh cách thức trao ñổi lẫn nhau gọi là giao
thức (protocol). Giao thức theo các lớp - giao thức lớp n.
Protocol Stack: tập hợp các protocol trên một tầng.
Các ñơn vị trên cùng một lớp là ñồng ñẳng - peer, ví dụ các quá trình (processes), ứng dụng (application),
phần cứng (hardware), người dùng (user), vv.
Cấu trúc mạng: network architecture = tập hợp các lớp và giao thức mạng.
Ví dụ trao ñổi thông tin giữa các lớp:
M= message: thông tin ở mức ứng dụng.
H = header: chứa các thông tin ñiều khiển, như số thứ tự, ñịa chỉ, cách thức vân chuyển, vv.
Ví dụ: phong bì thư.
3.2 Một số khái niệm liên quan ñến lớp và giao thức mạng
- Address và addressing (ñịa chỉ và ñánh ñịa chỉ ): cách mô tả ñích gửi thông tin ñến.
- Error Control (quản lý lỗi): các cơ chế phát hiện lỗi (error-detecting) và sửa lỗi (error-correcting/error
recovery).
- Flow Control (quản lý việc truyền dữ liệu): do bên gửi và bên nhận thoả thuận tốc ñộ truyền, nhanh hay
chậm, dừng lại hay tiếp tục truyền.
- Multiplexing và de-multiplexing (phân kênh và ghép kênh): thường dùng ñối với lớp vật lý.
- Routing (ñịnh tuyến): quyết ñịnh việc rẽ theo ñường truyền nào trong số nhiều ñường truyền, ñể ñến
ñược ñịa chỉ ñích.
- Connection-oriented (ñịnh sẵn kênh kết nối): dịch vụ trên mạng xác ñịnh ñường dẫn cho dữ liệu từ ñịa
chỉ nguồn ñến ñịa chỉ ñích.
Ví dụ: mạng ñiện thoại. Còn gọi là kết nối 3-pha: thoả thuận ñường kết nối (thông số truyền như tốc ñộ ñộ
dài lớn nhất của gói tin, chất lượng dịch vụ, buffer, vv. Do bên gửi ñề xuất và bên nhận ñáp ứng hoặc từ
chối), sử dụng kết nối (truyền dòng dữ liệu), ñóng kết nối (kết thúc việc truyền dữ liệu) (establish - use close connection).
- Connectioness-oriented (không ñịnh sẵn kết nối): dịch vụ không xác ñịnh ñường dẫn cố ñịnh cho việc
truyền dữ liệu.
Ví dụ: gửi thư. Bên gửi cứ gửi dù có tới ñịa chỉ ñích hay không. Có thể có cơ chế kiểm tra hoặc xác nhận
ñã nhận thông tin (acknowleaged signal).
- Quality of Service (chất lượng dịch vụ): bao gồm nhiều yếu tố như tỷ lệ mất dữ liệu, ñộ trễ, ñộ ngắt
quãng.
Ví dụ: ñiện thoại, ñiện thoại IP, Internet, videoconferencing.
3.3 Các primitive (lệnh thực hiện) dịch vụ
Các dịch vụ dùng các lệnh ñể thực hiện các tác vụ người dùng - dịch vụ.
Ví dụ như system calls ñối với hệ ñiều hành dùng ñể ñặt các ngắt chương trình và trao quyền cho hệ ñiều
hành thực hiện các tác vụ và sau ñó quay trở lại chương trình.
Ví dụ một số primitive ñối với dịch vụ connection-oriented, truyền dữ liệu một từng bit một cách ổn ñịnh
giữa máy trạm và máy chủ:
Primitive
Giải nghĩa
LISTEN
Server/Client phát lệnh này, ngừng các xử lý ñể chờ nhận kết nối tới.
CONNECT
Client/Server phát lệnh này ñể thực hiện kết nối với Server/Client. Thường có ñịa
chỉ Server/Client.
RECEIVE
Server/Client phát lệnh này, ngừng các xử lý ñể chờ nhận dữ liệu.
SEND
Gửi dữ liệu tới Server/Client.
Server/Client tiếp tục hoạt ñộng xử lý và gửi lại trả lời tới Client/Server.
DISCONNECT
Client/Server ngừng kết nối.
Ví dụ quá trình request-reply mô hình khách-chủ:
3.4 Mô hình tham chiếu OSI
ISO OSI (Open Systems Interconnection) Reference Model
Do tổ chức ISO (International Standards Organization) ñưa ra 1983, sửa lại 1995.
