Chức năng của mô hình tham chiếu nhằm giúp các nhà cung cấp tạo ra các thiết bị và phần mềm mạng có thể tương tác dưới dạng giao thức để các mạng của nhà cungcấp khác nhau có thể hoạt độ
Trang 1Mục lục
DANH MỤC HÌNH ẢNH 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU 5
CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH OSI VÀ TCP/IP 6
1.1 Mô hình tham chiếu OSI 6
1.1.1 Kết nối các hệ thống mở (OSI – Open Systems Interconnection) 6
1.1.2 Mô hình phân lớp 6
1.1.3 Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở - OSI Reference Mode 7
1.1.3.1 Physical layer (Lớp vật lý) 8
1.1.3.2 Data Link layer (Lớp liên kết dữ liệu) 9
1.1.3.3 Network layer (Lớp mạng) 9
1.1.3.4 Transport layer (Lớp vận tải) 10
1.1.3.5 Session layer (Lớp phiên) 10
1.1.3.6 Presentation layer (Lớp trình diện) 10
1.1.3.7 Application layer (Lớp ứng dụng) 11
1.3.4 Quá trình đóng gói khi dữ liệu đi qua từng lớp 11
1.2: Mô hình TCP/IP 12
1.2.1 Sự ra đời của TCP/IP 12
1.3.2 Mô hình TCP/IP 12
1.3.2.1 TCP/IP Network access Layer 13
1.3.2.2 Internet 14
1.3.2.3 Transport 15
1.3.2.4 Application 17
1.4 Quá trình đóng gói dữ liệu 20
1.5 Sự so sánh tương đồng của mô hình OSI và TCP/IP 21
CHƯƠNG 2: FUNDAMENTALS OF ETHERNET LANS 22
2.1 Tổng quan về LANs 22
2.2 Các loại LANs 22
2.3 Building Physical Ethernet LANs with UTP 24
2.4 UTP Cabling Pinouts for 10BASE-T and 100BASE-T 27
2.6 Building Physical Ethernet LANs with Fiber 29
2.7 Sending Data in Ethernet Networks 32
Trang 2DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Tại sao phải phân lớp………9
Hình 1.2: Mô hình tham chiếu OSI……… 9
Hình 1.3: Hubs……… 10
Hình 1.4: Quá trình đóng gói khi dữ liệu đi qua từng lớp………13
Hình 1.6: Mô hình TCP/IP……… 15
Hình 1.7: Larry sử dụng Ethernet để chuyển gói tin tới R1……….16
Hình 1.8: Ví dụ cơ bản về định tuyến……… 17
Hình 1.9: TCP segment format……….18
Hình 1.10: UDP Segment………19
Hình 1.11: Yêu cầu nhận HTTP, trả lời HTTP và một thông báo chỉ dữ liệu……
21 Hình 1.12: Năm bước đóng gói dữ liệu: TCP / IP……… 23
Hình 1.13: Mô hình OSI so với mô hình TCP/IP……… 23
Hình 2.1: SOHO LAN nhỏ điển hình chỉ có Ethernet ……….25
Hình 2.2: Mạng LAN SOHO có dây và không dây nhỏ điển hình……… 26
Hình 2.3 Mạng LAN không dây và có dây cho doanh nghiệp một tòa nhà……….26
Hình 2.4 Tạo một mạch điện trên một cặp để gửi theo một hướng……….28
Hình 2.5 Các thành phần cơ bản của một liên kết Ethernet……… 28
Hình 2.6 Đầu nối và cổng RJ-45……….29 Hình 2.7: 10-Gbps SFP + với cáp nằm ngay bên ngoài công tắc Catalyst 3560CX.30
Trang 3Hình 2.8 Sử dụng một cặp cho mỗi hướng truyền với Ethernet 10 và
100-Mbps 30
Hình 2.9 Sơ đồ cáp đi thẳng 10BASE-T và 100BASE-T………31
Hình 2.10 Cáp truyền thẳng Ethernet………
31 Hình 2.11 Cáp Ethernet chéo……… 31
