Bài giảng Mạng máy tính: Chương 1 - ThS. Trần Quang Hải Bằng

MẠNG MÁY TÍNH
Chương 1:
Tổng quan mạng máy tính



Nội dung
1. Các khái niệm cơ bản
2. Các thành phần cơ bản của mạng
3. Phân loại mạng máy tính
4. Các mơ hình kết nối mạng
5. Kiến trúc hạ tầng vật lý mạng Internet
6. Lịch sử ra đời và phát triển mạng Internet



Mạng máy tính - Chương 1

2


1.1. Các khái niệm cơ bản
Mạng máy tính, mạng Internet là gì?
PC
server
wireless
laptop

Hàng triệu thiết bị
– hosts = Hệ thống đầu cuối
– Chạy các ứng dụng mạng

mobile network

Đường truyền
Cáp quang, Cáp đồng,
Sóng radio, Vệ tinh.
Tốc độ truyền tải = băng
thơng (bandwidth)

home
network

global ISP

smartphone

wireless
links
wired
links

router

Thiết bị định tuyến:
Chuyển các gói tin tới
đích
routers và switches

regional ISP

institutional
network

Mạng máy tính - Chương 1

3

1.1. Các khái niệm cơ bản (tt)
Internet:

mobile network

– Là mạng của các mạng
– Phân quyền quản lý và kết nối
giữa các ISP

Giao thức
– Điều khiển q trình gửi/nhận các
thơng điệp
– Vd: TCP, IP, HTTP, Skype,
802.11

global ISP

home
network

regional ISP

Chuẩn Internet
– RFC: Request for comments
– IETF: Internet Engineering Task
Force


Mạng máy tính - Chương 1

institutional
network
4


1.1. Các khái niệm cơ bản (tt)
Mạng MT dưới góc độ dịch vụ
Cơ sở hạ tầng viễn thông

mobile network

– Cho phép chạy các ứng dụng
mạng:
– Web, VoIP, email, trò chơi,
giao dịch điện tử, chia sẽ tệp
tin

global ISP

home
network

regional ISP

Những dịch vụ viễn thông cung
cấp cho các ứng dụng
– Sự vận chuyển dữ liệu tin cậy
từ nguồn tới đích
– Sự vận chuyển dữ liệu “tốt
nhất có thể” (khơng tin cậy)

institutional
network

Mạng máy tính - Chương 1



5

Giao thức là gì?
Chào anh!

TCP connection
request

Ờ, chào em

TCP connection
response

Mấy giờ
rồi anh?

9 giờ
đúng



GET

time

Mạng máy tính - Chương 1

<file>

6


Giao thức là gì ? (tt)



Mạng máy tính - Chương 1

7

Giao thức là gì ? (tt)
Một số giao thức phổ biến
–

–
–
–
–
–
–

ICMP: Internet Control Management Protocol
TCP: Transmission Control Protocol
IP: Internet Protocol
HTTP: Hypertext Transfer Protocol
SMTP: Simple Mail Transfer Protocol
FTP: File Transfer Protocol
n

Tóm lại giao thức mạng sẽ;.
•
•
•

Định nghĩa khn dạng (cú pháp/ngữ nghĩa) thơng điệp
Thủ tục gửi/nhận thơng điệp
Kiểm sốt chất lượng đường truyền/Xử lý lỗi



Mạng máy tính - Chương 1

8

1.2. Các thành phần cơ bản của mạng
Rìa của mạng
–
–

mobile network

Các host: clients, servers
Các thiết bị đầu cuối khác

global ISP

Môi trường truyền thơng
–

home
network

Các liên kết có dây và khơng dây

regional ISP

Lõi của mạng (core)
–
–

Các thiết bị mạng phục vụ việc kết
nối, truyền tải thơng tin
Router, switch, gatewayn

institutional
network

Mạng máy tính - Chương 1

9

Network edge – rìa của mạng
Máy tính đầu cuối (hosts)
– Chạy các ứng dụng mạng
– Vd: Web, Mail,n

