Giáo án - Bài giảng: Công nghệ thông tin:Truyền số liệu và cách thành lập mạng trong Internet (phần mở rộng)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI GIẢNG MẠNG VÀ TRUYỀN SỐ LIỆU 1 THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 2 MỤC LỤC Chương 1. Giới thiệu về mạng truyền dữ liệu 6 1.1 Mô hình truyền thông 6 1.2 Truyền thông dữ liệu 8 1.3 Kết nối mạng truyền thông dữ liệu 9 1.4 Các giao thức và kiến trúc giao thức 12 1.5 Chuẩn hóa mạng 23 Chương 2. Sự truyền dẫn và phương tiện truyền dẫn dữ liệu 24 2.1 Truyền dẫn dữ liệu 24 2.2.1 Các khái niệm và thuật ngữ cơ bản 24 2.1.2 Sự suy yếu của tín hiệu truyền 29 2.2 Phương tiện truyền dẫn 32 2.2.1 Cáp xoắn đôi (Twisted Pair) 33 2.2.2 Cáp đồng trục 35 2.2.3 Sợi quang 37 2.2.4 Vi ba mặt đất: 40 2.2.5 Vi ba vệ tinh: 42 2.2.6 Sóng Radio: 46 2.3. Các chuẩn giao tiếp vật lý 47 2.3.1. Giao tiếp IEA – 232D/V24 47 2.3.2. Modem rỗng (null modem) 50 2.3.3. Giao tiếp EIA-530 52 2.3.4. Giao tiếp X21 52 2.3.5. Giao tiếp ISDN 53 Chương 3. Giao tiếp liên kết dữ liệu 54 3.1. Các khái niệm cơ bản về truyền số liệu 54 3.1.1. Các chế độ truyền thông 54 3.1.2. Các chế độ truyền 54 3.1.3. Kiểm soát lỗi 55 3.1.4. Điều khiển luồng 56 3.1.5. Các giao thức liên kết dữ liệu 56 3.1.6. Mã truyền 57 3.1.7. Các đơn vị dữ liệu 57 3.1.8. Giao thức 58 3 3.1.9. Hoạt động kết nối 58 3.1.10. Đường nối và liên kết 58 3.2. Thông tin nối tiếp không đồng bộ 58 3.2.1. Khái quát 58 3.2.2. Nguyên tắc đồng bộ bit 59 3.2.3. Nguyên tắc đồng bộ ký tự 59 3.2.4. Nguyên tắc đồng bộ frame 59 3.3. Thông tin nối tiếp đồng bộ 60 3.3.1. Khái quát 60 3.3.2. Nguyên tắc đồng bộ bit 60 3.3.3. Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự 61 3.3.4. Truyền đồng bộ thiên hướng bit 63 3.4. Phát hiện và sửa lỗi 66 3.4.1. Các kiểu lỗi 66 3.4.2. Phát hiện sai trong truyền số liệu 68 3.3.3. Sửa sai trong truyền số liệu 77 3.3.4. Mã nén dữ liệu 82 3.5. Các giao thức cửa sổ trượt 83 3.5.1. ARQ dừng và chờ (Stop and Wait ARQ) 83 3.5.2. Trở lại N - ARQ (Go back - N - ARQ) 84 3.6. Mạch điều khiển truyền số liệu 86 3.6.1. Khái quát 86 3.6.2. Giao truyền có thể lập trình UART 8250 của Intel 90 3.7. Các thiết bị điều khiển truyền số liệu 91 3.7.1. Khái quát 91 3.7.2. Bộ ghép kênh phân thời 92 3.7.3. Bộ ghép kênh thống kê 92 3.8. Một số giao thức liên kết dữ liệu 93 3.8.1. Giao thức HDLC (High level data link control) 93 3.8.2. Giao thức BSC (Binary Synchonous Communication) 95 3.8.3. Giao thức PPP 96 Chương 4. Tầng mạng 99 4.1. Vai trò của tầng mạng 99 4.2. Các dịch vụ cung cấp cho tầng mạng 99 4 4.3. Tổ chức các kênh truyền tin trên mạng 100 4.3.1. Kênh ảo (virtual circuit) 100 4.3.2. Mạng Datagram 100 4.4. Các kỹ thuật định tuyến trên mạng 101 4.4.1. Các phương pháp định tuyến trong mạng chuyển mạch kênh 101 4.5. Vấn đề tắc nghẽn và điều khiển luồng dữ liệu 116 4.5.1. Vấn đề tắc nghẽn 116 4.5.2. Điều khiển luồng (Flow Control) 117 Chương 5. Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) 118 5.1 Những kiến thức cơ bản 118 5.1.1 Cấu trúc tôpô của mạng 118 5.1.2 Các phương thức truy nhập đường truyền 120 5.2 Công nghệ Ethernet 129 5.2.1 Giới thiệu chung về Ethernet 129 5.2.2 Các đặc tính chung của Ethernet 129 5.2.4 Hoạt động của Ethernet 132 5.2.3 Các loại mạng Ethernet 134 5.3 Các kỹ thuật chuyển mạch trong LAN. 135 5.3.1 Phân đoạn mạng trong LAN 135 5.3.2 Các chế độ chuyển mạch trong LAN 139 5.3.3 Mạng LAN ảo (VLAN) 140 Chương 6. Mạng diện rộng WAN 144 6.1 Khái niệm về WAN 144 6.1.1 Mạng WAN là gì ? 