Mạng máy tính và HTM

1 Chương 1 NHẬP MÔN MẠNG MÁY TÍNH 1 1 MỞ ĐẦU Mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu muốn chia sẻ, dùng chung tài nguyên và cho phép giao tiếp trực tuyến (online) cũng như các ứng dụng đa phương tiện trên.

1 Chương NHẬP MƠN MẠNG MÁY TÍNH 1.1 MỞ ĐẦU Mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu muốn chia sẻ, dùng chung tài nguyên cho phép giao tiếp trực tuyến (online) ứng dụng đa phương tiện mạng Tài nguyên gồm có tài nguyên phần mềm (dữ liệu, chương trình ứng dụng, ) tài nguyên phần cứng (máy in, máy quét, CD ROM,.) Giao tiếp trực tuyến bao gồm gửi nhận thông điệp, thư điện tử Các ứng dụng đa phương tiện phát thanh, truyền hình, điện thoại qua mạng, hội thảo trực tuyến, nghe nhạc, xem phim mạng Trước mạng máy tính sử dụng, người ta thường phải tự trang bị máy in, máy vẽ thiết bị ngoại vi khác cho riêng Để dùng chung máy in người phải thay phiên ngồi trước máy tính nối với máy in Khi nối mạng tất người ngồi vị trí khác có quyền sử dụng máy in Sự kết hợp máy tính với hệ thống truyền thơng, đặc biệt viễn thông, tạo cách mạng vấn đề tổ chức khai thác sử dụng hệ thống máy tính Mơ hình tập trung dựa máy tính lớn thay mơ hình máy tính đơn lẻ kết nối lại để thực cơng việc, hình thành mơi trường làm việc nhiều người sử dụng phân tán, cho phép nâng cao hiệu khai thác tài nguyên chung từ vị trí địa lý khác Các hệ thống gọi mạng máy tính Mạng máy tính ngày trở thành lĩnh vực nghiên cứu phát triển ứng dụng cốt lõi Công nghệ thông tin Các lĩnh vực nghiên cứu phát triển ứng dụng mạng: kiến trúc mạng, nguyên lý thiết kế, cài đặt ứng dụng mạng 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2.1 Lịch sử phát triển Cuối năm 60 xuất mạng xử lý gồm trạm cuối (terminal) thụ động nối vào máy xử lý trung tâm Máy tính trung tâm đảm nhiệm tất việc từ xử lý thông tin, quản lý thủ tục truyền liệu, quản lý đồng trạm cuối, quản lý hàng đợi, xử lý ngắt từ trạm cuối, Mơ hình bộc lộ yếu điểm như: tốn nhiều vật liệu (đường truyền) để nối trạm với trung tâm, máy tính trung tâm phải làm việc nhiều dẫn đến tải Để giảm nhẹ nhiệm vụ máy tính trung tâm người ta gom trạm cuối vào gọi tập trung (hoặc dồn kênh) trước chuyển trung tâm Các có chức tập trung tín hiệu trạm cuối gửi đến vào đường truyền Sự khác hai thiết bị thể chỗ: − Bộ dồn kênh (multiplexor): có khả truyền song song thơng tin trạm cuối gửi trung tâm − Bộ tập trung (concentrator): khơng có khả này, phải dùng đệm để lưu trữ tạm thời liệu Trong hệ thống này, liên lạc trạm cuối với phải qua máy tính trung tâm, không nối trực tiếp với hệ thống khơng gọi mạng máy tính mà gọi mạng xử lý (hình 1.1) Máy tính trung tâm PC Bộ tiền xử lý Bộ tập trung/ dồn kênh PC PC PC Bộ tập trung PC PC PC PC PC Hình 1.1 Mạng xử lý với tiền xử lý Từ cuối năm 70, máy tính nối trực tiếp với để tạo thành mạng máy tính nhằm phân tán tải hệ thống tăng độ tin cậy PC Bộ tiền xử lý PC Bộ tiền xử lý PC Bộ tiền xử lý PC PC PC PC PC Bộ tập trung PC PC PC Hình 1.2 Mạng máy tính- nối trực tiếp tiền xử lý Cũng năm 70 xuất khái niệm mạng truyền thông (communication network), thành phần nút mạng (Node), gọi chuyển mạch (switching unit) dùng để hướng thơng tin tới đích Các nút mạng nối với đường truyền gọi khung mạng Các máy tính xử lý thơng tin người sử dụng (host) trạm cuối (terminal) nối trực tiếp vào nút mạng để cần trao đổi thơng tin qua mạng Bản thân nút mạng thường máy tính nên đồng thời đóng vai trị máy người sử dụng Vì khơng phân biệt khái niệm mạng máy tính mạng truyền thơng (Xem hình 1.3) T T H Nút mạng Chú thích: T (Terminal): thiết bị đầu cuối H H (Host): máy chủ, máy trạm T T H T Hình 1.3 Một mạng truyền thơng Các máy tính kết nối thành mạng nhằm đạt mục đích sau: - Chia sẻ tài nguyên có giá trị cao (thiết bị, chương trình, liệu, ) không phụ thuộc vào khoảng cách địa lý tài nguyên người sử dụng - Tăng độ tin cậy hệ thống: có khả thay xảy cố máy tính 1.2.2 Các yếu tố mạng máy tính Mạng máy tính định nghĩa: mạng máy tính tập hợp máy tính nối với đường truyền vật lý theo kiến trúc Như có hai khái niệm mà cần phải làm rõ, đường truyền vật lý kiến trúc mạng máy tính 1.2.2.1 Đường truyền vật lý Đường truyền vật lý dùng để chuyển tín hiệu máy tính Các tín hiệu biểu thị giá trị liệu dạng xung nhị phân (on - off) Tất tín hiệu thuộc dạng sóng điện từ (trải từ tần số sóng radio, sóng ngắn, tia hồng ngoại) Ứng với loại tần số sóng điện tử có đường truyền vật lý khác để truyền tín hiệu Hiện có hai loại đường truyền: + Đường truyền hữu