giáo trình mạng và truyền số liệu

Giáo trình Mạng và truyền số liệu 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 12 1.1. Khái Quát Về Thông Tin Số Liệu và Mạng Truyền Số Liệu 12 1.1.1 Khái quát về thông tin số liệu 12 1.2.2. Mạng truyền số liệu 13 1.2 Các Yếu Tố Của Mạng Máy Tính 16 1.2.1. Đường truyền vật lý 16 1.2.2. Kiến trúc mạng 17 1.3. Phân Loại Mạng Máy Tính 18 1.3.2. Phân loại mạng máy tính theo vùng địa lý 18 1.3.3. Phân loại mạng máy tính theo tôpô 19 1.3.4. Phân loại mạng theo chức năng 21 1.3.5. Phân biệt mạng LAN-WAN 21 1.4. Một Số Bộ Giao Thức Cơ Bản 22 1.4.1. Kiến trúc phân tầng 22 Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng, hầu hết các máy tính đều được phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng. Mỗi hệ thống thành phần của mạng được xem như một cấu trúc đa tầng, trong đó mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước đó. Số lượng các tầng cũng như tên và chức năng của mỗi tầng tùy thuộc vào nhà thiết kế. Trong hầu hết các mạng, mục đích của mỗi tầng là để cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng cao hơn. Mỗi tầng khi sử dụng không cần quan tâm đến các thao tác chi tiết mà các dịch vụ đó phải thực hiện 22 22 Hình: Minh họa kiến trúc phân tầng tổng quát 22 Nguyên tắc của kiến trúc mạng phân tầng: 22 - Mỗi hệ thống trong một mạng đều có cấu trúc tầng như nhau (số lượng tầng chức năng của mỗi tầng) 22 2 - Dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng i của hệ thống này sang tầng thứ i của hệ thống kia (ngoại trừ đối với tầng thấp nhất). Bên gửi dữ liệu cùng với các thông tin điều khiển chuyển đến tầng ngay dưới nó và cứ thế cho đến tầng thấp nhất. Bên dưới tầng này là đường truyền vật lý, ở đấy sự truyền tin mới thực sự diễn ra. Đối với bên nhận thì các thông tin được chuyển từ tầng dưới lên trên cho tới tầng i của hệ thống nhận 23 - Giữa hai hệ thống kết nối chỉ ở tầng thấp nhất mới có liên kết vật lý còn ở tầng cao hơn chỉ là liên kết logic hay liên kết ảo được đưa vào để hình thức hóa các hoạt động của mạng, thuận tiện cho việc thiết kế và cài đặt các phần mềm truyền thông 23 Các vấn đề cần phải giải quyết khi thiết kế các tầng 23 - Cơ chế nối, tách: mỗi một tầng cần có một cơ chế để thiết lập kết nối, và có một cơ chế để kết thúc kết nối khi mà sự kết nối là không cần thiết nữa 23 - Các quy tắc truyền dữ liệu: Trong các hệ thống khác nhau dữ liệu có thể truyền theo một số cách khác nhau: 23 + Truyền một hướng (simplex) 23 + Truyền hai hướng đồng thời (full-duplex) 23 + Truyền theo cả hai hướng luân phiên (half-duplex) 23 - Kiểm soát lỗi: Đường truyền vật lý nói chung là không hoàn hỏa, cần phải thảo thuận dùng một loại mã để phát hiện lỗi, kiểm tra lỗi và sửa lỗi. Phía nhận phải có khả năng thông báo cho bên gửi biết các gói tin nào đã thu đúng, gói