MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH
I. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG MÁY TÍNH
1.1. Lịch sử phát triển
1.2. Mục đích xây dựng mạng máy tính
1.3. Các yếu tố của mạng máy tính
1.3.1. Đường truyền vật lý
1.3.2. Kiến trúc mạng
1.4. Phân loại mạng máy tính
1.4.1. Phân loại theo khoảng cách địa lý
1.4.2. Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch
II. MẠNG MÁY TÍNH CỤC BỘ (LAN)
2.1. Tổng quan về mạng cục bộ
2.2. Cấu hình mạng cục bộ
2.2.1. Phần mềm
2.2.2. Phần cứng
2.3. Cấu trúc liên kết mạng cục bộ
2.3.1. Cấu trúc liên kết hình sao (Star)
2.3.2. Cấu trúc liên kết dạng bus
2.3.3. Cấu trúc liên kết dạng vòng (Ring)
2.3.4. Mạng dạng kết hợp
2.4. Các phương tiện truyền dẫn
2.4.1. Cáp xoắn đôi
2.4.2. Cáp đồng trục
2.4.3. Cáp sợi quang
2.5. Hệ thống truyền dẫn
2.6. Các phương pháp truy nhập đường truyền
2.6.1. CSMA/CD
Trang
4.1. Mô hình các tầng TCP/IP
4.2. Các giao thức tầng xử lý
4.3. Giao thức tầng Trạm – Trạm
4.3.1. Giao thức TCP
4.3.2. Giao thức UDP
4.4. Các giao thức tầng liên mạng
4.4.1. Giao thức IP
4.4.2. Giao thức ICMP
4.4.3. Giao thức ARP
4.4.4. Giao thức tầng liên mạng khác
4.5. Giao thức tầng Giao diện mạng
Chương V: An toàn thông tin trên mạng
5.1. Mở đầu
5.2. Các mức bảo vệ an toàn
5.2.1. Quyền truy nhập
5.2.2. Đăng ký tên/ mật khẩu
5.2.3. Mã hoá thông tin
5.2.4. Bảo vệ vật lý
5.2.5.Tường lửa
5.3. Bảo vệ thông tin bằng mật mã
5.3.1 Mật mã dữ liệu
5.3.2.Các phương pháp mật mã
5.3.2.1. Phương pháp đổi chỗ
5.3.2.2. Phương pháp thay thế
5.3.2.3. Phương pháp chuẩn DES
5.3.2.4. Khoá công khai
5.3.2.5. So sánh các phương pháp mật mã
CÁC TỪ VIẾT TẮT
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI NÓI ĐẦU
TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH
I. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG MÁY TÍNH
Sự kết hợp máy tính với các hệ thống truyền thông đặc biệt là Viễn
thông đã tạo ra sự chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề tổ chức khai
thác và sử dụng các hệ thống máy tính. Mô hình tập chung dùa trên các máy
tính lớn với phương thức khai thác theo "lô" đã được thay thế bởi một mô
hình tổ chức sử dụng mới, trong đó các máy tính đơn lẻ được kết nối lại để
cùng thực hiện công việc. Một môi trường làm việc nhiều người sử dụng phân
tán đã hình thành, cho phép nâng cao hiệu quả khi khai thác tài nguyên chung
từ những vị trí địa lý khác nhau. Các hệ thống như thế được gọi là các mạng
máy tính.
Mạng máy tính ngày nay đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu phát triển
và ứng dụng cốt lõi của công nghệ thông tin, bao gồm rất nhiều vấn đề, từ
kiến trúc đến các nguyên lý thiết kế, cài đặt và các mô hình ứng dụng.
1.1.Lịch sử phát triển
Từ những năm 60 đã xuất hiện các mạng xử lý trong đó các trạm cuối thụ
động được nối vào mét máy xử lý trung tâm. Máy xử lý trung tâm làm tất cả
mọi việc, từ quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý sự đồng bộ của các
trạm cuối, quản lý các hàng đợi đến việc xử lý các ngắt từ các trạm cuối
Để giảm nhiệm vụ của máy xử lý trung tâm, người ta thêm vào các bộ tiền xử
lý để nối thành một mạng truyền tin, trong đó các thiết bị tập chung và dồn
kênh dùng để tập chung các tín hiệu chuyển tới từ trạm cuối trên cùng một
đường truyền. Bộ dồn kênh có khả năng chuyển song song các thông tin do
trạm cuối gửi tới, còn bộ tập chung không có khả năng đó và phải dùng bộ
nhớ đệm để lưu trữ tạm thời các thông tin.
