Bài Giảng Mạng Máy Tính

1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 7 1 1 Lịch sử phát triển 7 1 2 Mạng máy tính, mạng Internet 9 1 2 1 Khái niệm mạng máy tính 9 1 2 2 Khái niệm mạng Internet 12 1 2 3 Băng thông, thông lƣợng, tốc độ và độ trễ 13 1 2 4 Các phƣơng pháp truyền thông dữ liệu 19 1 2 5 Các vấn đề xã hội liên quan tới mạng máy tính 19 1 3 Phân loại mạng máy tính 20 1 3 1 Mạng cục bộ LAN 22 1 3 2 Mạng đô thị MAN 23 1 3 3 Mạng diện rộng WAN 24 1 3 4 So sánh mạng LAN và mạng WAN 25 1 4 Topology củ.

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Mạng máy tính, mạng Internet 1.2.1 Khái niệm mạng máy tính 1.2.2 Khái niệm mạng Internet 12 1.2.3 Băng thông, thông lƣợng, tốc độ độ trễ 13 1.2.4 Các phƣơng pháp truyền thông liệu 19 1.2.5 Các vấn đề xã hội liên quan tới mạng máy tính 19 1.3 Phân loại mạng máy tính 20 1.3.1 Mạng cục LAN 22 1.3.2 Mạng đô thị MAN 23 1.3.3 Mạng diện rộng WAN 24 1.3.4 So sánh mạng LAN mạng WAN 25 1.4 Topology mạng 27 1.4.1 Mạng hình (Star Network) 28 1.4.2 Mạng tuyến tính (Bus Network) 28 1.4.3 Mạng hình vịng (Ring Network) 29 1.4.4 Mạng kết hợp 30 1.5 Mơ hình ứng dụng mạng 31 1.5.1 Mô hình mạng ngang hàng (Peer–to–Peer Network) 31 1.5.2 Mơ hình mạng khách chủ (Client – Server Network/Server Based Network) 33 1.6 Hệ điều hành mạng 33 1.6.1 Khái niệm hệ điều hành 34 1.6.2 Khái niệm hệ điều hành máy chủ 34 1.6.3 Chức hệ điều hành 34 1.6.4 Nhiệm vụ hệ điều hành 35 1.6.5 Các thành phần hệ điều hành 35 1.6.6 Một số hệ điều hành máy chủ đƣợc sử dụng 37 1.7 Phần mềm mạng máy tính 37 1.8 Thuật ngữ mạng máy tính 37 1.9 Bài tập, thảo luận chƣơng 39 CHƢƠNG KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ CÁC MƠ HÌNH CHUẨN HÓA 40 2.1 Giới thiệu kiến trúc phân tầng 40 2.1.1 Nguyên tắc kiến trúc mạng phân tầng 40 2.1.2 Các vấn đề cần phải giải thiết kế tầng 41 2.1.3 Một số khái niệm kiến trúc phân tầng 42 2.2 Mơ hình tham chiếu OSI giao thức TCP/IP 43 2.2.1 Mơ hình OSI 43 2.2.2 Bộ giao thức TCP/IP – Mơ hình Internet 59 2.2.3 So sánh mơ hình OSI mơ hình TCP/IP 66 2.2.4 Mơ tả q trình truyền gói tin dựa mơ hình mạng 70 2.3 Bài tập, thảo luận chƣơng 76 CHƢƠNG HẠ TẦNG MẠNG MÁY TÍNH 77 3.1 Môi trƣờng truyền dẫn 77 3.2 Môi trƣờng truyền dẫn sử dụng dây dẫn 77 3.2.1 Cáp đôi dây xoắn 77 3.2.2 Cáp đồng trục 84 3.2.3 Cáp sợi quang (Fiber - Optic Cable) 85 3.3 Môi trƣờng truyền dẫn không dây 88 3.3.1 Lan truyền sóng vơ tuyến 89 3.3.2 Lan truyền tín hiệu đặc biệt 90 3.3.3 Thông tin vệ tinh 94 3.3.4 Điện thoại di động (Cellular Telephony) 95 3.3.5 Tổn hao đƣờng truyền (Transmission Impairent) 98 3.3.6 Hiệu suất (Performance) 100 3.4 Thành phần kết nối liên mạng 104 3.4.1 Card mạng NIC 104 3.4.2 Bộ lặp tín hiệu (Repeater) 106 3.4.3 Bộ tập chung tín hiệu (Hub) 108 3.4.4 Cầu nối (Bridge) 110 3.4.5 Bộ chuyển mạch (Switch) 113 3.4.6 Bộ định tuyến Router 117 3.4.7 Transceiver 118 3.4.8 Gateway 118 3.4.9 Modem 119 CHƢƠNG GIAO THỨC MẠNG MÁY TÍNH 121 4.1 Giới thiệu 121 4.2 Hoạt động giao thức 122 4.3 Giao thức tầng ứng dụng 123 4.3.1 Giao thức FTP 123 4.3.2 Dịch vụ tên miền DNS 125 4.3.3 Giao thức DHCP 130 4.3.4 Giao thức SNMP 