Bài giảng mạng máy tính chương 1 tổng quan về mạng máy tính (năm 2020

Hình dung về Internet Kết nối hàng tỷ thiết bị tính toán: host = hệ thống cuối mạng  Liên kết truyền thông  Cáp quang, cáp đồng, sóng vô tuyến, vệ tinh  Tốc độ truyền trans

Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính

 Cấu trúc Internet/ISP

 Tầng giao thức, mô hình dịch vụ

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge: Rìa mạng

1.3 Network core: Nhân mạng

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Hình dung về Internet

 Kết nối hàng tỷ thiết bị tính

toán: host = hệ thống cuối

mạng

 Liên kết truyền thông

 Cáp quang, cáp đồng, sóng

vô tuyến, vệ tinh

 Tốc độ truyền (transmission

rate) = bandwidth

 Router: chuyển tiếp các

gói tin (đoạn dữ liệu)

local ISP

company

regional ISP

router workstationserver

mobile

Hình dung về Internet

 Phân cấp lỏng lẻo

 Public Internet và private intranet

 Các chuẩn trong Internet

 RFC: Request for comments

 IETF: Internet Engineering Task

Force

local ISP

company network

regional ISP

router workstationserver

mobile

Sự tiêu chuẩn hóa Internet

 Các chuẩn truyền (ví dụ: modem - V.90)

 Các dịch vụ điện thoại, fax truyền thống

 Core: Internet Protocol, transport (TCP)

 Ứng dụng: email, HTTP, FTP, SSH, NFS, VoIP

Góc nhìn dịch vụ

 Hạ tầng truyền thông

Cho phép các ứng dụng phân

tán:

 Web, email, games, thương

mại điện tử, chia sẻ file

 Các dịch vụ truyền thông

Cung cấp cho các ứng dụng:

 Truyền không tin cậy không

hướng kết nối

 Truyền tin cậy hướng kết nối

Khái niệm giao thức

Giao thức của con

người:

 “what’s the time?”

 “I have a question”

… Các bản tin nào đó

gửi đi

… Hành động nào đó khi

các bản tin nhận

Các giao thức mạng (network protocol):

 Tất cả các hoạt động trong Internet dựa trên các giao thức

Các giao thức định nghĩa định dạng, thứ tự của các bản tin gửi và nhận giữa các thực thể mạng và các hoạt động truyền nhận bản

Khái niệm giao thức

Giao thức của con người và giao thức của mạng máy tính:

Các giao thức khác của con người?

HiHi

Got the

time?

2:00

TCP connection req

TCP connection response

Get http://www.hnue.edu.vn

<file>

Thời gian

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Mạng truy cập và phương tiện vật lý

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Cấu trúc mạng: Nhìn cụ thể hơn

Network edge:

 Hệ thống cuối (hosts):

 Chạy các chương trình ứng dụng

 Ví dụ: Web, email

 tại “edge of network”

 Mô hình client/server

 Client gửi yêu cầu và nhận dịch

vụ từ server

 Ví dụ: Web browser/server, email

client/server

 Mô hình peer-peer:

 Sử dụng rất ít hoặc không sử

dụng các server dành riêng

Network edge: Dịch vụ hướng kết nối

Mục đích: truyền dữ liệu

giữa các hệ thống cuối

 Handshaking: thiết lập

(chuẩn bị) cho việc

truyền dữ liệu

 Giao thức của con người:

A: Hello, B: hello

 Thiết lập trạng thái trong

hai host truyền thông

 Bên gửi không truyền vượt quá khả năng bên nhận

 Bên gửi giảm tốc độ gửi khi mạng tắc ngẽn

Network edge: Dịch vụ không hướng kết nối

Mục đích: Truyền dữ liệu

giữa các hệ thống cuối

Protocol [RFC 768]:

 Không hướng kết nối

 Truyền dữ liệu không

nghị truyền hình, DNS, điện thoại Internet

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Network Core

 Mạng lưới của các router

kết nối với nhau

 Câu hỏi: Dữ liệu truyền

qua mạng như thế nào?

 Chuyển mạch kênh:

đường dành riêng cho

mỗi cuộc gọi: mạng

điện thoại

 Chuyển mạch gói: dữ

liệu gửi qua mạng dưới

các đoạn riêng rẽ

Network Core: Chuyển mạch kênh

Tài nguyên end-end

dành riêng cho cuộc

gọi

truyền, khả năng

chuyển mạch

không chia sẻ khi rỗi

đảm bảo hiệu năng

 Đòi hỏi thiết lập cuộc

gọi

Network Core: Chuyển mạch kênh

 Các phần tài nguyên rỗi

nếu không được sử dụng

bởi cuộc gọi mà tài

 Chia theo tần số

 Chia theo thời gian

Chuyển mạch kênh: FDM và TDM

FDM

Tần số

Thời gianTDM

Tần số

Thời gian

4 users

Ví dụ:

Câu hỏi bài tập

host A tới host B qua mạng chuyển mạch

kênh?