tin nào phát lại 23 - Độ dài bản tin: Không phải mọi quá trình đều chấp nhận độ dài gói tin là tùy ý, cần phải có cơ chế để chia bản tin thành các gói tin đủ nhỏ 23 - Thứ tự các gói tin: Các kênh truyền có thể giữ không đúng thứ tự các gói tin, do đó cần có cơ chế để bên thu ghép đúng thứ tự ban đầu 23 - Tốc độ phát và thu dữ liệu: Bên phát có tốc độ cao có thể “lụt” bên thu có tốc độ thấp. Cần phải có cơ chế để bên thu báo cho bên phát biết tình trạng đó để điều khiển lưu lượng hợp lý 23 * Một số khái niệm cơ bản 23 Tầng (layer) 23 3 Mọi quá trình trao đổi thông tin giữa hai đối tượng đều thực hiện qua nhiều bước, các bước này độc lập tương đối với nhau. Thông tin được trao đổi giữa hai đối tượng A, B qua 3 bước: 23 + Phát tin: Thông tin chuyển từ tầng cao xuống tầng thấp 23 + Nhận tin: Thông tin chuyển từ tầng thấp lên tầng cao 23 + Quá trình trao đổi thông tin được trực tiếp qua đường truyền vật lý (thực hiện ở tầng cuối cùng) 23 Giao diện, dịch vụ, đơn vị dữ liệu 24 - Mối quan hệ giữa hai tầng kề nhau gọi là giao diện 24 - Mối quan hệ giữa hai tầng đồng mức của hai hệ thống khác nhau gọi là giao thức 24 - Thực thể: là thành phần tích cực trong mỗi tầng, nó có thể là một tiến trình trong hệ đa xử lý hay là một trình con các thực thể trong cùng một tầng ở các hệ thống khác nhau ( gọi là ngang hàng hay thực thể đồng mức). Mỗi thực thể có thể truyền thông lên tầng trên hoặc tầng dưới nó thông qua một giao diện. Giao diện gồm một hoặc nhiều điểm truy nhập dịch vụ. Tại các điểm truy nhập dịch vụ tầng trên chỉ có thể sử dụng dịch vụ do tầng dưới cung cấp. Thực thể được chia làm hai loại: Thực thể cung cấp dịch vụ và sử dụng dịch vụ: 24 + Thực thể cung cấp dịch vụ: là các thực thể ở tầng N cung cấp dịch vụ cho tầng N+1 24 + Thực thể sử dụng dịch vụ: đó là các thực thể ở tầng N sử dụng dịch vụ do tầng N-1 cung cấp. 24 Đơn vị dữ liệu sử dụng giao thức(protocol data unit - PDU) 24 Đơn vị dữ liệu dịch vụ (Service data unit - SDU) 24 Thông tin điều khiển (protocol control information - PCI) 24 Một đơn vị dữ liệu mà 1 thực thể ở tầng n của hệ thống A gửi sang thực thể ở tầng N ở một hệ thống B không bằng đường truyền trực tiếp mà phải truyền xuống dưới để truyền bằng tầng thấp nhất thông qua đường truyền vật lý 24 + Dữ liệu ở tầng N-1 nhận được do tầng N truyền xuống gọi là SDU 24 + Phần thông tin điều khiển của mỗi tầng gọi là PCI 24 4 + Ở tầng N-1 phần thông tin điêu khiển PCI thêm vào đầu của SDU tạo thành PDU. Nếu SDU quá dài thì cắt nhỏ thành nhiều đoạn, mỗi đoạn bổ sung phần PCI, tạo thành nhiều PDU. 24 Bên hệ thống nhận trình tự diễn ra theo chiều ngược lại. Qua mỗi tầng PCI tương ứng sẽ được phân tích và cắt bỏ khỏi PDU trước khi gửi lên tầng trên 24 1.4.2. Mô hình OSI 24 Tóm tắt chức năng của từng tầng 26 Tầng vật lý 26 Truyền bít, cung