Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính
Mục đích
Chương này nhằm giới thiệu cho người học những nội dung sau:
• Các loại mạng truyền dữ liệu đã tồn tại trước khi của mạng máy tính ra đời.
• Cấu trúc tổng quát của một mạng máy tính.
• Hai chế độ truyền tải dữ liệu cơ bản là Chuyển mạch và Chuyển gói.
• Những lợi ích mà mạng máy tính mang lại.
Yêu cầu
Sau khi học xong chương này, người học phải có được những khả năng sau:
Phân biệt được hai loại mạng Chuyển mạch và Chuyển gói;
Định nghĩa được mạng máy tính là gì và trình bày được cấu trúc tổng quát
của một mạng máy tính.
Nêu lên được những lợi ích mà mạng máy tính mang lại.
Biên Sọan: Th.s Ngô Bá Hùng – Ks Phạm Thế Phi - 01/2005
a hp (Multiplexing)
truyn ti thụng tin.
1.2 Mng in thoi
Mng in thoi cho phộp
truyn thụng tin di dng
õm thanh bng cỏch s dng
h thng truyn tớn hiu tun
t.
Mng in thoi hot ng
theo ch chuyn mch
nh hng ni kt (circuit
switching), tc thit lp
ng ni kt tn hin gia hai bờn giao tip trc
khi thụng tin c truyn i (connection oriented).
1.3 Mng hng u cui
õy l mụ hỡnh ca cỏc h thng mỏy tớnh ln
(Main Frame) vo nhng nm ca thp niờn 1970.
H thng gm mt mỏy ch mnh (Host) cú nng
lc tớnh toỏn cao c ni kt vi nhiu thit b u
cui n n (Dumb terminal) ch lm nhim v
xut nhp thụng tin, giao tip vi ngi s dng.
A
B
A
B
H1.1 Mng chuyn mch
Máy
Máy
Thit b u c
(Dumb Term
Biờn San: Th.s Ngụ Bỏ Hựng Ks Phm Th Phi - 01/2005
2
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
1.4 Mạng máy tính
Mạng máy tính là mạng của hai hay nhiều máy tính được nối lại với nhau bằng một đường truyền
vật lý theo một kiến trúc nào đó.
Mạng có thể có kiến trúc đơn giản như hình dưới đây: H1.3 Mạng cục bộ đơn giản
model) hay Mô hình ngang hàng (peer-to-peer
model).
Biên Sọan: Th.s Ngô Bá Hùng – Ks Phạm Thế Phi - 01/2005
3
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
1.4.1.1 Mô hình khách hàng/người phục vụ (client/server):
Trong mô hình này một máy tính sẽ đóng vai trò là client và máy tính kia đóng vai trò là server.
Máy tính client sẽ gởi các yêu cầu (request) đến máy tính server để yêu cầu server thực hiện công
việc gì đó. Chẳng hạn khi người dùng duyệt web trên mạng Internet, trình duyệt web sẽ gởi yêu
cầu đến web server đề nghị web server gởi về trang web tương ứng.
Máy tính server khi nhận được một yêu cầu từ client gởi đến sẽ phân tích yêu cầu để hiểu được
client muốn đều gì, để thực hiện đ
úng yêu cầu của client. Server sẽ gởi kết quả về cho client trong
các thông điệp trả lời (reply). Ví dụ, khi web server nhận được một yêu cầu gởi đến từ trình duyệt
web, nó sẽ phân tích yêu cầu để xác định xem client cần nhận trang web nào, sau đó mở tập tin
html tương ứng trên đĩa cứng cục bộ của nó để gởi về trình duyệt web trong thông điệp trả lời.
Một số ứng dụng
được xây dựng theo mô hình client / server như: www, mail, ftp,...
