Giáo trình mạng máy tính BK

Giáo trình mạng máy tính BK Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông ĐH Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Giáo trình Mạng máy tính Giới thiệu về môn học 1. Tên gọi [2.548]: Mạng máy tính (Computer Networks) 2. Mô tả Môn học cho phép sinh viên có những kiến thức cơ bản về mạng máy tính và Inteternet. Môn này khảo sát các đặc tính và cơ chế của mạng từ lớp liên kết (Link Layer) đến lớp ứng dụng (Application Layer) không chỉ định tính mà còn định lượng. Qua môn học này, sinh viên sẽ được làm quen với các kỹ thuật đa truy nhập được sử dụng trong mạng LAN, các phương pháp kết nối mạng LAN, khái niệm về giao thức, các giao thức cơ sở cho mạng Internet như IP, các giao thức định đường, UDP và TCP .v.v. 3. Yêu cầu • Đã hoàn thành môn học Cơ sở mạng thông tin. 4. Nội dung môn học (60 tiết) Chương 1. Tổng quan về mạng máy tính 1.1. Giới thiệu 1.1.1. Giới thiệu nội dung môn học 1.1.2. Giới thiệu các tài liệu tham khảo 1.2. Mục đích hình thành mạng máy tính − Nhu cầu chia sẻ tài nguyên, thông tin và dịch vụ − Các mô hình tính toán liên quan đến mạng máy tính (mô hình tập trung và phân tán .v.v.) − Định nghĩa mạng máy tính − Các ứng dụng của mạng máy tính, ảnh hưởng về mặt xã hội của mạng máy tính và Internet 1.3. Phân loại mạng và kiến trúc vật lý của mạng 1.3.1. Phân loại mạng: LAN, MAN, WAN 1.3.2. Kiến trúc vật lý của mạng − Khái niệm topology, các topology cơ bản: bus, star, meshed, ring − Các dạng liên kết trong mạng: đơn công, bán song công, song công − Các khái niệm về kết nối trong mạng:  Khái niệm chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói  Khái niệm không liên kết (connectionless) và hướng liên kết (connection-oriented)  Kết nối điểm - điểm (point-to-point) và kết nối đa điểm (point-to-multi-point, multipoint-to- multipoint) 1.4. Mô hình tham chiếu và giao thức trên mạng 1.4.1. Tại sao phải phân lớp mạng máy tính? 1.4.2. Khái niệm giao thức (protocol) và khái niệm dịch vụ (service) 1.4.3. Các mô hình tham chiếu cơ bản − Mô hình OSI − Mô hình Internet − So sánh mô hình OSI và mô hình Internet 1.4.4. Các cơ quan chuẩn hoá và quản lý mạng máy tính, mạng Internet: ITU-T, IEEE, IETF và IRTF, IANA và ICANN. 1.5. Một số thí dụ về mạng 1.5.1. Mạng LAN: Ethernet và Wireless LAN 1.5.2. Mạng WAN: X.25, Frame Relay và ATM 1.5.3. Mạng Internet Chương 2. Mạng LAN và các vấn đề liên quan đến lớp 1 và 2 2.1. Giới thiệu 2.1.1. Vị trí các chức năng của mạng LAN trong mô hình OSI − Các chức năng lớp vật lý − Các chức năng lớp liên kết dữ liệu: Truy nhập kênh truyền chung (MAC), chức năng điều khiển các liên kết logic (LLC) 2.1.2. Vần đề chung của mạng LAN: − Vấn đề chia sẻ kênh truyền chung và điều khiển truy nhập (MAC). Yêu cầu của các cơ chế MAC: tính công bằng, hiệu suất, độ tin cậy 2.2. Nhắc lại một số kiến thức về lý thuyết hàng đợi sẽ được sử dụng trong môn học Chú ý: Phần này chỉ cần nhắc lại ngắn gọn vì đã được đề cập kỹ càng trong môn Cơ sở mạng thông tin (3.517) 2.2.1. Khái niệm tiến trình tới (arrival process), tiến trình phục vụ (service process) và thông lượng mạng (throughput) 2.2.2. Định lý Little (Little’s law) 2.2.3. Phân bố mũ và tiến trình Markov (Markovian process) 2.2.4. Các kết quả tính toán của hàng đợi M/G/1 2.2.5. Các kết quả tính toán của hàng đợi M/M/1 2.2.6. Các kết quả tính toán của hàng đợi M/D/1 2.3. Phân