Từ đầu những năm 70, các máy tính đã được nối với nhau trực tiếp để
tạo thành một mạng máy tính nhằm phân tán tải của hệ thống và tăng độ tin
cậy.
Còng trong những năm 70, bắt đầu xuất hiện khái niệm Mạng truyền
thông (Communication Network), trong đó các thành phần chính của nó là
− Di chuyển máy in tới máy tính có nhu cầu cần in.
− Chép các tập tin cần in vào đĩa mang đến máy có máy in để in.
Không có lùa chọn nào là tốt. Mua nhiều máy in thì tốn chi phí. Di
chuyển máy in thường xuyên là cách tốt nhất để làm hư máy in hay máy tính.
Và di chuyển các tập tin bằng đĩa đòi hỏi tập tin phải nhỏ (chép đĩa mềm) hay
các máy tính phải có đĩa ngoài có dung lượng lớn. Và điều tốt nhất là khi nối
mạng thì máy in sẽ kết nối với mạng thông qua thiết bị Print Server. Khi đó
dù ta đang ở đâu khi sử dụng máy tính có nối mạng với máy in thì ta đều có
thể sử dụng được máy in thông qua thiết bị Print Server.
Mạng máy tính đã giúp xoá bỏ những bất lợi khi sử dụng máy tính đơn
lẻ. Người sử dụng mạng có thể truy cập nhanh hơn, đón đầu những ứng dụng
phát minh mới trên phạm vi rất lớn như toàn thế giới.
1.3.Các yếu tố của mạng máy tính
Từ đây, ta có thể định nghĩa: Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính
được nối với nhau bởi các đường truyền vật lý theo mét kiến tróc nào đó.
1.3.1. Đường truyền vật lý
Đường truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các máy
tính. Các tín hiệu điện tử đó biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị
phân. Tất cả các tín hiệu được truyền giữa các máy tính đều thuộc một dạng
sóng điện từ (EM) nào đó, trải từ các tần số radio tới sóng cực ngắn (viba) và
tia hồng ngoại. Tuỳ theo các tần số của sóng điện từ có thể dùng các đường
truyền vật lý khác nhau để truyền các tín hiệu.
Các tần số radio có thể truyền bằng cáp điện (dây xoắn đôi hoặc đồng
trục) hoặc bằng phương tiện quảng bá.
Sóng cực ngắn (viba) thường được dùng để truyền giữa các trạm mặt đất
và vệ tinh. Chúng cũng được dùng để truyền các tín hiệu quảng bá từ một
trạm phát tới nhiều trạm thu.
Tia hồng ngoại là lý tưởng đối với nhiều loại truyền thông mạng. Nó có
thể truyền giữa hai điểm hoặc quảng bá từ một điểm đến nhiều máy thu. Tia
hồng ngoại và các tần số cao hơn của ánh sáng có thể truyền qua các loại cáp
Đường truyền vô tuyến gồm có:
+ Radio.
+ Sóng cực ngắn (Viba).
+ Tia hồng ngoại (Infrared).
1.3.2. Kiến trúc mạng
Kiến trúc mạng máy tính thể hiện cách nối các máy tính với nhau ra sao
và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông
trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.
Cách nối máy tính được gọi là hình trạng (Topology) của mạng (gọi tắt
là Topo mạng).
Tập hợp các quy tắc, quy ước truyền thông được gọi là giao thức
(Protocol) của mạng.
∗Topo mạng:
Có hai kiểu nối mạng chủ yếu là điểm - điểm (Point-to-Point) và quảng
bá (broadcast hay Point-to-Multipoint).
− Kiểu điểm - điểm: Các đường truyền nối từng cặp nót với nhau
và mỗi nót đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi
cho tới đích. Do cách thức làm việc như thế nên mạng kiểu này còn gọi là
mạng "lưu và chuyển tiếp" (Store and Forward).
− Kiểu quảng bá: Tất cả các nót phân chia chung một đường
truyền vật lý. Dữ liệu được gửi đi từ một nót nào đó sẽ có thể được tiếp nhận
bởi tất cả các nót còn lại, bởi vậy cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để mỗi
nót căn cứ vào đó kiểm tra dữ liệu có phải dành cho mình hay không.
