Ccna-1

tài liệu tiếng việt CCNA 1

CHƯƠNG 1: KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ MÔ HÌNH OSI 3

1 Khái niệm về mạng máy tính 3

1.1 Một số loại mạng máy tính .4

1.2 Các loại hình trạng mạng 6

1.2.1 Bus 6

1.2.2 Ring 6

1.2.3 Star 7

1.2.4 Mesh 8

2 Mô hình tham chiếu mở OSI 8

2.1 Lịch sử của OSI 8

2.2 Ý nghĩa của mô hình tham chiếu mở OSI 9

2.3 Mô hình 7 tầng OSI, chức năng của từng tầng 10

2.3.1 Tầng vật lý (Physical) 10

2.3.2 Tầng liên kết dữ liệu (Data Link) 11

2.3.3 Tầng mạng (NetWork) 12

2.3.4 Tầng vận chuyển (Transport) 14

2.3.5 Tầng phiên (Session) 15

2.3.6 Tầng trình diễn (Presentation) 15

2.3.7 Tầng ứng dụng (Application) 16

2.4 Quá trình đóng gói dữ liệu trong mô hình OSI 16

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ ETHERNET 18

1 Giới thiệu về Ethernet 18

2 Ethernet và mô hình OSI 19

3 Tầng MAC và thuật toán CSMA/CD: 19

3.1 Tầng cập nhật môi trường truyền MAC: 19

3.2 Các quy tắc của MAC và thuật toán CSMA/CD 20

4 Hoạt động của Repeater vàHub 22

4.1 Hoạt động của Repeater 23

4.2 Hoạt động của Hub 24

5 Hoạt động của Bridge và Switch 26

5.1 Khái niệm Collision Domain và Broadcast Domain 26

5.2 Hoạt động của Bridge 28

5.3 Hoạt động của Switch 31

CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH TCP/IP 33

1 Lịch sử phát triển của mô hình TCP/IP 33

2 Các tầng của mô hình TCP/IP 33

2.1 Tầng ứng dụng ( Applucation layer) 33

2.2 Tầng vận chuyển (Transport Layer) 34

2.2.1 Giao thức TCP 35

2.2.2 Giao thức điều khiển UDP 37

2.2.3 Bắt tay ba bước 37

2.2.4 Cửa sổ trượt 38

2.3 Chỉ số cổng (port) của TCP và UDP 39

2.4 Tầng Internet (Internet Layer) 40

2.5 Tầng truy nhập mạng (Network Access Layer) 42

3 Kiến trúc Internet 42

4 So sánh giữa mô hình tham chiếu OSI và mô hình TCP/IP: 43

5 Các ứng dụng tại tầng ứng dụng của TCP/IP 44

CHƯƠNG 1: KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ MÔ HÌNH OSI

1 Khái niệm về mạng máy tính

Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được nối với nhau bởi đường truyền theo một cấu trúc nào đó và thông qua đó các máy tính trao đổi thông tin qua lại cho nhau.

Đường truyền là hệ thống các thiết bị truyền dẫn có dây hay không dây dùng để chuyển các tín hiệu điện tử từ máy tính này đến máy tính khác Các tín hiệu điện tử đó biểu thị

các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (on - off) Tất cả các tín hiệu được truyền giữa các máy tính đều thuộc một dạng sóng điện từ Tùy theo tần số của sóng điện từ có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền các tín hiệu Ở đây đường truyền được kết nối có thể là dây cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện thoại, sóng vô tuyến Các đường truyền dữ liệu tạo nên cấu trúc của mạng Hai khái niệm đường truyền và cấu trúc là những đặc trưng cơ bản của mạng máy tính

Hình1.1 Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng

Những ưu điểm khi kết nối các máy tính thành một mạng máy tính:

+ Nhiều người có thể dùng chung một phần mềm tiện ích

+ Trao đổi thông tin trong một mạng máy tính dễ dàng

+ Dữ liệu được quản lý tập trung nên an toàn hơn, trao đổi giữa những người sử dụng thuận lợi hơn, nhanh chóng hơn.