tuyến: cáp đồng trục, cáp đơi dây xoắn (có bọc kim, khơng bọc kim), cáp sợi quang + Đường truyền vô tuyến: radio, sóng cực ngắn, tia hồng ngoại Cáp đồng trục dùng để truyền tín hiệu số mạng cục làm mạng điện thoại đường dài Cấu tạo gồm có sợi kim loại trung tâm bọc lớp cách điện lưới kim loại chống nhiễu Ở vỏ bọc cách điện Sợi kim loại trung tâm lưới kim loại làm thành hai sợi dẫn điện đồng trục Hình 1.4 Cáp đồng trục Có hai loại cáp đồng trục khác với định khác kỹ thuật thiết bị ghép nối kèm: cáp đồng trục mỏng (giá thành rẻ, dùng phổ biến), cáp đồng trục béo (đắt hơn, có khả chống nhiễu tốt hơn, thường dung liên kết mạng môi trường công nghiệp) Cáp đôi dây xoắn: sử dụng rộng rãi mạng điện thoại kéo dài hàng số mà không cần khuyếch đại Cấu tạo gồm nhiều sợi kim loại cách điện với Các sợi đôi xoắn lại với nhằm hạn chế nhiễu điện từ Có hai loại cáp xoắn đơi sử dụng nay: cáp có bọc kim loại (STP), cáp không bọc kim loại (UTP) Cáp sợi quang: cáp truyền dẫn sóng ánh sáng, có cấu trúc tương tự cáp đồng trục với chất liệu thuỷ tinh Tức gồm dây dẫn trung tâm (một bó sợi thuỷ tinh plastic truyền dẫn tín hiệu quang) bọc lớp áo có tác dụng phản xạ tín hiệu trở lại để giảm mát tín hiệu Có hai loại cáp sợi quang là: single-mode (chỉ có đường dẫn quang nhất), multi-mode (có nhiều đường dẫn quang) Cáp sợi quang có độ suy hao tín hiệu thấp, không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ hiệu ứng điện khác, không bị phát thu trộm, an tồn thơng tin mạng bảo đảm Tuy nhiên cáp sợi quang khó lắp đặt, giá thành cao Sóng cực ngắn thường dùng để truyền trạm mặt đất vệ tinh Chúng để truyền tín hiệu quảng bá từ trạm phát tới nhiều trạm thu Sóng hồng ngoại: Mơi trường truyền dẫn sóng hồng ngoại mơi trường định hướng, diện hẹp thích hợp cho mạng diện hẹp bán kính từ 0.5m đến 20 m, với thiết bị bị di chuyển Tốc độ truyền liệu xung quanh 10Mbps Sóng radio: mơi trường truyền dẫn sóng radio mơi trường định hướng mạng diện rộng với bán kính 30 km Tốc độ truyền liệu hàng chục Mbps Liên quan đến đường truyền vật lý có khái niệm sau: - Băng thơng (cịn gọi dải thông - bandwidth): Băng thông khái niệm quan trọng hệ thống truyền thông Hai phương pháp xem xét băng thơng có tầm quan trọng nghiên cứu mạng băng thông tương tự (analog) băng thông số (digital) Băng thông tương tự độ đo phạm vi tần số mà đường truyền đáp ứng hệ thống điện tử dùng kỹ thuật tương tự Đơn vị đo lường cho băng thông tương tự Hz, hay số chu kỳ giây Ví dụ, băng thơng cáp điện thoại 400-4000Hz, có nghĩa truyền tín hiệu với tần số nằm phạm vi từ 400 đến 4000Hz Băng thông số đo lường lượng thông tin tối đa từ nơi đến nơi khác thời gian cho trước Đơn vị đo lường băng thơng số bít/giây (bps) bội Kilơbit/giây (kbps), Megabit/giây (Mbps), Gigabit/giây (Gbps), Terabit/giây (Tbps) Băng thông cáp truyền phụ thuộc vào độ dài cáp Cáp dài băng thông giảm Do thiết kế mạng phải rõ độ dài chạy cáp tối đa, ngồi giới hạn dố chất lượng truyền tín hiệu khơng cịn bảo đảm - Thơng lượng (throughput): thơng lượng lượng thông tin thực truyền qua đơn vị thời gian Cũng băng thông, đơn vị thông lượng bps bội nó: Kbps, Mbps, Gbps, Gbps, Tbps Trong mạng LAN băng thơng cho phếp 100Mbps, điều khơng có nghĩa người dùng mạng di chuyển thực 100 Megabit liệu giây Điều điều kiện vô lý tưởng Do nhiều lý do, thông lượng thường nhỏ nhiều so với băng thông số tối đa môi trường mạng - Hiệu suất sử dụng đường truyền (utilization): Đại lượng đặc trưng cho hiệu suất phục vụ đường truyền mạng Nó đo tỷ lệ % thơng lượng băng thông đường truyền - Độ trễ (delay): độ trễ thời gian cần thiết để truyền gói tin từ nguồn đến đích Độ trễ thường đo miligiây (ms), giây (s) Độ trễ phụ thuộc vào băng thông mạng Băng thông lớn độ trễ nhỏ - Độ suy hao độ đo yếu tín hiệu đường truyền Nó phụ thuộc vào độ dài cáp Cịn độ nhiễu từ gây tiến ồn điện từ bên ngồi làm ảnh hưởng đến tín hiệu đường truyền 1.2.2.2 Kiến trúc mạng máy tính Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể cách nối máy tính với tập hợp quy tắc, quy ước mà tất thực thể tham gia truyền thông mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Cách nối máy tính gọi hình trạng (topolopy) mạng hay nói cho gọn topo mạng Cịn tập hợp quy tắc, quy ước truyền thông gọi giao thức (protocol) mạng Topo giao thức hai khái niệm mạng máy tính, chúng trình bày cụ thể phần sau: Topo mạng Có hai kiểu kết nối mạng chủ yếu điểm - điểm (point-to-point) quảng bá (broadcast hay point-to-multipoint) Theo kiểu kết nối điểm - điểm, đường