Mơ hình khách/chủ

mobile network
global ISP

home
network

– Máy khách yêu cầu và nhận
dịch vụ từ máy chủ
– Vd: Trình duyệt web/máy chủ
web; máy khách/máy chủ email

regional ISP

institutional
network



Mạng máy tính - Chương 1

10


Kết nối mạng và đường truyền
Hỏi: làm sao để kết nối máy đầu
cuối vào bộ định tuyến?
– Truy cập mạng gia đình
– Truy cập mạng cơng sở (trường
học, cơng ty)
– Truy cập mạng di động

Lưu ý:
– Băng thông (số bit/giây) của
mạng truy cập
– Mạng chia sẻ hay mạng chuyên
dụng?


Mạng máy tính - Chương 1

11

Kết nối mạng qua DSL

Digital Subcriber line – Đường thuê bao số
central office

DSL
Bộ chia
modem tín hiệu

voice, data transmitted
at different frequencies over
dedicated line to central office

telephone
network

DSLAM

ISP
DSL access
multiplexer

Sử dụng hạ tầng điện thoại có sẵn
data được truyền qua đường DSL vào Internet
dữ liệu thoại truyền qua đường DSL vào mạng điện thoại số

Tốc độ upload < 2.5 Mbps (thường gặp 256Kbps)
Tốc độ download < 24 Mbps (thường gặp 8 Mbps)


Mạng máy tính - Chương 1

12


Kết nối mạng qua đường cáp
Không sử dụng cơ sở hạ tầng điện thoại
– thay vào đó sử dụng hạ tầng truyền hình cáp

Cáp quang/đồng trục hỗn hợp (HFC - hybrid fiber
coax)
– không đối xứng: tối đa 30Mbps tải xuống, 2 Mbps tải
lên

Mạng bao gồm cáp đồng trục và cáp quang nối liền
hộ gia đình tới bộ định tuyến ISP
– Các hộ chia sẻ cùng đường truyền và bộ định tuyến

Mạng máy tính - Chương 1



13

Kết nối mạng qua đường cáp
cable headend

…
cable splitter
modem

V

I
D
E
O

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

V

I
D
E
O

D
A
T
A

D
A
T
A

C
O
N
T
R
O
L

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Channels

frequency division multiplexing: different channels transmitted
in different frequency bands


Mạng máy tính - Chương 1

14


Kiến trúc mạng truyền hình cáp

Khoảng 500 – 5000 hộ

Trạm điều phối
mạng cáp phân phối
(đơn giản)

hộ gđ

Mạng máy tính - Chương 1



15

Kiến trúc mạng truyền hình cáp
server(s)

Trạm điều phối
mạng cáp phân phối
(đơn giản)


hộ gđ

Mạng máy tính - Chương 1

16


Kiến trúc mạng truyền hình cáp

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

V
I
D
E
O

D
A
T
A

D
A
T
A

C
O
N
T
R
O
L

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Channels

Trạm điều phối
mạng cáp phân phối
(đơn giản)


hộ gđ

Mạng máy tính - Chương 1

17

Kết nối mạng tại nhà
Các thiết bị
không dây

Kết nối tới nhà cung
cấp dịch vụ
Thường tích
hợp 2 trong 1

cable hoặc DSL modem

wireless access
point (54 Mbps)



router, firewall, NAT
Kết nối có dây
Ethernet (100 Mbps)
Mạng máy tính - Chương 1

18


Kết nối mạng ở doanh nghiệp

institutional link to
ISP (Internet)
institutional router
Ethernet
switch

institutional mail,
web servers

Tốc độ thường gặp 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps
Thường thì các thiết bị đầu cuối được kết nối trực tiếp với
Ethernet switch
Mạng máy tính - Chương 1