+ Có thể dùng chung thiết bị ngoại vi hiếm, đắt tiền (máy in, máy vẽ, )

+ Người sử dụng trao đổi với nhau thư tín (E-Mail), tin tức dễ dàng

+ Một số người sử dụng không cần phải trang bị máy tính đắt tiền (chi phí thấp mà chức nǎng lại mạnh)

+ Mạng máy tính cung cấp môi trường làm việc từ xa (chính phủ điện tử, hội nghị từ xa, elearning )

1.1 Một số loại mạng máy tính

+ GAN (Global Area Network): Kết nối máy tính từ các châu lục khác nhau Thông

thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông và vệ tinh

+ WAN (Wide Area Network): Mạng diện rộng, WAN liên kết các LAN và từ các

LAN này có thể truy xuất đến các máy tính hay các file server tại các vị trí khác nhau WAN có phạm vi địa lý rộng nên có khả năng cung cấp thông tin cự lý xa cho doanh nghiệp.Các WAN có thể được kết nối với nhau tạo thành GAN, hay bản thân nó đã là GAN WAN dùng để kết nối các máy tính trong phạm vi một quốc gia hay một châu lục

+ MAN (Metropolitan Area Network): Kết nối các máy tính trong phạm vi một thành

phố Kết nối này được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao

(50-100 Mbit/s) Một MAN thường bao gồm hai hay nhiều LAN cùng trong một vùng địa lý

+ LAN (Local Area Networks): Mạng cục bộ (LAN) là hệ truyền thông tốc độ cao được

thiết kế để kết nối các máy tính và các thiết bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như ở một tầng của toà nhà, hoặc trong một toà nhà Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc Một mạng LAN bao gồm các thành phần sau:

o Máy tính

o Card giao tiếp mạng

o Các thiết bị ngoại vi, đường truyền thiết lập mạng

o Các thiết bị mạng

Chú ý: Trong các khái niệm cơ bản nói nêu trên thì chỉ có LAN và WAN là hai khái

niệm hay được sử dụng nhất Ngoài ra còn có một số mạng sau :

+ SAN (Storage Area Network): Là một mạng riêng dùng để lưu trữ dữ liệu, nó thích

hợp với các hệ thống cần lưu trữ dữ liệu dự phòng, di chuyển file, tái tạo dữ liệu giữa các hệ thống

+ VPN (Virtual Private Network): Mạng dùng riêng ảo, là giải pháp sử dụng thiết bị

phần cứng hoặc phần mềm để liên kết các mạng LAN tại các cơ sở khác nhau của một

cơ quan thành một mạng LAN riêng bằng cách sử dụng Internet làm backbone

1.2 Các loại hình trạng mạng

1.2.1 Bus

Theo cách bố trí hành lang các đường như hình vẽ thì máy chủ (host) cũng như tất cả các máy tính khác (workstation) hoặc các nút (node) đều được nối về với nhau trên một trục đường dây cáp chính để chuyển tải tín hiệu

Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi một thiết bị gọi là terminator Các tín hiệu và gói dữ liệu (packet) khi di chuyển lên hoặc xuống trong dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơi đến

Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt Tuy vậy cũng có những bất lợi đó

là sẽ có sự ùn tắc khi di chuyển dữ liệu với lưu lượng lớn và khi có sự hỏng hóc ở đoạn nào đó thì rất khó phát hiện, một sự ngừng trên đường dây để sửa chữa sẽ ngừng toàn bộ hệ thống

1.2.2 Ring

Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được thiết kế làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗi thời điểm chỉ được một nút mà thôi Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận

Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn

so với hai kiểu trên Nhược điểm là đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng

1.2.3 Star

Kết nối tất cả các cáp tới một điểm trung tâm Nếu sử dụng star mở rộng kết nối các star lại với nhau thông qua HUB hoặc SWITCH Dạng này có thể mở rộng phạm vi và mức độ bao phủ của mạng

Star mở rộng

1.2.4 Mesh

Mỗi host trong mạng có đường nối riêng tới tất cả các host còn lại Tăng khả năng tránh bị gián đoạn dịch vụ khi một máy bị hỏng

Chú ý: Nguyên nhân mà mô hình mạng LAN trở nên phổ biến :