Hình 2.13 Cáp đi thẳng bốn cặp đến 1000BASE-T………33
Hình 2.14 Các thành phần của cáp quang……….33
Hình 2.15 Truyền trên sợi quang đa chế độ với phản xạ bên trong……….34
Hình 2.16 Truyền trên sợi quang chế độ đơn với máy phát Laser ………34
Hình 2.17 Hai cáp quang với Tx được kết nối với Rx trên mỗi cáp……… 34
Hình 2.18 Định dạng khung Ethernet thường được sử dụng……….36
Trang 4DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Giao thức mẫu và Mô hình kiến trúc TCP/IP……… 15
Bảng 1.2: Các giao thức chính sử dụng TCP và UDP……….19 Bảng 2.1: Các tiêu chuẩn Ethernet ……… 27
Bảng 2.2: Cặp chân cắm 10BASE-T và 100BASE-T được sử dụng……….32
Bảng 2.3: Lấy mẫu các tiêu chuẩn cáp quang IEEE 802.3 Gbps……….35
10-Bảng 2.4: So sánh giữa cáp Ethernet UTP, MM và SM……….35
Bảng 2.5: Trường tiêu đề và đoạn giới thiệu Ethernet IEEE 802.3………37 Bảng 3.6: Thuật ngữ và tính năng địa chỉ MAC LAN………38
Trang 5CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH OSI VÀ TCP/IP 1.1 Mô hình tham chiếu OSI
1.1.1 Kết nối các hệ thống mở (OSI – Open Systems Interconnection)
Vào những năm 70, các nhà cung cấp đã tạo mô hình mạng độc quyền riêng của
họ Điều này nghĩa là các máy tính của các nhà cung cấp khác nhau không thể kết nốimạng với nhau
Do đó, Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) đã bắt đầu nghiên cứu mô hìnhmạng kết nối mở (OSI) cho phép kết nối nhiều máy tính của các nhà cung cấp khácnhau
Chức năng của mô hình tham chiếu nhằm giúp các nhà cung cấp tạo ra các thiết
bị và phần mềm mạng có thể tương tác dưới dạng giao thức để các mạng của nhà cungcấp khác nhau có thể hoạt động với nhau Và là một khuôn khổ trong đó các tiêu chuẩnmạng và ứng dụng có thể phát triển
1.1.2 Mô hình phân lớp
Việc phân lớp có thể hiểu là tập hợp các xử lý truyền thông thành một nhóm để
có thể quản lý được Việc phân lớp cũng sẽ giúp cho việc thiết kế, thực thi mở rộng vàkiểm tra các chức năng trở lên đơn giản hơn
Trang 6Mô hình OSI là mô hình kiến trúc cơ bản cho mạng, mô tả cách dữ liệu vàthông tin được truyền từ một ứng dụng trên một máy tính thôn qua phương tiện mạngđến một ứng dụng trên một máy tính khác Nên mô hình tham chiếu OSI chia cách tiếpcận này thành các lớp.
Mỗi lớp thực hiện một tập hợp con các chức năng liên quan cần thiết để giaotiếp
Mỗi lớp cung cấp một hoặc nhiều dịch vụ cho lớp ở trên
Mỗi lớp hoạt động hay thực hiện một hoặc nhiều giao thức Giao thức của mỗilớp là độc lập
Hình 1.1: Tại sao phải phân lớp 1.1.3 Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở - OSI Reference Mode
Tại sao pải phân lớp?
Giảm độ phức tạp
Chuẩn hóa giao diện
Tăng tốc
độ tiến hóa
Đơn giản hóa việc dạy học
Tạo điều kiện
thuận lợi cho kỹ
Trang 7Mô hình OSI bao gồm 7 lớp chức năng Mỗi lớp thực hiện các chức năng riêngđộc lập.