loại các cơ chế điểu khiển truy nhập 2.3.1. Cơ chế dành sẵn kênh truyền với kỹ thuật điều khiển tập trung (Centralized Reservation Techniques) − Nguyên tắc chung – Phương pháp hỏi vòng (polling) − Phương pháp hỏi vòng tập trung (Roll Call Polling) − Phương pháp hỏi vòng bán tập trung (Hub Polling) 2.3.2. Cơ chế dành sẵn kênh truyền với kỹ thuật điều khiển truy nhập phân tán (Distributed Reservation Techniques) − Mạng Token Ring: nguyên tắc chung, Token Ring with early token release, đánh giá ưu nhược điểm trong các phương pháp giải phóng thẻ bài. − Một số thí dụ khác về kỹ thuật điều khiển truy nhập phân tán: Mạng Token Bus (theo chuẩn IEEE 802.4), mạng Slotted Ring, mạng Buffer Insertion Ring 2.3.3. Cơ chế truy nhập ngẫu nhiên (Random Access Techniques) − Giới thiệu chung về cơ chế truy nhập ngẫu nhiên (chi tiết về các cơ chế truy nhập ngẫu nhiên sẽ được trình bày trong 2.4) 2.4. Các cơ chế truy nhập ngẫu nhiên 2.4.1. Mạng ALOHA − Nguyên tắc chung  Vấn đề va đập (collision) trong mạng truy nhập ngẫu nhiên − Đánh giá hiệu năng hoạt động  Thông lượng tối đa của ALOHA  Trễ truyền trung bình (có tính trường hợp xảy ra va đập) 2.4.2. Mạng Slotted ALOHA − Nguyên tắc chung − Đánh giá hiệu năng hoạt động  Thông lượng tối đa của ALOHA  Trễ truyền trung bình (có tính trường hợp xảy ra va đập) 2.4.3. Cơ chế cảm nhận sóng mang (carrier sense techniques) trong mạng truy nhập ngẫu nhiên − Khái niệm đa truy nhập cảm nhận sóng mang CSMA (carrier sense multiple access)  Cơ chế non-persistent CSMA  Cơ chế p-persistent và 1-persistent CSMA − CSMA với cơ chế phát hiện va đập (collision detection) – CSMA/CD  Cơ chế phát hiện và khắc phục va đập  Thuật toán backoff trong CSMA/CD  Đánh giá thông lượng của CSMA/CD  So sánh hiệu năng của các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên − Giới thiệu về chuẩn Ethernet IEEE 802.3  Cấu trúc khung 802.3 2.4.4. Mạng LAN không dây và chuẩn IEEE 802.11 − Các vấn đề cần xem xét trong môi trường truyền dẫn vô tuyến: suy giảm, flat fading và frequency selective fading, nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu. Hiệu ứng đa đường (ISI). Hiện tương shadow fading. Trễ truyền. − Lớp vật lý của WLAN: CDMA (DSSS và FHSS), hồng ngoại − Đa truy nhập sử dụng sóng mang với cơ chế tránh va đập (CSMA/CA) − Dải phổ của WLAN theo chuẩn 802.11a/b/g 2.5. Giao thức ở mức liên kết dữ liệu 2.5.1. Các chức năng cơ bản của giao thức lớp liên kết dữ liệu 2.5.2. Giao thức HDLC (High Data Link Control) − Cấu trúc khung LLC − Các chức năng cơ bản 2.5.3. Giao thức LLC (Logical Link Control) − Cấu trúc khung LLC − Các chức năng cơ bản  Đánh địa chỉ khung  Truyền thông tin  Đánh số thứ tự  Điều khiển lỗi 2.6. Bài tập Chương 3. Kết nối mạng ở lớp 2 3.1. Kết nối mạng lớp 2 3.1.1. Địa chỉ lớp 2 − Khái niệm địa chỉ MAC 3.1.2. Một số tính chất của địa chỉ MAC − Thích hợp trong môi trường quảng bá (broadcast domain) − Địa chỉ đơn hướng (unicast address) − Địa chỉ đa hướng (multicast address) − Địa chỉ quảng bá (broadcast address) 3.1.3. Tại sao phải kết nối mạng lớp 2? − Hạn chế về độ dài kênh truyền tối đa − Hạn chế về số trạm − Hạn chế về tải 3.1.4. Khái niệm cầu nối (bridge) 3.2. Transparent bridge 3.2.1. No-frills bridge 3.2.2. Learning bridge 3.2.3. Thuật toán cây spanning 3.3. Source routing bridge 3.3.1. Pure source routing bridge − Nguyên tắc chung − Thuật toán 3.3.2. SR-TB (Source routing to transparent bridging) − Nguyên tắc chung − Thuật toán 3.4. So sánh transparent bridge và source routing 3.5. Bài tập Chương 4. Kết nối mạng Internet (24 tiết) 4.1. Giới thiệu 4.1.1. Tại sao phải kết nối mạng lớp 3? − Một số nhược điểm của kết nối mạng lớp 2 − Các yêu cầu khi kết nối mạng lớp 3 4.1.2. Định nghĩa và giới thiệu lịch sử phát triển của mạng Internet − Định nghĩa − Lịch sử phát triển mạng Internet 4.2. Khái niệm kết nối mạng lớp 3 và mô hình kiến trúc của Internet 4.2.1. Các thuộc tính của Internet 4.2.2. Mô hình kiến trúc 4.2.3. Bộ định tuyến IP (IP router) - Kết nối mạng thông qua bộ định tuyến 4.3. Cấu trúc phân lớp của địa chỉ IP 4.3.1. Cấu trúc và sơ đồ phân lớp địa chỉ IP 4.3.2. Các kiểu địa chỉ của IP − Địa chỉ localhost − Địa chỉ đơn hướng (unicast address) − Địa chỉ đa hướng (multicast address) − Địa chỉ quảng bá (broadcast address) − Một số nhược điểm của địa chỉ IP 4.3.3. Khái niệm subnet và supernet − Subnetting − Supernetting và CIDR (Classless Interdomain Routing) − Subnetmask 4.3.4. Một số thí dụ 4.4. Mối liên hệ giữa địa chỉ lớp 2 và địa chỉ lớp 3 4.4.1. Ánh xạ từ địa chỉ Internet vào địa chỉ MAC – Giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) 4.4.2. Định địa chỉ IP tại thời điểm khởi động – Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP (Reverse Address Resolution Protocol) 4.5. BOOTSTRAP và DHCP 4.5.1. Nhược điểm của RARP 4.5.2. Giới thiệu về BOOTSTRAP 4.5.3. Tại sao phải đặt cấu hình động? 4.5.4. Gán địa chỉ IP động 4.5.5. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 4.6. Giao thức IP (Internet Protocol) 4.6.1. Đặc điểm chung của IP − Mục đích chính khi xây dựng IP − Mô hình datagram dựa trên kết nối không liên kết (connectionless) 4.6.2. Cấu trúc gói IP và chức năng các trường − Cấu trúc gói − Chức năng các trường: TOS, ID, TTL, OPTIONS .v.v. − Một số giá trị trường PROTOCOL mặc định − Đóng gói IP vào khung lớp 2, các vấn đề liên quan đến MTU .v.v. 4.7. ICMP (Internet Control Message Protocol) − Giới thiệu các chức năng của ICMP − Cấu trúc gói ICMP 4.8. Tên và địa chỉ 4.8.1. Ánh xạ giữa tên và địa chỉ IP [...]... đường truyền chung cho tất cả các máy tính • Máy tính kết nối vào mạng sử dụng T-Connector • Terminator: ngăn chặn khả năng dội tín hiệu Hanoi University of Technology 1/2007 Chương 1 Tổng quan về MMT Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 1 3 Mạng hình vòng (ring topology) • Các máy tính liên kết với nhau thành vòng tròn theo nguyên tắc điểm-điểm • Máy tính trao đổi dữ liệu theo một chiều... MMT Chương 1 • Kiến trúc mạng: Chỉ ra phương thức xây dựng và hoạt động của mạng • Kiến trúc mạng phụ thuộc dịch vụ mạng • Kiến trúc mạng chia các quá trình truyền thông trên mạng thành các vùng chức năng gọi là phân lớp (layers) Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 5 1/2007 Chương 1 Tổng quan về MMT Chương 1 Quá trình phát triển kiến trúc mạng truyền thông • Telegraph... và packet switching • Khái quát quá trình phát triển MMT 1950s: Công nghệ điện báo thích ứng với máy tính 1960s: Các thiết bị đầu cuối có thể truy nhập các máy chủ (VD: SABRE) 1907s: Các máy tính kết nối trực tiếp với nhau: ARPANET, TCP/IP, Ethernet LAN 1980s & 1990s: Các ứng dụng khác và mạng Internet ra đời • Protocol Đảm bảo yêu cầu trao đổi tin giữa các máy tính theo các quy tắc rõ ràng Là tập... Redundancy Check (CRC): tính từ Frame header + payload Header chứa thông tin điều khiển ACK/NAK Yêu cầu truyền lại khi phát hiện lỗi Hanoi University of Technology 1/2007 Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 1 Tổng quan về MMT Chương 1 • Mạng máy tính Giá thành máy tính hạ, trong khi mạng TBĐC cồng kềnh, không mềm dẻo Yêu cầu phát triển MMT Liên kết các máy tính Trợ giúp nhiều ứng dụng... luồng − Đánh số thứ tự gói − Quá trình timeout và gửi lại gói 4.13.4 Một số địa chỉ cổng TCP mặc định 4.14 Bài tập 1/2007 Chương 1 Tổng quan về MMT Chương 1 Mục đích hình thành mạng máy tính Các dịch vụ truyền thông Ứng dụng Quá trình phát triển kiến trúc mạng truyền thông Các kiến trúc vật lý của mạng Mô hình tham chiếu và các giao thức trên mạng Một số thí dụ về mạng Internet Hanoi University of... kết các máy tính Trợ giúp nhiều ứng dụng khác nhau Ví dụ File transfer Program execution trên một máy tính khác Đa xử lý trên các máy tính khác nhau Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 12 1/2007 Chương 1 Tổng quan về MMT Chương 1 • Packet switching (PS) Mạng máy tính phải hỗ trợ các loại ứng dụng khác nhau Hỗ trợ messaging với độ dài bất kỳ Low delay trong các... Electronics and Telecommunications Chương 1 • Mạng Internet Các kiểu MMT khác nhau được kết nối với nhau để trao đổi dữ liệu giưa MT ARPA nghiên cứu mạng chuyển mạch gói sử dụng vệ tinh và mạng gói radio Mỗi MMT có thể có kiến trúc và được xây dựng trên các công nghệ khác nhau Các giao thức liên mạng cần thiết cho trao đổi tin giữa các mạng Internet: mạng của các mạng Hanoi University of Technology Faculty... Chương 1 • Điều khiển kết nối bằng máy tính Yêu cầu có hệ thống báo hiệu riêng Máy tính điều khiển kết nối trong bộ chuyển mạch Các máy tính trao đổi thông báo báo hiệu để: Thiết lập kết nối cuộc gọi Thiết lập các dịch vụ: Caller ID, voice mail, … Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 9 1/2007 Chương 1 Tổng quan về MMT Chương 1 • Số hóa mạng điện thoại Tín hiệu thoại... chiếu OSI Open system for interconnection o Kiến trúc mạng định nghĩa dựa vào các tầng với giao thức mỗi tầng o 1970s: Nhiều hãng thiết kế kiến trúc phân tầng riêng khó khăn trong kết nối mạng giữa các máy tính của các hãng khác nhau o ISO đưa ra mô hình OSI cho phép kết nối các máy tính từ nhiều hãng Mô hình tham chiếu OSI o Mô hình 7 tầng cho kiến trúc mạng o Sử dụng để phát triển các giao thức o TCP/IP... 1/2007 Chương 1 Tổng quan về MMT Chương 1 Mạng truyền thông là gì? • Là tập hợp các thiết bị (hardware và software) và tiện nghi để có thể cung cấp các dịch vụ truyền thông cơ bản + Thiết bị: Routers, servers, switches, multiplexers, hubs, modems, … + Tiện nghi: cáp đồng, cáp đồng trục, cáp quang, ống dẫn, … • Ví dụ: Mạng điện thoại, mạng di động, mạng máy tính, Internet, … Hanoi University of Technology . thành mạng máy tính − Nhu cầu chia sẻ tài nguyên, thông tin và dịch vụ − Các mô hình tính toán liên quan đến mạng máy tính (mô hình tập trung và phân tán .v.v.) − Định nghĩa mạng máy tính. của mạng máy tính, ảnh hưởng về mặt xã hội của mạng máy tính và Internet 1.3. Phân loại mạng và kiến trúc vật lý của mạng 1.3.1. Phân loại mạng: LAN, MAN, WAN 1.3.2. Kiến trúc vật lý của mạng. NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Giáo trình Mạng máy tính Giới thiệu về môn học 1. Tên gọi [2.548]: Mạng máy tính (Computer Networks) 2. Mô tả Môn học