cấp các đặc tả về cơ và điện 26 Tầng liên kết dữ liệu 26 Tổ chức các bít vào trong các frame (khung dữ liệu) và chịu trách nhiệm truyền tin từ nguồn tới đích 26 Tầng mạng 26 Chuyển các gói tin (packets) từ nguồn tới đích và cung cấp ra liên mạng 26 Tầng vận chuyển 26 Vận chuyển thông tin đến đích và khôi phục lỗi 26 Tầng phiên 26 Thiết lập, duy trì, và kết thúc các phiên làm việc 26 Tầng trình bày 26 Biên dịch, mã hóa, nén dữ liệu 26 Tầng ứng dụng 26 Cho phép truy cập đến tài nguyên mạng 26 1.4.3. Mô hình TCP/IP 26 28 So sánh hai mô hình OSI và TCP/IP 28 Các tầng của mô hình TCP/IP 28 Bộ quốc phòng Mỹ gọi tắt là DoD (Department of Defense) đã tạo ra mô hình TCP/IP vì muốn một mạng có thể tồn tại trong bất cứ điều kiện nào, ngay cả khi có chiến tranh hạt nhân. DoD muốn các gói dữ liệu xuyên suốt mạng vào mọi lúc, dưới bất cứ điều kiện nào, từ bất cứ một điểm đến một điểm khác. 5 Đây là một bài toán thiết kế cực kỳ khó khăn mà từ đó làm nảy sinh ra mô hình TCP/IP, vì vậy đã trở thành chuẩn Internet để phát triển. 28 1.4.3.1. Tầng ứng dụng (Application layer) 29 1.4.3.2. Tầng vận chuyển (Transport layer) 29 1.4.3.3. Tầng Internet (Internet layer) 29 1.4.3.4. Tầng truy cập mạng (Network access layer) 29 1.5. Xu Hướng Phát Triển Của Mạng Truyền Thông Hiện Đại 31 1.5.1. Mạng thế hệ mới (NGN) 31 1.5.2. Mạng viễn thông thế hệ mới trên nền IP 31 1.5.3. Mạng 3G 32 1.5.4. Công nghệ truyền thoại qua internet (VoIP) 33 1.6. Giới Thiệu Một Số Phần Mềm Mô Phỏng Mạng 34 1.6.1. Bonson netsim 34 1.6.2. Packet tracer 34 1.6.3. GNS3 (Graphical network simulator v3.0) 34 CHƯƠNG 2, MÔ HÌNH HỆ THỐNG MỞ OSI 36 Giới thiệu về mô hình OSI 36 Mối quan hệ giữa các tầng trong mô hình OSI 37 Quá trình chuyển dữ liệu qua các tầng của mô hình OSI 37 Chức năng của các tầng trong mô hình OSI 38 2.1. Tầng vật lý (physical layer) 38 2.2. Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer) 40 2.3. Tầng mạng – Network Layer 41 2.4. Tầng giao vận – Transport layer (Tầng vận chuyển) 43 2.5. Tầng phiên – Session layer 45 2.6. Tầng trình diễn – Presentation Layer (Tầng trình bày) 46 2.7. Tầng ứng dụng 46 3.1. Vai trò và chức năng của tầng vật lý 48 3.2. Các loại tín hiệu và các yếu tố ảnh hưởng 48 6 3.2.1. Tín hiệu dùng theo chuẩn V.28 48 3.2.2. Tín hiệu Dòng 20mA 48 3.2.3. Tín hiệu dùng theo chuẩn RS-422A/V.11 48 3.2.4. Các tín hiệu truyền trên cáp đồng trục 49 3.2.4.1. Chế độ băng cơ bản 49 3.2.4.2. Chế độ băng rộng 49 3.2.5. Các tín hiệu cáp quang 49 3.2.6. Tín hiệu vệ tinh và Radio 50 3.3. Môi trường truyền thông 57 3.3.1. Môi trường truyền dẫn có dây 57 3.3.1.1. Các đường truyền 2 dây không xoắn 57 3.3.1.2. Các đường dây xoắn đôi 57 3.3.1.3. Cáp đồng trục 58 3.3.1.4. Cáp quang 58 3.3.2. Môi trường truyền dẫn không dây 59 3.3.2.1. Đường truyền vệ tinh 59 3.3.2.2. Đường