144 6.1.2 Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN. 145 6.1.3 Những điểm cần chú ý khi thiết kế WAN 146 6.2 Một số công nghệ kết nối cơ bản dùng cho WAN 147 6.2.1 Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Swiching Network) 147 6.2.2 Mạng chuyển gói (Packet Switching Network) 160 6.2.3 Kết nối WAN dùng VPN 169 6.3 Các thiết bị dùng cho kết nối WAN 170 6.3.1 Router (Bộ định tuyến) 170 6.3.2 Chuyển mạch WAN 174 6.3.3 Access Server 174 5 6.3.4 Modem 176 6.3.5 CSU/DSU 178 6.3.6 ISDN terminal Adaptor 179 6.4 Đánh giá và so sánh một số công nghệ dùng cho kết nối WAN. 179 Chương 7. Họ giao thức TCP/IP và mạng Internet 181 7.1 Lịch sử phát triển củaTCP/IP và mạng Internet 181 7.2 Giao thức TCP/IP 182 7.2.1 So sánh giao thức TCP/IP và mô hình 7 lớp OSI 183 7.2.2 Giao thức liên mạng IP 184 7.2.3 Giao thức TCP 199 7.2.4 Giao thức UDP 205 7.3.1 Tổ chức của Internet 206 7.3.2 Một số phương thức kết nối Internet phổ biến : 208 7.3.3 Các dịch vụ thông dụng của Internet 209 Chương 8. Mạng thế hệ mới (NGN – Next Generation Network) 212 8.1 Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN 212 8.1.1 Động lực của sự hội tụ và kết hợp mạng 212 8.1.2 Động lực của công nghệ 212 8.1.3 Động lực thị trường 213 8.1.4 Động lực dịch vụ 213 8.2 Giới thiệu chung về NGN 214 8.2.1 Khái niệm mạng thế hệ sau NGN 214 8.2.2 Mục tiêu của mạng thế hế sau NGN 215 8.2.3 Đặc điểm cơ bản của mạng NGN 215 8.3 Mô hình chức năng 216 8.3.1 Các chức năng 217 8.3.2 Tài nguyên mạng 218 8.4 Kiến trúc NGN 218 8.5 Các thành phần cơ bản của NGN 221 8.5.1 Chuyển mạch mềm (Softswitch) 221 8.5.2 Media Gateway - MG 221 8.5.3 Signalling gateway 221 8.5.4 Application server 222 6 8.5.5 Media Server 222 8.6 Các công nghệ được áp dụng cho NGN 222 8.6.1 Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng chuyển tải 222 8.6.2 Công nghệ áp dụng cho lớp mạng truy nhập 222 8.7 Dịch vụ của NGN 222 8.7.1 Các dịch vụ NGN 222 8.7.2. Đặc điểm của các dịch vụ mạng NGN 223 8.8 Giao diện kết nối của NGN 224 8.8.1 Kết nối tới PSTN 226 8.8.2 Kết nối tới PLMN 227 8.8.3 Kết nối tới mạng riêng ảo VPN 227 7 Chương 1. Giới thiệu về mạng truyền dữ liệu 1.1 Mô hình truyền thông Một mô hình truyền thông cơ bản được minh họa như hình 1.1a dưới đây Hình 1.1. Mô hình truyền thông đơn giản Mục đích chính của một hệ thống truyền thông là sự trao đổi dữ liệu giữa hai đối tượng truyền thông. Hình 1.1 b thể hiện một ví dụ cụ thể về mô hình truyền thông, đó là sự trao đổi dữ liệu giữa một máy chủ và một máy trạm qua mạng điện thoại công cộng. Những thành phần quan trọng của hệ thống truyền thông trên hình 1.1 bao gồm: a. Thiết bị nguồn (Source): Thiết bị này tạo ra những dữ liệu để được truyền đi; như là những chiếc điện thoại hay máy tính cá nhân (PC) b. Máy phát Dữ liệu được tạo ra bởi một nguồn tin thường không được truyền ngay với dạng ban đầu được tạo ra, mà nó thường được bộ phát chuyển đổi và mã hóa thành dạng tín hiệu điện từ trường để truyền qua các hệ thống truyền dẫn. Ví dụ như hình vẽ 1.1b ta thấy Modem là một máy phát, nó chuyển dòng bit (tín hiệu số) từ máy tính cá nhân thành tín hiệu tương tự để truyền qua mạng điện thoại công cộng (PSTN). c. Hệ thống truyền dẫn 8 Hệ thống truyền dẫn có thể là một đường truyền đơn hoặc là một mạng lưới kết nối thiết bị nguồn và đích. d. Máy thu Máy thu thực hiện việc thu tín hiệu từ hệ thống truyền dẫn và chuyển đổi nó sang dạng tín hiệu mà thiết bị đích sử dụng được. Từ hình vẽ 1.1b ta cũng thấy Modem nhận tín hiệu tương tự đến từ mạng PSTN và chuyển đổi ngược sang dòng tín hiệu số (các bit thông tin) e. Thiết bị đích Thiết bị đích nhận dữ liệu của thiết bị nguồn đã truyền qua mạng tại từ bộ thu. Trên đây chỉ là những ý niệm đơn giản về một mạng truyền thông, còn thực tế thì hệ thống mạng truyền thông bao hàm rất nhiều tính phức tạp về kỹ thuật. Để biết được một số ý tưởng về phạm vi của sự phức tạp này ta xem bảng 1.1, đó là những nhiệm vụ chính cần được thực thi trong một hệ thống truyền thông dữ liệu. STT Nhiệm vụ STT Nhiệm vụ 1 Sự sử dụng hệ thống truyền dẫn 8 Định địa chỉ mạng 2 Giao diện 9 Định tuyến 3 Sự tạo tín hiệu 10 Khôi phục 4 Sự đồng bộ 11 Định dạng bản tin 5 Quản lý giao dịch 12 Bảo mật 6 Phát hiện và sửa lỗi 13 Quản lý mạng 7 Điều khiển luồng dữ liệu Vấn đề đầu tiên đó là sự sử dụng hệ thống truyền dẫn, nó liên quan đến việc sử dụng hiệu quả các phương tiện truyền dẫn để chia sẻ giữa một số lượng lớn các thiết bị truyền thông. Có một số kỹ thuật được sử dụng để nâng cao hiệu suất sử dụng đường truyền, hay nâng cao dung lượng đường truyền. Các kỹ thuật điều khiển tắc nghẽn cũng được ứng dụng để đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải bởi các yêu cầu của các dịch vụ truyền dẫn. Để truyền tin thì một thiết bị cần thiết phải có những “giao diện” với hệ thống truyền dẫn. Tất cả các dạng truyền thông được nghiên cứu trong giáo trình này đều phụ thuộc vào việc sử dụng các tín hiệu điện từ trường mà được truyền qua các phương tiện truyền dẫn. Do đó khi một giao diện được thiết lập thì sự truyền thông yêu cầu cần có “sự tạo tín hiệu”. Các đặc tính của tín hiệu như là dạng tín hiệu, cường độ tín hiệu cần có khả năng truyền qua hệ thống truyền dẫn, và có thể chuyển đổi thành dữ liệu ở máy thu. 9 Không chỉ có tín hiệu dữ liệu được truyền trong hệ thống truyền dẫn và máy thu mà còn cần một số dạng tín hiệu “đồng bộ” giữa máy phát và máy thu. Máy thu cần có thể xác định được tín hiệu lúc bắt đầu và khi nó kết thúc, cũng như biết được chiều dài của mỗi thành phần tín hiệu. Ngoài những vấn đề cơ bản trong việc lựa chọn tính chất, sự quyết định thời gian của các tín hiệu thì còn một số yêu cầu để truyền thông giữa hai đối tượng là cần phải có sự “quản lý giao dịch”. Nếu như dữ liệu được chuyển đổi ở cả hai hướng trong một khoảng thời gian thì cả hai đối tượng cần phải có sự kết hợp với nhau trong việc truyền thông. Ví dụ như, khi có sự trao đổi thoại giữa hai bên gọi và bên được gọi thì quy trình kết hợp được thực hiện như sau: đầu tiên bên gọi cần phải bấm số cần gọi, tạo tín hiệu để tổng đài biết và tạo tín hiệu chuông đến bên bị gọi; Còn bên bị gọi cần nhấc ống nghe điện thoại mới hoàn thành kết nối giữa