133 4.3.5 Giao thức HTTP 134 4.3.6 Giao thức POP3 135 4.4 Giao thức tầng vận chuyển 136 4.4.1 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 136 4.4.2 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) 137 4.5 Giao thức tầng mạng 141 4.5.1 Định tuyến giao thức định tuyến 141 4.5.2 Giao thức IP 144 4.5.3 Giao thức ICMP 170 4.5.4 Giao thức phân giải địa ARP 170 4.6 Bài tập, thảo luận chƣơng 172 CHƢƠNG CƠNG NGHỆ MẠNG MÁY TÍNH 173 5.1 Công nghệ mạng cục LAN 173 5.1.1 Tổng quan công nghệ mạng Ethernet 173 5.1.2 CSMA/CD 176 5.2 Công nghệ mạng không dây 184 5.2.1 Các chuẩn mạng không dây 186 5.2.2 Một số công nghệ mạng không dây phổ biến 191 5.3 Công nghệ mạng diện rộng WAN 196 5.3.1 Kênh quay số (Dial-up) 198 5.3.2 Công nghệ mạng ISDN 199 5.3.3 Đƣờng truyền thuê riêng (Leased Line) 202 5.3.4 Công nghệ mạng X.25 203 5.3.5 Công nghệ mạng Frame Relay 206 5.3.6 Công nghệ mạng ATM 207 5.3.7 Công nghệ mạng DSL 208 5.3.8 Cable modem 209 CHƢƠNG ỨNG DỤNG MẠNG MÁY TÍNH 211 6.1 Internet of Things 211 6.2 Điện toán đám mây 215 6.3 Thƣơng mại điện tử 216 6.4 Quản trị an ninh mạng 219 6.4.1 Quản trị mạng 219 6.4.2 An ninh mạng 220 6.5 Thiết kế , bảo trì hệ thống mạng 221 6.5.1 Thiết kế hạ tầng mạng 221 6.5.2 Kỹ thuật Troubleshoot hệ thống mạng 222 6.6 Phát triển ứng dụng mạng 223 6.7 Bài tập, thảo luận chƣơng 224 TÀI LIỆU THAM KHẢO 225 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, hệ thống Mạng máy tính cơng cụ đắc lực, chí vơ quan trọng phát triển xã hội Đây lĩnh vực khoa học thiết yếu đƣợc xây dựng, phát triển mạnh mẽ toàn giới Các ƣu điểm hiệu ứng dụng cơng nghệ mạng máy tính vào sống đem lại lợi ích to lớn cho ngƣời tồn giới Mạng máy tính đƣợc sử dụng tất quan, tổ chức, doanh nghiệp nhƣ phần bắt buộc phải có nhằm phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin, điện tử hóa q trình làm việc,… Nội dung tài liệu tập trung trình bày thành phần mạng máy tính nhƣ phần cứng mạng, phần mềm mạng, mơ hình chuẩn hóa OSI, TCP/IP, giao thức liên mạng, công nghệ mạng LAN, công nghệ mạng diện rộng WAN,… Bên cạnh cịn trang bị cho ngƣời học số định hƣớng nghiên cứu chuyên môn liên quan tới chuyên ngành Truyền thông & Mạng máy tính nhƣ định hƣớng thiết kế mạng, quản trị mạng, an ninh mạng, phát triển ứng dụng mạng,… Với xu chung, hệ thống truyền dẫn đƣợc liên kết quy tụ mối (hội tụ mạng), có nghĩa hệ thống chia sẻ khác nhƣ mạng viễn thông, mạng số liệu, mạng chuyển mạch,…trƣớc chia sẻ riêng rẽ, nhƣng liên kết đƣợc với nhờ chuẩn, công nghệ đƣợc xây dựng phát triển Nhƣng hết, máy tính nói riêng mạng máy tính nói chung nhân tố chủ chốt cho q trình hình thành mạng hội tụ Tài liệu đƣợc trình bày cách đơn giản dễ hiểu cho ngƣời học Tuy nhiên để nắm bắt hiểu đƣợc tốt kiến thức mạng sinh viên cần đọc thêm nhiều tài liệu thống khác đƣợc giới thiệu mục tài liệu tham khảo cuối giảng Tài liệu xây dựng có tham khảo đồng nghiệp ngồi nƣớc Do lần đầu xuất nên khơng tránh khỏi thiếu sót cần đƣợc bổ sung Rất mong đƣợc đóng góp quý độc giả theo địa mangmaytinh@ictu.edu.vn Chúng xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, Mùa Xuân 