Đây không phải là Network Architecture vì ISO không ñưa ra các protocol gắn với các layer. ISO ñưa ra
riêng các tiêu chuẩn cho từng layer nhưng không bao gồm trong mô hình tham chiếu này.
Physical Layer: truyền từng bit. Các vấn ñề về thiết kế lớp này: biểu diễn 1/0 bằng dòng ñiện (volt), ñộ dài
(thời gian - nsec) cho một bit, một hay hai chiều, số pin của chân cắm, phương tiện truyền dẫn (cáp ñồng,
cáp quang, sóng radio, sóng viba, vv.)
Datalink Layer: thiết bị/máy gửi dữ liệu chia thành các khung dữ liệu (Data Frame) và truyền các data
frame trên lớp vật lý. Các thiết bị ñầu cuối (gửi/nhận) thực hiện các chức năng Flow Control và Error
Handing. Được chia thành 2 lớp nhỏ hơn: medium access control sublayer và datalink sublayer.
Network Layer: làm việc giữa các mạng mức gói tin (packet), ñịnh tuyến (routing) các gói tin: xác ñịnh
tuyến ñường gửi theo kiểu ñịnh sẵn cả tuyến ñường hoặc ñịnh ñộng theo từng chặng; quản lý tình trạng
nghẽn mạch (congestion), và chất lượng dịch vụ: delay (ñộ trễ), ñộ ngắt quãng (jitter), vv. ; ñịnh ñịa chỉ và
chuyển ñổi ñịa chỉ (addressing, address resolution); chia các gói tin và ghép lại.
Transport Layer: làm việc với dữ liệu từ mức trên, ñóng gói thành từng ñơn vị nhỏ hơn (TPDU-transport
protocol data unit) chuyển xuống lớp Network và ñảm bảo cho dữ liệu ñến ñúng nơi nhận. Định các dạng
dịch vụ (type of service) cho lớp trên session layer: i) kênh ñiểm - ñến ñiểm theo trình tự gửi -nhận theo
từng gói tin hoặc các bytes (vd. TCP); ii) gửi dữ liệu không theo trình tự và có thể broacasting (vd. UDP).
Các ToS ñược xác ñịnh ngay sau khi xác ñịnh kênh truyền dữ liệu (connection)
Từ tầng 4-7 kết nối là end-to-end không qua các trung gian (router)
Session Layer: xác ñịnh các session (phiên) giao dịch giữa các người dùng/trình ứng dụng, các vấn ñề như
ñồng bộ, quản lý việc ñối thoại giữa hai ñầu nhận và gửi (ứng dụng), vv.
Presentation Layer: xác ñịnh cấu trúc dữ liệu mức cao ñể truyền dữ liệu - về semantic, syntax các dữ liệu,
encoding, vv.
Application Layer: các giao thức ứng dụng như HTTP, FTP, e-mail, vv.
Application
File transfer, Email, Remote Login, , HTTP
Presentation
ASCII Text, Sound
Session
Establish/manage connection
Transport
End-to-end communication: TCP, UDP
Network
Routing, Addressing: IP
Datalink
Two party communication: Ethernet, ATM, X.25,
Frame Relay
Physical
How to transmit signal: Coding
3.5 Mô hình tham chiếu TCP/IP
Ra ñời năm 1974 (Cerf, Kahn) là cơ sở cho mạng ARPANET (Bộ QP Mỹ) (tiền thân mạng Internet).
Internet Layer: xác ñịnh format và protocol của packet, gọi là IP (Internet Protocol).
Tương tự như Network Layer của mô hình ISO.
Transport Layer: xác ñịnh giao thức trao ñổi dữ liệu giữa hai host, hai bộ giao thức:
- TCP (Transmission Control Protocol): ñầu gửi chia data thành các fragment và gửi dữ liệu theo kênh
ñịnh sẵn theo từng bytes, theo trình tự và ñầu nhận ghép các fragment lại; flow control.
- UDP (User Datagram Protocol): connectioness, unrealiable, thường dùng cho các ứng dụng tự quản lý
flow control và sequencing mà không muốn dùng TCP ñảm nhiệm. Vd. Videoconferencing, voice, vv.
Application Layer: mô hình TCP/IP không có Session và Presentation Layer, vì thực tế rất ít ứng dụng
trên hai lớp này.
Các ứng dụng trong lớp này: FTP, SMTP (e-mail), HTTP, DNS, Telnet, vv.
Host-to-Network Layer: bỏ trống nhiều.