truyền nối cặp nút với nút có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau chuyển tiếp liệu tới đích Do cách làm việc nên mạng kiểu gọi mạng lưu chuyển tiếp (store and forward) Nói chung mạng diện rộng sử dụng nguyên tắc Hình cho số dạng topo mạng loại Theo kiểu quảng bá, tất nút mạng dùng chung đường truyền vật lý Dữ liệu gửi từ nút mạng tất nút mạng cịn lại tiếp nhận Ỉ cần địa đích liệu để nút kiểm tra xem có phải gửi cho hay khơng Hình cho số dạng topo mạng loại Hình 1.5 Một số topo mạng điểm-điểm Hình 1.6 Một số topo mạng quảng bá Trong topo dạng vòng dạng tuyến tính cần có chế “trọng tài” để giải xung đột nhiều nút muốn truyền tin lúc Việc cấp phát đường truyền “động” “tĩnh” Cấp phát “tĩnh” thường dung chế quay vòng để phân chia đường truyền theo khoảng thời gian định trước Cấp phát “động” cấp phát theo yêu cầu để hạn chế thời gian “chết” vơ ích đường truyền Giao thức mạng Việc trao đổi thông tin cho dù đơn giản nhất, phải tuân theo quy tắc định Hai người nói chuyện với muốn cho nói chuyện có kết hai phải ngầm định tuân theo quy tắc: người nói người phải nghe ngược lại Việc truyền tín hiệu mạng vậy, cần phải có quy tắc, quy ước nhiều mặt: + Khuôn dạng liệu: cú pháp ngữ nghĩa + Thủ tục gửi nhận liệu + Kiểm soát chất lượng truyền + Xử lý lỗi, cố Tập hợp tất quy tắc, quy ước gọi giao thức mạng Yêu cầu xử lý trao đổi thông tin người sử dụng ngày cao giao thức mạng phức tạp Các mạng có giao thức khác tuỳ thuộc vào lựa chọn nhà thiết kế 1.2.3 Phân loại mạng máy tính Có nhiều cách để phân loại mạng máy tính tuỳ thuộc vào yếu tố chọn làm tiêu để phân loại: khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch, kiến trúc mạng 1.2.3.1 Theo khoảng cách địa lý Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố để phân loại mạng máy tính phân thành loại: mạng cục bộ, mạng thị, mạng diện rộng, mạng tồn cầu Mạng cục (Local Area Networks - LAN): cài đặt phạm vi tương đối hẹp (ví dụ tòa nhà, quan, trường học, ), khoảng cách lớn máy tính nối mạng vài chục km trở lại Mạng đô thị (Metropolitan Area Networks - MAN): cài đặt phạm vi đô thị, trung tâm kinh tế xã hội, có bán kính nhỏ 100 km Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN): phạm vi mạng vượt qua biên giới quốc gia chí lục địa Mạng toàn cầu (Global Area Networks - GAN): phạm vi rộng khắp toàn cầu Mạng Internet ví dụ cho loại Chúng ta cần lưu ý rằng: khoảng cách địa lý dùng làm “mốc” mang tính tương đối Cùng với phát triển công nghệ truyền dẫn quản trị mạng ranh giới ngày mờ nhạt 1.2.3.2 Dựa theo kỹ thuật chuyển mạch Nếu lấy “kỹ thuật chuyển mạch” làm yếu tố để phân ploại ta có loại: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thơng báo mạng chuyển mạch gói a Mạng chuyển mạch kênh Khi có hai thực thể cần trao đổi thơng tin với chúng thiết lập “kênh” cố định trì hai bên ngắt liên lạc Các liệu truyền theo đường cố định Hình 1.7 Mạng chuyển mạch kênh Nhược điểm: + Tốn thời gian để thiết lập kênh cố định hai thực thể + Hiệu suất sử dụng đường truyền thấp có lúc kênh bị bỏ không hai bên hết thông tin cần truyền thực thể khác không phép sử dụng kênh truyền b Mạng chuyển mạch thông báo Thông báo (message) đơn vị thơng tin người sử dụng có khn dạng qui định trước Mỗi thơng báo có chứa vùng thơng tin điều khiển định rõ đích đến thông báo Căn vào thông tin mà nút trung gian chuyển thơng báo tới nút theo đường dẫn tới đích Mỗi nút cần phải lưu trữ tạm thời để “đọc” thông tin điều khiển thông báo để sau chuyển tiếp thơng báo Tuỳ thuộc vào điều kiện mạng, thơng báo khác truyền theo đường truyền khác Hình 1.8 Mạng chuyển mạch thông báo Ưu điểm so với mạng chuyển mạch kênh: - Hiệu suất sử dụng đường truyền cao khơng bị chiếm dụng độc quyền mà phân chia nhiều thực thể - Mỗi nút mạng lưu trữ thông báo kênh truyền rỗi gửi thơng báo đi, giảm tình trạng tắc nghẽn mạch - Có thể điều khiển việc truyền tin cách xếp độ ưu tiên cho thơng báo - Có thể tăng hiệu suất sử dụng dải thông cách gán địa quảng bá để gửi thơng báo đồng thời tới nhiều đích Nhược điểm: - Khơng hạn chế kích thước thơng báo, dẫn đến phí tổn lưu trư tạm thời cao ảnh hưởng tới thời gian đáp (respone time) chất lượng truyền tin - Thích hợp cho dịch vụ thư tín điện tử áp dụng có tính thời gian thực tồn độ trễ lưu trữ xử lý thông tin điều khiển nút c Mạng chuyển mạch gói Mỗi thông báo chia làm nhiều phần nhỏ gọi gói tin có khn dạng quy định trước Mỗi gói tin chứa thơng tin điều khiển, có địa nguồn (người gửi) đích (người nhận) gói tin Các gói tin thơng