1.4.1.2 Mô hình ngang cấp (peer-to-peer):
Trong mô hình này, một máy tính vừa đóng vai trò là client, vừa đóng vai trò là server. Một số
ứng dụng thuộc mô hình này như: Gnutella, KaZaA
H1.6 Mạng đường trục
1.4.2 Đường trục mạng
Là hệ thống mạng của các bộ chọn đường
(routers), làm nhiệm vụ chọn đường và chuyển
tiếp thông tin, đảm bảo sự trao đổi thông tin thông
Việc phân chia băng thông của kênh truyền thành những “phần” có thể được thực hi
ện bằng một
trong hai kỹ thuật: Phân chia theo tần số (FDMA-Frequency Division Multi Access) hay phân chia
theo thời gian (TDMA- Time Division Multi Access).
Biên Sọan: Th.s Ngô Bá Hùng – Ks Phạm Thế Phi - 01/2005
4
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
1.4.2.2 Mạng chuyển gói
Trong phương pháp này, thông tin
trao đổi giữa hai máy tính (end
systems) được phân thành những
gói tin (packet) có kích thước tối
đa xác định.
Gói tin của những người dùng
khác nhau ( ví dụ của A và B) sẽ
chia sẻ nhau băng thông của kênh
truyền. Mỗi gói tin sẽ sử dụng
toàn bộ băng thông của kênh
truyền khi nó được phép. Điều
này sẽ dẫn đến tình trạng lượng
thông tin cần truyền đi vượt quá khả năng đáp ứng của kênh truyề
n. Trong trường hợp này, các
router sẽ ứng sử theo giải thuật lưu và chuyển tiếp (store and forward), tức lưu lại các gói tin chưa
gởi đi được vào hàng đợi chờ cho đến khi kênh truyền rãnh sẽ lần lượt gởi chúng đi.
A
B
C
10 Mbs
1 Mbps link
N users
1 Mbps link
H1.9 Chia sẻ đường truyền trong
mạng chuyển gói
Một đường truyền 1 Mbit
Mỗi người dùng được cấp 100Kbps khi truy
cập “active”
Thời gian active chiếm 10% tổng thời gian.
Khi đó:
circuit-switching: cho phép tối đa 10 users
packet switching: cho phép 35 users, (xác suất
có hơn 10 “active” đồng thời là nhỏ hơn
0.004)
Chuyển gói:
Thích hợp cho lượng lưu thông dữ liệu lớn nhờ cơ chế chia sẻ tài nguyên và không cần
thiết lập cuộc.
Cần có cơ chế điều khiển tắt nghẽn và mất dữ liệu.
Không hỗ trợ được cơ chế chuyển mạch để đảm bảo tăng băng thông cố định cho một số
ứng dụng về âm thanh và hình ảnh.
1.4.2.4 Mạng truy cập
Cho phép nối các máy tính vào các router ngoài biên.
Nó có thể là những loại mạng sau:
H1.10 Mạng truy cập
sửa chữa.
1.4.3.3 Mạng giúp cho công việc đạt hiệu suất cao hơn.
Khi chương trình và dữ liệu đã dùng chung trên mạng, có thể bỏ qua một số khâu đối chiếu không
cần thiết. Việc điều chỉnh chương trình (nếu có) cũng tiết kiệm thời gian hơn do chỉ cần cài đặt lại
trên một máy.
Về mặt tổ chức, việc sao chép dữ liệu phòng hờ tiện lợi hơn do có thể giao cho chỉ một người thay
vì mọi người phải tự sao chép ph
ần của mình.
1.4.3.4 Tiết kiệm chi phí.
Việc dùng chung các thiết bị ngoại vi cho phép giảm chi phí trang bị tính trên số người dùng. Về
phần mềm, nhiều nhà sản xuất phần mềm cung cấp cả những ấn bản cho nhiều người dùng, với
chi phí thấp hơn tính trên mỗi người dùng.
1.4.3.5 Tăng cường tính bảo mật thông tin.
Dữ liệu được lưu trên các máy phục vụ tập tin (file server) sẽ được bảo vệ tốt hơn so với đặt tại
các máy cá nhân nhờ cơ chế bảo mật của các hệ điều hành mạng.