 Thời gian thiết lập kênh giữa hai host là 500 msec

Network Core: Chuyển mạch gói

Mỗi dòng dữ liệu end-end chia

thành các gói tin

 Gói tin của user A, B dùng

chung tài nguyên mạng

 Mỗi gói tin sử dụng toàn bộ

băng thông đường truyền

yêu cầu

Sự tranh giành tài nguyên:

 Yêu cầu tài nguyên của tất cả user có thể vượt quá khả năng cung cấp

Chuyển mạch gói: Ghép kênh tĩnh

Chuỗi gói tin A và B không có mẫu cố định  ghép kênh

So sánh chuyển mạch gói

và chuyển mạch kênh

 Tốt cho dữ liệu truyền thay đổi

 Chia sẻ tài nguyên

 Đơn giản, không thiết lập cuộc gọi

 Tắc nghẽn tăng: độ trễ và độ mất gói tin

 Các giao thức cần đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy,

điều khiển tẵc ngẽn

 Cung cấp hành vi giống circuit swiching như thế nào?

 Đảm bảo băng thông cần cho ứng dụng audio/video

 Vấn đề chưa được giải quyết (chương 6)

Chuyển mạch gói là sự lựa chọn?

Mạng chuyển mạch gói: forwarding

 Mục đích: Chuyển các gói tin qua các router từ nguồn tới

đích

 Nhiều thuật toán chọn đường (chương 4)

 Mạng datagram:

 Địa chỉ đích trong gói tin xác định next hop

 Route có thể thay đổi trong phiên

 Tương tự: lái xe, hỏi đường

 Mạng virtual circuit:

 Mỗi gói tin mạng giá trị tag (virtual circuit ID), tag xác định next hop

 Đường đi cố định xác định tại thời điểm thiết lập cuộc gọi, cố định

suốt cuộc gọi

 Router duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi

Phân loại mạng

Mạng viễn thông

Mạng chuyển mạch kênh

Mạng chuyển mạch gói

Mạng VC

Mạng Datagram

• Mạng Datagram không là hướng kết nối hay không hướng kết nối.

• Internet cung cấp cả dịch vụ hướng kết nối (TCP) và dịch vụ không hướng kết nối (UDP) cho các ứng dụng.

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Mạng truy cập và phương tiện vật lý

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Mạng truy cập và phương tiện vật lý

Kết nối hệ thống cuối tới

router thế nào?

 Mạng truy cập dân cư

 Mạng truy cập cơ quan

(trường học, công ty)

 Mạng truy cập di động

Làm quen với:

 Băng thông (bits per

second) của mạng truy

cập?

 Dùng chung hay dành

riêng?

Mạng truy cập dân cư: Truy cập điểm tới điểm

 Dialup qua modem

cập trực tiếp tới router

vừa sử dụng điện thoại tại một

thời điểm

 ADSL: asymmetric digital subscriber line

 1 Mbps đường lên (thường < 256 kbps)

4 kHz - 50 kHz cho đường lên

Mạng truy cập dân cư: cable modem

Mbps đường lên

 Mạng cáp và HFC kết nối gia đình tới ISP router

 Các gia định chia sẻ truy cập tới router

 Triển khai: qua các công ty truyền hình cáp

Mạng truy cập dân cư: cable modem

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

Gia đình

cable headend

cable distribution network (simplified)

Thường 500 tới 5,000 gia đình

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

Gia đình cable headend

cable distribution

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

Gia đình

cable headend

cable distribution network server(s)

Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan

V I D E O

V I D E O

V I D E O

V I D E O

V I D E O

D A T A

D A T A

C O N T R O L

1 2 3 4 5 6 7 8 9

FDM:

Mạng truy cập công ty: Local area network

ty/trường học kết nối các hệ

thống cuối tới edge router

Mạng truy cập không dây

nối hệ thống cuối tới router

 Qua Base station còn gọi là

Access Point

 Wireless LAN:

 802.11b (WiFi): 11 Mbps

 Wider-area wireless access

 Được cung cấp bởi nhà cung cấp

MobileHostRouter

Mạng công ty

Các thành phần mạng gia đình phổ biến:

