Mô hình osi và tcp ip kết nối các hệ thống mở (osi – open systems interconnection)

Mục 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 DANH 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 Hình 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 DANH 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 10- Gbps……………….35 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 CHƯƠNG 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 nối mạng với nhau Do đó, Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) đã bắt đầu nghiên cứu mô hình mạng kết nối mở (OSI) cho phép kết nối nhiều máy tính của các nhà cung cấp khác nhau 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 cung cấp khác nhau có thể hoạt động với nhau Và là một khuôn khổ trong đó các tiêu chuẩn mạng 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 và kiểm tra các chức năng trở lên đơn giản hơn Mô hình OSI là mô hình kiến trúc cơ bản cho mạng, mô tả cách dữ liệu và thông tin được truyền từ một ứng dụng trên một máy tính thôn qua phương tiện mạng đến một ứng dụng trên một máy tính khác Nên mô hình tham chiếu OSI chia cách tiếp cận này thành các lớp Mỗi lớp thực hiện một tập hợp con các chức năng liên quan cần thiết để giao tiếp 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 mỗi lớp là độc lập Đảm bảo Giảm độ Chuẩn công nghệ phức tạp hóa giao Tại sao pải có thể phân lớp? diện tương tác Đơn giản Tăng tốc Tạo điều kiện hóa việc thuận lợi cho kỹ dạy học độ tiến thuật mô-đun hóa Hình 1.1: Tại sao phải phân lớp 1.1.3 Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở - OSI Reference Mode Mô hình OSI bao gồm 7 lớp chức năng Mỗi lớp thực hiện các chức năng riêng độc 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 số thiết bị mạng Hình 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 dụng địa chỉ phần cứng và dịch các tin nhắn từ lớp mạng thành các bit để lớp vật lý truyền tải Mỗi khi có một gói dữ liệu được gửi giữa các bộ định tuyến, nó sẽ được đóng khung với thông tin điều khiển ở lớp liên kết dữ liệu Mỗi khung gồm phần header, tải tin, phần đuôi Việc đóng khung gói này tiếp tục cho mỗi bước nhảy cho đến khi gói cuối cùng được 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, gói nào đến sau phục vụ sau) và kiểm soát luồng tùy chọn cũng có thể được sử dụng ở lớp con 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 + 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 tin không được gửi đến Router cụ thể thì nó tra cứu bảng định tuyến Khi router chọn được đích của gói, gói sẽ được đóng gói và gửi đi trên mạng Nếu Router không tìm thấy 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 Các giao 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 mạng được kết nối với tất cả các router trong mạng Các giao thức được sử dụng là giao thức định tuyến Rip, Ripv2, OSPF, EIGRP,… Các Route update Paket được sử dụng giúp xây 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 tin cậy và UDP là dịch vụ không đáng tin cậy Hai giao thức này có chức năng theo dõi từng phiên truyền thông giữa ứng dựng nguồn và đích, quản lý mỗi segment và hợp thành khi tới đích và xác định đúng từng loại ứng dụng trong mỗi phiên truyền thông Flow 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 được đọc 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 User 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 TCP UDP Telnet – 23 SNMP – 161 SMTP – 25 TFTP – 69 HTTP - 80 DNS - 53 FTP - 21 DNS – 53 HTTPS - 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 dụng chạy trên máy tính Lớp ứng dụng không tự xác định ứng dụng nhưng nó xác định các dịch vụ mà ứng dụng cần VD: Giao thức ứng dụng HTTP xác định cách trình duyệt web có thể lấy nội dung của trang web từ máy chủ web Lớp ứng dụng cung cấp giao diện giữa phần mềm chạy trên máy tính và chính mạng Các giao thức và ứng có trong lớp ứng dung là: FTP, TFTP, HTTP, SMTP, DNS, DHCP File Transfer Protocol (FTP) File Transfer Protocol (FTP) là giao thức cho phép người dùng truyền tệp giữa hai máy bất kỳ mà sử dụng nó FTP cũng cho phép truy cập vào cả thư mục và tệp và có thể thực hiện một số loại hoạt động thư mục nhất định, chẳng hạn như di chuyển sang các thư mục khác File Transfer Protocol (FTP) sử dụng kết nối với giao thức TCP ở lớp dưới Trivial File Transfer Protocol (TFTP) Trivial File Transfer Protocol (TFTP) là phiên bản rút gọn, có sẵn của FTP, nhưng nó không cung cấp cho bạn nhiều chức năng như FTP TFTP không có khả năng duyệt thư mục; nó không thể làm gì khác ngoài