Vì nó cho phép những người sử dụng (users) dùng chung những tài nguyên quan trọng như: máy in mầu, ổ đĩa CD rom, các phần mềm ứng dụng và các thông tin cần thiết khác Trước khi phát triển công nghệ LAN các máy tính là độc lập với nhau, bị hạn chế bởi số lượng các chương trình tiện ích, sau khi kết nối mạng thì rõ ràng hiệu quả của chúng tăng lên gấp bội

LAN là cấu trúc cơ bản để hình thành và xây dựng các mô hình mạng khác như WAN, GAN,MAN

2 Mô hình tham chiếu mở OSI

2.1 Lịch sử của OSI

Sự phát triển của các mạng thời kỳ đầu không được tổ chức và diễn ra theo nhiều cách Những năm đầu thập niên 1980 đã chứng kiến sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng và kích thước của các mạng Khi các công ty bắt đầu nhận thức được ưu điểm của việc sử dụng công nghệ mạng, các mạng được thêm vào và được mở rộng nhanh chóng khi các công nghệ mạng mới được giới thiệu

Vào giữa thạp niên 1980, các công ty bắt đầu vấp phải các khó khăn bởi sự mở rộng nhanh chóng Cũng giống như con người bất đồng ngôn ngữ đã gặp phải khi giao tiếp xúc với người khác, điều khó khăn cho các mạng sử dụng các đặc tả và hiện thực khác nhau muốn trao đổi thông tin với nhau Vấn đề khó khăn tương tự xảy ra với các công ty đã phát triển riêng hay các công nghệ có tính sở hữu riêng Sở hữu riêng có nghĩa là một hay một nhóm các công

ty kiểm soát tất cả việc sử dụng công nghệ này.Các công nghệ tuân thủ nghiêm ngặt các quy định riêng có thể không thông tin được với các công nghệ tuân thủ theo quy định khác

Để giải quyết vấn đề bất tương thích mạng, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (ISO) đã nghiên cứu các mô hình thiết lập mạng như Digital Equipment Corporation Network

(DECnet), System Network Architecture(SNA) và TCP/IP để tìm ra một số quy luật có thể áp dụng một cách tổng quát cho tất cả các mạng Sử dụng nghiên cứu này, ISO đã tạo ra được một mô hình mạng, qua đó giúp các nhà cung cấp trang thiết bị tạo ra các mạng có thể tương thịch tốt với các mạng khác.

Mô hình tham chiếu liên kết các hệ thống mở OSI (The OSI reference model) đã được công bố vào năm 1984, đây là một mô hình mạng có tính chất mô tả được tạo bởi ISO

2.2 Ý nghĩa của mô hình tham chiếu mở OSI

ISO đã đưa ra mô hình 7 mức (layers, còn gọi là lớp hay tầng) cho mạng, gọi là kiểu hệ

thống kết nối mở hoặc mô hình OSI (Open System Interconnection) Việc ra đời mô hình

OSI đã hỗ trợ việc kết nối và chia sẽ thông tin trên mạng một cách hiệu quả:

+ Cung cấp một chuẩn chung để các hãng, nhà phát triển phát triển các ứng dụng của mình trên hệ thống mạng máy tính

+ Cho phép nhiều kiểu mạng, phần cứng, phần mềm khác nhau có thể giao tiếp được với nhau

+ Ngăn chặn các thay đổi tại một lớp ảnh hưởng đến các lớp khác

+ Chia quá trình truyền thông trên mạng máy tính thành những phần nhỏ hơn giúp dễ hiểu và dễ tiếp cận

2.3 Mô hình 7 tầng OSI, chức năng của từng tầng

2.3.1 Tầng vật lý (Physical)

Khái niệm: Tầng vật lý liên quan đến việc truyền các dòng bit giữa các máy bằng kênh truyền

thông vật lý, không quan tâm đến ý nghĩa và cấu trúc của chúng Ngoài ra nó cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện nối kết và các mức nối kết

Tầng vật lý (Physical layer) là tầng dưới cùng của mô hình OSI cung cấp các đặc trưng điện của các tín hiệu được dùng để khi chuyển dữ liệu trên cáp từ một máy này đến một máy khác của mạng, kỹ thuật nối mạch điện, tốc độ cáp truyền dẫn