Hình 1.2: Mô hình tham chiếu OSI 1.1.3.1 Physical layer (Lớp vật lý)
Chức năng: Truyền và nhận các bit (có giá trị 1 và 0) qua môi trường truyền
dẫn
Đơn vị dữ liệu: Bit
Lớp Vật lý có một số yêu cầu như:
+ Thông số kỹ thuật về điện cơ+ Các phương thức mã hóa+ Phương thức truyền và nhận dữ liệu(Song công, bán song công)+ Dạng kết nối (mesh, ring, bus)
+ Khoảng cách đầu nối vật lý
Các loại phương tiện vật lý:
+ Cáp quang, cáp đồng, cáp soắn đôi, vô tuyến
Hubs at the Physical Layer: là một thiết bị lặp lại các tín hiệu mà nó nhận
được trên một cổng tới tất cả các cổng khác Nó là điểm kết nối trung tâm cho một sốthiết bị mạng
Trang 8Hình 1.3: Hubs 1.1.3.2 Data Link layer (Lớp liên kết dữ liệu)
Chức năng: Lớp này chịu trách nhiệm về địa chỉ MAC logic và xử lý LLC, tạo
cấu trúc liên kết logic và kiểm soát truy cập phương tiện Lớp liên kết dữ liệu sử dụngđịa chỉ phần cứng và dịch các tin nhắn từ lớp mạng thành các bit để lớp vật lý truyềntải
Mỗi khi có một gói dữ liệu được gửi giữa các bộ định tuyến, nó sẽ được đóngkhung với thông tin điều khiển ở lớp liên kết dữ liệu Mỗi khung gồm phần header, tảitin, phần đuôi
Việc đóng khung gói này tiếp tục cho mỗi bước nhảy cho đến khi gói cuối cùngđược gửi đến đúng máy chủ nhận
Đơn vị dữ liệu: Famre
Lớp Liên kết dữ liệu có hai lớp con:
+ Media Access Control (MAC): Xác định cách đặt gói trên phương tiên.Thông báo lỗi, phân phối khung theo thứ tự(gói nào đến trước được phục vụ trước, góinào đến sau phục vụ sau) và kiểm soát luồng tùy chọn cũng có thể được sử dụng ở lớpcon này
+ Logical Link Control (LLC): Chịu trách nhiệm xác định giao thức ở lớp mạng
và sau đó đóng gói chúng
Các thiết bị ở lớp liên kết dữ liệu:
+ Bride
Trang 9+ Switch
1.1.3.3 Network layer (Lớp mạng)
Chức năng: Lớp mạng có chức năng định tuyến và chuyển mạch.
Khi một Router nhận được gói tin, địa chỉ Ip đích sẽ được kiểm tra Nếu gói tinkhông được gửi đến Router cụ thể thì nó tra cứu bảng định tuyến Khi router chọnđược đích của gói, gói sẽ được đóng gói và gửi đi trên mạng Nếu Router không tìmthấy đích của gói trong bảng định tuyến thì nó sẽ hủy gói
Có 2 loại gói được sử dụng trong lớp mạng:
+ Data Packet: sử dụng để chuyển dữ liệu người dùng thông qua mạng Cácgiao thức sử dụng để hỗ trợ lưu lượng dữ liệu là giao thức định tuyến IP và Ipv6
+ Route update Paket: sử dụng để cật nhập các router hàng xóm về các mạngđược kết nối với tất cả các router trong mạng Các giao thức được sử dụng là giao thứcđịnh tuyến Rip, Ripv2, OSPF, EIGRP,… Các Route update Paket được sử dụng giúpxây dựng và duy trì các bảng định tuyến trên mỗi Router
Đơn vị dữ liệu: Packet
Các thiết bị ở lớp liên kết dữ liệu:
+ Router
+ Switch L3
1.1.3.4 Transport layer (Lớp vận tải)
Chức năng: Lớp transport có trách nhiệm cung cấp các cơ chế ghép kênh các
ứng dụng lớp trên, thiết lập phiên và chia nhỏ các mạch ảo Cung cấp khả năng truyền
dữ liệu minh bạch, đáng tin cậy qua mạng
Ở tầng transport có 2 giao thức được sử dụng là TCP là một dịch vụ đáng tincậy và UDP là dịch vụ không đáng tin cậy Hai giao thức này có chức năng theo dõitừng phiên truyền thông giữa ứng dựng nguồn và đích, quản lý mỗi segment và hợpthành khi tới đích và xác định đúng từng loại ứng dụng trong mỗi phiên truyền thông
Trang 10Flow Control: Tính toàn vẹn dữ liệu được đảm bảo ở lớp Vận chuyển bằng
cách duy trì kiểm soát luồng và bằng cách cho phép người dùng yêu cầu vận chuyển
dữ liệu đáng tin cậy giữa các hệ thống
Đơn vị dữ liệu: Segment
1.1.3.5 Session layer (Lớp phiên)
Chức năng: Lớp phiên chịu trách nhiệm thiết lập, quản lý và sau đó chia nhỏ