báo qua mạng tới đích nhiều đường khác Ở bên nhận, thứ tự nhận khơng thứ tự gửi Hình 1.9 Mạng chuyển mạch gói So sánh mạng chuyển mạch thơng báo mạng chuyển mạch gói: ♦ Giống nhau: phương pháp giống ♦ Khác nhau: Các gói tin giới hạn kích thước tối đa cho nút mạng xử lý tồn gói tin nhớ mà khơng cần phải lưu trữ tạm thời đĩa Vì mạng chuyển mạch gói truyền gói tin qua mạng nhanh chóng hiệu so với mạng chuyển mạch thông báo Nhưng vấn đề khó khăn mạng loại việc tập hợp gói tin để tạo lại thông báo ban đầu người sử dụng, đặc biệt trường hợp gói truyền theo nhiều đường khác Cần phải cài đặt chế “đánh dấu” gói tin phục hồi gói tin bị thất lạc truyền bị lỗi cho nút mạng Do có ưu điểm mềm dẻo hiệu suất cao nên mạng chuyển mạch gói sử dụng phổ biến mạng chuyển mạch thơng báo Việc tích hợp hai 10 kỹ thuật chuyển mạch (kênh gói) mạng thống (được gọi mạng dịch vụ tích hợp số- Intergrated Services Digital Networks, viết tắt ISDN) xu hướng phát triển mạng ngày 1.2.3.3 Phân loại theo kiến trúc mạng Người ta phân loại mạng theo kiến trúc mạng (topo giao thức sử dụng) Các mạng thường hay nhắc đến như: mạng SNA IBM, mạng ISO, mạng TCP/IP 1.3 KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ MÔ HÌNH OSI 1.3.1 Kiến trúc phân tầng Để giảm độ phức tạp việc thiết kế cài đặt mạng, hầu hết máy tính phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng Mỗi hệ thống thành phần mạng xem cấu trúc đa tầng, tầng xây dựng tầng trước Số lượng tầng tên chức tầng tuỳ thuộc vào nhà thiết kế Trong hầu hết mạng, mục đích tầng để cung cấp số dịch vụ định cho tầng cao Mỗi tầng sử dụng không cần quan tâm đến thao tác chi tiết mà dịch vụ phải thực Hệ thống A Tầng N Hệ thống B Giao thức tầng N Tầng N Giao thức tầng i + Tầng i +1 Tầng i Tầng i +1 Giao thức tầng i Tầng i -1 Tầng i Tầng i -1 Giao thức tầng i -1 Giao thức tầng Tầng Tầng Đường truyền vật lý Hình 1.10 Minh hoạ kiến trúc phân tầng tổng quát Nguyên tắc kiến trúc mạng phân tầng: - Mỗi hệ thống mạng có cấu trúc tầng (số lượng tầng, chức tầng) 110 + Nhưng UDP q trình khác – Việc đánh số giao thức phạm vi toàn cầu, toàn Internet, định nghĩa chuẩn RFC 1700 • • • • Trường Header checksum (16 bits): – Tính riêng cho header, giúp phát lỗi phát sinh nhớ router – Được tính lại chặng (hop), sau chặng có trường bị thay đổi (trường TTL) – Cách tính: cộng tất 16-bit halfwords sử dụng số dạng bù 1; sau lấy bù kết (phép toán XOR → tốc độ cao) Trường Source address, Destination address (32 bit): – Địa IP bên gửi nhận – Mỗi địa bao gồm: địa mạng địa host mạng Trường Options: Tạo lối thoát cho version sau: – Bổ sung thêm thông tin khơng có version – Thí nghiệm thử ý tưởng để tránh việc phải dành (allocate) bit header cho thông tin cần đến – Chiều dài thay đổi: (15 – 5) x 32 bits – Mỗi Option bắt đầu mã byte tuỳ chọn – Hiện thời có tuỳ chọn (option) định nghĩa + Security (an ning): Chỉ mức độ bí mật datagram + Strict source routing: Chỉ đường đầy đủ để theo + Loose source routing: Chỉ danh sách router không bỏ qua + Record route: Buộc router gắn địa IP vào + Timestamp: Buộc router gắn địa IP timestamp vào – Tuy nhiên router hỗ trợ tất tuỳ chọn – Padding: Được chèn thêm cho chiều dài Header = bội 32 bits Trường Data (32 bits): Số liệu giao thức tầng 5.4.3 Các lớp địa IP Hình 5.14 Cấu trúc địa IP 111 − Mỗi địa IP (IPv4) gồm 32 bits, chia thành vùng, Class + Netid + Hostid, máy nối mạng phải có địa IP Internet − Những máy nối với nhiều mạng có địa IP khác mạng − Được chia thành lớp: A, B, C, D E (dự trữ), cấu trúc lớp địa rõ hình − Cách viết địa Internet: số thập phân có chấm (Dotted Decimal Notation), tức có dạng x.y.z.t, x, y, z, t có giá trị từ 0-255 (mỗi số tương ứng với bits) − Để tránh đụng độ, địa mạng NIC (Network Information Center) gán Theo cấu trúc trên: Lớp A cho phép định danh tới 126 mạng, với số máy tối đa tới 16 triệu máy mạng Lớp dùng cho mạng có số máy cực lớn Lớp B cho phép định danh tới 16384 mạng, mạng cho phép tối đa 65535 Lớp C cho phép định danh tới triệu mạng, với tối đa 254 host mạng Lớp dùng cho mạng nhỏ Lớp D dùng để gửi nhóm host mạng (địa broadcast) Lớp E lớp dự phòng cho tương lai Để nhận dạng lớp địa chỉ cần nhìn vào octet địa IP (giá trị x cấu trúc x.y.z.t) Thật vậy, lớp A có x ∈ 1÷126, lớp B có x ∈ 128÷191, lớp C có x ∈ 192÷223, lớp D có x ∈ 224÷239, lớp E có x ∈ 240÷255 Một số địa IP đặc biệt Dưới số địa đặc biệt, không dùng để cấp phát cho host: • 0.0.0.0: Dùng cho host khởi động • Netid = 0: dùng cho host địa mạng • Hostid = 1: địa