truyền vi ba 60 3.3.2.3. Đường truyền vô tuyến tần số thấp 60 3.4. Các chuẩn giao tiếp vật lý 62 3.4.1. Giao tiếp EIA – 232D/V24 62 3.4.2. Modem rỗng (Null Modem) 65 3.4.3. Giao tiếp EIA-530 66 3.4.4. Giao tiếp EIA-430/V35 67 3.4.5. Giao tiếp X21 67 3.4.6. Giao tiếp ISDN 68 3.5. Các chế độ truyền thông dữ liệu 70 3.5.1. Truyền thông đồng bộ 70 3.5.2. Truyền thông bất đồng bộ 70 3.6. Mạch điều khiển truyền số liệu 71 7 3.6.1. Khái quát 71 3.6.2. Giao tiếp truyền có thể lập trình UART 8250 của Intel 75 3.6.2.1.Giao tiếp bus: 76 3.6.2.2.Xung đồng hồ và sự định thời gian: 76 3.6.2.3.Cấu trúc bên trong và hoạt động của 8250 77 3.7. Các thiết bị điều khiển truyền số liệu 77 3.7.1. Khái quát 77 3.7.2. Bộ ghép kênh phân thời 78 3.7.3. Bộ ghép kênh thống kê 78 4.1. Giới thiệu 79 4.2. Các vấn đề của tầng liên kết dữ liệu 79 4.2.1. Cung cấp dịch vụ cho tầng mạng 79 4.2.2. Khung tin – Nhận biết gói tin 80 4.2.3. Kiểm tra lỗi 80 4.2.4. Điều khiển luồng dữ liệu 80 4.2.5. Quản lý liên kết 80 4.2.6. Nén dữ liệu khi truyền 81 4.3. Phát hiện sai và sửa lỗi 81 4.3.1. Phương pháp bit chẵn lẻ (parity) 81 4.3.2. Tính theo đa thức chuẩn 82 4.3.3. Mã sửa sai 83 4.4. Các giao thức cửa sổ trượt 84 4.4.1. ARQ dừng và chờ (Stop and Wait ARQ) 84 4.4.2. Trở lại N - ARQ (Go back - N - ARQ) 85 4.4.3. Truyền lại có lựa chọn ARQ (Selective Reject ARQ) 86 4.5. Một vài giao thức liên kết số liệu 86 4.5.1. Giao thức HDLC (High level data link control) 86 4.5.2.Giao thức BSC (Binary Synchonous Communication) 89 4.5.2.2.Dạng bản tin 89 8 4.5.2.3. Trao đổi bản tin 90 4.5.3. Giao thức PPP 90 CHƯƠNG 5, TẦNG MẠNG 93 5.1. Vai trò của tầng mạng 93 5.2. Các dịch vụ cung cấp cho tầng giao vận 93 5.3. Tổ chức các kênh truyền tin trên mạng 94 5.3.1. Kênh ảo (virtual circuit) 94 5.3.2. Mạng Datagram 94 5.4. Giải thuật chọn đường 95 5.4.1 Chức năng của giải thuật vạch đường 95 5.4.2 Đại lượng đo lường (Metric) 95 5.4.3 Mục đích thiết kế 95 5.4.4. Phân loại giải thuật chọn đường 96 5.4.4.1 Giải thuật chọn đường tĩnh - Giải thuật chọn đường động 96 5.4.4.2 Giải thuật chọn đường một đường - Giải thuật chọn đường nhiều đường 96 5.4.4.3 Giải thuật chọn đường bên trong khu vực - Giải thuật chọn đường liên khu vực 97 5.4.4.4 Giải thuật chọn đường theo kiểu trạng thái nối kết (Link State Routing) và Giải thuật chọn đường theo kiểu vector khoảng cách (Distance vector) 98 5.5. Vấn đề tắc nghẽn và điều khiển luồng dữ liệu 98 5.5.1. Vấn đề tắc nghẽn 98 5.5.2. Điều khiển luồng (Flow Control) 99 5.6. Giao thức liên mạng (Internet Protocol) 99 5.6.1. Giới thiệu chung 99 5.6.2. Kiến trúc địa chỉ IP (IPv4) 101 5.6.3. Chọn tuyến (IP routing) 105 5.6.4. Giao thức liên mạng thế hệ mới (IPv6) 107 CHƯƠNG 6, MẠNG CỤC BỘ LAN 110 9 6.1. Giới thiệu 110 6.2. Các giao thức điều khiển truy nhập đường truyền 110 