các phiên giữa các thực thể ở lớp trình diện
Đơn vị dữ liệu: Data
1.1.3.6 Presentation layer (Lớp trình diện)
Chức năng: Lớp trình diện có chức năng mã hóa và giải nén dữ liệu Lớp Trình
diện đảm bảo rằng dữ liệu được truyền từ lớp Ứng dụng của một hệ thống có thể đượcđọc bởi lớp Ứng dụng của hệ thống khác
Đơn vị dữ liệu: Data
1.1.3.7 Application layer (Lớp ứng dụng)
Chức năng: Là lớp tương tác trực tiếp với người dùng, cung cấp các phần nềm
tiện ích cho người dùng, để các ứng dụng chạy được
Đơn vị dữ liệu: Data
1.3.4 Quá trình đóng gói khi dữ liệu đi qua từng lớp
Hình 1.4: Quá trình đóng gói khi dữ liệu đi qua từng lớp
Trang 11- Người gửi sẽ gửi dữ liệu qua máy tính Dữ liệu này có thể là hình ảnh, video,
text,… (Lớp 7 Application layer) => dữ liệu ở lớp này được gọi là Data
- Rồi dữ liệu sẽ được đẩy xuống lớp 6 (Presentation layer), ở đấy nó sẽ được
mã hóa và nén dữ liệu => dữ liệu lớp này được gọi là Data
- Tiếp tục đấy xuống lớp 5(Session layer), để bổ sung các thông tin cần thiết
cho phiên làm việc => dữ liệu lớp này được gọi là Data
- Rồi tiếp tục đẩy xuống lớp 4(Transport layer), luồng dữ liệu được chia thành
các phần nhỏ hơn và tiêu đề lớp Vận chuyển (PDU) được tạo và gắn vào tiêu đề củatrường dữ liệu, bây giờ phần dữ liệu được gọi là Segment Mỗi Segment được sắp xếptheo trình tự để luồng dữ liệu có thể được tập hợp lại ở phía nhận chính xác như khi nóđược truyền đi => dữ liệu được gọi là Segment
- Sau đó, mỗi Segment được chuyển đến lớp 3(network layer) để đánh địa chỉ
và định tuyến trên mạng Tại lớp mạng nó sẽ thêm tiêu dề điều khiển vào các segmentđược truyền từ lớp vận chuyển => dữ liệu bây giờ được gọi là Packet
- Tại lớp Data link layer nó sẽ chịu trách nhiệm lấy các packet từ lớp mạng vàđặt trúng lên môi trường mạng Lớp này đóng gói từ packet trong một frame và tiêu đềcủa frame sẽ mang đại chỉ MAC của nguồn và đích => dữ liệu ở lớp này gọi là Frame
- Để đưa các Frame lên mạng, nó sẽ đấy vào lớp vật lý (Physical layer), lớp
vật lý chịu trách nhiệm mã hóa thành các tín hiệu số, tín hiệu này được đọc bởi cácthiết bị trên mạng => Dữ liệu ở công đoạn này gọi là Bit
1.2 Mô hình TCP/IP
1.2.1 Sự ra đời của TCP/IP
Vào những năm 70 -80, các nhà cung cấp đã tạo mô hình mạng độc quyền riêngcủa họ Điều này nghĩa là các máy tính của các nhà cung cấp khác nhau không thể kếtnối mạng với nhau
Do đó, Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) đã bắt đầu nghiên cứu mô hìnhmạng kết nối mở (OSI) cho phép kết nối nhiều máy tính của các nhà cung cấp khácnhau
Trang 12Trong những năm 1990, các công ty bắt đầu bổ sung OSI, TCP/IP hoặc cả haivào mạng doanh nghiệp của mình Vào cuối những năm 1990, TCP/IP đã trở thành lựachọn phổ biến và OSI đã bị loại bỏ.
Hình 1.6: Mô hình TCP/IP Một số giao thức TCP/IP:
TCP/IP Architecture Layer Example Protocols
Application HTTP, POP3, SMTP
Network Access Ethernet, 802.11 (Wi-Fi)
Bảng 1.1: Giao thức mẫu và Mô hình kiến trúc TCP / IP 1.3.2.1 TCP/IP Network access Layer
Trong Network Access Layer gồm 2 lớp là lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu xácđịnh các giao thức và phần cứng để phân phối dữ liệu qua một mạng vật lý
+ Lớp vật lý xác định hệ thống cáp và năng lượng (ví dụ, tín hiệu điện) truyềnqua cáp
+ Lớp liên kế dữ liệu TCP/IP cung cấp các dịch vụ cho lớp phía trên nó trong
mô hình mạng Khi quá trình IP của host hoặc Router chọn gửi gói IP trên router hoặchost khác, thì các router và host đó sẽ sử dụng chi tiết lớp liên kết để gửi nó đến cácrouter và host tiếp theo
Trang 13Hình 1.7: Larry sử dụng Ethernet để chuyển gói tin tới R1