1.4.3.6 Việc phát triển mạng máy tính đã tạo ra nhiều ứng dụng mới
Một số ứng dụng có ảnh hưởng quan trọng đến toàn xã hội: khả năng truy xuất các chương trình
và dữ liệu từ xa, khả năng thông tin liên lạc dễ dàng và hiệu quả, tạo môi trường giao tiếp thuận
lợi giữa những người dùng khác nhau, khả năng tìm kiếm thông tin nhanh chóng trên phạm vi toàn
thế giới,...
Biên Sọan: Th.s Ngô Bá Hùng – Ks Phạm Thế Phi - 01/2005
6
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
Chương 2: Các thành phần của mạng máy tính
Mục đích
Chương này nhằm giới thiệu cho người học những vấn đề sau:
• Các thành phần liên quan đến phần cứng của một mạng máy tính
7
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
2.1 Phần cứng mạng máy tính
2.1.1 Phân loại mạng máy tính theo kỹ thuật truyền tin
Dựa theo kỹ thuật truyền tải thông tin, người ta có thể chia mạng thành hai loại là Mạng quảng bá
(Broadcast Network) và mạng điểm nối điểm (Point – to – point Network)
2.1.1.1 Mạng quảng bá
Trong hệ thống mạng quảng bá chỉ tồn tại một kênh truyền được chia sẻ cho tất cả các máy tính.
Khi một máy tính gởi tin, tất cả các máy tính còn lại sẽ nhận được tin đó. Tại một thời điểm chỉ
cho phép một máy tính được phép sử dụng đường truyền.
2.1.1.2 Mạng điểm nối điểm
Trong hệ thống mạng này, các máy tính được nối lại với nhau thành từng cặp. Thông tin được gởi
đi sẽ được truyền trực tiếp từ máy gởi đến máy nhận hoặc được chuyển tiếp qua nhiều máy trung
gian trước khi đến máy tính nhận.
2.1.2 Phân loại mạng máy tính theo phạm vị địa lý
Trong cách phân loại này người ta chú ý đến đại lượng Đường kính mạng chỉ khoảng cách của
hai máy tính xa nhất trong mạng. Dựa vào đại lượng này người ta có thể phân mạng thành các
loại sau:
Đường kính mạng Vị trí của các máy tính
Loại mạng
1 m Trong một mét vuông Mạng khu vực cá nhân
10 m Trong 1 phòng
100 m Trong 1 tòa nhà
1 km Trong một khu vực
Mạng cục bộ, gọi tắt là mạng LAN
(Local Area Network)
10 km Trong một thành phố Mạng thành phố, gọi tắt là mạng
MAN (Metropolitan Area Network)
Các máy tính được nối trực tiếp vào một Bộ tập trung nối kết, gọi là Hub. Dữ
liệu được chuyển qua Hub trước khi đến các máy nhận. Hub có nhiều cổng
(port), mỗi cổng cho phép một máy tính nối vào. Hub đóng vai trò như một bộ
khuyếch đại (repeater). Nó khuyếch đại tín hiệu nhận được trước khi truyền lại
tín hiệu đó trên các cổng còn lại.
Ưu điểm của mạng hình sao là dễ dàng cài đặt, không d
ừng mạng khi nối thêm
vào hoặc lấy một máy tính ra khỏi mạng, cũng như dễ dàng phát hiện lỗi. So
với mạng hình Bus, mạng hình sao có tín ổn định cao hơn.
Tuy nhiên nó đòi hỏi nhiều dây dẫn hơn so với mạng hình bus. Toàn mạng sẽ bị ngưng hoạt động
nếu Hub bị hư. Chi phí đầu tư mạng hình sao cao hơn mạng hình Bus.