Tầng vật lý không qui định một ý nghĩa nào cho các tín hiệu đó ngoài các giá trị nhị phân 0 và 1 Ở các tầng cao hơn của mô hình OSI ý nghĩa của các bit được truyền ở tầng vật

lý sẽ được xác định

Khác với các tầng khác, tầng vật lý là không có gói tin riêng và do vậy không có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển, dữ liệu được truyền đi theo dòng bit Một giao thức tầng vật lý tồn tại giữa các tầng vật lý để quy định về phương thức truyền (đồng bộ, phi đồng bộ), tốc độ truyền

Các giao thức được xây dựng cho tầng vật lý được phân chia thành phân chia thành hai loại giao thức sử dụng phương thức truyền thông dị bộ (asynchronous) và phương thức truyền thông đồng bộ (synchronous)

+ Phương thức truyền dị bộ: không có một tín hiệu quy định cho sự đồng bộ giữa các

bit giữa máy gửi và máy nhận, trong quá trình gửi tín hiệu máy gửi sử dụng các bit đặc biệt START và STOP được dùng để tách các xâu bit biểu diễn các ký tự trong dòng dữ liệu cần truyền đi Nó cho phép một ký tự được truyền đi bất kỳ lúc nào mà không cần quan tâm đến các tín hiệu đồng bộ trước đó

+ Phương thức truyền đồng bộ: sử dụng phương thức truyền cần có đồng bộ giữa máy

gửi và máy nhận, nó chèn các ký tự đặc biệt như SYN (Synchronization), EOT (End Of Transmission) hay đơn giản hơn, một cái "cờ " (flag) giữa các dữ liệu của máy gửi để báo hiệu cho máy nhận biết được dữ liệu đang đến hoặc đã đến

2.3.2 Tầng liên kết dữ liệu (Data Link)

Khái niệm: Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) là tầng mà ở đó ý nghĩa được gán cho các bít được truyền trên mạng

Tầng liên kết dữ liệu phải quy định được các dạng thức, kích thước, địa chỉ máy gửi và nhận của mỗi gói tin được gửi đi Nó phải xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng và phương tiện gửi mỗi gói tin sao cho nó được đưa đến cho người nhận đã định Các nhiệm vụ chính của tầng này là:

+ Chia thông tin cần gửi thành các frame, gửi các frame đi một cách tuần tự và xử lý các frame biên nhận (ACK frame) do bên nhận gửi về Các frame có kích thước cỡ vài trăm byte hoặc vài nghìn byte, đầu và cuối frame được ghi thêm các nhóm bit đặc biệt làm ranh giới cho frame (tầng này nhận ra được ranh giới giữa các frame)

+ Đường truyền vật lý luôn luôn có thể gây lỗi nên tầng này phải giải quyết vấn đề nảy sinh khi bản tin bị hỏng, bị mất hoặc bị truyền lặp Tầng này cung cấp cách phát hiện

và sửa lỗi cơ bản để đảm bảo cho dữ liệu nhận được giống hoàn toàn với dữ liệu gửi đi Nếu một gói tin có lỗi không sửa được, tầng liên kết dữ liệu phải chỉ ra được cách thông báo cho nơi gửi biết gói tin đó có lỗi để nó gửi lại

+ Giữ cho bên phát có tốc độ không gây “lụt” dữ liệu cho bên nhận

+ Các giao thức tầng liên kết dữ liệu chia làm 2 loại chính là các giao thức hướng ký tự

và các giao thức hướng bit Các giao thức hướng ký tự được xây dựng dựa trên các ký

tự đặc biệt của một bộ mã chuẩn nào đó (như ASCII hay EBCDIC), trong khi đó các giao thức hướng bit lại dùng các cấu trúc nhị phân (xâu bit) để xây dựng các phần tử

của giao thức (đơn vị dữ liệu, các thủ tục.) và khi nhận, dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit một.

