Giáo trình mạng máy tính (nghề kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính trình độ trung cấp)

SCMT-TC-MĐ14-MMT TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Yêu cầu có tài liệu tham khảo cho sinh viên khoa Công nghệ Thông tin Trường Cao đẳng Nghề ngày trở nên cấp thiết Việc biên soạn tài liệu nằm kế hoạch xây dựng hệ thống giáo trình mơn học Khoa Đề cương giáo trình thông qua Hội đồng Khoa học Khoa Trường Mục tiêu giáo trình nhằm cung cấp cho sinh viên tài liệu tham khảo mơn học Mạng máy tính, giới thiệu khái niệm hệ thống mạng máy tính, đồng thời trang bị kiến thức số kỹ chủ yếu cho việc bảo trì quản trị hệ thống mạng Đây coi kiến thức ban đầu tảng cho kỹ thuật viên, quản trị viên hệ thống mạng Mặc dù có cố gắng để hồn thành giáo trình theo kế hoạch, hạn chế thời gian kinh nghiệm soạn thảo giáo trình, nên tài liệu chắn khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy Khoa bạn sinh viên sử dụng tài liệu Các góp ý xin gửi Khoa Công nghệ thông tin - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ Xin chân thành cảm ơn Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên Nguyễn Phát Minh MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC TRANG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơn học/mơ đun: MẠNG MÁY TÍNH Mã môn học/mô đun: MĐ 14 BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MÁY TÍNH Mã chương: MĐ 14 - 01 Lịch sử mạng máy tính: Giới thiệu mạng máy tính: 10 2.1 Định nghĩa mạng máy tính mục đích việc kết nối mạng: 10 2.2 Đặc trưng kỹ thuật mạng máy tính: 11 Phân loại mạng máy tính: 12 3.1 Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý : 12 3.2 Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch: 13 3.3 Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng: 14 3.4 Phân loại theo hệ điều hành mạng: 14 Giới thiệu mạng máy tính thơng dụng nhất: 14 4.1 Mạng cục bộ: 14 4.2 Mạng diện rộng với kết nối LAN TO LAN: 14 4.3 Liên mạng INTERNET: 15 4.4 Mạng INTRANET: 15 CÂU HỎI ÔN TẬP: 15 Hiểu mạng máy tính Hãy trình bày tóm tắt chức thành phần chủ yếu mạng máy tính ? 15 BÀI 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG MỞ OSI 17 Mã chương: MĐ 14 - 02 17 Mơ hình tham khảo OSI: 17 Các giao thức mơ hình OSI 21 Các chức chủ yếu tầng mơ hình OSI: 22 3.1 Tầng 1: Vật lý (Physical) 22 3.2 Tầng 2: Liên kết liệu (Data link) 23 3.3 Tầng 3: Mạng (Network) 24 3.4 Tầng 4: Vận chuyển (Transport): 25 3.5 Tầng 5: Giao dịch (Session): 26 3.6 Tầng 6: Trình bày (Presentation) 27 3.7 Tầng 7: ứng dụng (Application) 28 CÂU HỎI ÔN TẬP: 28 BÀI 3: TÔ PÔ MẠNG 30 Mã chương: MĐ 14 - 03 30 Mạng cục : 30 Kiến trúc mạng cục : 30 2.1 Mạng hình sao: 31 2.2 Mạng trục tuyến tính (Bus): 31 2.3 Mạng hình vòng: 32 2.4 Kết nối hỗn hợp: 33 CÂU HỎI ÔN TẬP: 33 PHẦN THỰC HÀNH: 33 BÀI 4: CÁP MẠNG VÀ VẬT TẢI TRUYỀN 35 Mã chương: MĐ 14 - 04 35 Các thiết bị mạng thông dụng 35 1.1 Các loại cáp truyền 35 1.1.1 Cáp đôi dây xoắn (Twisted pair cable) 35 1.1.2 Cáp đồng trục (Coaxial cable) băng tần sở 36 1.1.3 Cáp đồng trục băng rộng (Broadband Coaxial Cable) 36 1.1.4 Cáp quang 37 Các thiết bị ghép nối 37 2.1 Card giao tiếp mạng (Network Interface Card viết tắt NIC) 38 2.2 Bộ chuyển tiếp (REPEATER ) 38 2.3 Các tập trung (Concentrator hay HUB) 38 2.4 Switching Hub (hay gọi tắt switch) 38 2.5 Modem 39 2.6 Multiplexor - Demultiplexor 39 2.7 Router 39 Một số kiểu nối mạng thông dụng chuẩn 39 3.1.Các thành phần thơng thường mạng cục gồm có 40 3.2 Kiểu 10BASE5: 41 3.3 Kiểu 10BASE2: 42 3.4 Kiểu 10BASE-T 44 3.5 Kiểu 10BASE-F 44 CÂU HỎI ÔN TẬP : 44 BÀI THỰC HÀNH: 45 BÀI 5: GIỚI THIỆU GIAO THỨC TCP/IP 47 Mã chương: MĐ 14 - 05 47 Giao thức IP 47 1.1 Họ giao thức TCP/IP 47 1.2 Chức - Giao thức liên mạng IP(v4) 50 1.3 Địa IP 51 1.4 Cấu trúc gói liệu IP 53 1.5 Phân mảnh hợp gói IP 55 1.6 Định tuyến IP 57 Một số giao thức điều khiển 58 2.1 Giao thức ICMP 58 2.2 Giao thức ARP giao thức RARP 60 2.3 Giao thức lớp chuyển tải (Transport Layer) 62 2.3.1 Giao thức TCP 62 2.3.2 Cấu trúc gói liệu TCP 63 2.3.3 Thiết lập kết thúc kết nối TCP 64 CÂU HỎI ÔN TẬP: 65 BÀI THỰC HÀNH: 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơn học/mơ đun: MẠNG MÁY TÍNH Mã mơn học/mơ đun: MĐ 14 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun:  Vị trí: Mơn học bố trí sau sinh viên học xong môn học chung, môn học sở chuyên ngành đào tạo chun mơn nghề  Tính chất: Là mơn học sở chuyên ngành bắt buộc  Ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: Mục tiêu mơn học/mơ đun:  Về kiến thức: o Trình bày lịch sử mạng máy tính o Phân biệt thiết bị mạng o Nắm rõ chức tầng mơ hình OSI o Trình bày mơ hình mạng thường dùng  Về kỹ năng: o Cài đặt hệ thống mạng o Bấm chuẩn dây mạng  Về lực tự chủ trách nhiệm: o Nghiêm túc, tỉ mỉ q trình tiếp cận với cơng cụ o Chủ động sáng tạo tìm kiếm ứng dụng quản trị mạng cho mơ hình o Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an toàn cho người phương tiện học tập Nội dung môn học/mô đun: Thời gian Số TT I Tên chương ,mục Tổng số Tổng quan cơng nghệ mạng máy tính Lý thuyết Thực Kiểm tra* hành Bài (LT tập hoặcTH) Lịch sử mạng máy tính Giới thiệu mạng máy tính Đặc trưng mạng máy tính Phân loại mạng máy tính II Mơ hình OSI Mơ hình tham khảo OSI Các giao thức mơ hình OSI Các chức chủ yếu tầng mơ hình OSI III Tơ pơ mạng 13 25 17 10 60 30 27 Mạng cục Kiến trúc mạng cục IV Cáp mạng vật tải truyền Các thiết bị mạng thông dụng Các thiết bị ghép nối Một số kiểu nối mạng thông dụng chuẩn V Giới thiệu giao thức TCP/IP Mơ hình tham chiếu giao thức TCP/IP Một số giao thức điều khiển Cộng BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MÁY TÍNH Mã chương: MĐ 14 - 01 Giới thiệu: Trong chương trình bày nội dung q trình lịch sử hình thành mạng máy tính khái niệm mạng máy tính Mục tiêu bài:  Trình bày hình thành phát triển mạng máy tính  Mơ tả đặc trưng mạng máy tính  Phân loại xác định đuợc kiểu thiết kế mạng máy tính thơng dụng  Thực thao tác an tồn với máy tính Nội dung chính: Lịch sử mạng máy tính: Mục tiêu: Trình bày hình thành phát triển mạng máy tính Vào năm 50 hệ máy tính đưa vào hoạt động thực tế với bóng đèn điện tử chúng có kích thước cồng kềnh tốn nhiều lượng Hồi việc nhập liệu vào máy tính thơng qua bìa mà người viết trình đục lỗ sẵn Mỗi bìa tương đương với dòng lệnh mà cột có chứa tất ký tự cần thiết mà người viết trình phải đục lỗ vào ký tự lựa chọn Các bìa đưa vào "thiết bị" gọi thiết bị đọc bìa mà qua thơng tin đưa vào máy tính (hay gọi trung tâm xử lý) sau tính tốn kết đưa máy in Như thiết bị đọc bìa máy in thể thiết bị vào (I/O) máy tính Sau thời gian hệ máy đưa vào hoạt động máy tính trung tâm nối với nhiều thiết bị vào (I/O) mà qua thực liên tục hết chương trình đến chương trình khác Cùng với phát triển ứng dụng máy tính phương pháp nâng cao khả giao tiếp với máy tính trung tâm đầu tư nghiên cứu nhiều Vào năm 60 số nhà chế tạo máy tính nghiên cứu thành cơng thiết bị truy cập từ xa tới máy tính họ Một phương pháp thâm nhập từ xa thực việc cài đặt thiết bị đầu cuối vị trí cách xa trung tâm tính tốn, thiết bị đầu cuối liên kết với trung tâm việc sử dụng đường dây điện thoại với hai thiết bị xử lý tín hiệu (thường gọi Modem) gắn hai đầu tín hiệu truyền thay trực tiếp thơng qua dây điện thoại Hình 1.1: Mơ hình truyền liệu từ xa Những dạng thiết bị đầu cuối bao gồm máy đọc bìa, máy in, thiết bị xử lý tín hiệu, thiết bị cảm nhận Việc liên kết từ xa thực hiên thơng qua vùng khác dạng hệ thống mạng Trong lúc đưa giới thiệu thiết bị đầu cuối từ xa, nhà khoa học triển khai loạt thiết bị điều khiển, thiết bị đầu cuối đặc biệt cho phép người sử dụng nâng cao khả tương tác với máy tính Một sản phẩm quan trọng hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 IBM Hệ thống bao gồm hình, hệ thống điều khiển, thiết bị truyền thơng liên kết với trung tâm tính toán Hệ thống 3270 giới thiệu vào năm 1971 sử dụng dùng để mở rộng khả tính tốn trung tâm máy tính tới vùng xa Ðể làm giảm nhiệm vụ truyền thông máy tính trung tâm số lượng liên kết máy tính trung tâm với thiết bị đầu cuối, IBM cơng ty máy tính khác sản xuất số thiết bị sau:  Thiết bị kiểm sốt truyền thơng: có nhiệm vụ nhận bit tín hiệu từ kênh truyền thơng, gom chúng lại thành byte liệu chuyển nhóm byte tới máy tính trung tâm để xử lý, thiết bị thực công việc ngược lại để chuyển tín hiệu trả lời máy tính