quảng bá mạng cục định danh phần Netid, nghĩa máy gửi gói tin đến địa có dạng này, tất máy mạng nhận • 127.xx.yy.zz: packet gửi tới địa không đưa lên đường truyền, mà xử lý cục giống packet đến Cho phép gửi packet đến mạng cục mà người gửi khơng cần biết địa Hình 5.10 Các địa IP đặc biệt 112 5.4.4 Các bước thực giao thức IP Khi giao thức IP khởi động trở thành thực thể tồn máy tính bắt đầu thực chức mình, lúc thực thể IP cấu thành tầng mạng, nhận yêu cầu từ tầng gửi yêu cầu xuống tầng Đối với thực thể IP máy nguồn, nhận yêu cầu gửi từ tầng trên, thực bước sau đây: - Tạo IP datagram dựa tham số nhận - Tính checksum ghép vào header gói tin - Ra định chọn đường: trạm đích nằm mạng gateway chọn cho chặng - Chuyển gói tin xuống tầng để truyền qua mạng Đối với router, nhận gói tin qua, thực động tác sau: 1) Tính chesksum, sai loại bỏ gói tin 2) Giảm giá trị tham số Time - to Live thời gian hết loại bỏ gói tin 3) Ra định chọn đường 4) Phân đoạn gói tin, cần 5) Kiến tạo lại IP header, bao gồm giá trị vùng Time - to -Live, Fragmentation Checksum 6) Chuyển datagram xuống tầng để chuyển qua mạng Cuối datagram nhận thực thể IP trạm đích, thực cơng việc sau: 1) Tính checksum Nếu sai loại bỏ gói tin 2) Tập hợp đoạn gói tin (nếu có phân đoạn) 3) Chuyển liệu tham số điều khiển lên tầng 5.5 PHÂN CHIA MẠNG CON Những ích lợi việc phân chia mạng - Dễ quản lý (vì số trạm hơn) - Hạn chế miền quảng bá, tăng hiệu truyền thông mạng Ví dụ: mạng LAN có 10 máy, dùng mạng lớp C có miền quảng bá tới 254 host, dùng subnet mask miền quảng bá giảm xuống, hiệu mạng tăng lên - Tăng cường mức độ bảo mật mức thấp cho LAN: mạng có danh sách truy 113 cập, theo danh sách mạng cho phép hay từ chối truy cập vào - Có thể bán cho thuê đại không dùng đến: công ty sử hữu mạng lớn lớp A, B khơng dùng hết số địa họ, họ bán cho thuê chúng Áp dụng: phân chia mạng 132.198.0.0 thành 14 mạng Subnet mask xây dựng từ số bít phần Netid cộng với phần mượn từ Hostid (số bit mược tối đa số bit phần Hostid - 2) Tuỳ theo số lượng mạng ta mượn số bit tương ứng, mượn n bit từ Hostid ta phân chia 2n mạng Ta thấy 132.198.0.0 mạng thuộc lớp B Để phân chia thành 14 mạng con, ta cần mượn bit phần Hostid, subnet mask là: 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000 0000 Hay 255.255.224.0 Sau bảng địa dùng riêng không cấp cho host mạng thực việc phân chia trên: Địa mạng Địa broadcast 132.198.16.0 132.198.31.255 132.198.32.0 132.198.47.255 132.198.48.0 132.198.63.255 132.198.64.0 132.198.79.255 132.198.80.0 132.198.95.255 132.198.96.0 132.198.111.255 132.198.112.0 132.198.127.255 132.198.128.0 132.198.143.255 132.198.144.0 132.198.159.255 10 132.198.160.0 132.198.175.255 11 132.198.176.0 132.198.191.255 12 132.198.192.0 132.198.207.255 13 132.198.208.0 132.198.223.255 14 132.198.224.0 132.198.239.255 Mạng 114 5.6 ĐỊA CHỈ IPV6 5.6.1 Giới thiệu IPv6 IPv4 có nhiều nhược điểm, quan trọng việc không gian địa IPv4 cạn kiệt Điều dẫn đến tất yếu phải đời hệ địa giải nhược điểm IPv4, IPv6 Thế hệ địa IPv6 giải vấn đề IPv4 mà cung cấp thêm số ưu điểm:  Không gian địa lớn  Khả mở rộng định tuyến  Hổ trợ tốt Multicast (Multicast tùy chọn địa IPv4, nhiên khả hổ trợ tính khả dụng chưa cao)  Không bị phân mảnh, không cần trường header checksum  Hỗ trợ end to end dễ dàng loại bỏ hồn tồn cơng nghệ NAT  Tính bảo mật: IPv6 hỗ trợ IPsec, làm cho node IPv6 trở nên an toàn  Autoconfiguration: Đơn giản việc cấu hình địa IP cho thiết bị việc sử dụng địa IPv6 IPv6 có khả tự động cấu hình  Mobility: cho phép hỗ trợ node mobile IP (thời điểm IPv4 thiết kế, chưa tồn khái niệm IP di động Nhưng hệ mạng dạng thiết bị ngày phát triển, đòi hỏi cấu trúc giao thức Internet phải hổ trợ tốt hơn.) 5.6.2 Cấu trúc địa IPv6 5.6.2.1 Cách biểu diễn địa IPv6 Địa IPv6 viết theo 128 bits nhị phân, thành dãy chữ số hexa Tuy nhiên, viết dãy số 128 bits nhị phân khơng thuận tiện để nhớ chúng Do vậy, địa IPv6 thường biểu diễn dạng dãy chữ số hexa Người ta chia 128 bit thành nhóm, nhóm chiếm bytes, gồm số viết hệ số 16, nhóm ngăn cách dấu hai chấm (:) Địa IPv6 có nhiều dạng Trong có dạng chứa nhiều chữ số liền Nếu viết toàn đầy đủ số dãy số biểu diễn địa IPv6 thường dài Do vậy, rút gọn cách viết địa IPv6 theo quy tắc sau: Quy tắc 1: Trong nhóm số hexa, bỏ bớt số bên trái Quy tắc 2: Trong địa IPv6, số nhóm liền chứa tồn số khơng viết viết thành “::” Tuy nhiên, thay lần toàn địa IPv6 115 5.6.2.2 Cấu trúc header IPv6 Hình 5.16: Cấu trúc địa IPv6 Trong 128 bits địa chỉ, có số bit