2.3.3 Tầng mạng (NetWork)

Khái niệm: Tầng mạng (network layer) nhắm đến việc kết nối các mạng với nhau bằng cách

tìm đường (routing) cho các gói tin từ một mạng này đến một mạng khác Nó xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng Nó luôn tìm các tuyến truyền thông không tắc nghẽn để đưa các gói tin đến đích

Tầng mạng cung các các phương tiện để truyền các gói tin qua mạng, thậm chí qua một mạng của mạng (network of network) Bởi vậy nó cần phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạng khác nhau hai chức năng chủ yếu của tầng mạng là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying) Tầng mạng là quan trọng nhất khi liên kết hai loại mạng khác nhau như mạng Ethernet với mạng Token Ring khi đó phải dùng một bộ tìm đường (quy định bởi tầng mạng) để chuyển các gói tin từ mạng này sang mạng khác và ngược lại

Đối với một mạng chuyển mạch gói (packet - switched network) - gồm tập hợp các nút chuyển mạch gói nối với nhau bởi các liên kết dữ liệu Các gói dữ liệu được truyền từ một hệ thống mở tới một hệ thống mở khác trên mạng phải được chuyển qua một chuỗi các nút Mỗi nút nhận gói dữ liệu từ một đường vào (incoming link) rồi chuyển tiếp nó tới một đường ra (outgoing link) hướng đến đích của dữ liệu Như vậy ở mỗi nút trung gian nó phải thực hiện các chức năng chọn đường và chuyển tiếp

Việc chọn đường là sự lựa chọn một con đường để truyền một đơn vị dữ liệu (một gói tin chẳng hạn) từ trạm nguồn tới trạm đích của nó Một kỹ thuật chọn đường phải thực hiện hai chức năng chính sau đây:

+ Quyết định chọn đường tối ưu dựa trên các thông tin đã có về mạng tại thời điểm đó thông qua những tiêu chuẩn tối ưu nhất định

+ Cập nhật các thông tin về mạng, tức là thông tin dùng cho việc chọn đường, trên mạng luôn có sự thay đổi thường xuyên nên việc cập nhật là việc cần thiết.

Mô hình chuyển vận các gói tin trong mạng chuyễn mạch gói

Người ta có hai phương thức đáp ứng cho việc chọn đường là phương thức xử lý tập trung và xử lý tại chỗ

+ Phương thức chọn đường xử lý tập trung được đặc trưng bởi sự tồn tại của một (hoặc vài) trung tâm điều khiển mạng, chúng thực hiện việc lập ra các bảng đường đi tại từng thời điểm cho các nút và sau đó gửi các bảng chọn đường tới từng nút dọc theo con đường đã được chọn đó Thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường chỉ cần cập nhập và được cất giữ tại trung tâm điều khiển mạng

+ Phương thức chọn đường xử lý tại chỗ được đặc trưng bởi việc chọn đường được thực hiện tại mỗi nút của mạng Trong từng thời điểm, mỗi nút phải duy trì các thông tin của mạng và tự xây dựng bảng chọn đường cho mình Như vậy các thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường cần cập nhập và được cất giữ tại mỗi nút

Thông thường các thông tin được đo lường và sử dụng cho việc chọn đường bao gồm:+ Trạng thái của đường truyền

+ Thời gian trễ khi truyền trên mỗi đường dẫn

+ Mức độ lưu thông trên mỗi đường

+ Các tài nguyên khả dụng của mạng

Khi có sự thay đổi trên mạng (ví dụ thay đổi về cấu trúc của mạng do sự cố tại một vài nút, phục hồi của một nút mạng, nối thêm một nút mới hoặc thay đổi về mức độ lưu thông) các thông tin trên cần được cập nhật vào các cơ sở dữ liệu về trạng thái của mạng

Hiện nay khi nhu cầu truyền thông đa phương tiện (tích hợp dữ liệu văn bản, đồ hoạ, hình ảnh, âm thanh) ngày càng phát triển đòi hỏi các công nghệ truyền dẫn tốc độ cao nên việc phát triển các hệ thống chọn đường tốc độ cao đang rất được quan tâm