2.1.2.1.3 Mạng hình vòng
Tồn tại một thẻ bài (token: một gói tin nhỏ) lần lượt truyền qua
các máy tính. Một máy tính khi truyền tin phải tuân thủ nguyên tắc
sau:
Chờ cho đến khi token đến nó và nó sẽ lấy token ra
khỏi vòng tròn.
Gởi gói tin của nó đi một vòng qua các máy tính trên
đường tròn.
Chờ cho đến khi gói tin quay về
Đưa
token
trở
lại vòng tròn để nút bên cạnh nhận
token
2.1.2.2 Mạng đô thị
Mạng MAN được sử dụng để nối tất cả các máy
tính trong phạm vi toàn thành phố. Ví dụ như
Biên Sọan: Th.s Ngô Bá Hùng – Ks Phạm Thế Phi - 01/2005
9
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
quyết định nơi gói tin cần phải đến và sau đó sẽ chuyển gói tin lên đường đã được chọn.
2.1.3 Mạng không dây
Nếu phân biệt mang theo tiêu chí hữu tuyến hay vô tuyến thì ta có thêm các loại mạng không dây
sau:
2.1.3.1 Nối kết hệ thống (System interconnection)
Mạng này nhằm mục đích thay thế hệ thống cáp nối kết các thiết bị cục bộ vào máy tính như màn
hình, bàn phím, chuột, phone, loa ,.... Hình 2.7 (a) Thiết bị không dây, (b) Mạng cục bộ không dây
2.1.3.2 Mạng cục bộ không dây (Wireless LANs):
Tất cả các máy tính giao tiếp với nhau thông qua một trạm cơ sở (Base Station) được nối bằng cáp
vào hệ thống mạng.
2.1.3.3 Mạng diện rộng không dây (Wireless WANs):
Thông thường mạng điện thoại di động số thuộc dạng này. Với các công nghệ mới cho phép băng
thông mạng có thể đạt đến 50 Mbps với khoảng cách vài kilomet H2.9 Mạng diện rộng không dây
Giao thức (Protocol): Mô tả cách thức hai thành phần giao tiếp trao đổi thông tin với
nhau.
Dịch vụ (Services): Mô tả những gì mà một mạng máy tính cung cấp cho các thành
phần muốn giao tiếp với nó.
Giao diện (Interfaces): Mô tả cách thức mà một khách hàng có thể sử dụng được các
dịch vụ mạng và cách thức các dịch vụ có thể được truy cập đến.
2.2.1 Cấu trúc thứ bậc của giao thức
Nền tảng cho tất cả các phần mềm làm cho mạng máy tính hoạt động chính là khái niệm kiến trúc
thứ bậc của giao thức (protocol hierachies). Nó tổ chức các dịch vụ mà một mạng máy tính cung
cấp thành các tầng/lớp (layers)
Hai thành phần bộ phận ở hai máy tính khác nhau, nhưng ở cùng cấp, chúng luôn luôn thống nhất
với nhau về cách thức mà chúng sẽ trao đổi thông tin. Qui tắc trao đổi thông tin này được mô tả
trong một giao thức (protocol).
M
ột hệ mạng truyền tải dữ liệu thường được thiết kế dưới dạng phân tầng. Để minh họa ý nghĩa
của nó ta xem xét mô hình hoạt động của hệ thống gởi nhận thư tín thế giới.
Hai đối tác A ở Paris và B ở Thành phố Cần Thơ thường xuyên trao đổi thư từ với nhau. Vì A
không thể nói tiếng Việt và B không thể nói tiếng Pháp, trong khi đó cả hai có thể hiểu tiếng Anh,
cho nên nó được chọn là ngôn ngữ để trao đổi thư từ, văn bản giữa A và B. Cả hai gởi thư từ cơ
quan của họ. Trong công ty có bộ phận văn thư lãnh trách nhiệm tập hợp và gởi tất cả các thư của
công ty ra bưu điện.