6.2.1. Giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 110 6.2.2. Giao thức truyền thẻ bài (Token passing) 111 6.2.3. Giao thức FDDI 112 6.3. CÁC CHUẨN GIAO THỨC LAN 112 6.4. Các thiết bị dùng để kết nối LAN 113 6.4.1. Bộ lặp tín hiệu (Repeater) 113 6.4.2. Bộ tập trung (Hub) 115 6.4.3. Cầu (Bridge) 115 6.4.4. Bộ chuyển mạch (Switch) 119 6.4.5. Bộ định tuyến(Router) 119 6.5. Lan không dây 119 6.5.1. Khái quát 119 6.5.2. Đường truyền không dây 121 6.5.2.1. Đường truyền bằng song radio 121 6.5.2.2. Đường truyền bằng song hồng ngoại 124 6.6. Mạng lan ảo (VLAN) 124 6.6.1. Tạo mạng LAN ảo với một bộ chuyển mạch 125 6.6.2. Tạo mạng LAN ảo với nhiều bộ chuyển mạch 125 6.6.3. Cách xây dựng mạng LAN ảo 126 6.6.4. Ưu điểm và nhược điểm của mạng LAN ảo 126 CHƯƠNG 7. MẠNG DIỆN RỘNG WAN 128 7.1. Các khái niện về mạng WAN 128 7.1.1. Mạng WAN là gì? 128 7.1.2. Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN 129 7.1.3. Những điểm cần chú ý khi thiết kế WAN 130 7.2. Một số công nghệ kết nối cơ bản dùng cho mạng WAN 131 10 [...]... một tổ hợp nguồn tin , môi trường và máy thu trong các kiểu mạng truyền số liệu khác nhau 1.2.2 Mạng truyền số liệu Mạng truyền số liệu bao gồm hai hay nhiều hệ thống truyền (nhận) tin được ghép nối với nhau theo nhiều hình thức như phân cấp hoặc phân chia thành các trung tâm xử lý trao đổi thông tin với các chức năng riêng … Mạng truyền số liệu là một hệ thống nhằm nối các máy tính lại với nhau, sự... THIẾT KẾ MỘT MÔ HÌNH MẠNG 166 11 CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 1.1 Khái Quát Về Thông Tin Số Liệu và Mạng Truyền Số Liệu 1.1.1 Khái quát về thông tin số liệu Thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quang trọng trong cuộc sống, hầu hết chúng ta luôn gắn liền với một vài dạng thông tin nào đó Các dạng trao đổi tin có thể như: đàm thoại người với người, đọc sách, gửi và nhận thư, nói chuyện... hướng ứng dụng mạng xử lý số liệu, mạng đấu nối có thể có cấu trúc tuyến tính cấu trúc vòng cấu trúc hình sao Cấu trúc mạng phải có khả năng tiếp nhận các đặc thù khác nhau của các đơn vị tức là mạng phải có tính đa năng, tính tương thích Mạng số liệu được thiết kế nhằm mục đích có thể nối nhiều thiết bị đầu cuối với nhau Để truyền số liệu ta có thể dùng mạng điện thoại hoặc dùng đường truyền riêng... đến các mạng truyền dẫn công cộng Bên cạnh việc cung cấp dịch vụ điện thoại công cộng, ngày nay hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn đều cung cấp một dịch vụ chuyển mạch số liệu mang tính công cộng Thật ra các mạng này tương tự như mạng PSTN là được liên kết quốc tế, chỉ khác ở chỗ được thiết kế chuyên cho truyền số liệu Như vậy các ứng dụng liên quan đến máy tính được phục vụ bởi mạng số liệu. .. dụ một máy tính nối vào một LAN cần lien lạc với một máy tính khác thộc về mạng