2.3.4 Tầng vận chuyển (Transport)

Khái niệm: Có nhiệm vụ tổ chức các kênh trao đổi thông tin giữa các dịch vụ tương ứng của

hai máy tính tham gia truyền thông

Các vấn đề nảy sinh: Trong một lúc có thể có nhiều dịch vụ cùng tham gia trao đổi thông tin

với các máy tính khác nên tầng giao vận phải có nhiệm vụ dồn kênh và phân kênh

+ Giải pháp để tổ chức dồn kênh và phân kênh ở tầng giao vận là sử dụng socket Mỗi dịch vụ tầng trên sẽ tiến hành trao đổi thông qua các cổng logic gọi là cổng dịch vụ, số hiệu cổng cùng dữ liệu được đóng gói trong quá trình dồn kênh

Ví dụ: - www: cổng 80

- ftp: cổng 21

- telnet: cổng 23…

Các dịch vụ tầng trên chia thành 2 loại và ứng với mỗi loại tầng giao vận phải tổ chức truyền tin tương ứng với hai loại đó:

+ Đòi hỏi tin cậy

+ Chấp nhận các sai sót, nhưng thời gian truyền tin phải nhanh nhất có thể được

2.3.5 Tầng phiên (Session)

Khái niệm: Thiết lập, quản lý, kết thúc các phiên làm việc giữa các ứng dụng, đảm bảo

việc giao dịch giữa các ứng dụng được quản lý

2.3.6 Tầng trình diễn (Presentation)

Khái niệm: Trong giao tiếp giữa các ứng dụng thông qua mạng với cùng một dữ liệu có thể

có nhiều cách biểu diễn khác nhau Thông thường dạng biểu diễn dùng bởi ứng dụng nguồn

và dạng biểu diễn dùng bởi ứng dụng đích có thể khác nhau do các ứng dụng được chạy trên

các hệ thống hoàn toàn khác nhau (như hệ máy Intel và hệ máy Motorola) Tầng trình diễn (Presentation layer) phải chịu trách nhiệm chuyển đổi dữ liệu gửi đi trên mạng từ một loại biểu diễn này sang một loại khác Để đạt được điều đó nó cung cấp một dạng biểu diễn

chung dùng để truyền thông và cho phép chuyển đổi từ dạng biểu diễn cục bộ sang biểu diễn chung và ngược lại

Tầng trình bày cũng có thể được dùng kĩ thuật mã hóa để xáo trộn các dữ liệu trước khi được truyền đi và giải mã ở đầu đến để bảo mật Ngoài ra tầng biểu diễn cũng có thể dùng các

kĩ thuật nén sao cho chỉ cần một ít byte dữ liệu để thể hiện thông tin khi nó được truyền ở trên mạng, ở đầu nhận, tầng trình bày bung trở lại để được dữ liệu ban đầu

2.3.7 Tầng ứng dụng (Application)

Khái niệm: Tầng ứng dụng (Application layer) là tầng cao nhất của mô hình OSI, nó xác

định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI và giải quyết các kỹ thuật mà các chương trình ứng dụng dùng để giao tiếp với mạng

2.4 Quá trình đóng gói dữ liệu trong mô hình OSI

Trong mô hình tham chiếu OSI dữ liệu trước khi được gửi đi phải tiến hành đóng gói,

và khi nhận được dữ liệu quá trình mở gói được diễn ra theo chiều ngược lại Dữ liệu được gửi từ tầng ứng dụng đi xuống các tầng dưới của mô hình OSI, mỗi tầng có những định nghĩa riêng về dạng dữ liệu mà nó sử dụng Tại nơi gửi, mỗi tầng coi gói tin của tầng trên gởi xuống

là dữ liệu của nó và thêm vào gói tin các thông tin điều khiển của mình sau đó chuyển tiếp xuống tầng dưới Tại nơi nhận, quá trình diễn ra ngược lại, mỗi tầng lại tách các thông tin điều khiển của mình ra và chuyển dữ liệu lên tầng trên

OSI

Với 5 bước chuyển đổi để đóng gói dữ liệu :