2016! CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 1.1 Lịch sử phát triển Máy tính thập niên 1940 thiết bị cơ-điện tử lớn dễ hỏng Sự phát minh transitor bán dẫn vào năm 1947 tạo hội để làm máy tính nhỏ đáng tin cậy Năm 1950, máy tính lớn mainframe chạy chƣơng trình ghi thẻ đục lỗ (punched card) bắt đầu đƣợc dùng học viện lớn Điều tạo nhiều thuận lợi với máy tính có khả đƣợc lập trình nhƣng có nhiều khó khăn việc tạo chƣơng trình dựa thẻ đục lỗ Vào cuối thập niên 1950, ngƣời ta phát minh mạch tích hợp (IC) chứa nhiều transitor mẫu bán dẫn nhỏ, tạo bƣớc nhảy vọt việc chế tạo máy tính mạnh hơn, nhanh nhỏ Đến nay, IC chứa hàng triệu transistor mạch Vào cuối thập niên 1960, đầu thập niên 1970, máy tính nhỏ đƣợc gọi minicomputer bắt đầu xuất Năm 1977, cơng ty máy tính Apple Computer giới thiệu máy vi tính đƣợc gọi máy tính cá nhân (personal computer - PC) Năm 1981, IBM đƣa máy tính cá nhân Sự thu nhỏ ngày tinh vi IC đƣa đến việc sử dụng rộng rãi máy tính cá nhân nhà kinh doanh Vào thập niên 1980, ngƣời sử dụng dùng máy tính độc lập bắt đầu chia sẻ tập tin cách dùng modem kết nối với máy tính khác Cách thức đƣợc gọi điểm nối điểm, hay truyền theo kiểu quay số Khái niệm đƣợc mở rộng cách dùng máy tính trung tâm truyền tin kết nối quay số Các máy tính đƣợc gọi sàn thông báo (bulletin board) Các ngƣời dùng kết nối đến sàn thơng báo này, để lại hay lấy thông điệp, nhƣ gửi lên hay tải tập tin Hạn chế hệ thống có hƣớng truyền tin, với biết sàn thơng báo Ngồi ra, máy tính sàn thơng báo cần modem cho kết nối, số lƣợng kết nối tăng lên, hệ thống không thề đáp ứng đƣợc nhu cầu Qua thập niên 1950, 1970, 1980 1990, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ phát triển mạng diện rộng WAN có độ tin cậy cao, nhằm phục vụ mục đích qn khoa học Cơng nghệ khác truyền tin điểm nối điểm Nó cho phép nhiều máy tính kết nối lại với đƣờng dẫn khác Bản thân mạng xác định liệu di chuyển từ máy tính đến máy tính khác nhƣ Thay thơng tin với máy tính thời điểm, thơng tin với nhiều máy tính lúc kết nối (sau này, mạng WAN Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ trở thành Internet) Hình 1.1 Một số mốc phát triển ngành cơng nghiệp mạng máy tính Từ đến có nhiều cơng ty đƣa sản phẩm mình, đặc biệt máy tính cá nhân đƣợc sử dụng cánh rộng rãi Khi số lƣợng máy vi tính văn phịng hay quan đƣợc tăng lên nhanh chóng việc kết nối chúng trở nên vô cần thiết mang lại nhiều hiệu cho ngƣời sử dụng Ngày với lƣợng lớn thông tin, nhu cầu xử lý thơng tin ngày cao Mạng máy tính trở nên quen thuộc chúng ta, lĩnh vực nhƣ khoa học, quân sự, quốc phòng, thƣơng mại, dịch vụ, giáo dục Hiện nhiều nơi mạng trở thành nhu cầu thiếu đƣợc Ngƣời ta thấy đƣợc việc kết nối máy tính thành mạng cho khả to lớn nhƣ: Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên mạng (nhƣ thiết bị, chƣơng trình, liệu) đƣợc trở thành tài nguyên chung thành viên mạng tiếp cận đƣợc mà không quan tâm tới tài nguyên đâu Tăng độ tin cậy hệ thống: Ngƣời ta dễ dàng bảo trì máy móc lƣu trữ (backup) liệu chung có trục trặc hệ thống chúng đƣợc khơi phục nhanh chóng Trong trƣờng hợp có trục trặc trạm làm việc ngƣời ta sử dụng