thực chức định: Bits xác định loại địa IPv6 (bits tiền tố - prefix): địa IPv6 có nhiều loại khác Để phân biệt loại địa chỉ, số bits đầu địa IPv6 dành riêng để xác định dạng địa chỉ, gọi bits tiền tố (prefix) Các bits tiền tố định địa thuộc loại số lượng địa khơng gian chung IPv6 Bits định danh Interface ID: ngoại trừ dạng địa Multicast số dạng địa dành cho mục đích đặc biệt Địa IPv6 sử dụng giao tiếp toàn cầu, địa dùng giao tiếp node IPv6 đường kết nối (link-local), địa thiết kế cho giao tiếp phạm vi mạng (site-local) có 64 bits cuối sử dụng để xác định giao diện Internet Protocol Version (IPv6) phiên Internet Protocol, thiết kế sở IPv4 có số thay đổi so với phiên IPv4 như: - Khả mở rộng địa - Định dạng Header đơn giản - Hỗ trợ Option mở rộng - Hỗ trợ flow label - Hỗ trợ Authentication Hình 5.17: IPv6 Header 116 đó: - Version : Bốn bit giúp xác định phiên giao thức (mang giá trị 6) - Class: bit giúp xác định loại lưu lượng - Flow label: 20 bit giá luồng liệu - Payload Length: 16 bit unsigned integer Giúp xác định kích thước phần tải theo sau IPv6 Header - Next-Header: bit giúp xác định Header gói tin - Hop Limit: bit unsigned integer Qua Node, giá trị giảm đơn vị (giảm đến gói bị loại bỏ) - Source Address: 128 bit mang địa IPv6 nguồn gói tin - Destination Address: 128 bit mang địa IPv6 đích gói tin 5.6.2.3 Các đặc điểm IPv6 IPv6 với 128 bit lớn IPv4 gấp lần, bạn đánh địa (khoảng 340 tỷ tỷ tỷ tỷ địa chỉ) Đây không gian địa cực lớn khơng dành riêng cho Internet mà cịn cho tất mạng máy tính, hệ thống viễn thơng, hệ thống điều khiển chí vật dụng gia đình Vì phiên hồn tồn công nghệ IP, việc nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn thách thức lớn Một thách thức liên quan đến khả tương thích IPv6 IPv4, liên quan đến việc chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6, làm mà người dùng khai thác mạnh IPv6 không thiết phải nâng cấp đồng loạt toàn mạng (LAN, WAN, Internet…) lên IPv6 a Tăng kích thước tầm địa IPv6 sử dụng 128 bit địa IPv4 sử dụng 32 bit; nghĩa IPv6 có tới địa khác nhau; bit đầu 001 giành cho địa khả định tuyến toàn cầu (Globally Routable Unicast –GRU) Nghĩa IPv6 chứa 1028 tầm địa IPv4 b Tăng phân cấp địa IPv6 chia địa thành tập hợp tầm xác định hay boundary: bit đầu cho phép biết địa có thuộc địa khả định tuyến tồn cầu (GRU) hay khơng, giúp thiết bị định tuyến xử lý nhanh Top Level Aggregator (TLA) ID sử dụng mục đích: - Thứ nhất, sử dụng để định khối địa lớn mà từ khối địa nhỏ tạo để cung cấp kết nối cho địa muốn truy cập vào Internet; - Thứ hai, sử dụng để phân biệt đường (Route) đến từ đâu Nếu khối địa 117 lớn cấp phát cho nhà cung cấp dịch vụ sau cấp phát cho khách hàng dễ dàng nhận mạng chuyển tiếp mà đường qua mạng mà từ Route xuất phát Với IPv6, việc tìm nguồn Route dễ dàng c Đơn giản hóa việc đặt địa Host IPv6 sử dụng 64 bit sau cho địa Host, 64 bit có 48 bit địa MAC máy phải đệm vào số bit định nghĩa trước mà thiết bị định tuyến biết bit subnet d Địa Anycast IPv6 định nghĩa loại địa mới: địa Anycast Một địa Anycast địa IPv6 gán cho nhóm máy có chung chức năng, mục đích Khi packet gửi cho địa Anycast, việc định tuyến xác định thành viên nhóm nhận packet qua việc xác định máy gần nguồn e Việc tự cấu hình địa đơn giản Một địa Multicast gán cho nhiều máy, địa Anycast gói Anycast gửi cho đích gần (một máy có địa chỉ) Multicast packet gửi cho tất máy có chung địa (trong nhóm Multicast) Kết hợp Host ID với Multicast ta sử dụng việc tự cấu sau: máy bật lên, thấy kết nối gửi gói Multicast vào LAN; gói tin có địa địa Multicast có tầm cục (Solicited Node Multicast address) Khi Router thấy gói tin này, trả lời địa mạng mà máy nguồn tự đặt địa chỉ, máy nguồn nhận gói tin trả lời này, đọc địa mạng mà Router gửi; sau đó, tự gán cho địa IPv6 cách thêm Host ID (được lấy từ địa MAC interface kết nối với subnet đó) với địa mạng Do đó, tiết kiệm cơng sức gán địa IP g Header hợp lý IPv6 cung cấp đơn giản hóa sau: - Định dạng đơn giản hóa: IPv6 Header có kích thước cố định 40 octet với trường IPv4 nên giảm thời gian xử lý Header, tăng độ linh hoạt - Khơng có Header checksum: Trường checksum IPv4 bỏ liên kết ngày nhanh có độ tin cậy cao cần Host tính checksum cịn Router khỏi cần - Khơng có phân đoạn theo hop: Trong IPv6 có Host nguồn phân đoạn packet theo giá trị thích hợp dựa vào MTU path mà tìm Do đó, để 118 hỗ trợ Host IPv6 chứa hàm giúp tìm MTU từ nguồn đến đích h Bảo mật IPv6 tích hợp tính bảo mật vào kiến trúc cách giới thiệu Header mở rộng tùy