trung tâm tới trạm xa Thiết bị cho phép giảm bớt thời gian xử lý máy tính trung tâm xây dựng thiết bị logic đặc trưng  Thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối: cho phép lúc kiểm soát nhiều thiết bị đầu cuối Máy tính trung tâm cần liên kết với thiết bị phục vụ cho tất thiết bị đầu cuối gắn với thiết bị kiểm soát Ðiều đặc biệt có ý nghĩa thiết bị kiểm sốt nằm cách xa máy tính cần sử dụng đường điện thoại phục vụ cho nhiều thiết bị đầu cuối Hình 1.2: Mơ hình trao đổi mạng hệ thống 3270 Vào năm 1970, thiết bị đầu cuối sử dụng phương pháp liên kết qua đường cáp nằm khu vực đời Với ưu điểm từ nâng cao tốc độ truyền liệu qua kết hợp khả tính tốn máy tính lại với Ðể thực việc nâng cao khả tính tốn với nhiều máy tính nhà sản xuất bắt đầu xây dựng mạng phức tạp Vào năm 1980 hệ thống đường truyền tốc độ cao thiết lập Bắc Mỹ Châu Âu từ xuất nhà cung cấp dịnh vụ truyền thông với đường truyền có tốc độ cao nhiều lần so với đường dây điện thoại Với chi phí thuê bao chấp nhận được, người ta sử dụng đường truyền để liên kết máy tính lại với bắt đầu hình thành mạng cách rộng khắp Ở nhà cung cấp dịch vụ xây dựng đường truyền liệu liên kết thành phố khu vực với sau cung cấp dịch vụ truyền liệu cho người xây dựng mạng Người xây dựng mạng lúc không cần xây dựng lại đường truyền mà cần sử dụng phần lực truyền thông nhà cung cấp Vào năm 1974 công ty IBM giới thiệu loạt thiết bị đầu cuối chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng thương mại, thông qua dây cáp mạng thiết bị đầu cuối truy cập lúc vào máy tính dùng chung Với việc liên kết máy tính nằm khu vực nhỏ tòa nhà khu nhà tiền chi phí cho thiết bị phần mềm thấp Từ việc nghiên cứu khả sử dụng chung môi trường truyền thơng tài ngun máy tính nhanh chóng đầu tư Vào năm 1977, cơng ty Datapoint Corporation bắt đầu bán hệ điều hành mạng "Attached Resource Computer Network" (hay gọi tắt Arcnet) thị trường Mạng Arcnet cho phép liên kết máy tính trạm đầu cuối lại dây cáp mạng, qua trở thành hệ điều hành mạng cục Từ đến có nhiều cơng ty đưa sản phẩm mình, đặc biệt máy tính cá nhân sử dụng cánh rộng rãi Khi số lượng máy vi tính văn phịng hay quan tăng lên nhanh chóng việc kết nối chúng trở nên vô cần thiết mang lại nhiều hiệu cho người sử dụng Ngày với lượng lớn thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày cao Mạng máy tính trở nên quen thuộc chúng ta, lĩnh vực khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục Hiện nhiều nơi mạng trở thành nhu cầu thiếu Người ta thấy việc kết nối máy tính thành mạng cho khả to lớn như:  Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên mạng (như thiết bị, chương trình, liệu) trở thành tài nguyên chung thành viên mạng tiếp cận mà khơng quan tâm tới tài nguyên đâu  Tăng độ tin cậy hệ thống: Người ta dễ dàng bảo trì máy móc lưu trữ (backup) liệu chung có trục trặc hệ thống chúng khơi phục nhanh chóng Trong trường hợp có trục trặc trạm làm việc người ta sử dụng trạm khác thay  Nâng cao chất lượng hiệu khai thác thông tin: Khi thông tin sữ dụng chung mang lại cho người sử dụng khả tổ chức lại công việc với thay đổi chất như: o Ðáp ứng nhu cầu hệ thống ứng dụng kinh doanh đại o Cung cấp thống liệu o Tăng cường lực xử lý nhờ kết hợp phận phân tán o Tăng cường truy nhập tới dịch vụ mạng khác 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 làm để truy xuất thông tin cách nhanh chóng tối ưu nhất, việc xử lý thơng tin mạng q nhiều đơi làm tắc nghẽn mạng gây thông tin cách đáng tiếc Hiện việc có hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an tồn với lợi ích kinh tế cao quan tâm Một vấn đề đặt có nhiều giải pháp công nghệ, giải pháp có nhiều yếu tố cấu thành, yếu tố có nhiều cách lựa chọn Như để đưa giải pháp hồn chỉnh, phù hợp phải trải qua trình chọn lọc dựa ưu điểm yếu tố, chi tiết nhỏ Ðể giải vấn đề phải dựa yêu cầu đặt dựa công nghệ để giải Nhưng công nghệ cao chưa công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt công nghệ phù hợp Giới thiệu mạng máy tính: Mục tiêu: Mơ tả đặc trưng mạng máy tính 2.1 Định nghĩa mạng máy tính mục đích việc kết nối mạng:  Nhu cầu việc kết nối mạng máy tính: Việc nối máy tính thành