trạm khác thay Nâng cao chất lƣợng hiệu khai thác thơng tin: Khi thơng tin đƣợc sữ dụng chung mang lại cho ngƣời sử dụng khả tổ chức lại công việc với thay đổi chất nhƣ:  Ðáp ứng nhu cầu hệ thống ứng dụng kinh doanh đại  Cung cấp thống liệu  Tăng cƣờng lực xử lý nhờ kết hợp phận phân tán  Tăng cƣờng truy nhập tới dịch vụ mạng khác đƣợc cung cấp giới Với nhu cầu đòi hỏi ngày cao xã hội nên vấn đề kỹ thuật mạng mối quan tâm hàng đầu nhà tin học Ví dụ nhƣ làm để truy xuất thơng tin cách nhanh chóng tối ƣu nhất, việc xử lý thông tin mạng q nhiều đơi làm tắc nghẽn mạng gây thông tin cách đáng tiếc Hiện việc có đƣợc hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an toàn với lợi ích kinh tế cao đƣợc quan tâm Một vấn đề đặt có nhiều giải pháp cơng nghệ, giải pháp có nhiều yếu tố cấu thành, yếu tố có nhiều cách lựa chọn Nhƣ để đƣa giải pháp hoàn chỉnh, phù hợp phải trải qua trình chọn lọc dựa ƣu điểm yếu tố, chi tiết nhỏ Ðể giải vấn đề phải dựa yêu cầu đặt dựa công nghệ để giải Nhƣng công nghệ cao chƣa công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt công nghệ phù hợp 1.2 Mạng máy tính, mạng Internet Với phát triển khoa học kỹ thuật, mạng máy tính phát triển cách nhanh chóng đa dạng quy mô, hệ điều hành ứng dụng Do việc nghiên cứu chúng ngày trở nên phức tạp Tuy nhiên mạng máy tính có điểm chung thơng qua đánh giá phân loại chúng 1.2.1 Khái niệm mạng máy tính a Khái niệm Mạng máy tính tập hợp máy tính nối với đường truyền vật lý theo cấu trúc thơng qua máy tính trao đổi thơng tin qua lại cho Đƣờng truyền hệ thống thiết bị truyền dẫn có dây hay khơng dây dùng để chuyển tín hiệu điện tử từ máy tính đến máy tính khác Các tín hiệu điện tử biểu thị giá trị liệu dƣới dạng xung nhị phân (on - off) Tất tín hiệu đƣợc truyền máy tính thuộc dạng sóng điện từ Tùy theo tần số sóng điện từ dùng đƣờng truyền vật lý khác để truyền tín hiệu Ở đƣờng truyền đƣợc kết nối dây cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện thoại, sóng vơ tuyến Các đƣờng truyền liệu tạo nên cấu trúc mạng Hai khái niệm đƣờng truyền cấu trúc đặc trƣng mạng máy tính Hình 1.2 Một mơ hình liên kết máy tính mạng Với trao đổi qua lại máy tính với máy tính khác phân biệt mạng máy tính với hệ thống thu phát chiều nhƣ truyền hình, phát thơng tin từ vệ tinh xuống trạm thu thụ động có thơng tin chiều từ nơi phát đến nơi thu mà khơng quan tâm đến có nơi thu, có thu tốt hay không Đặc trƣng đƣờng truyền vật lý giải thông Giải thông đường chuyền độ đo phạm vi tần số mà đáp ứng Tốc độ truyền 10 ... cấu trúc mạng Hai khái niệm đƣờng truyền cấu trúc đặc trƣng mạng máy tính Hình 1.2 Một mơ hình liên kết máy tính mạng Với trao đổi qua lại máy tính với máy tính khác phân biệt mạng máy tính với... nhiên mạng máy tính có điểm chung thơng qua đánh giá phân loại chúng 1.2.1 Khái niệm mạng máy tính a Khái niệm Mạng máy tính tập hợp máy tính nối với đường truyền vật lý theo cấu trúc thơng qua máy. .. phép nhiều máy tính kết nối lại với đƣờng dẫn khác Bản thân mạng xác định liệu di chuyển từ máy tính đến máy tính khác nhƣ Thay thơng tin với máy tính thời điểm, thơng tin với nhiều máy tính lúc