Luận văn tốt nghiệp mạng máy tính và tcp ip

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Mạng máy tính ngày đà trở thành phần quan trọng ngành truyền thông Trên giới, ban đầu có vài mạng máy tính đợc đa vào sử dụng viện nghiên cứu phục vụ quốc phòng Cùng với thời gian, khoa học công nghệ phát triển, mạng máy tính đà có mặt khắp nơi từ trờng học, công ty đến học viện Mục đích đời mạng máy tính để chia sẻ tài nguyên hệ thống, để trao đổi thông tin Ta biết thời đại thông tin nay, khối lợng thông tin ngày phong phú, đa dạng vấn đề xếp khèi th«ng tin khỉng lå mét khoa häc, dƠ truy tìm, dễ trao đổi, sử dụng cách nhanh chóng vấn đề cấp bách Hiện nay, ứng dụng công nghệ thông tin sản xuất phát triển kinh tế mục tiêu hàng đầu quốc gia Mạng máy tính trở thành lĩnh vực nghiên cứu, phát triển ứng dụng cốt lõi công nghệ thông tin, bao gồm nhiều vấn đề từ kiến trúc, đến nguyên lý thiết kế, cài đặt mô hình ứng dụng Mạng viễn thông nói chung máy tính nói riêng công cụ thiếu hoạt động máy nhà nớc, doanh nghiệp, trờng học, nhiều lĩnh vực sản xuất khác Nó đóng vai trò nh cầu nối để trao đổi thông tin phủ, tổ chức xà hội ngời với Trong thời gian nghiên cứu đợc hớng dẫn tận tình thầy Nguyễn Khắc Kiểm thầy cô giáo môn Hệ Thống Viễn Thông trờng đại học Bách Khoa Hà Nội tài liệu em đà hoàn thành đồ ¸n tèt nghiƯp lý thut vỊ m¹ng m¸y tÝnh, c¸c giao thức truyền thông ứng dụng bao gồm kiến thức loại mạng, mô hình mạng, kiến trúc mạng, thiết bị kết nối mạng, mô hình OSI, TCP/IP Với mong muốn tìm hiểu kỹ công nghệ thông tin, mạng máy tính xây dựng, ứng dụng tối đa tiện ích mà mạng máy tính mang lại lĩnh vực truyền thông phát phần mềm Trong thời gian vừa qua đợc hớng dẫn thầy Nguyễn Khắc Kiểm em đà tìm hiểu vấn đề nghiên cứu Mạng Mạng máy tính TCP/IP làm đồ án tốt nghiệp làm đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp Chơng I tổng quan mạng máy tính 1.1 Sự hình thành mạng máy tính Từ năm 1960 đà xuất mạng nối máy tính Terminal để sử dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí muốn thông tin trao đổi số liệu sử dụng công tác văn phòng cách tiện lợi Hiện với việc tăng nhanh máy tính mini máy tính cá nhân làm tăng yêu cầu truyền số liệu máy tính, giũa Terminal, Terminal với máy tính động lực thúc đẩy đời phát triển ngày mạnh mẽ mạng máy tính Quá trình hình thành mạng máy tính tóm tắt qua giai đoạn sau: Giai đoạn Terminal nối trực tiếp với máy tính: Đây giai đoạn mạng máy tính, để tận dụng công suất máy tính ngời ta ghép nối Terminal vào máy tính đợc gọi máy tính trung tâm Giai đoạn tiền xử lý (Prontal): giai đoạn trung tâm quản lý truyền tin tới Terminal, giai đoạn máy tính trung tâm quản lý trun tin tíi c¸c bé tËp trung qua c¸c bé ghÐp nèi ®iỊu khiĨn ®êng trun Ta cã thĨ thay ghép nối đờng truyền máy tính mini gọi Prontal, tiền xử lí Giai đoạn mạng máy tính: Vào năm 1970 ngời ta bắt đầu xây dựng mạng truyền thông thành phần nút mạng gọi chuyển mạch dùng để hớng thông tin tới đích Các mạng đợc nối với đờng truyền máy tính xử lí thông tin ngời dùng trạm cuối đợc nối trực tiếp vào nút mạng để cần trao đổi thông tin qua mạng Các nút mạng thờng máy tính nên đồng thời đóng vai trò ngời sử dụng Chức nút mạng: +Quản lý truyền tin, quản lý mạng Nh máy tính ghép nối với hình thành mạng máy tính, ta thấy mạng