hai bên,… Một vấn đề nữa trong hệ thống truyền thông đó là “sự dò và sữa lỗi”. Bởi vì trong tất cả các hệ thống truyền thông luôn tồn tại một số loại lỗi; các tín hiệu được truyền thường bị nhiễu trên đường truyền làm cho “méo” trước khi đến được đích. Và vấn đề điều khiển luồng cũng cần được quan tâm để đảm bảo rằng nguồn tin không làm cho nơi nhận tin bị “tràn” dữ liệu bởi dữ liệu đến nhanh hơn khả năng xử lý và nhận tin của nơi nhận. Tiếp theo chúng ta đề cập đến hai khái niệm khác nhau là “định địa chỉ” và “định tuyến”. Khi một phương tiện truyền dẫn được chia sẻ bởi nhiều thiết bị thì một hệ thống nguồn cần biết chính xác đích (địa chỉ) cần đến. Hệ thống truyền dẫn cần đảm bảo nơi thu nhận được dữ liệu. Hơn nữa hệ thống truyền dẫn có thể là một mạng trong đó có rất nhiều tuyến đường đến đích. Vì thế một tuyến đường xác định qua mạng này cần được lựa chọn. “Định tuyến” là việc chọn một tuyến đường tốt nhất và xác định để thông tin đi từ nguồn đến đích. Sự “khôi phục tín hiệu” là một khái niệm khác hẳn với sự sửa lỗi. Các kỹ thuật khôi phục cần thiết trong các tình huống mà sự trao đổi thông tin bị ngắt vì một lỗi hệ thống nào đó. Đối tượng vừa có thể hồi phục lại các hoạt động tại điểm bị ngắt vừa lấy lại trạng thái của các hệ thống liên quan đến điều kiện ban đầu của sự trao đổi thông tin. Việc “định dạng bản tin” phải làm với một sự thỏa thuận giữa hai bên như là dạng của dữ liệu cần được trao đổi, cần được truyền. Ví dụ như việc cả hai bên truyền thông cùng sử dụng một loại mã nhị phân cho các ký tự. Tiếp đến, việc cung cấp một vài biện pháp “bảo mật” trong hệ thống truyền thông là rất quan trọng. Bên gửi dữ liệu cần được đảm bảo rằng dữ liệu thực sự được [...]... hơn trong chương 3 Mạng cục bộ 12 LAN (Local Area Network) - Mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp thông thường khoảng vài trǎm mét Kết nối được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao ví dụ cáp đồng trục thay cáp quang LAN thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan/tổ chức Các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN Cũng như là các mạng WAN, một mạng. .. thuộc vào loại mạng được sử dụng; các chuẩn khác nhau đã được phát triển cho các mạng khác nhau như chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, LANs, Chức năng của lớp truy cập mạng như sau: - Cung cấp cho hệ thống phương thức để truyền dữ liệu trên các thiết bị phần cứng vật lý khác nhau của mạng - Đóng gói các đơn vị dữ liệu IP (IP datagram) vào các frame truyền trên mạng và việc ánh xạ các địa chỉ IP thành. .. chỉ máy tính đích và PDU giao vận Lớp truy nhập mạng sử dụng thông tin này để xây dựng một PDU mạng PDU giao vận là một trường dữ liệu của PDU mạng và phần đầu PDU 20 mạng bao gồm thông tin có liên quan đến các địa chỉ máy tính nguồn và đích Chú ý rằng phần đầu giao vận không có thể nhìn thấy được ở lớp truy cập mạng (hay nó vấn được coi là dữ liệu ở lớp truy cập mang); lớp truy cập mạng không quan tâm... WAN, một mạng cục bộ là một mạng truyền thông mà liên nối một số lượng các thiết bị và cung cấp sự trao đổi thông tin giữa các thiết bị này Tuy vậy có một số sự so sánh quan trọng giữa LAN và WAN như sau: 1- Phạm vi của LAN là nhỏ, thường thì