chọn: Authentication Header (AH) Encrypted Security Payload (ESP) Header Hai Header sử dụng chung hay riêng để hỗ trợ nhiều chức bảo mật ESP Header: ESP Header chứa trường: Security Parameter Index (SPI) giúp đích gói tin biết payload mã hóa ESP Header sử dụng tunneling, tunnelling Header payload gốc mã hóa bỏ vào ESP Header bọc ngồi, đến gần đích gateway bảo mật bỏ Header bọc ngồi giải mã để tìm Header payload gốc i Tính di động IPv6 hỗ trợ tốt máy di động laptop IPv6 giới thiệu khái niệm giúp hỗ trợ tính tốn di động gồm: Home address; Care-of address; Binding; Home agent k Hiệu suất IPv6 cung cấp lợi ích sau: - Giảm thời gian xử lý Header, giảm Overhead chuyển dịch địa chỉ: - Giảm thời gian xử lý định tuyến - Tăng độ ổn định cho đường - Giảm Broadcast - Multicast có giới hạn: IPv6, địa Multicast có chứa trường scope hạn chế gói tin Multicast Node, link, hay tổ chức - Khơng có checksum 5.6.3 Cơng nghệ chuyển đổi giao tiếp từ IPv4 sang IPv6 Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ mạng Internet IPv4 giao thức, thành phần thiếu việc truyền dẫn gói tin Do vậy, việc chuyển đổi sử dụng từ IPv4 sang IPv6 điều dễ dàng Trong trường hợp IPv6 tiêu chuẩn hóa hồn thiện hoạt động tốt, việc chuyển đổi thúc đẩy thực thời gian định mạng nhỏ, mạng tổ chức Tuy nhiên, khó thực mạng lớn Đối với mạng Internet tồn cầu, nói khơng thể IPv6 phát triển IPv4 sử dụng rộng rãi, mạng lưới IPv4 Internet hoàn thiện, hoạt động dựa cơng nghệ Trong q trình triển khai hệ địa IPv6 mạng 119 Internet, khơng thể có thời điểm định mà địa IPv4 hủy bỏ, thay hoàn toàn hệ địa IPv6 Hai hệ mạng IPv4, IPv6 tồn thời gian dài Trong trình phát triển, kết nối IPv6 tận dụng sở hạ tầng sẵn có IPv4 Do vậy, điều kiện địa IPv4 cạn kiệt địa IPv6 lại chưa đủ điều kiện để thay hồn tồn cần có giải pháp để hai hệ địa tồn với Để hai dạng giao thức IPv4 IPV6 tồn song song với hai dạng giao thức phải có khả chuyển đổi lẫn Những công nghệ chuyển đổi này, phân thành ba loại sau: Dual-stack: cho phép IPv4 IPv6 hoạt động thiết bị mạng Công nghệ đường hầm (Tunnel): công nghệ sử dụng sở hạ tầng mạng IPv4 để truyền tải gói tin IPv6 Cơng nghệ biên dịch: thực chất dạng thức công nghệ NAT, cho phép thiết bị hỗ trợ IPv6 giao tiếp với thiết bị hỗ trợ IPv4 5.6.3.1 Dual-Stack Cơ chế đảm bảo Host/Router cài hai giao thức IPv4 IPv6 Internet layer mô hình phân lớp TCP/IP Với chế đơi (dual) này, hoạt động Router/Host hồn tồn tương thích với IPv4 IPv6 Theo chế này, IPv6 tồn với IPv4 dùng hạ tầng mạng IPv4 Việc chọn lựa Stack để hoạt động (IPv4 hay IPv6) dựa vào thông tin cung cấp dịch vụ phân giải tên miền thông qua DNS Server Hình 5.18: Cơ chế dual-stack Đây xem chế trực tiếp để đảm bảo Node IPv6 hồn tồn tương thích với Node IPv4 khác Hạn chế chế phải gán thêm địa IPv4 với Node IPv6 5.6.3.2 Cơng nghệ đường hầm Tunnel 120 Sử dụng sở hạ tầng mạng IPv4 để kết nối IPv6 mục tiêu công nghệ đường hầm Công nghệ đường hầm phương pháp sử dụng sở hạ tầng sẵn có mạng IPv4 để thực kết nối IPv6 cách sử dụng thiết bị mạng có khả hoạt động dual-stack hai điểm đầu cuối định Các thiết bị “bọc” gói tin IPv6 gói tin IPv4 truyền tải mạng IPv4 điểm đầu gỡ bỏ gói tin IPv4, nhận lại gói tin IPv6 ban đầu điểm đích cuối đường truyền IPv4 Hình 5.19: Cơ chế Tunnel Nói chung, cơng nghệ đường hầm “gói” gói tin IPv6 gói tin IPv4 để truyền sở hạ tầng mạng IPv4 Tức thiết lập đường kết nối ảo (một đường hầm) IPv6 sở hạ tầng mạng IPv4 a Đường hầm tay (manual tunnel) Đường hầm cấu hình tay thiết bị điểm đầu điểm cuối đường hầm Phương thức áp dụng với mạng có phân mạng cho số lượng hạn chế kết nối từ xa b Đường hầm tự động (automatic tunnel) Trong công nghệ đường hầm tự động, khơng địi hỏi cấu hình địa IPv4 điểm bắt đầu kết thúc đường hầm tay Điểm bắt đầu điểm kết thúc đường hầm định cấu trúc định tuyến Cơng nghệ đường hầm tự động điển hình 6to4, sử dụng thủ tục 41 (protocol 41) Địa IPv4 điểm bắt đầu kết thúc đường hầm suy từ địa nguồn địa đích gói tin Ipv6 Cơng nghệ 6to4 sử dụng rộng rãi c Đường hầm cấu hình (configured tunnel) Đường hầm cấu hình cơng nghệ đường hầm điểm kết thúc đường hầm 121 thực thiết bị gọi Tunnel Broker Đường hầm cấu hình có độ tin cậy, tính ổn định tốt đường hầm tự động, khuyến nghị sử dụng cho mạng lớn, quản trị tốt Đặc biệt cho ISP để cấp địa IPv6 kết nối khách hàng có đường kết nối IPv4 tới mạng Internet IPv6 5.6.3.3 Công nghệ chuyển dịch Công nghệ biên dịch thực chất dạng công nghệ NAT, thực biên dịch địa dạng thức header gói tin, cho phép thiết