truyền thông ghép nối máy tính với nên khái niệm mạng máy tính mạng truyền thông không phân biệt Việc hình thành mạng máy tính nhằm đạt mục đích sau: Đồ án tốt nghiệp Tận dụng làm tăng giá trị tài nguyên Chinh phục khoảng cách Tăng chất lợng hiệu khai thác xử lí thông tin Tăng độ tin cậy hệ thống nhờ khả thay xay cố máy tính Nh vậy: Mạng máy tính tập hợp máy tính đợc ghép với ®êng trun vËt lý theo mét kiÕn tróc nµo ®ã 1.2 Các yếu tố mạng máy tính 1.2.1 Đờng truyền vật lý: Đờng truyền vật lý thành phần để chuyển tín hiệu điện tử máy tính Các tín hiệu điện tử biểu thị liệu dới dạng xung nhị phân Tất tín hiệu truyền máy tính dạng sóng điện từ có tần số trải từ cực ngắn tới tần số tia hồng ngoại Tuỳ theo tần số sóng điện từ mà dùng đờng truyền vật lý khác để truyền +Các tần số Radio truyền cáp điện phơng tiện quảng bá (broadcast) +Sóng cực ngắn đợc dùng để truyền trạm mặt đất vệ tinh Hoặc dùng để truyền từ trạm phát tới trạm thu +Tia hồng ngoại lý tởng truyền thông mạng Nó truyền từ điểm tới điểm quảng bá từ điểm tới máy thu Tia hồng ngoại loại tia sáng tần số cao truyền đợc qua cáp sợi quang Những đặc trng đờng truyền vật lý : Dải thông, độ suy hao, độ nhiễu điện từ Dải thông đờng truyền độ đo phạm vi tần số mà đờng truyền đáp ứng đợc Dải thông phụ thuộc vào độ dài cáp, đờng kính sợi cáp, vật liệu dùng chế tạo cáp Thông lợng đờng truyền (thoughput) tốc độ truyền liệu đờng truyền đơn vị thời gian.Thông lợng đờng truyền phản ánh hiệu sử dụng đờng truyền Độ suy hao giá trị phản ánh mức ®é suy u cđa tÝn hiƯu ®êng trun qua mét đơn vị độ dài cáp Đồ án tốt nghiệp Độ nhiễu điện từ khả làm nhiễu tín hiệu đờng truyền cáp qua vùng có sóng điện từ Có hai loại đờng truyền: hữu tuyến, vô tuyến đợc sử dụng kết nối mạng máy tính Đờng truyền hữu tuyến gồm cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp sợi quang; đờng truyền vô tuyến gồm sóng radio, sóng cực ngắn, tia hồng ngoại Tuy nhiên thiết kế dây cho mạng máy tính ngời ta phải ý tới nhiều tham số khác nh: giá thành, khả chịu nhiệt, khả chống chịu ẩm, khả uốn cong 1.2.2 Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng máy tính bao gồm cách ghép nối vật lý máy tính với quy tắc, quy ớc mà tất thể tham gia hệ thống mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Cách máy tính đợc ghép nối với đợc gọi topology mạng quy ớc truyền thông đợc gọi giao thøc (Protocol) Topology: Ngêi ta ph©n biƯt hai kiĨu nèi mạng vật lý kiểu điểm điểm kiểu quảng bá (Broadcasting hay Point-To-multipoint) +Kiểu điểm - điểm: §êng trun nèi tõng cỈp nót víi TÝn hiƯu ®i tõ nót ngn ®Õn nót trung gian råi chun tiếp tới đích +Kiểu quảng bá: Với kiểu quảng bá tất nút chung đờng truyền vật lý Dữ liệu đợc gửi từ nút đợc tiếp nhận nút lại, gói tin phải có vùng địa đích cho phép nút kiểm tra có phải tin không Cấu trúc dạng bus hay dạng vòng cần chế trọng tài ®Ĩ gi¶i qut ®ơng ®é (collision) nhiỊu nót mn truyền tin đồng thời Trong cấu trúc dạng vệ tinh radio nút cần có anten thu phát 1.2.3 Giao thức mạng (network protocol) Việc trao đổi thông tin nút với cần phải tuân theo số quy tắc, quy ớc định Chẳng hạn, hai ngời nói chuyện với phải tuân theo quy tắc: Khi ngời nói ngời phải nghe ngợc lại Việc truyền thông tin mạng phải tuân theo quy tắc quy ớc nhiều mặt nh: khuôn dạng liệu gửi