trong một tòa nhà hay một phanà của tòa nhà Sự khác nhau trong phạm vi địa lý sẽ dẫn đến sự khác nhau trong các giải pháp kỹ thuật 2- LAN được sử dụng bởi cùng... vực viễn thông 27 Chương 2 Sự truyền dẫn và phương tiện truyền dẫn dữ liệu 2.1 Truyền dẫn dữ liệu Sự truyền dẫn dữ liệu thành công tùy thuộc một cách nguyên lý vào hai yếu tố là: chất lượng của tín hiệu phát và đặc tính của phương tiện truyền dẫn 2.2.1 Các khái niệm và thuật ngữ cơ bản Thuật ngữ truyền dẫn Truyền dẫn dữ liệu xảy ra giữa bộ thu và bộ phát qua một số môi trường truyền dẫn Môi trường truyền... lớp mạng với chỉ thị là truyền PDU này đến máy tính đích Để thỏa mãn yêu cầu này, giao thức truy cập mạng phải hiện dữ liệu ra trong mạng với một yêu cầu nào đó cho truyền dẫn Cũng như trước, hoạt động này đòi hỏi sử dụng thông tin điều khiển Giao thức truy cập mạng nối thêm dữ liệu phần đầu truy nhập mạng với dữ liệu mà nó nhận được ở lớp giao vận, đó chính là sự tạo ra một PDU truy cập mạng Các thành. .. hiện ra hai mạng truyền thông chủ yếu là mạng diện rộng (WAN) và mạng cục bộ (LAN) Sự so sánh giữa hai mạng này thể hiện ở cả lĩnh vực công nghệ cũng như ứng dụng 11 Hình 1.3 Mô hình truyền thông đơn giản Mạng diện rộng Mạng diện rộng được biết đến là loại mạng máy tính bao phủ một vùng địa lý rộng lớn Một cách điển hình, một WAN bao gồm một số lượng các node chuyển mạch liên nối với nhau Một sự truyền... các thiết bị mạng Còn với WAN, thì tổ chức sử dụng mạng chưa hẳn đã sở hữu các thiết bị mạng, một số thiết bị được sở hữu bởi nhà cung cấp dịch vụ Hơn nữa với mạng LAN việc quản lý và bảo dưỡng mạng là do chính người sử dụng thực hiện 3- Tốc tộ bên trong của LANs thường cao hơn tốc độ đó của WANs Có thể có nhiều cách bố trí (topology) cho các LAN quảng bá Hình 1.4 nêu ra hai loại Trong một mạng Bus (tức... một mô hình có 3 máy tính kết nối tới mạng Mỗi PC gồm phần mềm ở lớp truy cập mạng và lớp giao vận, và phần mềm ở lớp ứng dụng cho 1 hay nhiều ứng dụng Để truyền thông thành công, tất cả các thực thể trong toàn hệ thống phải có một địa chỉ duy nhất Thực tế ta cần hai mức địa chỉ Mỗi một máy tính trên mạng cần một địa chỉ mạng duy nhất; nó cho phép mạng phân phát dữ liệu đến máy tính thích hợp Mỗi một... Thực thể giao vận gửi dữ liệu có thể bao gồm một mật mã mà có một hàm của các nội dung của số dư của PDU Giao thức giao vận bên nhận sẽ thực thi cùng một cách tính toán và so sánh kết quả với mật mã đến Nến có kết quả khác biệt thì sẽ xảy ra một vài lỗi trên đường trường Trong trường hợp này bên nhận sẽ loại PDU và thực hiện một số hoạt động cần thiết 19 Hình 1.8 Các đơn vị dữ liệu giao thức Bước tiếp . và so sánh một số công nghệ dùng cho kết nối WAN. 179 Chương 7. Họ giao thức TCP/IP và mạng Internet 181 7.1 Lịch sử phát triển củaTCP/IP và mạng Internet 181 7.2 Giao thức TCP/IP 182 7.2.1 So. thức BSC (Binary Synchonous Communication) 95 3.8.3. Giao thức PPP 96 Chương 4. Tầng mạng 99 4.1. Vai trò của tầng mạng 99 4.2. Các dịch vụ cung cấp cho tầng mạng 99 4 4.3. Tổ chức các kênh truyền. về truyền số liệu 54 3.1.1. Các chế độ truyền thông 54 3.1.2. Các chế độ truyền 54 3.1.3. Kiểm so t lỗi 55 3.1.4. Điều khiển luồng 56 3.1.5. Các giao thức liên kết dữ liệu 56 3.1.6. Mã truyền