 ADSL hoặc Cable Modem

 Router/Firewall/NAT

 Ethernet

 Wireless Access Point

Wireless Access Point

Wireless Laptop Router/

Firewall

Cable Modem

Kết nối với

Cable Headend

Ethernet

Phương tiện vật lý

 Bit: Lan truyền giữa

thiết bị truyền và nhận

 Đường truyền vật lý: kết nối

giữa thiết bị phát và thu

 Tín hiệu lan truyền tự do, ví

dụ như tín hiệu radio

 Category 5:

100Mbps Ethernet

Phương tiện vật lý: cáp đồng trục, cáp quang

Phương tiện vật lý: Sóng Radio

điện từ

trường lan truyền:

 Đạt tới 45 Mbps

 LAN (ví dụ: Wifi)

 2Mbps, 11Mbps

 Wide-Area (Ví dụ:e.g., cellular)

 3G: hàng trăm kbps

 Satellite(vệ tinh)

 Đạt tới 50Mbps (hoặc nhiều kênh bandwidth nhỏ hơn)

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói

1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 Phân cấp tương đối

 Mức trung tâm: “Tier-1” ISPs (ví dụ: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), phạm vi quốc gia/quốc tế

 Đối xử với nhau ngang hàng

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 “Tier-2” ISP: các ISP nhỏ hơn (thường mức vùng)

 Kết nối tới một hoặc nhiều Tier-1 ISP và các Tier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

Tier-2 ISP trả cho

Tier-1 ISP chi phí

kết nối tới phần

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 “Tier-3” ISP và local ISP

 Mạng gần nhất đối với các hệ thống cuối

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

local ISP

local ISP

local ISP

local ISP Tier 3

ISP

local ISP

Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng

 Một gói tin chuyển qua nhiều mạng

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

local ISP

local ISP localISP

local

local ISP Tier 3

ISP

local local

local ISP

Các tầng giao thức

Tổ chức của chuyến bay

intermediate air-traffic control centers

airplane routing airplane routing

ticket (complain) baggage (claim gates (unload) runway (land) airplane routing

ticket baggage gate takeoff/landing airplane routing

Phân tầng chức năng

của chuyến bay

Layers: Mỗi lớp thực hiện một dịch vụ

 Hoạt động xử lý qua chính lớp nội bộ của nó

 Phụ thuộc vào các dịch vụ mà lớp dưới cung cấp

Tại sao lại phân tầng?

Giải quyết với các hệ thống phức tạp:

 Cấu trúc rõ ràng cho phép định danh, quan hệ của

các phần hệ thống phức tạp

 Mô đun hóa để dễ bảo trì, nâng cấp hệ thống

 Sự thay đổi trong việc thực hiện dịch vụ của mỗi

tầng là trong suốt với phần còn lại của hệ thống

 Ví dụ: Sự thay đổi trong thủ tục “in gate” không

ảnh hưởng tới phần còn lại của hệ thống

 Có hạn chế của sự phân tầng ?

Ngăn xếp giao thức Internet

 Application: hỗ trợ các ứng dụng mạng

 IP, các giao thức dẫn đường

 Link: truyền dữ liệu giữa các thành

phần mạng láng giềng

 PPP, Ethernet

 Physical

applicationtransportnetworklinkphysical

application transport network link physical

link physical

Đóng gói

Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet

1.2 Network edge

1.3 Network core

1.4 Network access và physical media

1.5 Cấu trúc Internet và ISP

1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển

mạch gói 1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ

1.8 Lịch sử

Lịch sử Internet

 1961: Kleinrock – Lý thuyết

hàng đợi chứng minh hiệu

quả của chuyển mạch gói

 Chương trình e-mail đầu tiên

 ARPAnet có 15 nút

1961-1972: Nguồn gốc của mạng chuyển mạch gói

Lịch sử Internet

 1970: Mạng vệ tinh ALOHAnet

satellite tại Hawaii

 1973: Luận văn tiến sỹ của

Metcalfe đề xuất mạng Ethernet

 1974: Cerf và Kahn – kiến trúc

cho kết nối các mạng

 Cuối những năm 70: kiến trúc

mới: DECnet, SNA, XNA

 Cuối những năm 70: chuyển

mạch các gói tin chiều dài cố

định (tiền thân của ATM)

 Đầu những năm 1990: Web

 Siêu văn bản [Bush 1945,

Nelson 1960]

 HTML, HTTP: Berners-Lee

 1994: Mosaic sau đó là

Netscape

 Cuối những năm 90: thương

mại hóa Web

Cuối 90 cho đến những năm 2000:

 Instant messaging, chia sẻ file P2P

 An toàn bảo mật mạng đặt lên hàng đầu

 Khoảng 50 triệu host, hơn 100 triệu người sử dụng

 Đường truyền backbone đạt tốc độ Gbps

1990, 2000’s: thương mại hóa, Web, các ứng dụng mới