∗Giao thức mạng:
Việc truyền tín hiệu trên mạng cần phải có những quy tắc, quy ước về
nhiều mặt, từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghĩa) của dữ liệu cho tới các thủ tục
gửi, nhận dữ liệu, kiểm soát hiệu quả và chất lượng truyền tin, xử lý các lỗi,
sự cố. Yêu cầu về xử lý và trao đổi thông tin của người sử dụng càng cao thì
các quy tắc càng nhiều và phức tạp hơn. Tập hợp tất cả các quy tắc, quy ước
đó được gọi là giao thức (protocol) của mạng. Tuỳ theo sự lùa chọn của nhà
thể.
− Hiệu suất sử dụng đường truyền không cao vì sẽ có lúc kênh bị
bỏ không do cả hai bên đều hết thông tin cần truyền trong khi các thực thể
khác không được phép sử dụng kênh truyền này.
Mạng điện thoại là một ví dụ điển hình của mạng chuyển mạch kênh.
+ Mạng chuyển mạch thông báo (Massage Switched Networks):
Thông báo là một đơn vị thông tin của người sử dụng có khuôn dạng
được quy định trước. Mỗi thông báo đều có chứa vùng thông tin điều khiển
trong đó chỉ định rõ đích của thông báo. Căn cứ vào thông tin này mà mỗi nót
trung gian có thể chuyển thông báo tới nót kế tiếp theo đường dẫn tới đích của
nó. Như vậy, mỗi nót cần lưu trữ tạm thời để "đọc" thông tin điều khiển trên
thông báo để rồi sau đó chuyển tiếp thông báo đi. Tuỳ thuộc vào điều kiện của
mạng, các thông báo khác nhau có thể được gửi đi trên các con đường khác
nhau.
Ưu điểm:
− Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc
quyền mà được phân chia giữa nhiều thực thể.
− Mỗi nót mạng (hay nót chuyển mạch thông báo) có thể lưu trữ
thông báo cho tới khi kênh truyền rỗi mới gửi thông báo đi, do đó giảm được
tình trạng tắc nghẽn mạng.
− Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp độ ưu tiên
cho các thông báo.
− Có thể tăng hiệu suất sử dụng dải thông của mạng bằng cách gán
địa chỉ quảng bá để gửi thông báo đồng thời tới nhiều đích.
Nhược điểm:
Không hạn chế kích thước của các thông báo, có thể dẫn tới phí tổn lưu
trữ tạm thời cao và ảnh hưởng đến thời gian đáp (response time) và chất
lượng truyền đi. Do vậy mà nó thích hợp với các dịch vụ thông tin kiểu thư
điện tử (Electrocnic Email) hơn là với các áp dụng có tính thời gian thực vì
tồn tại độ trễ nhất định do lưu trữ và xử lý thông tin điều khiển tại mỗi nót.
thông tin liên lạc như email. Chúng hội nhập: dữ liệu, truyền thông tin, tính
toán và file server.
Mạng cục bộ LAN có một số đặc trưng cơ bản sau cho phép ta phân biệt
mạng LAN với các mạng khác, đặc biệt là với WAN:
−
Đặc trưng địa lý: Mạng cục bộ thường được cài đặt trong một
phạm vi địa lý tương đối nhỏ, như trong một toà nhà, một khu đại học, một
căn cứ quân sự với đường kính của mạng (tức khoảng cách giữa hai trạm xa
nhất) có thể là từ vài chục mét tới vài chục kilomet trong điều kiện công nghệ
hiện nay.
−
Đặc trưng tốc độ truyền: Mạng cục bộ có tốc độ truyền thường
cao hơn so với mạng diện rộng. Với công nghệ mạng hiện nay, tốc độ truyền
của mạng cục bộ có thể đạt tới 100 Mbps.
−
Đặc trưng độ tin cậy: Tỷ suất lỗi (Error Rate) trên mạng cục bộ
là thấp hơn nhiều so với mạng diện rộng, có thể đạt từ 10
-8
ữ10
-11
.
−
Đặc trưng quản lý: Mạng cục bộ thường là sở hữu riêng của một
tổ chức nào đó (trường học, doanh nghiệp ) do vậy việc quản lý khai thác
mạng hoàn toàn tập chung, thống nhất.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng thì các đặc trưng nói
trên cũng chỉ mang tính tương đối. Sự phân biệt giữa mạng cục bộ và mạng
diện rộng sẽ ngày càng "mờ" hơn.
Lợi Ých của mạng cục bộ
Cũng giống như mạng nói chung, mạng cục bộ có một số lợi Ých sau:
Unix Các card mạng khác nhau sẽ có trình điều khiển khác nhau, và nó
thường đi kèm card khi ta mua.