19

Kết nối mạng khơng dây
Các thiết bị đầu cuối kết nối với tới bộ định tuyến bằng môi trường
mạng không dây chia sẻ.
– Thông qua các trạm phát gọi là Access Point
wide-area wireless access

wireless LANs:

within building (100 ft)
802.11b/g (WiFi): 11, 54 Mbps
transmission rate

provided by telco (cellular)
operator, 10’s km
between 1 and 10 Mbps
3G, 4G: LTE

to Internet
to Internet


Mạng máy tính - Chương 1

20


1.2. Các thành phần cơ bản (tt)

Host: Gửi các gói
(packet) dữ liệu
– Nhận các message từ ứng
dụng
– Chia nhỏ message thành
các gói có độ dài L bits
– Gửi các gói đó qua đường
kết nối có tốc độ (băng
thơng) R
packet
transmission
delay

=



2 packet có độ dài
L bits mỗi gõi

2 1

R: tốc độ đường truyền

host

time needed to
transmit L- bit
packet into link

=

L (bits)
R (bits/sec)

Mạng máy tính - Chương 1

21

1.2. Các thành phần cơ bản (tt)
Mơi trường vật lý
Bit: lan truyền giữa bộ phát
và bộ thu
Kết nối vật lý: là môi trường
kết nối giữa bộ phát và bộ
thu
Tín hiệu được dẫn

Cáp đơi dây xoắn (twisted pair)
Hai dây đồng cách điện
•

Loại 3: cáp điện thoại truyền
thống, 10 Mbps Ethernet

•

loại 5: cáp mạng, 100Mbps
Ethernet

– Tín hiệu được truyền trong
đường dây đặt sẵn: dây
đồng, cáp quang, cáp đồng
trục

Tín hiệu khơng được dẫn
– tín hiệu truyền tự do, vd:
sóng radio


Mạng máy tính - Chương 1

22


1.2. Các thành phần cơ bản (tt)
Môi trường vật lý
Cáp đồng trục
– Hai dây dẫn đồng đồng
tâm
• nguyên thủy dùng cho TH
cáp

Cáp sợi quang
– Sợi thủy tinh truyền xung
ánh sáng, mỗi xung là
một bit
– tốc độ cao:
• truyền tải điểm-điểm với
tốc độ cao(vd: 10/100

Gbps)

– Chia sẻ mơi trường truyền
• Phát tán rộng

– ít ảnh hưởng bởi nhiễu
sóng điện từ
• tốc độ cao (> 1Mbps)



– Ít lỗi: bộ lặp tín hiệu
được đặt xa nhau; miễn
nhiễm với nhiễu sóng
điện từ

Mạng máy tính - Chương 1

23

1.2. Các thành phần cơ bản (tt)
Môi trường vật lý: Vơ tuyến
Tín hiệu được mang trong
dải tần số của sóng điện từ
Khơng có “dây dẫn”
Chịu ảnh hưởng nhiều từ
tác nhân bên ngồi:

Phân loại liên kết radio:
sóng ngắn (vi ba)

lên tới 45 Mbps
Wireless LAN (vd: Wifi)
11Mbps, 54 Mbps
Diện rộng (vd: mạng di động)
công nghệ 3G: ~ 1 Mbps

phản xạ
cản trở bởi vật thể

Vệ tinh

giao thoa/nhiễu



từ vài Kbps tới 45Mbps
270 msec độ trễ đầu cuối-đầu
cuối

Mạng máy tính - Chương 1

24


Nội dung
1. Các khái niệm cơ bản
2. Các thành phần cơ bản của mạng
3. Phân loại mạng máy tính
4. Các mơ hình kết nối
5. Kiến trúc hạ tầng vật lý mạng Internet

6. Lịch sử ra đời và phát triển mạng Internet



Mạng máy tính - Chương 1

25

1.3. Phân loại mạng máy tính
Theo quy mơ mạng
– Mạng cục bộ (LAN – Local Network Area)
– Mạng đô thi (MAN – Metropolitan Network Area)
– Mạng diện rộng (WAN – Wide Network Area)

Theo kỹ thuật chuyển
– Mạng chuyển mạch kênh (ảo)
– Mạng chuyển mạch gói

Theo hình cách thức truyền tin
– Mạng quảng bá (broadcast)
– Mạng điểm-đểm (point-to-point)
– Multicast


Mạng máy tính - Chương 1

26


1.3. Phân loại mạng (tt)

Mạng máy tính - Chương 1

27

1.3. Phân loại mạng (tt)
Mạng LAN
– Băng thơng lớn;
– Kích thước mạng bị giới hạn;
– Chi phí triển khai lắp đặt rẻ;
– Quản trị đơn giản.