mạng từ lâu trở thành nhu cầu khách quan vì: - Có nhiều công việc chất phân tán thông tin, xử lý hai địi hỏi có kết hợp truyền thơng với xử lý sử dụng phương tiện từ xa - Chia sẻ tài nguyên mạng cho nhiều người sử dụng thời điểm (ổ cứng, máy in, ổ CD ROM ) - Nhu cầu liên lạc, trao đổi thơng tin nhờ phương tiện máy tính - Các ứng dụng phần mềm đòi hòi thời điểm cần có nhiều người sử dụng, truy cập vào sở liệu  Định nghĩa mạng máy tính Nói cách ngắn gọn mạng máy tính tập hợp máy tính độc lập (autonomous) kết nối với thông qua đường truyền vật lý tuân theo quy ước truyền thông Khái niệm máy tính độc lập hiểu máy tính khơng có máy có khả khởi động đình máy khác 10 Netid Hostid Subnetid Netid Hostid Subnetid Netid Lớp A Subnetid Hostid Lớp B Lớp C Hình 5.4: Bổ sung vùng Subnetid Ví dụ: 17.1.1.1 địa lớp A có địa mạng 17, địa subnet 1, địa host 1.1 129.1.1.1 địa lớp B có địa mạng 129.1, địa subnet 1, địa host 1.4 Cấu trúc gói liệu IP IP giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không liên kết” (connectionless) Phương thức không liên kết cho phép cặp trạm truyền nhận không cần phải thiết lập liên kết trước truyền liệu khơng cần phải giải phóng liên kết khơng cịn nhu cầu truyền liệu Phương thức kết nối "không liên kết" cho phép thiết kế thực giao thức trao đổi liệu đơn giản (khơng có chế phát khắc phục lỗi truyền) Cũng độ tin cậy trao đổi liệu loại giao thức khơng cao Các gói liệu IP định nghĩa datagram Mỗi datagram có phần tiêu đề (header) chứa thông tin cần thiết để chuyển liệu (ví dụ địa IP trạm đích) Nếu địa IP đích địa trạm nằm mạng IP với trạm nguồn gói liệu chuyển thẳng tới đích; địa IP đích khơng nằm mạng IP với máy nguồn gói liệu gửi đến máy trung chuyển, IP gateway để chuyển tiếp IP gateway thiết bị mạng IP đảm nhận việc lưu chuyển gói liệu IP hai mạng IP khác Hình 2.3 mơ tả cấu trúc gói số liệu IP  VER (4 bits): Version hành IP cài đặt  IHL (4 bits): độ dài phần tiêu đề (Internet Header Length) datagram, tính theo đơn vị word (32 bits) Nếu khơng có trường độ dài mặc định phần tiêu đề từ  Type of service (8 bits): cho biết thông tin loại dịch vụ mức ưu tiên gói IP, có dạng cụ thể sau: Precedence T D R Trong đó: Precedence (3 bits): thị quyền ưu tiên gửi datagram, cụ thể là: 111 Network Control (cao nhất) 011- flash 53 Unused 110 Internetwork Control 010 Immediate 101 CRITIC/ECP 001 Priority 100 Flas Override 000 Routine (thấp nhất) D (delay) (1 bit): độ trễ yêu cầu D=0 độ trễ bình thường, D=1 độ trễ thấp T (Throughput) (1 bit): số thông lượng u cầu T=1 thơng lượng bình thường T=1 thơng lượng cao R (Reliability) (1 bit): độ tin cậy yêu cầu R=0 độ tin cậy bình thường R=1 độ tin cậy cao  Total Length (16 bits): độ dài tồn datagram, kể phần header (tính theo đơn vị bytes), vùng liệu datagram dài tới 65535 bytes  Identification (16 bits) : với tham số khác (Source Address Destination Address) tham số dùng để định danh cho datagram khoảng thời gian cịn liên mạng Hình 5.5: Cấu trúc gói liệu TCP/IP Flags (3 bits) : liên quan đến phân đoạn (fragment) datagram Cụ thể O MF DF Bit 0: reserved chưa sử dụng lấy giá trị Bit 1: (DF) = (may fragment) 54 (Don’t Fragment) Bit 2: (MF) = (Last Fragment) (More Fragment)  Fragment Offset (13 bits): vị trí đoạn (fragment) datagram, tính theo đơn vị 64 bits, có nghĩa đoạn (trừ đoạn cuối cùng) phải chứa vùng liệu có độ dài bội 64 bits  Time To Live (TTL-8 bits): quy định thời gian tồn gói liệu liên mạng để tránh tình trạng datagram bị quẩn mạng Giá trị đặt lúc bắt đầu gửi giảm dần gói liệu xử lý điểm đường gói liệu (thực chất router) Nếu giá trị trước đến đích, gói liệu bị huỷ bỏ  Protocol (8 bits): giao thức tầng nhận vùng liệu trạm đích (hiện thường TCP UDP cài đặt IP)  Header checksum (16 bits): mã kiểm soát lỗi sử dụng phương pháp CRC (Cyclic Redundancy Check) dùng để đảm bảo thơng tin gói liệu truyền cách xác (mặc dù liệu bị lỗi) Nếu việc kiểm tra thất bại, gói liệu bị huỷ bỏ nơi xác định lỗi Cần ý IP không cung cấp phương tiện truyền tin cậy khơng cung cấp cho ta chế để xác nhận liệu truyền điểm nhận điểm trung gian Giao thức IP khơng có chế Error Control cho liệu truyền đi, khơng có chế kiểm soát