LAN khác, và hai LAN được nối qua PSDN Dạng truyền số liệu này được gọi là liên mạng hay internet, 15 khi đó địa chỉ hóa là nhu cầu thiết yếu trong mối liên hệ cùng mạng và cả trong mối giao tiếp với các máy tính thuộc mạng khác Mạng toàn cầu Internet là một tập hợp gồm hàng vạn mạng trên khắp thế giới Mạng Internet bắt nguồn... dữ liệu Tại tầng 2, một trailer cũng được bổ sung Khi đơn vị dữ liệu được định dạng truyền qua tầng vật lý, nó được chuyển đổi thành các tín hiệu điện từ và được truyền đi trên đường truyền vật lý 25 Hình 1.7 Truyền dữ liệu giữa 2 thiết bị sử dụng mô hình OSI Ngay khi tín hiệu điện từ được truyền đến đích của nó, nó được truyền vào tầng một và được chuyển đổi trở lại thành các bit Các đơn vị dữ liệu. .. với nhau hàng ngày Số lượng máy tính kết nối mạng và số lượng người truy cập vào mạng Internet trên toàn thế giới ngày càng tăng lên nhanh chóng, đặc biệt từ những năm 90 trở đi Mạng Internet không chỉ cho phép chuyển tải thông tin nhanh chóng mà còn giúp cung cấp thông tin, nó cũng là diễn đàn và là thư viện toàn cầu đầu tiên Các mạng vừa đề cập được thiết kế chủ yếu để truyền số liệu giữa các máy... nhau và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Cách kết nối các máy tính được gọi là hình trạng hay topo của mạng, còn tập các quy tắc, quy ước truyền thông gọi là các giao thức (protocol) của mạng Tôpô và giao thức mạng là hai khái niệm rất căn bản của mạng máy tính a) Tôpô mạng Có hai kiểu kết nối mạng chủ... có thể chuyển đổi các mạng PSTN có sẵn sao cho có thể truyền được số liệu mà không cần dùng modem.Các mạng này hoạt động trong chế độ số (digital) hoàn toàn được gọi là mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN Trên đây chúng ta giả sử trong tất cả các ứng dụng, các máy tính đều được nối vào cùng một mạng LAN hay WAN Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng phải dùng phương tiện truyền gồm nhiều mạng kết hợp ví dụ như... hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với băng tần cao Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lượng lớn; tải tệp tin video và MP3; và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao 32 Các thiết bị hỗ trợ 3G cho phép chúng ta download và xem . Giáo trình Mạng và truyền số liệu 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 12 1.1. Khái Quát Về Thông Tin Số Liệu và Mạng Truyền Số Liệu 12 1.1.1 Khái quát về thông tin số liệu. hợp nguồn tin , môi trường và máy thu trong các kiểu mạng truyền số liệu khác nhau. 1.2.2. Mạng truyền số liệu Mạng truyền số liệu bao gồm hai hay nhiều hệ thống truyền (nhận) tin được ghép. 8. THIẾT KẾ MỘT MÔ HÌNH MẠNG 166 11 CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 1.1. Khái Quát Về Thông Tin Số Liệu và Mạng Truyền Số Liệu 1.1.1 Khái quát về thông tin số liệu Thông tin liên lạc