3.6 Mô hình ñề xuất
Mô hìnhTCP/IP ra ñời trước, có sự ứng dụng trong thực tế (Internet, các protocol IP, TCP, UDP, vv).
Nhưng thiếu về các tầng từ network trở xuống.
Trong khi ñó mô hình ISO ra sau, nhưng lại thiếu sự áp dụng trong thực tế; một số layer (5,6) ít sử dụng.
Do ñó gần ñây ñã có mô hình tích hợp từ các mô hình trên, và ñáp ứng tốt hơn thực tế.
4 Các ví dụ về mạng máy tính
4.1 Mạng ARPANET
Do DoD (Bộ QP Mỹ - ARPA, the Advanced Research Projects Agency) khởi xướng từ những năm 677x.
Kết hối các trung tâm tính toán của các trường ĐH lớn của Mỹ. Tạo ra một subnet là các máy tính mini
IMS và các host - các máy tính khác.
Phát triển nhanh từ 70x.
Tài trợ phát triển mô hình và bộ giao thức TCP/IP (1974/Cerf, Kahn)
4.2 Mạng NFSNET
Do NSF (the U.S. National Science Foundation) phát triển năm 80x, kết nối các trường ĐH, viện nghiên
cứu. Sử dụng mô hình và giao thức TCP/IP.
Kết nối với ARPANET tạo ra một mạng rộng lớn tại Mỹ (8x-9x).
4.3 Internet
Liên mạng (Internetworks), hình thành khi có sự kết nối các mạng LAN, mạng LAN Campus của hai
mạng ARPANET và NFSNET với nhau.
Từ 70-90 các ứng dụng chủ yếu là:
- File Transfer (FTP)
- News
- Remote Login (Telnet, ssh)
Đầu 90x CERN (Viện nghiên cứu châu Âu) -> WWW (thường gọi tắt là Web).
Web Browser ñầu tiên: MOSAIC, sau ñó Netscape, Opera, IE, vv.
Kiến trúc Internet
ISP (Internet Service Provider) - truy nhập Internet gián tiếp (dial-up/ñiện thoại/ISDN), trực tiếp (leasedlines/ADSL/)
POPs (Point of Present) - các hệ thống cung cấp kết nối Internet với các khách hàng và kết nối với mạng
trục của ISP.
4.4 Ethernet
Luminiferous Ether
Cấu trúc khởi thuỷ của Ethernet:
1978: DEC, Intel, Xerox -> DIX 10Mb/s Ethernet với nguyên tắc truyền dữ liệu là CS (Carrier Sense) và
MA (Multi Access) -> IEEE 802.3 (1983).
802.4 Token Bus: máy tính có quyền truyền data nếu ñến lượt (có token - là một packet nhỏ) - ñây là một
cơ chế quản lý tranh chấp (collision) trên một sợi cáp.
802.5 Token Ring (IBM)
Phát triển của Ethernet: trở thành chuẩn chính hiện nay - 10Mb/s -100Mb/s - 1000Mb/s - 10G/s
Platform: pure IP (IP trên Ethernet). Khả năng tạo ra các mạng diện rộng sử dụng công nghệ IP trên
Ethernet.
Các LAN Ethernet Switch trước ñây -> Layer 3 Switching (+4-7).
4.5 Wireless LAN - IEEE 802.11
Tương thích với Ethernet từ tầng network trở lên, ñể có thể trao ñổi IP.
802.11 - 1Mb/s, 2Mb/s
802.11a sử dụng tần số cao hơn -> tới 54M
802.11b sử dụng tần số như cũ -> 11M.
5. Hệ thống và các cơ quan tiêu chuẩn mạng
Hai loại tiêu chuẩn:
De factor - từ thực tế (IBM PC, Unix, vv.)
De Jure - từ các ban/hội/cơ quan ñịnh tiêu chuẩn.
Các cơ quan ñặt tiêu chuẩn
ITU
Radiocommunications Sector (ITU-R).
Telecommunications Standardization Sector (ITU-T) (trước là CCITT)
Development Sector (ITU-D).
ITU-T có 300 cơ quan/công ty tham gia: viễn thông, CNTT, nhà cung cấp dịch vụ,vv.
14 tiểu ban nghiên cứu, ñề xuất chuẩn.
ISO: bao gồm cả ANSI (Mỹ), DIN (Đức), BSI (Anh), vv.
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Chuẩn về Internet
IAB (Internet Architecture Board)
IRTF (Internet Research Task Force)
IETF (Internet Engineering Task Force)
RFCs (Request For Comments)