luồng liệu (flow control)  Source Address (32 bits): địa trạm nguồn  Destination Address (32 bits): địa trạm đích  Option (có độ dài thay đổi) sử dụng số trường hợp, thực tế chúng dùng Option bao gồm bảo mật, chức định tuyến đặc biệt  Padding (độ dài thay đổi): vùng đệm, dùng để đảm bảo cho phần header kết thúc mốc 32 bits  Data (độ dài thay đổi): vùng liệu có độ dài bội bits, tối đa 65535 bytes 1.5 Phân mảnh hợp gói IP Các gói liệu IP phải nhúng khung liệu tầng liên kết liệu tương ứng, trước chuyển tiếp mạng Quá trình nhận gói liệu IP diễn ngược lại Ví dụ, với mạng Ethernet tầng liên kết liệu q trình chuyển gói liệu diễn sau Khi gửi gói liệu IP cho mức Ethernet, IP chuyển cho mức liên kết liệu thơng số địa Ethernet đích, kiểu khung Ethernet (chỉ liệu mà Ethernet mang IP) cuối gói IP Tầng liên kết số liệu đặt địa Ethernet nguồn địa kết nối mạng tính tốn giá trị checksum Trường type kiểu khung 0x0800 liệu IP Mức liên kết liệu chuyển khung liệu theo thuật toán truy nhập Ethernet Một gói liệu IP có độ dài tối đa 65536 byte, hầu hết tầng liên kết liệu hỗ trợ khung liệu nhỏ độ lớn tối đa gói liệu IP nhiều lần (ví dụ độ dài lớn khung liệu Ethernet 1500 byte) Vì cần thiết phải có chế phân mảnh phát hợp thu gói liệu IP 55 Độ dài tối đa gói liệu liên kết MTU (Maximum Transmit Unit) Khi cần chuyển gói liệu IP có độ dài lớn MTU mạng cụ thể, cần phải chia gói số liệu IP thành gói IP nhỏ để độ dài nhỏ MTU gọi chung mảnh (fragment) Trong phần tiêu đề gói liệu IP có thơng tin phân mảnh xác định mảnh có quan hệ phụ thuộc để hợp thành sau Ví dụ Ethernet hỗ trợ khung có độ dài tối đa 1500 byte Nếu muốn gửi gói liệu IP gồm 2000 byte qua Ethernet, phải chia thành hai gói nhỏ hơn, gói khơng q giới hạn MTU Ethernet Hình 5.6: Ngun tắc phân mảnh gói liệu P dùng cờ MF (3 bit thấp trường Flags phần đầu gói IP) trường Flagment offset gói IP (đã bị phân đoạn) để định danh gói IP phân đoạn vị trí phân đoạn gói IP gốc Các gói chuỗi phân mảnh có trường giống Cờ MF gói đầu chuỗi phân mảnh gói cuối gói phân mảnh Q trình hợp diễn ngược lại với trình phân mảnh Khi IP nhận gói phân mảnh, giữ phân mảnh vùng đệm, nhận hết gói IP chuỗi phân mảnh có trường định danh Khi phân mảnh nhận, IP khởi động đếm thời gian (giá trị ngầm định 15s) IP phải nhận hết phân mảnh trước đồng hồ tắt Nếu không IP phải huỷ tất phân mảnh hàng đợi thời có trường định danh Khi IP nhận hết phân mảnh, thực hợp gói phân mảnh thành gói IP gốc sau xử lý gói IP bình thường IP thường thực hợp gói hệ thống đích gói 56 1.6 Định tuyến IP Có hai loại định tuyến:  Định tuyến trực tiếp: Định tuyến trực tiếp việc xác định đường nối hai trạm làm việc mạng vật lý  Định tuyến không trực tiếp Định tuyến không trực tiếp việc xác định đường nối hai trạm làm việc không nằm mạng vật lý vậy, việc truyền tin chúng phải thực thông qua trạm trung gian gateway Để kiểm tra xem trạm đích có nằm mạng vật lý với trạm nguồn hay không, người gửi phải tách lấy phần địa mạng phần địa IP Nếu hai địa có địa mạng giống datagram truyền trực tiếp; ngược lại phải xác định gateway, thông qua gateway chuyển tiếp datagram Khi trạm muốn gửi gói liệu đến trạm khác phải đóng gói datagram vào khung (frame) gửi frame đến gateway gần Khi frame đến gateway, phần datagram đóng gói tách IP routing chọn gateway tiếp dọc theo đường dẫn đến đích Datagram sau lại đóng gói vào frame khác gửi đến mạng vật lý để gửi đến gateway đường truyền tiếp tục datagram truyền đến trạm đích Chiến lược định tuyến: Trong thuật ngữ truyền thống TCP/IP có hai kiểu thiết bị, cổng truyền (gateway) trạm (host) Các cổng truyền có vai trị gửi gói liệu, cịn trạm khơng Tuy nhiên trạm nối với nhiều mạng định hướng cho việc lưu chuyển gói liệu mạng lúc đóng vai trị hồn tồn gateway Các trạm làm việc lưu chuyển gói liệu xuyên suốt qua bốn lớp, cổng truyền chuyển gói đến lớp Internet nơi định tuyến đường để chuyển tiếp gói liệu Các máy truyền liệu đến máy khác nằm mạng vật lý Các gói từ A1 cần chuyển cho C1 hướng đến gateway G1 G2 Trạm A1 truyền gói đến gateway G1 thơng qua mạng A Sau G1 truyền tiếp đến G2 thông qua mạng B cuối G2 truyền gói trực tiếp đến trạm C1, chúng nối trực tiếp với thơng