1 Xây dựng dữ liệu

2 Đóng gói dữ liệu tại tầng vận chuyển

3 Bổ sung địa chỉ IP vào header tầng mạng

4 Bổ sung header và trailer tại tầng liên kết dữ liệu

5 Chuyển thành các bit để truyền tại tầng vật lý

Application Header + data

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ ETHERNET

1 Giới thiệu về Ethernet

Ethernet là mạng cục bộ do ba công ty Xerox, Intel và Digital equipment xây dựng và phát triển Ethernet là mạng thông dụng nhất đối với các mạng nhỏ hiện nay (chiếm hơn 90% thị phần mạng hiện nay) Ethernet LAN được xây dựng theo chuẩn 7 lớp trong cấu trúc mạng của mô hình tham chiếu ISO, mạng truyền số liệu Ethernet cho phép đưa vào mạng các loại máy tính khác nhau kể cả máy tính mini Ethernet có các đặc tính kỹ thuật chủ yếu sau đây:+ Có cấu trúc dạng tuyến phân đoạn, đường truyền dùng cáp đồng trục, tín hiệu truyền

trên mạng được mã hoá theo kiểu đồng bộ (Manchester), tốc độ truyền dữ liệu là 10

Thành công chủ yếu của Ethernet là do các yếu tố sau:

+ Đơn giản và dễ dàng bảo trì

+ Có khả năng phối hợp với các công nghệ khác

+ Tin cậy

+ Chi phí lắp đặt và nâng cấp thấp

Tất cả các chuẩn phát triển sau này về cơ bản đều tương thích với chuẩn gốc Một frame của Ethernet xuất phát từ một NIC 10 Mbps cáp đồng trục loại cũ trong một máy PC, đặt lên liên kết Ethernet quang tốc độ 10 Gbps và kết thúc tại một NIC 100 Mbps Các gói trên một mạng Ethernet không bị thay đổi

Ethernet dựa trên topo dạng bus:

2 Ethernet và mô hình OSI

Ethernet hoạt động ở hai tầng của mô hình OSI, nửa bên dưới của tầng liên kết dữ liệu (Data Link) được gọi là lớp MAC và tầng vật lý

Để di chuyển số liệu giữa hai trạm Ethernet, số liệu thường được chuyển qua repeater Các chuẩn đảm bảo băng thông tối thiểu và hoạt động được qua đặc tả chỉ ra số trạm tối đa trên một segment, chiều dài tối đa của một segment, số lượng repeater tối đa giữa các trạm…

3 Tầng MAC và thuật toán CSMA/CD:

3.1 Tầng cập nhật môi trường truyền MAC:

Tầng này làm nhiệm vụ xác định xác định máy nào trong mạng được truyền dữ liệu trên đường cáp chung MAC và LLC cấu thành phiên bản IEEE của tầng 2 (liên kết dữ liệu) của mô hình OSI

Khi được cài đặt vào trong mạng, các máy trạm phải tuân theo những quy tắc định trước để có thể sử dụng đường truyền, đó là phương thức truy nhập Phương thức truy nhập được định nghĩa là các thủ tục điều hướng trạm làm việc làm thế nào và lúc nào có thể thâm nhập vào đường dây cáp để gửi hay nhận các gói thông tin Có 3 phương thức cơ bản:

+ Giao giao thức dùng thẻ bài ( Token Ring )

+ Giao thức FDDI

3.2 Các quy tắc của MAC và thuật toán CSMA/CD

Giao thức CSMA/CD( Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection) Giao thức này thường sử dụng cho mạng có cấu trúc bus

Các trạm máy cùng chia sẻ một kênh truyền chung, các trạm đều có cơ hội thâm nhập đường truyền như nhau (Multiple Access) Tuy nhiên tại một thời điểm thì chỉ có một trạm được truyền dữ liệu mà thôi Trước khi truyền dữ liệu, mỗi trạm phải lắng nghe đường truyền

để chắc chắn đường truyền rỗi (Carrier Sence) Trong trường hợp hai trạm cùng truyền dữ liệu đồng thời, xung đột dữ liệu xảy ra, các trạm tham gia phải phát hiện được xung đột và thông báo tới các trạm khác gây ra xung đột (Collision Detection), đồng thời các trạm phải ngừng thâm nhập, chờ đợi lần sau trong khoảng thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi mới tiếp tục truyền Khi lưu lượng các gói dữ liệu cần di chuyển trên mạng quá cao, thì việc xung đột có thêt xảy ra với số lượng lớn dẫn đến làm chậm tốc độ truyền tin của hệ thống Giao thức này thuộc công nghệ Ethernet