2.2.2. Phần cứng
Một mạng cục bộ bao gồm các đường truyền dẫn, các bộ chuyển tiếp tín
hiệu, các bộ điều khiển và các trạm đầu cuối. Các bộ chuyển tiếp và các bộ
điều khiển thường được gọi là các nót.
Trạm cuối
Các thiết bị được nối với mạng cục bộ được gọi là trạm cuối. Các thiết bị
này bao gồm máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, máy in Các trạm cuối
cần có các chương trình ứng dụng để thực thi các dịch vụ như thư điện tử,
truyền tệp và một chương trình điều khiển truyền thông để truyền các thông
tin cần thiết khi các ứng dụng đó được thực thi.
Bộ điều khiển
Các thiết bị dùng để điều khiển việc truyền thông như điều khiển
gửi/nhận, điều khiển lỗi nhằm chuyển dữ liệu đến địa chỉ đích chính xác
được gọi là bộ điều khiển. Card mạng là một trong các thiết bị thuộc loại này.
Card mạng (NIC – Network Interface Card) cung cấp giao diện giữa đường
truyền dẫn (cáp mạng) và trạm cuối. Những card này được lắp vào khe mở
rộng bên trong mỗi máy tính và máy phục vụ trên mạng. Vai trò của card
mạng gồm:
− Chuẩn bị dữ liệu.
− Gửi dữ liệu tới trạm cuối khác.
− Điều khiển luồng dữ liệu giữa trạm cuối và hệ thống cáp.
− Nhận dữ liệu từ cáp, chuyển chúng thành các byte để máy tính có thể
hiểu được.
Node
(Station)
Controller
(Station)
H×nh 1-2. CÊu h×nh phÇn cøng
nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích của tín hiệu. Tuỳ
theo yêu cầu truyền thông trong mạng mà bộ điều khiển trung tâm có thể là
một bé chuyển mạch (Switch), mét bộ chọn đường (Router), hoặc đơn giản là
mét bộ phân kênh (Hub).
Trong hình 1-3 dưới, mỗi trạm cuối trong mạng hình sao được kết nối
với bộ điều khiển trung tâm bằng một đường riêng biệt, do đó nó tạo ra dạng
hình sao. Vai trò thực chất của bộ điều khiển trung tâm này chính là thực hiện
việc "bắt tay" giữa các cặp trạm cần trao đổi thông tin với nhau (đó là việc
trao đổi thông tin giữa trạm cuối với bộ điều khiển trung tâm hoặc giữa trạm
cuối này với trạm cuối khác), thiết lập liên kết điểm – điểm (Point – To –
Point) giữa chúng.
Nhược điểm:
Khả năng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng của bộ điều
khiển trung tâm. Khi bộ điều khiển trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng
hoạt động.
Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nót đến trung tâm.
Độ dài đường truyền nối một trạm với trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100
mét, với công nghệ hiện tại).
Ưu điểm:
Lắp đặt đơn giản, dễ dàng cấu hình lại (thêm, bớt trạm), dễ dàng kiểm
soát và khắc phục sự cố. Đặc biệt do sử dụng liên kết điểm - điểm nên tận
dụng được tối đa tốc độ của đường truyền vật lý.
Mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập chung
(HUB) bằng cáp xoắn, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với
HUB không cần thông qua trục BUS, tránh được các yếu tố gây ngưng trệ
mạng. Gần đây với sự phát triển của switching hub, mô hình này ngày càng
trở nên phổ biến và chiếm đa số các mạng mới lắp.
2.3.2. Cấu trúc liên kết dạng Bus:
Mạng bao gồm một đường truyền dữ liệu tốc độ cao duy nhất. Đường
truyền này được gọi là Bus và được chia sẻ bởi nhiều nót. Mỗi trạm được nối
Ở dạng vòng, tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chiều duy
nhất. Mỗi trạm của mạng được nối với vòng qua mét bộ chuyển tiếp
H×nh 1-6. M¹ng kÕt hîp h×nh sao vµ ® êng trôc.
Router
(Repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển đến trạm kế tiếp trên vòng.
Như vậy tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên
kết điểm - điểm giữa các Repeater (Hình 1-5). Do đó cần thiết phải có một
giao thức điều khiển việc cấp phát "quyền" được truyền dữ liệu trên vòng cho
các trạm có nhu cầu.
Để tăng độ tin cậy của mạng, tuỳ trường hợp người ta có thể lắp đặt dư
thừa các đường truyền trên vòng, tạo thành một dạng vòng dự phòng. Khi
đường truyền trên vòng chính bị sự cố thì vòng phụ này sẽ được sử dụng, với
chiều đi của tín hiệu ngược chiều với chiều đi trên vòng chính.
Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây
cần thiết Ýt hơn so với hai kiểu trên. Nhược điểm là đường dây phải khép kín,
nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng.
2.3.4. Mạng dạng kết hợp
∗Kết hợp hình sao và đường trục (Star/Bus Topology)
Cấu hình mạng dạng này có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa
nhau, ARCnet là mạng kết hợp Star/Bus Topology. Cấu hình loại này đưa lại
D©y dÉn
Vá
H×nh 1-7. C¸p xo¾n ®«i.
sự uyển chuyển trong việc bố trí đường dây tương thích dễ dàng đối với bất
cứ toà nhà nào.
∗Kết hợp hình sao và vòng (Star/Ring Topology)
Cấu hình dạng kết hợp Star/Ring Topology, có một “ thẻ bài” liên lạc
(Token) được chuyển vòng quanh một cái HUB trung tâm. Mỗi trạm làm việc
(workstation) được nối với HUB – là cầu nối giữa các trạm làm việc và để
tăng khoảng cách cần thiết.
1983 đều là cáp loại 1.
Loại 2: Loại này gồm 4 dây xoắn đôi, có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên
tới 4Mbps.
Loại 3: Loại này gồm 4 dây xoắn đôi với 3 mắt xoắn trên mỗi foot
(30,48cm), thích hợp cho việc truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 16Mbps. Tuy
nhiên cũng có những sơ đồ mới cho phép dùng cáp UTP loại 3 mà vẫn đạt tới
tốc độ 100Mbps. UTP loại 3 hiện nay là cáp chuẩn dùng cho hầu hết các
mạng điện thoại.
Loại 4: Loại này gồm 4 dây xoắn đôi, là cáp thích hợp cho việc truyền
dữ liệu với tốc độ lên đến 20Mbps.
Loại 5: Loại này gồm 4 dây xoắn đôi, có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên
tới 100Mbps.
Nhìn chung cáp UTP cho một tỉ lệ rất cân bằng giữa giá thành và hiệu
năng, vì thế rất được ưa dùng khi cài đặt các mạng cục bộ hiện nay.
2.4.2. Cáp đồng trục (Coaxial Cable):
Có một thời gian, cáp đồng trục là cáp mạng thông dụng nhất. Sở dĩ cáp
đồng trục được sử dụng rộng rãi là do: cáp đồng trục tương đối rẻ tiền, nhẹ,
mềm và dễ kéo dây. Cáp đồng trục phổ biến đến mức nó trở thành phương
tiện lắp đặt an toàn và dễ chấp nhận.
Ở dạng đơn giản nhất, cáp đồng trục gồm một lõi đồng nguyên chất được
bọc cách ly, một líp bảo vệ bằng lưới kim loại và một líp vỏ bọc ngoài (hình
1-8). Líp cách ly và líp lưới kim loại được coi là líp bọc đôi. Tuy nhiên còn có
loại cáp bọc 4 líp dành cho môi trường hay bị nhiễu.
Líp bảo vệ là tấm lưới kim loại (hoặc một chất liệu khác) bọc quanh một
số loại cáp. Vỏ bọc bảo vệ dữ liệu truyền bằng cách hót tín hiệu điện tử chạy
lạc, gọi là nhiễu, để chúng không chạy lên cáp và làm nhiễu tín hiệu.
Lõi cáp đồng trục mang tín hiệu điện tử, lõi này có thể ở dạng đặc hoặc
dạng bện. Nếu là lõi đặc thì thường là lõi đồng.
Bao quanh lõi là líp cách ly, ngăn cách lõi với lưới kim loại. Lõi dây và
lưới kim loại phải luôn cách ly nhau. Nếu chúng tiếp xúc nhau, nhiễu điện và
quang). Cn c vo ng kớnh lừi si quang, ng kớnh lớp ỏo bc v ch
hot ng, hin nay cú 4 loi cỏp si quang hay c s dng, ú l:
Cỏp cú ng kớnh lừi si 8,3 micron, ng kớnh lớp ỏo 125 micron,
n mode.
Cỏp cú ng kớnh lừi si 62,5 micron, ng kớnh lớp ỏo 125
micron, n mode.
Hình 1-9. Cáp sợi quang.
Vỏ bọc thuỷ tinh
Lõi (sợi quang)
Vỏ bảo vệ ngoài
Copyright: Tài liệu đại học ©