đi, thủ tục gửi nhận, kiểm soát liệu xử lí lỗi xử lí cố Chẳng hạn mạng lới giao Đồ án tốt nghiệp thông công cộng phát triển số quy tắc đề phải nhiều, phải chặt chẽ phải phức tạp Tập hợp quy tắc, quy ớc để đảm bảo trao đổi xử lý thông tin mạng gọi giao thức Các mạng đợc thiết kế khác tuân theo số giao thức khác nhau, nhiên ngời ta đa số giao thức chuẩn đợc dùng mạng khác Chơng Phân loại mạng máy tính Ngời ta phân loại mạng máy tính khác tuỳ theo yếu tố đợc chọn nh: Khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch, kiến trúc mạng, chế hoạt động mạng 2.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố để phân loại mạng mạng đợc phân thành: mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu +Mạng cục (Local Area Network - LAN) mạng đợc cài đặt phạm vi tơng đối nhỏ (trong nhà, phòng ban công ty ) với đờng kính giới hạn khoảng vài chục Km +Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN) mạng đợc cài đặt phạm vi thành phố, trung tâm kinh tế phạm vi cài đặt hàng trăm Km +Mạng diện rộng (Wide Area Network - WAN) mạng có phạm vi hoạt động vùng, khu vực vợt qua biên giới quốc gia +Mạng toàn cầu (Global Area Network - GAN) phạm vi mạng trải rộng khắp lục địa trái đất 2.2 Phân lo¹i theo kü tht chun m¹ch NÕu lÊy kü tht chuyển mạch so sánh phân chia mạng thành: Mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói, mạng chuyển mạch thông báo a) Mạng chuyển mạch kênh (Circuit - swiched Network): Đồ án tốt nghiệp Đây mạng mà thực thể muốn liên lạc với chúng phải tạo trì kênh liên tục kết thúc trình thông tin Phơng pháp chuyển mạch có hai nhợc điểm chính: + Hiệu suất sử dụng đờng truyền không cao +Mất nhiều thời gian cho việc thiêt lập kênh cố định thông tin hai thực thể b) Mạng chuyển mạch thông báo (Message -swiched Network): Trong mạng chuyển mạch thông báo cho việc chọn đờng cho thông báo tới đích đợc thực nút mạng Các nút vào địa đích thông báo ®Ĩ qut ®Þnh chän ®Õn nót kÕ tiÕp cho thông báo đờng dẫn tới đích Nh nút cần lu trữ tạm thời thông báo, đọc thông báo quản lý việc chuyển tiếp thông báo Phơng pháp chuyển mạch thông báo có u ®iĨm sau: +HiƯu st sư dơng ®êng trun cao kênh thông tin cố định +Mỗi nút mạng lu trữ thông báo đờng truyền khả dụng truyền nên giảm đợc tình trạng tắc nghẽn mạng +Có thể điều khiển truyền tin cách xếp mức độ u tiên cho thông báo +Trong mạng chuyển mạch thông báo làm tăng hiệu suất sử dụng dải thông mạng cách gán địa quảng bá cho thông báo đến nhiều đích khác +Nhợc điểm chủ yếu chuyển mạch thông báo ttrờng hợp thông báo dài bị lỗi, phải truyền lại thông báo nên hiệu suất không cao Phơng pháp thích hợp với mạng truyền th tín điện tử(Electronic mail) c) M¹ng chun m¹ch gãi (Packet -swiched Network): Trong m¹ng chun mạch thông báo đợc chia nhiều gói nhỏ (packet), độ dài khoảng 256 bytes, có khuôn dạng tuỳ theo chuẩn quy định Các gói tin có chứa thông tin điều khiển địa nguồn, ®Þa chØ ®Ých cho gãi tin, sè thø tù gãi tin, thông tin kiểm tra lỗi Do gói tin thông báo đợc gửi theo nhiều đờng khác tới đích thời điểm khác nhau, nơi nhận vào thông tin gói tin xếp lại chúng theo thứ tự Đồ án tốt nghiệp Ưu ®iĨm cđa chun m¹ch gãi: +M¹ng chun m¹ch gãi cã hiệu suất hiệu cao mạng chuyển mạch thông báo kích thớc gói tin nhỏ nên nút mạng xử lí toàn gói tin mà không cần phải