việc gửi và nhận tập tin Giao thức nhỏ gọn này cũng tiết kiệm bộ phận dữ liệu, gửi các khối dữ liệu nhỏ hơn nhiều so với FTP và không có xác thực như với FTP nên không an toàn Trivial File Transfer Protocol (TFTP) sử dụng kết nối giao thức UDP ở lớp Transport Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), trả lời cuộc gọi email phổ biến của chúng ta, sử dụng phương thức gửi thư được lưu trữ hoặc xếp hàng đợi SMTP được sử dụng để gửi thư; POP3 được sử dụng để nhận thư Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) sử dụng kết nối giao thức TCP ở lớp Transport Domain Name Service (DNS) Domain Name Service (DNS) phân giải tên máy chủ, bạn chỉ cần nhập địa chỉ IP của bất kỳ thiết bị nào bạn muốn liên lạc Địa chỉ IP cũng xác định các máy chủ trên mạng và Internet Domain Name Service (DNS) sử dụng cả giao thức ở lớp Transport là TCP và UDP HTTP Protocol Là ứng dụng trình duyệt web và ứng dụng máy chủ web, sử dụng giao thức lớp ứng dụng TCP/IP Để thực hiện yêu cầu một trang web và trả lại nội dung của trang web, các ứng dụng sử dụng giao thức HTTP (Hypertext Transfer Protocol) Hình 1.11: Yêu cầu nhận HTTP, trả lời HTTP và một thông báo chỉ dữ liệu Bước 1: Bob gửi một tin nhắn có tiêu đề HTTP Các giao thức sử dụng tiêu đề như một nơi để đưa thông tin được sử dụng bởi giao thức đó Tiêu đề HTTP này bao gồm yêu cầu "lấy" một tệp Yêu cầu thường chứa tên của tệp (home.htm, trong trường hợp này), hoặc nếu không có tên tệp nào được đề cập, máy chủ web giả định rằng Bob muốn trang web mặc định Bước 2: Phản hồi từ máy chủ web Larry Thông báo bắt đầu bằng tiêu đề HTTP, với mã trả lại (200), có nghĩa là một cái gì đó đơn giản như “OK” được trả lại trong tiêu đề HTTP cũng xác định các mã trả lại khác để máy chủ có thể cho trình duyệt biết liệu yêu cầu có hoạt động hay không Thông báo thứ hai cũng bao gồm phần đầu tiên của tệp được yêu cầu Bước 3: Một thông báo khác từ máy chủ web Larry tới trình duyệt web Bob, nhưng lần này không có tiêu đề HTTP HTTP truyền dữ liệu bằng cách gửi nhiều tin nhắn, mỗi tin nhắn có một phần của tệp Thay vì lãng phí dung lượng bằng cách gửi các tiêu đề HTTP lặp đi lặp lại liệt kê cùng một thông tin, các thông báo bổ sung này chỉ đơn giản là bỏ qua tiêu đề 1.4 Quá trình đóng gói dữ liệu Quá trình mà máy chủ TCP/IP gửi dữ liệu có thể được xem là quy trình gồm 5 bước Bước 1: Tạo và đóng gói dữ liệu ứng dụng với bất kỳ tiêu đề lớp ứng dụng cần thiết nào Ví dụ: thông báo HTTP OK có thể được trả về trong tiêu đề HTTP, theo sau là một phần nội dung của trang web Bước 2 Đóng gói dữ liệu do lớp ứng dụng cung cấp bên trong tiêu đề của lớp vận chuyển Đối với các ứng dụng của người dùng cuối, tiêu đề TCP hoặc UDP thường được sử dụng Bước 3 Đóng gói dữ liệu được cung cấp bởi lớp vận chuyển bên trong tiêu đề lớp mạng (IP) IP xác định các địa chỉ IP nhận dạng duy nhất mỗi máy tính Bước 4 Đóng gói dữ liệu được cung cấp bởi lớp mạng bên trong tiêu đề và đoạn giới thiệu của lớp liên kết dữ liệu Lớp này sử dụng cả tiêu đề và đoạn giới thiệu Bước 5 Truyền các bit Lớp vật lý mã hóa tín hiệu lên phương tiện để truyền khung Hình 1.12: Năm bước đóng gói dữ liệu: TCP / IP 1.5 Sự so sánh tương đồng của mô hình OSI và TCP/IP Giống nhau: Hình 1.13: Mô hình OSI so với mô hình TCP/IP + Mô hình tham chiếu OSI và mô hình TCP/IP đều có các lớp và mỗi lớp xác định một tập hợp các chức năng mạng điển hình + Giống như TCP/IP, mỗi lớp OSI đề cập đến nhiều giao thức và tiêu chuẩn thực hiện các chức năng được chỉ định bởi mỗi lớp + Cả 2 mô hình đều có lớp mạng và lớp vận tải Khác nhau: + TCP/IP chỉ sử dụng tầng ứng dụng (Application) để xác định chức năng của các tầng trên Trong khi đó, OSI sử dụng đến 3 tầng (Application, Presentation, Session) + OSI cần sử dụng 2 tầng Physical và Datalink để xác định các chức năng của tầng dưới cùng, TCP/IP chỉ sử dụng tầng Network để thực hiện điều đó CHƯƠNG 2: FUNDAMENTALS OF ETHERNET LANS 2.1 Tổng quan về LANs Ethernet dùng để chỉ họ các tiêu chuẩn LAN cùng xác định ở lớp vật lý và liên kết dữ liệu của công nghệ mạng LAN Các tiêu chuẩn do Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) xác định, xác định hệ thống cáp, đầu nối ở đầu cáp, quy tắc giao thức và mọi thứ khác cần thiết để tạo mạng LAN Ethernet 2.2 Các loại LANs Typical SOHO LANs Mạng LAN cần một thiết bị gọi là bộ chuyển mạch Ethernet LAN, thiết bị này cung cấp nhiều cổng vật lý để có thể kết nối cáp Mạng LAN sử dụng cáp Ethernet để kết nối các thiết bị hoặc nút Ethernet khác nhau với một trong các cổng Ethernet của Switch