qua mạng C Trạm A1 đến gateway nằm sau G1 A1 gửi gói số liệu cho mạng B C đến gateway cục G1 dựa vào gateway để định hướng tiếp cho gói liệu đến đích Theo cách trạm C1 trước tiên gửi gói đến cho G2 G2 gửi tiếp cho trạm mạng A mạng B Hình vẽ sau mơ tả việc dùng gateway để gửi gói liệu: 57 Hình 5.7: Định tuyến hai hệ thống Việc phân mảnh gói liệu: Trong q trình truyền liệu, gói liệu (datagram) truyền thơng qua nhiều mạng khác Một gói liệu (datagram) nhận từ mạng lớn để truyền gói đơn mạng khác, loại cấu trúc mạng cho phép đơn vị truyền cực đại (Maximum Transmit Unit - MTU), khác Đây kích thước lớn gói mà chúng truyền Nếu gói liệu nhận từ mạng mà lớn MTU mạng khác cần phân mảnh thành gói nhỏ hơn, gọi fragment Q trình gọi trình phân mảnh Dạng fragment giống dạng gói liệu thơng thường Từ thứ hai phần header chứa thông tin để xác định fragment cung cấp thông tin để hợp fragment lại thành gói ban đầu Trường identification dùng để xác định fragment thuộc gói liệu Một số giao thức điều khiển Mục tiêu: Nắm giao thức điều khiển 2.1 Giao thức ICMP ICMP ((Internet Control Message Protocol) giao thức điều khiển mức IP, dùng để trao đổi thơng tin điều khiển dịng số liệu, thơng báo lỗi thông tin trạng thái khác giao thức TCP/IP Ví dụ:  Điều khiển lưu lượng liệu (Flow control): gói liệu đến nhanh, thiết bị đích thiết bị định tuyến gửi thông điệp ICMP trở lại thiết bị gửi, yêu cầu thiết bị gửi tạm thời ngừng việc gửi liệu  Thông báo lỗi: trường hợp địa đích khơng tới hệ thống gửi thông báo lỗi "Destination Unreachable"  Định hướng lại tuyến đường: thiết bị định tuyến gửi thông điệp ICMP "định tuyến lại" (Redirect Router) để thông báo với trạm nên dùng thiết bị định tuyến khác để tới thiết bị đích Thơng điệp dùng trạm nguồn mạng với hai thiết bị định tuyến  Kiểm tra trạm xa: trạm gửi thơng điệp ICMP 58 "Echo" để kiểm tra xem trạm có hoạt động hay không Sau mô tả ứng dụng giao thức ICMP thực việc định tuyến lại (Redirect): Ví dụ: giả sử host gửi gói liệu IP tới Router R1 Router R1 thực việc định tuyến R1 router mặc định host R1 nhận gói liệu tìm bảng định tuyến tìm thấy tuyến tới R2 Khi R1 gửi gói liệu tới R2 R1 phát gửi gói liệu ngồi giao diện mà gói liệu đến (là giao diện mạng LAN mà host hai Router nối đến) Lúc R1 gửi thông báo ICMP Redirect Error tới host, thơng báo cho host nên gửi gói liệu đến R2 tốt Hình 5.8: Mô tả ứng dụng giao thức ICMP thực việc định tuyến lại Tác dụng ICMP Redirect mọt host với nhận biết tối thiểu định tuyến xây dựng lên bảng định tuyến tốt theo thời gian Host bắt đầu với tuyến mặc định (có thể R1 R2 ví dụ trên) lần tuyến mặc định dùng với host đến R2 Router mặc định gửi thơng báo Redirect phép host cập nhật bảng định tuyến cách phù hợp Khuôn dạng thông điệp ICMP redirect sau: 78 15 16 type (5) 31 Code(0-3) Địa IP Router mặc định 59 Checksum IP header (gồm option) bytes đầu gói liệu IP nguồn Hình 5.9: Dạng thơng điệp ICMP redirect Có bốn loại thông báo ICMP redirect khác với giá trị mã (code) bảng sau: Code Description Redirect cho mạng Redirect cho host Redirect cho loại dịch vụ (TOS) mạng Redirect cho loại dịch vụ host Hình 5.10: Các loại định hướng lại gói liệu ICMP Redirect xảy hai Router R1 R2 nằm mạng với host nhận direct 2.2 Giao thức ARP giao thức RARP Địa IP dùng để định danh host mạng tầng mạng mô hình OSI, chúng khơng phải địa vật lý (hay địa MAC) trạm mạng cục (Ethernet, Token Ring, ) Trên mạng cục hai trạm liên lạc với chúng biết địa vật lý Như vấn đề đặt phải thực ánh xạ địa IP (32 bits) địa vật lý (48 bits) trạm Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) xây dựng để chuyển đổi từ địa IP sang địa vật lý cần thiết Ngược lại, giao thức RARP (Reverse Address Resolution Protocol) dùng để chuyển đổi địa vật lý sang địa IP Các giao thức ARP RARP phận IP mà IP dùng đến chúng cần Giao thức ARP Giao thức TCP/IP sử dụng ARP để tìm địa vật lý trạm đích Ví dụ cần gửi gói liệu IP cho hệ thống khác mạng vật lý Ethernet, hệ thông gửi cần biết địa Ethernet hệ thống đích để tầng liên kết liệu xây dựng khung gói liệu Thông thường, hệ thống lưu giữ cập nhật bảng thích ứng địa IP-MAC chỗ (cịn gọi bảng ARP cache) Bảng thích ứng địa