Tiến trình A gởi cho B một lá thư diễn ra như sau:
1. A viết một lá thư bằng tiếng Pháp bằng bút máy của anh ta.
2. A
đưa lá thư cho thư ký, biết tiếng Anh để thông dịch lá thư ra tiếng Anh, sau đó bỏ lá thư
(1)
(2)
(3)
(4)
(5) (6) (7)
(15)
(14)
(13)
(12)
(8) (9) (10) (11)
H2.10 Mô hình gởi nhận thư tín thế giới
B : Tầng quản lý thông điệp
C : Tầng vật lý
H2.11 Ứng dụng 3 tầng
•
Tầng B giao cho tầng C một chuỗi các bit mà chúng sẽ được truyền lên đường truyền vật
lý, không quan tâm gì về ý nghĩa của các bit, để đến nơi nhận.
Thông tin được truyền trên một kênh truyền đơn giản hoặc phức tạp và được định hướng đến nơi
nhận. Bên nhận thực hiện ngược lại tiến trình của bên gởi. Cả bên nhận và bên gởi cùng có số lần
gởi/nhận giống nhau.
H2.12 Đơn vị truyền dữ liệu qua các tầng
Tập tin
Khung
Tín hiệu
Ta cũng chú ý rằng, kích thước của các đơn vị truyền tin trong từng tầng là khác nhau. Ở tầng A
đơn vị là một tập tin. Tầng B, đơn vị truyền tin là các khung theo một cấu trúc đã được định nghĩa.
Tầng C, đơn vị truyền tin là các tín hiện được truyền trên đường truyền vật lý.
2.2.3 Dịch vụ mạng
Hầu hết các tầng mạng đều cung cấp một hoặc cả hai kiểu dịch vụ: Định hướng nối kết và Không
nối kết.
(Unreliable connection)
Âm thanh số
Thư tín không tin cậy
(Unreliable datagram)
Mail theo kiểu bó
Thư tín có báo nhận
(Acknowledged datagram)
Mail được đăng ký
Không
nối
kết
Yêu cầu - trả lơi
(Request – Reply)
Truy vấn cơ sở dữ liệu
Mỗi loại dịch vụ được cung cấp với chất lượng khác nhau. Các loại dịch vụ có nối kết thường đảm
bảo thứ tự đến nơi của thông tin như thứ tự chúng đã được gởi đi, cũng như đảm bảo dữ liệu luôn
đến nơi. Hai điều này thường không được đảm bảo trong các dịch vụ loại không nối kết.
2.2.3.1 Các phép toán của dịch vụ
Một dịch vụ thường được mô tả bằng một tập hợp các hàm cơ bản (primitives) hay đôi khi còn gọi
là các tác vụ (operations) sẵn có cho các khách hàng sử dụng. Một số các hàm cơ bản thường có
cho một dịch vụ định hướng nối kết như sau:
Hàm cơ bản
Chức năng
LISTEN Nghẽn để chờ một yêu cầu nối kết gởi đến
CONNECT Yêu cầu thiết lập nối kết với bên muốn giao tiếp
RECIEVE Nghẽn để chờ nhận các thông điệp gởi đến
SEND Gởi thông điệp sang bên kia
DISCONNECT Kết thúc một nối kết
14
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
Giao thức: là một tập các luật mô tả khuôn dạng dữ liệu, ý nghĩa của các gói tin và thứ
tự các gói tin được sử dụng trong quá trình giao tiếp.
Chú ý: Cùng một service có thể được thực hiện bởi các protocol khác nhau; mỗi
protocol có thể được cài đặt theo một cách thức khác nhau ( sử dụng cấu trúc dữ liệu
khác nhau, ngôn ngữ lập trình là khác nhau, vv...)
H2.14 Quan hệ giữa dịch vụ và giao thức
2.3 Mô hình tham khảo OSI
Để dễ dàng cho việc nối kết và trao đổi thông tin giữa các máy tính với nhau, vào năm 1983, tổ
chức tiêu chuẩn thế giới ISO đã phát triển một mô hình cho phép hai máy tính có thể gởi và nhận
dữ liệu cho nhau. Mô hình này dựa trên tiếp cận phân tầng (lớp), với mỗi tầng đảm nhiệm một số
các chức năng cơ bản nào đó.