bị hỗ trợ IPv6 nói chuyện với thiết bị hỗ trợ IPv4 Công nghệ phổ biến sử dụng NAT-PT Thiết bị cung cấp dịch vụ NAT-PT biên dịch lại header địa cho phép mạng IPv6 nói chuyện với mạng IPv4 Hình 5.20: Cơ chế NAT-PT NAT-PT hình thức phiên dịch qua lại địa giao thức IPv4 IPv6 Ưu điểm NAT-PT không cần phải thay đổi đến Host, NAT-PT cấu hình Router NAT-PT sử dụng dãi địa IPv4 đăng ký cho Node IPv6 cách tự động Quá trình chuyển đổi giao thức ánh xạ địa xảy có phiên (session) giao dịch khởi động qua Router biên IPv4- IPv6 Các địa IPv4 sử dụng địa toàn cục NAT-PT liên kết địa mạng IPv6 với địa mạng IPv4 ngược lại để cung cấp định tuyến suốt cho gói tin di chuyển qua lại vùng IPv4-IPv6 5.7 INTRANET VÀ INTERNET Intranet hệ thống mạng nội bộ, dựa giao thức TCP/IP, hệ thống mạng kiểu thường áp dụng công ty, quan, trường học Toàn thành viên hệ thống intranet muốn truy cập, hoạt động phải có thơng tin xác thực, bao gồm Username (Tài khoản) Password (mật khẩu) Và site dựa intranet có hoạt 122 động tương tự website hay thấy Internet khác, khác chỗ bảo vệ lớp Firewall (tường lửa), nhằm mục đích ngăn cản truy cập không rõ nguồn gốc vào hệ thống Intranet hoạt động với mục đích tương tự internet, intranet dùng để trao đổi thông tin, chia sẻ liệu nội Tuy nhiên, intranet có lợi bảo vệ Firewall, tức trước đăng nhập vào mạng người dùng phải có tài khoản để truy cập vào hệ thống, biện pháp bảo vệ hữu hiệu giúp quản lý truy cập Không internet, có mạng thiết bị kết nối truy cập vào Có thể hiểu là, Intranet mạng riêng mà truy cập người dùng có thẩm quyền Nếu cắt nghĩa mặt ngơn ngữ, tiền tố "intra" có nghĩa "nội bộ", nghĩa mạng intranet thiết kế cho truyền thông nội Intranet giới hạn phạm vi mạng LAN cụ thể, người dùng truy cập từ xa Internet thông qua đường hầm (tunel) Các mạng intranet nội nhìn chung an tồn chúng kết nối từ bên mạng Vì vậy, để truy cập vào mạng intranet qua mạng diện rộng (WAN), bạn bắt buộc phải nhập thông tin đăng nhập Các mạng intranet phục vụ nhiều mục đích khác nhau, mục tiêu giúp cho việc giao tiếp nội tổ chức, doanh nghiệp dễ dàng an toàn Ví dụ, doanh nghiệp tạo mạng intranet cho phép nhân viên chia sẻ tin nhắn tập tin với độ bảo mật cao Nó giúp quản trị viên hệ thống gửi thông tin, tin nhắn cập nhật tất máy kết nối với intranet nhanh chóng, đơn giản Hầu hết giải pháp mạng intranet có giao diện web để người dùng truy cập Giao diện cung cấp thông tin công cụ cho nhân viên nhóm thành viên Nó bao gồm lịch, thời gian dự án, danh sách tác vụ, tệp tin bí mật cơng cụ nhắn tin để giao tiếp với người dùng khác Trang web intranet thường gọi cổng thơng tin (portal) truy cập URL mạng nội Nếu mạng intranet giới hạn mạng nội bộ, người dùng khơng thể truy cập từ (hoặc ra) bên intranet 5.8 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP - Trình bày hiểu biết anh chị giao thức TCP/IP? - Mục đích địa IP gì? - Cấu trúc địa IP? - Trình bày hoạt động giao thức IP? 123 - Mục đích việc kết nối máy tính thành mạng máy tính gì? - Trình bày chức giao thức ARP, RARP, ICMP? - Trình bày hiểu biết anh chị giao thức UDP? - Trình bày cấu trúc segment giao thức TCP? - Trình bày hiểu biết anh chị mạng Internet? - Trình bày hiểu biết anh chị mạng Intranet? - Trình bày hiểu biết anh chị mạng Extranet? 124 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thúc Hải, “Mạng máy tính hệ thống mở”, NXB Giáo dục, 1999 [2] Nguyễn Đình Việt, Nghiên cứu phương pháp đánh giá cải thiện hiệu giao thức TCP cho mạng máy tính, Luận án tiến sĩ, Khoa Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội, 2003 [3] Nguyễn Hồng Sơn, “Giáo trình hệ thống mạng máy tính, CCNA Semester 1”, NXB Lao động- Xã hội, 2005 [4] Nguyễn Đình Việt, Slides giảng mơn học “Truyền số liệu Mạng máy tính”, Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội [5] Đào Kiến Quốc, “Bài giảng mạng LAN”, ĐH Công nghệ, ĐH Quốc gia Hà nội ... thuộc vào khoảng cách địa lý tài nguyên người sử dụng - Tăng độ tin cậy hệ thống: có khả thay xảy cố máy tính 1.2.2 Các yếu tố mạng máy tính Mạng máy tính định nghĩa: mạng máy tính tập hợp máy tính. .. trúc mạng máy tính Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể cách nối máy tính với tập hợp quy tắc, quy ước mà tất thực thể tham gia truyền thông mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng. .. dụng tệp máy chủ) , dịch vụ in (do máy chủ điều khiển máy in chung mạng) tới dịch vụ thư tín, WEB, DNS Trong mạng có máy chủ, hệ điều hành máy chủ máy trạm khác Ngay trường hợp máy chủ máy trạm