Mạng máy tính - Chương 1

28


1.3. Phân loại mạng (tt)
Mạng MAN
– Gần giống như mạng LAN nhưng giới hạn kích thước
của nó là một thành phố hay một quốc gia. Mạng MAN
kết nối các mạng LAN lại với nhau thông qua môi
trường truyền dẫn và các phương thức truyền thông
khác nhau.
– Băng thông ở mức trung bình,đủ để phục vụ các ứng
dụng cấp thành phố hay quốc gia như chính phủ điện

tử,thương mại điện tử,các ứng dụng của các ngân
hàngn
– Do MAN kết nối nhiều LAN nên việc quản trị sẽ gặp
khó khăn hơn ,đồng thời độ phức tạp cũng tăng theo.
– Chi phí các thiết bị MAN tương đối đắt tiền


Mạng máy tính - Chương 1

29

1.3. Phân loại mạng (tt)
Mạng WAN
– Băng thông thấp, dễ mất kết
nối thường chỉ phù hợp với
các ứng dụng online như
email , FTP,webn.
– Phạm vi hoạt động
không giới hạn
– Do kết nối nhiều LAN
và MAN với nhau nên
mạng rất phức tạp và các
tổ chức toàn cầu phải
đứng ra quy định và
quản lý
– Chi phí cho các thiết bị và cơng
nghệ WAN rất đắt

Mạng máy tính - Chương 1

30


1.3. Phân loại mạng (tt)
Internet là gì?
– Là mạng của các mạng
– Hàng triệu/hàng tỉ thiết bị/hệ thống đầu cuối
• Các trạm làm việc (workstation)
• Các thiết bị PDA, thiết bị sinh hoạt,n

– Hệ thống đường truyền trải khắp toàn cầu
– Rất nhiều thiết bị “định tuyến” phục vụ nhu cầu “vận chuyển”
tin tức giữa các nút.

Ai sở hữu Internet ?
– Không của bất cứ tổ chức hay cá nhân nào
– Internet được xây dựng và hoạt động theo các chuẩn chung
do một số tổ chức quy định và giám sát (IETF, ICANN,
InterNIC, IAB, ITUn)


Mạng máy tính - Chương 1

31

Lõi của mạng
Hàng triệu thiết bị định tuyến kết
nối với nhau

Chuyển mạch các gói (packet)
từ đầu gửi đến đầu nhận
– chuyển tiếp các gói từ router
này tới router kế tiếp(trên trục
đường link từ source đến
destination)
– Sử dụng tồn bộ băng thơng
của đường link khi gửi các
packets



Mạng máy tính - Chương 1

32


Giữ - Chuyển tiếp (Store-and-forward)

L bits/packet
3 2 1

source

destination

R bps

R bps

Thời gian để đẩy 1 packet vào
đường link có băng thong R là:
L/R (giây)
Giữ và chuyển tiếp: Mỗi packet
phải được nhận đủ tại bộ
chuyển mạch trước khi nó tiếp
tục được truyền đi
Độ trễ truyền tải = 2*L/R (g/sử
độ trễ lan truyền = 0)

Ví dụ
L = 7.5 Mbits
R = 1.5 Mbps
Độ trễ truyền tải =
10s

Mạng máy tính - Chương 1



33

Chuyển gói – Queueing delay, loss
A

C

R = 100 Mb/s

R = 1.5 Mb/s

B

D

hàng đợi gói tin

E

Nếu số packet tới vượt q băng thơng của output
link :
packets sẽ được xếp vào hàng đợi (queue)
packets có thể rớt (drop/lost) nếu hàng đợi đầy