cập nhật người quản trị hệ thống tự động giao thức ARP sau lần ánh xạ địa thích ứng Khn dạng gói liệu ARP mơ tả hình 60 Data link type Network type Hlen Opcode plen Sender data link (6byte for Ethernet) Sender network (4 byte for IP) Tagret data link (6 byte) Tagret network (4 byte) Check sume Hình 5.11: Mơ tả khn dạng gói ARP  Data link type: cho biết loại cơng nghệ mạng mức liên kết (ví dụ mạng Ethernet trường có giá trị 01)  Network type: cho biết loại mạng (ví dụ mạng IPv4, trường có giá trị 080016)  Hlen (hardware length): độ dài địa mức liên kết (6 byte)  Plen (Protocol length): cho biết độ dài địa mạng (4 byte)  Opcode (operation code): mã lệnh yêu cầu: ; mã lệnh trả lời  Sender data link: địa mức liên kết thiết bị phát gói liệu  Sender network : địa IP thiết bị phát  Tagret data link: yêu cầu địa mức liên kết cần tìm (thông thường điền thiết bị gửi yêu cầu); trả lời địa mức liên kết thiết bị gửi yêu cầu  Tagret network : yêu cầu địa IP mà địa mức liên kết tương ứng cần tìm; trả lời địa IP thiết bị gửi u cầu Mỗi cần tìm thích ứng địa IP - MAC, tìm địa MAC tương ứng với địa IP trước tiên bảng địa IP - MAC hệ thống Nếu khơng tìm thấy, sử dụng giao thức ARP để làm việc Trạm làm việc gửi yêu cầu ARP (ARP_Request) tìm thích ứng địa IP - MAC đến máy phục vụ ARP - server Máy phục vụ ARP tìm bảng thích ứng địa IP - MAC trả lời ARP_Response cho trạm làm việc Nếu không, máy phục vụ chuyển tiếp yêu cầu nhận dạng quảng bá cho tất trạm làm việc mạng Trạm có trùng địa IP yêu cầu trả lời với địa MAC Tóm lại tiến trình ARP mô tả sau 61 IP ARP request 2,5 IP ARP request IP 129.1.1.1 ARP request ARP request Hình 5.12: Tiến trình ARP IP yêu cầu địa MAC Tìm kiếm bảng ARP Nếu tìm thấy trả lại địa MAC Nếu khơng tìm thấy, tạo gói ARP u cầu gửi tới tất trạm Tuỳ theo gói liệu trả lời, ARP cập nhật vào bảng ARP gửi địa MAC cho IP Giao thức RARP Reverse ARP (Reverse Address Resolution Protocol) giao thức giải thích ứng địa AMC - IP Quá trình ngược lại với q trình giải thích ứng địa IP MAC mô tả trên, nghĩa cho trước địa mức liên kết, tìm địa IP tương ứng 2.3 Giao thức lớp chuyển tải (Transport Layer) 2.3.1 Giao thức TCP TCP (Transmission Control Protocol) giao thức “có liên kết” (connection - oriented), nghĩa cần thiết lập liên kết (logic), cặp thực thể TCP trước chúng trao đổi liệu với TCP cung cấp khả truyền liệu cách an toàn máy trạm hệ thống mạng Nó cung cấp thêm chức nhằm kiểm tra tính xác liệu đến bao gồm việc gửi lại liệu có lỗi xảy TCP cung cấp chức sau: Thiết lập, trì, kết thúc liên kết hai q trình Phân phát gói tin cách tin cậy Đánh số thứ tự (sequencing) gói liệu nhằm truyền liệu cách tin cậy Cho phép điều khiển lỗi Cung cấp khả đa kết nối với trình khác trạm nguồn 62 trạm đích định thông qua việc sử dụng cổng Truyền liệu sử dụng chế song công (full-duplex) 2.3.2 Cấu trúc gói liệu TCP Source port Destination port Sequence number Acknowledgment number Data UAP R S F R C S S Y Window I Resersed Offset Checksum G Urgent K H Tpointer N N Options Padding TCP data Hình 5.13: Khn dạng TCP segment  Source port (16 bits) : số hiệu cổng trạm nguồn  Destination port (16 bits) : số hiệu cổng trạm đích  Sequence Number (32 bits): số hiệu byte segment trừ bit SYN thiết lập Nếu bit SYN thiết lập Sequence Number số hiệu khởi đầu (ISN) byte liệu ISN +1  Acknowlegment: vị trí tương đối byte cuối nhận thực thể gửi gói ACK cộng thêm Giá trị trường gọi số thu Trường kiểm tra bit ACK=1  Data offset (4 bits) : số tượng từ 32 bit TCP header Tham số vị trí bắt đầu vùng liệu  Reserved (6 bits) : dành để dùng tương lai Phải thiết lập  Control bits : bit điều khiển  URG : vùng trỏ khẩn (Urgent Pointer) có hiệu lực  ACK : vùng báo nhận (ACK number) có hiệu lực  PSH : chức Push PSH=1 thực thể nhận phải chuyển liệu cho ứng dụng tức thời  RST : thiết lập lại (reset) kết nối  SYN : đồng hoá số hiệu tuần tự, dùng để thiết lập kết nối TCP  FIN : thông báo thực thể gửi kết thúc gửi liệu  Window (16 bits): cấp phát credit để kiểm soát luồng liệu (cơ chế sổ) Đây số lượng byte liệu, byte vùng ACK number, mà trạm nguồn sẵn sàng để nhận  Checksum (16 bits) : mã kiểm sốt lỗi (theo phương pháp