Các quy tắc của MAC và thuật toán CSMA/CD:

Ethernet là công nghệ quảng bá trên môi trường chia sẻ Phương phá truy cập CSMA/CD được dùng trong Ethernet thực hiện ba chức năng sau:

+ Truyền và nhận các gói dữ liệu

+ Giải mã các gói dữ liệu và kiểm tra các địa chỉ hợp lệ trước khi chuyển chúng đến các tầng cao hơn trong mô hình OSI

+ Phát hiện lỗi trong các gói dữ liệu hay trên mạng

Nội dung chính của phương pháp này là khi một node trên mạng muốn truyền tin nó

Khi đụng độ xảy ra sẽ làm biên độ giao động của các tín hiệu tăng đột ngột, các thiết bị mạng có thể cảm nhận được xung đột này và sẽ không truyền tín hiệu, khi đó thuật toán vãn hồi được sử dụng, sau một khoảng thời gian thì các thiết bị có thể truyền dữ liệu và việc truyền dữ liệu là bình đẳng đối với mọi thiết bị

Với khả năng xảy ra xung đột là rất cao đặc biệt tỷ lệ các gói tin broadcast trong mạng theo chuẩn Ethernet là rất lớn việc xảy ra xung đột làm giảm hiệu năng của mạng Khi thiết kế các mạng LAN theo chuẩn Ethernet cũng phải tính đến độ trễ thời gian của tín hiệu khi đi qua các thiết bị mạng ( hub, repeater…) Độ trễ này nếu xảy ra quá giới hạn cho phép cũng là một trong những nguyên nhân gây ra các xung đột trên mạng, gây ra hiện tượng nghẽn mạng.

Các thiết bị như Hub, repeater làm việc ở tầng vật lý không nhận ra địa chỉ MAC nên mỗi khi chúng nhận được một tín hiệu từ một cổng nó sẽ phát tin ra tất cả các cổng còn lại, vì vậy hình thành nên các miền xung đột

Để giới hạn độ trễ các miền xung đột do Hub gây ra, người ta sử dụng luật 5-4-3 Luật này quy đinh giữa hai node bất kỳ trên mạng chỉ có thể có tồi đa 5 đoạn mạng, kết nối thông qua 4 repeater và chỉ có 3 trong tổng số 5 đoạn mạng có máy tính kết nối mạng

4 Hoạt động của Repeater vàHub

4.1 Hoạt động của Repeater

Khái niệm : Repeater là một lọai thiết bị phần cứng đơn giản nhất trong các thiết bị liên kết

mạng, nó được hoạt động trong tầng vật lý của mô hình hệ thống mở OSI Repeater dùng để nối hai mạng giống nhau hoặc các phần của một mạng cùng có một nghi thức và một cấu hình Khi repeater nhận được một tín hiệu từ mọt phía của mạng thì nó sẽ phát tiếp vào phía kia của mạng

Mô hình liên kết mạng của Repeater

Repeater không có khả năng xử lý tín hiệu mà nó chỉ loại bỏ các tín hiệu méo, nhiễu, khuyếch đại các tín hiệu đã bị suy hao (vì đã được phát với khoảng cách xa) và khôi phục lại tín hiệu ban đầu Việc sử dụng Repeater đã làm tăng thêm chiều dài của mạng

Hoạt động của Repeater trong mô hình OSI

Việc sử dụng Repeater không làm thay đổi nội dung các tín hiệu đi qua nó nên chỉ được dùng để nối hai mạng có cùng giao thức truyền thông ( như hai mạng Ethernet hay hai mạng Token Ring ) nhưng lại không thể nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau ( như một mạng Ethernet với mạng Token Ring ) Thêm nữa Repeater không làm thay đổi khối lượng chuyển vận trên mạng nên việc sử dụng không tính toán nó trên mạng lớn sẽ hạn chế hiệu năng của mạng Khi lựa chọn loại Repeater cần chú ý lựa chọn loại có tốc độ chuyển vận phù hợp với tốc độ của mạng