Để hai máy tính có thể trao đổi thông tin được với nhau cần có rất nhiều vấn đề liên quan. Ví d
ụ
(được gọi là giao dịch). Nó cung cấp cơ chế cho việc nhận biết tên và các chức năng về
bảo mật thông tin khi truyền qua mạng.
Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer)
Tầng này đảm bảo truyền tải dữ liệu giữa các quá trình. Dữ liệu gởi đi được đảm bảo
không có lỗi, theo đúng trình tự, không b
ị mất mát, trùng lắp. Đối với các gói tin có kích
thước lớn, tầng này sẽ phân chia chúng thành các phần nhỏ trước khi gởi đi, cũng như
tập hợp lại chúng khi nhận được.
Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer)
Tầng này đảm bảo các gói tin dữ liệu (Packet) có thể truyền từ máy tính này đến máy
tính kia cho dù không có đường truyền vật lý trực tiếp giữa chúng. Nó nhận nhiệm vụ
tìm đường đi cho dữ liệu đến các
đích khác nhau trong mạng.
Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data-Link Layer)
Tầng này đảm bảo truyền tải các khung dữ liệu (Frame) giữa hai máy tính có đường
truyền vật lý nối trực tiếp với nhau. Nó cài đặt cơ chế phát hiện và xử lý lỗi dữ liệu
nhận.
Tầng 1: Tầng vật ký (Physical Layer)
Điều khiển việc truyền tải thật sự các bit trên đường truyền vật lý. Nó định nghĩa các tín
hiệu điện, trạng thái đường truyền, phương pháp mã hóa dữ liệu, các loại đầu nối được
sử dụng.
Về nguyên tắc, tầng n của một hệ thống chỉ giao tiếp, trao đổi thông tin với tầng n của hệ thống
khác. Mỗi tầng sẽ có các đơn vị truyền dữ liệu riêng:
•
Tầng vật lý: bit
•
Tầng liên kết dữ liệu: Khung (Frame)
•
Tầng Mạng: Gói tin (Packet)
UNIX: Tầng 3 dùng giao thức IP, tầng 4 giao thức TCP/UDP
Netware: Tầng 3 dùng giao thức IPX, tầng 4 giao thức SPX
Microsoft định nghĩa giao thức NETBEUI để thực hiện chức năng của cả tầng 3 và
tầng 4
Nếu chỉ dừng lại ở đây thì các máy tính UNIX, Netware và NT sẽ không trao đổi thông tin được
với nhau. Với sự lớn mạnh của mạng Internet, các máy tính cài đặt các hệ điều hành khác nhau
đòi hỏi phải giao tiếp được với nhau, tức phải sử dụ
ng chung một giao thức. Đó chính là bộ giao
thức TCP/IP, giao thức của mạng Internet.
H2.16 - Kiến trúc của một số hệ điều hành mạng thông dụng
Biên Sọan: Th.s Ngô Bá Hùng – Ks Phạm Thế Phi - 01/2005
17
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Mạng Máy Tính – V1.0
Chương 3: Tầng vật lý
Mục đích
Chương này nhằm giới thiệu những nội dung cơ bản sau:
• Giới thiệu mô hình của một hệ thống truyền dữ liệu đơn giản và các vấn đề có liên
quan đến trong một hệ thống truyền dữ liệu sử dụng máy tính
• Giới thiệu các phương pháp số hóa thông tin
• Giới thiệu về đặc điểm kênh truyền, tính năng kỹ thuật của các lo
ại cáp truyền dữ
liệu
• Giới thiệu các hình thức mã hóa dữ liệu số để truyền tải trên đường truyền
Yêu cầu Biên Sọan: Th.s Ngô Bá Hùng – Ks Phạm Thế Phi - 01/2005
18
Copyright: Tài liệu đại học ©