Mạng máy tính - Chương 1

34


Nguyên nhân của delay
Xử lý tại node mạng
– Kiểm tra lỗi
– Xác định cổng ra

Xếp hàng (hàng đợi)
– Gói tin đến phải phải chờ vì cổng ra đang bận
– Đức độ tắc nghẽn của bộ định tuyến

Trễ do thời thời gian truyền tải
– L: độ dài gói tin (bits)
– R: băng thơng đường truyền
– Thời gian đẩy hết gói tin lên đường truyền = L/R

Trễ do thời gian lan truyền tín hiệu
– Tốc độ truyền tín hiệu điện từ khoảng s = 2*108m/s
– Thời gian lan truyền tín hiệu trên đường truyền dài d(m) là
d/s
Mạng máy tính - Chương 1



35

Delay tại node mạng
dnode = dxl + dxh + dtt + dlt
dxl = độ trễ xử lý
– Khoảng vài micro-giây hoặc ít hơn

dxl = độ trễ xếp hàng
– Phụ thuộc vào mức độ tắc nghẽn của mạng

dtt = độ trễ truyền tải
– Phụ thuộc vào băng thông của mạng L/R

dlt = độ trễ lan truyền
– vài microsecs tới vài trăm microsecs

Mạng máy tính - Chương 1

36


Queueing delay
R = băng thơng (bps)
L = độ dài gói tin (bits)
a = tốc độ trung bình gói tin
Cường độ lưu lượng gói = La/R
La/R ~ 0: độ trễ xếp hàng trung bình thấp
La/R -> 1: độ trễ tăng dần
La/R > 1: nhiều “công việc” tới hơn là khả năng xử lý,
độ trễ trung bình là vơ hạn!



Mạng máy tính - Chương 1

37

Thông lượng (throughput)
Thông lượng: tốc độ (bits/đvtg) mà các bit được
truyền tải giữa bên gửi và bên nhận
– Tức thời: tại một thời điểm cụ thể
– Trung bình: Tốc độ trong 1 khoảng thời gian

Rs > Rc: Thông lượng tồn tuyến là bao nhiêu ?
Rs < Rc: Thơng lượng toàn tuyến là bao nhiêu ?

Rs bits/sec



Rc bits/sec

Mạng máy tính - Chương 1

38


Chức năng của lõi mạng
Routing (định tuyến): Xác

định đường đi từ source tới
destination
Thuật tốn định tuyến

Forwarding (Chuyển tiếp):
chuyển gói tin từ router này
tới router hàng xóm

routing algorithm

local forwarding table
header value output link
0100
0101
0111
1001

1

3
2
2
1

3 2

địa chỉ đích trong
header của gói tin đến


Mạng máy tính - Chương 1

39

Chuyển mạch kênh – Circuit switching
Tài nguyên mạng (vd: băng
thông) được chia thành
“những phần nhỏ”
Các phần này được phân
phối cho các “cuộc gọi”.
Phần tài nguyên đó sẽ rỗi
nếu cuộc gọi đó kết thúc.
Phân chia băng thơng:
Phân chia theo tần số
Phân chia theo thời gian

Mạng máy tính - Chương 1

40


Phân chia băng thơng
Ví dụ:

FDM

4 users

Tần số

time

TDM

Tần số

time
Mạng máy tính - Chương 1



41

Ví dụ cụ thể:
Cần bao nhiêu thời gian để gửi hết một file có kích

thước là 640,000 bits từ máy A tới máy B qua một
mạng chuyển mạch kênh ?
– Tống tất cả các kết nối có tốc độ 1.536 Mbps
– Phân chia băng thông dùng TDM với 24 slot/giây
– 500 msec cần để thiết lập mạch

Đáp số: ~ 0.6 giây



Mạng máy tính - Chương 1

42


Chuyển mạch gói – paket switching
Mỗi dịng dữ liệu đầu
cuối-đầu cuối được chia
thành nhiều gói

Tranh chấp tài nguyên
mạng (bandwidth)

Người dùng chia sẻ tài
ngun mạng
Mỗi gói tin được dùng
tồn bộ băng thông của
liên kết
Tài nguyên được sử
dụng theo nhu cầu