lu trữ đĩa +Mỗi đờng truyền chiếm thời gian ngắn, chúng dùng đờng đợc tới đích +Khả dòng độ bít cao Nhợc điểm: +Vì thời gian truyền tin ngắn nên thời gian chuyển mạch lớn tốc độ truyền không cao +Việc tập hợp lại gói tin ban đầu nguyên tắc thực đợc nhng khó khăn, đặc biệt gói tin truyền theo nhiều đờng khác +Đối với ứng dụng phụ thuộc thời gian thực việc gói tin tới đích không theo thứ tự nhợc điểm quan trọng cần phải khắc phục Tuy hạn chế nhng có u điểm tính mềm dẻo, hiệu suất cao nên mạng chuyển mạch gói đợc phổ biến 2.3 Phân loại theo chế hoạt động Trong môi trờng mạng máy tính có chế hoạt động là: peer-topeer client/server Môi trờng peer-to-peer máy chuyên phục vụ cho công việc nào, môi trờng client/server phải có máy đợc dành riêng để phục vụ mục đích khác Mạng dựa máy phục vụ: Trong mạng có máy chuyên phục vụ cho mục đích khác Máy phục vụ chuyên dụng hoạt động nh ngời phục vụ không kiêm vai trò trạm làm việc hay máy khách Các máy phục vụ chuyên dụng đợc tối u hoá để phục vụ nhanh yêu cầu khách hàng mạng Các loại máy phục vụ chuyên dụng thờng thấy nh: +M¸y phơc vơ tËp tin / in Ên (file/print server) +Máy phục vụ chơng trình ứng dụng (application server) +Máy phục vụ th tín (mail server) Đồ án tèt nghiƯp +M¸y phơc vơ fax (fax server) +M¸y phơc vụ truyền thông (communication server) Một u điểm quan trọng mạng dựa máy phục vụ có tính an toàn bảo mật cao Hầu hết mạng thực tế (nhất mạng lớn) dựa máy phục vụ Mạng ngang hàng: Không tồn cấu trúc phân lớp mạng Mọi máy tính bình đẳng Thông thờng, máy tính kiêm hai vai trò máy khách máy phục vụ, không máy đợc định chịu trách nhiệm quản lý mạng Ngời dùng máy tự định phần liệu máy họ đợc dùng chung mạng Thông thờng mạng ngang hàng thích hợp cho mạng có quy mô nhỏ (chẳng hạn nh nhóm làm việc) không yêu cầu phải có tính bảo mật 2.4 Phân loại mạng theo kiến trúc Ngời ta phân loại mạng theo kiến trúc (topology protocol) nh mạng SNA, mạng ISO, mạng TCP/IP Chơng Kiến trúc phân tầng mô hình ISO 3.1 Kiến trúc phân tầng Để giảm độ phức tạp thiêt kế cài đặt mạng,các mạng máy tính đợc tổ chức thiết kế theo kiểu phân tầng (layering) Trong hệ thống thành phần mạng đợc tổ chức thành cấu trúc đa tầng, tầng đợc xây dựng tầng trớc đó; cung cấp số dịch vụ cho tầng cao Số lợng tầng nh chức tầng tuỳ thuộc vào nhà thiết kế Ví dụ cấu trúc phân tầng m¹ng SNA cđa IBM, m¹ng DECnet cđa Digital, m¹ng ARPANET có khác Nguyên tắc cấu trúc phân tầng (Số lợng tầng, chức tầng nh nhau) Tầng i hệ thống A hội thoại với tầng i hệ thống B, quy tắc quy ớc dùng hội thoại gọi giao thức mức I Giữa hai tầng kề tồn giao diện (interface) xác định thao tác nguyên thuỷ tầng dới cung cấp nên tầng Đồ án tốt nghiệp Trong thực tế liệu không truyền trực tiếp từ tầng i hệ thống sang tầng i hệ thống khác (trừ tầng thấp trực tiếp sử dụng đờng truyền vật lý để truyền sâu bít (0.1) từ hệ thống sang hệ thống khác) Dữ liệu đợc truyền từ hƯ thèng gưi (sender) sang hƯ thèng nhËn (receiver) b»ng đờng truyền vật lý nh liệu lại ngợc lên tầng Nh hai hệ thống liên kết với nhau, tầng thấp có liên kết vật lý tầng cao có liên kết logic (liên kết ảo) đợc đa vào để hình thức hoá hoạt động mạng thuận tiện choviệc thiết kế cài đặt phần mềm truyền thông Nh để viết chơng trình cho tầng N, phải biết tầng N+1 cần tầng N+1 làm đợc