B1: Larry đóng gói gói IP từ lớp lớp trên truyền xuống và gắn vào giữaEthernet Header và Ethernet Trailer để tạo sao Frame Ethernet
B2: Larry truyền vật lý các bit của Frame Ethernet qua môi trường cáp
B3: Router R1 nhận tín hiệu điện qua cáp và tạo lại các bit tương tự
B4: Router R1 Mở gói IP khỏi Frame Ethernet bằng cách loại bỏ EthernetHeader và Ethernet Trailer
=> Lớp Network Access TCP/IP bao gồm 2 chức năng là truyền dữ liệu vật lý
và các giao thức và quy tắc sử dụng phương tiện vật lý
Internet Protocol and the Postal Service
Ứng dụng TCP / IP và các lớp vận chuyển hoạt động giống như người gửi thưqua dịch vụ bưu chính Để gửi một tin nhắn, các lớp trên yêu cầu lớp bên dưới chúng,lớp mạng, gửi thông điệp
Các lớp thấp hơn của mô hình TCP / IP hoạt động giống như dịch vụ bưu chính
để chuyển những thông điệp đó đến đúng đích Để làm như vậy, các lớp thấp hơn nàyphải hiểu mạng vật lý bên dưới vì chúng phải chọn cách phân phối dữ liệu tốt nhất từ máy chủ này sang máy chủ khác
Trang 14Vì vậy giao thức IP hoạt động như một dịch vụ bưu chính IP xác định rằng mỗimáy tính chủ phải có một địa chỉ IP khác nhauIP xác định quá trình định tuyến để cácthiết bị được gọi là bộ định tuyến có thể hoạt động như bưu điện, chuyển tiếp các gói
dữ liệu để chúng được chuyển đến các đích chính xác
Internet Protocol Addressing Basics
Mỗi thiết bị sử dụng TCP/IP—mỗi máy chủ TCP/IP—cần một địa chỉ duy nhất
để có thể xác định địa chỉ đó trong mạng
Router là thiết bị mạng kết nối các phần của mạng TCP/IP với nhau nhằm mụcđích định tuyến (chuyển tiếp) các gói IP đến đúng đích Router thực hiện công việctương đương với công việc của mỗi địa điểm
Trang 15Transmission Control Protocol (TCP)
Transmission Control Protocol (TCP) là giao thức cung cấp truyền thông đángtin cậy đảm báo các dữ liệu từ nguồn đến đích Sử dụng cơ chế xác thực khi truyền và
có cấu trúc phức tạp
Tóm lại, TCP là một giao thức song công hoàn toàn, hướng kết nối, đáng tincậy và chính xác, nhưng việc thiết lập tất cả các điều khoản và điều kiện này, ngoàiviệc kiểm tra lỗi, không phải là một nhiệm vụ đơn giản
Hình 1.9: TCP segment format
Source port/ Destination port (16 bit): Xác định cổng từng loại ứng dụng
trong phiên truyền thông VD: 80: HTTP, 21 FTP,
Segquence number (32 bit): là số thứ tự của mỗi segment.
Acknowledgment number (32 bit): bằng Segquence number + 1 : dùng để xác
nhận cho mỗi phiên truyền thông TCP
Window (16 bit): Quyết định số dữ liệu truyền trong phiên truyền thông.
Checksum (16 bit): Kiểm tra lỗi.
Urgent (16 bit):
Trang 16User Datagram Protocol (UDP)
User Datagram Protocol (UDP) không cung cấp tất cả các chức năng của TCP,chỉ cung cấp tính năng cơ bản truyền và không đáng tin cậy Sử dụng bởi các ứng dụng
có thể chịu được mức mất mát nhỏ
Hình 2.10: UDP Segment Source port/ Destination port (16 bit): Xác định cổng từng loại ứng dụng trong
phiên truyền thông
Length (16 bit): Độ dài của tiêu đề UDP và dữ liệu UDP
Checksum (16 bit): Tổng kiểm tra của cả trường dữ liệu UDP và tiêu đề UDP.
Port number
Telnet – 23 SNMP – 161SMTP – 25 TFTP – 69HTTP - 80 DNS - 53FTP - 21
DNS – 53HTTPS - 443
Bảng 2.2: Các giao thức chính sử dụng TCP và UDP 1.3.2.4 Application
Giao thức lớp ứng dụng TCP/IP cung cấp dịch vụ cho phần mềm ứng dụngchạy trên máy tính Lớp ứng dụng không tự xác định ứng dụng nhưng nó xác định cácdịch vụ mà ứng dụng cần
VD: Giao thức ứng dụng HTTP xác định cách trình duyệt web có thể lấy nộidung của trang web từ máy chủ web
Lớp ứng dụng cung cấp giao diện giữa phần mềm chạy trên máy tính và chínhmạng