Nhu cầu sử dụng vượt quá
tài nguyên cho phép
Tắc nghẽn: các gói tin mắc
kẹt và nằm trong hàng đợi tại
các nốt mạng.
Lưu và chuyển tiếp: nguyên
gói tin di chuyển qua từng
node mạng.
Node mạng nhận tồn bộ gói
tin trước khi chuyển tiếp

Mạng máy tính - Chương 1



43

Chuyển mạch gói
10 Mb/s
Ethernet

A

C

phân phối theo nhu cầu
1.5 Mb/s

B

hàng đợi gói tin

D

E

Thứ tự của các gói tin của A và B không theo một quy
ước nào, tài nguyên được chia sẻ theo nhu cầu.
TDM: mỗi máy nhận được một ơ thời gian trong
khung thời gian xoay vịng của TDM.


Mạng máy tính - Chương 1

44


Packets switching Vs Circurit swiching
Chuyển gói cho phép nhiều người dùng hơn sử dụng
mạng!
– Liên kết 1 Mb/s
– Mỗi người dùng:
• 100 kb/s khi sử dụng
• Sử dụng 10% thời gian

N
users
1 Mbps link

Circuit switching

– tối đa 10 users

Packet switching
– Với 35 users thì
xác xuất > 10 người sử dụng
mạng cùng lúc là < 0.0004


H: làm sao tính ra 0.0004 ?
H: Nếu > 35 users thì sao ?

Mạng máy tính - Chương 1

45

Packets switching Vs Circurit swiching
Chuyển gói hồn tồn vượt trội?
– Phù hợp với dữ liệu không đều
– chia sẻ tài nguyên
– đơn giản, ko yêu cầu khởi tạo cuộc gọi

Tắc nghẽn quá mức: gói tin bị trễ và mất
– cần có các giao thức cho việc truyền tải dữ liệu tin cậy,
kiểm soát tắc nghẽn

Hỏi: làm thế nào để cung cấp dịch vụ tương tự như
chuyển mạch kênh?
– Băng thông cần đảm bảo cho các ứng dụng thời gian
thực

Mạng máy tính - Chương 1

46


1.3. Phân loại mạng (tt)
Theo quy mô mạng
Theo kỹ thuật chuyển
Theo cách thức truyền tin
– Mạng quảng bá (broadcast)
• Thơng tin được phát từ 1 nút, tất cả các nút cịn lại trong
mạng sẽ nhận được thơng tin

– Mạng điểm-đểm (point-to-point)
• Thơng tin được phát từ 1 nút và chuyển qua nhiều chặng
(nút trung gian) đến 1 nút xác định

– Phát đa điểm có lựa chọn (multicast)
• Thơng tin được phát từ 1 nút trong mạng và được
chuyển qua nhiều chặng gửi tới 1 nhóm nút xác định nào
đó
•
Mạng máy tính - Chương 1

47

1.3. Phân loại mạng (tóm tắt)
Communication

network

Point -to-Point
networks

Broadcast networks

Mạng chuyển mạch
(switched networks)

Mạng chuyển mạch gói
(packet-switched networks)

Mạng chuyển mạch kênh
(circuit-switched networks)

FDM


TDM
Mạng máy tính - Chương 1

48


Nội dung
1. Các khái niệm cơ bản
2. Các thành phần cơ bản của mạng
3. Phân loại mạng máy tính
4. Các mơ hình kết nối mạng

5. Kiến trúc hạ tầng vật lý mạng Internet
6. Lịch sử ra đời và phát triển mạng Internet



Mạng máy tính - Chương 1

49

1.4. Mơ hình kết nối mạng
Mơ hình kết nối vật lý (Toplogy)
– Bus, Ring, Star, Partial Mesh,....v.v.

Tương tác giữa các máy tính trong mạng
– Mơ hình Client-Server (Khách-Chủ)
– Mơ hình Peer-to-Peer (ngang hàng )
– Mơ hình Hybird (lai giữa 2 mơ hình trên)



Mạng máy tính - Chương 1

50