CRC) cho tồn  segment (header + data) 63  Urgent pointer (16 bits) : trỏ trỏ tới số hiệu byte theo sau liệu khẩn, cho phép bên nhận biết độ dài liệu khẩn Vùng có hiệu lực bit URG thiết lập  Options (độ dài thay đổi): khai báo option TCP, có độ dài tối đa vùng TCP data segment  Padding (độ dài thay đổi) : phần chèn thêm vào header để bảo đảm phần header kết thúc mốc 32 bits Phần thêm gồm toàn số  TCP data (độ dài thay đổi) : chứa liệu tầng trên, có độ dài tối đa ngầm định 536 bytes Giá trị điều chỉnh cách khai báo vùng options Một tiến trình ứng dụng host truy nhập vào dịch vụ TCP cung cấp thông qua cổng (port) sau: Một cổng kết hợp với địa IP tạo thành socket liên mạng TCP cung cấp nhờ liên kết logic cặp socket Một socket tham gia nhiều liên kết với socket xa khác Trước truyền liệu hai trạm cần phải thiết lập liên kết TCP chúng kết thúc phiên truyền liệu liên kết giải phóng Cũng giống giao thức khác, thực thể tầng sử dụng TCP thông qua hàm dịch vụ nguyên thuỷ (service primitives), hay gọi lời gọi hàm (function call) 2.3.3 Thiết lập kết thúc kết nối TCP Userprocess Userprocess TCP TCP IP IP NAP NAP Internet Host Host NAP: Network Access Protocol Hình 5.14: Cổng truy nhập dịch vụ TCP Thiết lập kết nối Thiết lập kết nối TCP thực sở phương thức bắt tay ba bước (Tree - way Handsake) hình 2.11 u cầu kết nối ln tiến trình trạm khởi tạo, cách gửi gói TCP với cờ SYN=1 chứa giá trị khởi tạo số ISN client Giá trị ISN số byte không dấu tăng kết nối yêu cầu (giá trị quay tới giá trị 232) Trong thơng điệp SYN cịn chứa số hiệu cổng TCP phần mềm dịch vụ mà tiến trình trạm muốn kết nối (bước 1) 64 Mỗi thực thể kết nối TCP có giá trị ISN số tăng theo thời gian Vì kết nối TCP có số hiệu cổng địa IP dùng lại nhiều lần, việc thay đổi giá trị INS ngăn không cho kết nối dùng lại liệu cũ (stale) truyền từ kết nối cũ có địa kết nối Khi thực thể TCP phần mềm dịch vụ nhận thơng điệp SYN, gửi lại gói SYN giá trị ISN đặt cờ ACK=1 trường hợp sẵn sàng nhận kết nối Thơng điệp cịn chứa giá trị ISN tiến trình trạm trường hợp số thu để báo thực thể dịch vụ nhận giá trị ISN tiến trình trạm (bước 2) Tiến trình trạm trả lời lại gói SYN thực thể dịch vụ thông báo trả lời ACK cuối Bằng cách này, thực thể TCP trao đổi cách tin cậy giá trị ISN bắt đầu trao đổi liệu Khơng có thơng điệp ba bước chứa liệu gì; tất thơng tin trao đổi nằm phần tiêu đề thông điệp TCP (bước 3) Hình 5.16: Quá trình kết nối theo bước Kết thúc kết nối Khi có nhu cầu kết thúc kết nối, thực thể TCP, ví dụ cụ thể A gửi yêu cầu kết thúc kết nối với FIN=1 Vì kết nối TCP song cơng (full-duplex) nên nhận yêu cầu kết thúc kết nối A (A thông báo hết số liệu gửi) thực thể B tiếp tục truyền số liệu B khơng cịn số liệu để gửi thông báo cho A yêu cầu kết thúc kết nối với FIN=1 Khi thực thể TCP nhận thông điệp FIN sau gửi thơng điệp FIN mình, kết nối TCP thực sụ kết thúc CÂU HỎI ÔN TẬP: Hãy trình bày tổng qt mơ hình kiến trúc TCP/IP 65 Hãy nêu vai trò chức tầng mơ hình TCP/IP Trình bày q trình đóng phân mảnh gói liệu Trình bày đặc điểm, vai trò chức TCP Hãy nêu chức IP Hãy nêu khái niệm cấu trúc địa IP Cho ví dụ BÀI THỰC HÀNH: Một cơng ty có 1000 máy tính dùng IP thuộc lớp phù hợp Cho ví dụ 1000 IP Bài mở rộng nâng cao: Một cơng ty có 1000 máy tính dùng IP thuộc lớp phù hợp Cho ví dụ 1000 IP đó, yêu cầu sử dụng thêm subnet mask để giới hạn số IP thỏa điều kiện Những điều cần lưu ý: - Khi tiến hành cấp IP cho máy tính phải ý đến mặt nạ mạng để xác định địa mạng Yêu cầu đánh giá kết học tập: Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày mơ hình kiến trúc TCP/IP, đóng phân mảnh gói liệu + Về kỹ năng: sử dụng kết hợp lớp IP để xác định lớp phù hợp cho nhu cầu sử dụng thực tế + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp công việc Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ lựa chọn lớp IP subnet mask + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình quản trị mạng – từ website www ebook4you.org [2] Ths Ngô Bá Hùng-Ks Phạm Thế phi , Giáo trình mạng máy tính Đại học Cần Thơ, NXB Giáo dục, Năm 01/2005 [3] TS Nguyễn Thúc Hải, Giáo trình mạng máy tính hệ thống mở của, nhà xuất giáo dục, năm 2000 67