TỔNG QUAN về MẠNG máy TÍNH

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH Internet được bắt đầu vào năm 1973 được xem như là một phương án nghiên cứu của Mỹ với tên gọi là DARPA ( Defense Advanged Research Project Agency ). Dự án này được phát triển trên các giao thức để cho phép nhiều máy tính có thể truyền thông qua nhiều mạng được kết nối với nhau. Hệ thống của các giao thức được biết như là TCP/IP. Nó được đặt tên từ chữ viết tắt của hai giao thức được phát triển Transmission Control Protocol và Internet Protocol. Bộ giao thức này là nền tảng căn bản cho rất nhiều ứng dụng và dịch vụ như là truyền thoại, truyền data giữa các máy tính với nhau qua internet. Dựa vào phạm vi phân bổ của mạng người ta có thể phân ra các loại mạng như sau: • 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, kết nối máy tính trong nội bộ các quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng một châu lục. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông. Các WAN có thể được kết nối với nhau thành GAN hay tự nó đã là GAN. • 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). • LAN (Local Area Network) - Mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp thông thường khoảng vài trǎm mét. Kết nối được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao ví dụ cáp đồng trục hay cáp quang. LAN thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan/tổ chức Các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN. 1. Cấu Trúc Về Mạng Mạng máy tính được xây dựng rất phức tạp. Các mạng máy tính kết nối với nhau đòi hỏi rất nhiều phần mềm phức tạp. Để các chương trình ứng dụng có thể dễ được thực thi thì một khái niệm trừu tượng lớp sẽ được giới thiệu.Chương trình muốn truy cập các chức năng mạng thì phải thức hiện theo giao diện. Kiến trúc mạng được phân chia thành các lớp, mỗi lớp thể hiện một khía cạnh của hệ thống. Lớp mạng Kênh xử lý đến xử lý Kết nối host đến host Phần cứng Hình 2. cấu trúc về mạng Sơ đồ trên miêu tả cấu trúc của lớp. Lớp thấp nhất là lớp phần cứng. Đây là lớp căn bản của mạng máy tính. Tất cả các thiết bị kết nối đến phần cứng đều phụ thuộc vào lớp này. Lớp tiếp theo cung cấp việc kết nối các host. Nó thi hành chức năng gởi dữ liệu giữa hai máy tính. Nó cung cấp một giao diện để truy cập các dịch vụ của nó và sử dụng lớp phần cứng cho các hoạt động của nó. Việc truyền thông của hai ứng dụng trên hai host khác nhau đòi hỏi một số loại kênh truyền giữa quá trình xử lí của các ứng dụng. Có hai mô hình cho kiến trúc mạng được thiết lập. Mô hình chuẩn cho giao thức mạng và phân bổ các ứng dụng là mô hình ( Open System Interconnection ) tuy nhiên mô hình được sử dụng trong internet là giao thức TCP/IP. 2. Mô hình OSI Mô hình OSI ( Open System Interconnection ) là một mô hình của ISO. Nó được chỉ định rõ trong chuẩn ISO/IEC 7498-1. Các chức năng mạng được chia làm 7 lớp. Các chức năng của lớp có thể được thực hiện một hoặc nhiều giao thức. Mô hình OSI được xem là mô hình tham khảo cho việc thức hiện của các giao thức.  Các nguyên tắc xây dựng mô hình tham chiếu: • Để đơn giản cần hạn chế số lượng các tầng • Tạo ranh giới các tầng sao cho các tương tác và dịch vụ là tối thiểu • Các chức năng khác nhau được tách biệt • Các chức năng giống nhau được đặt cùng một tầng • Chọn ranh giới các tầng theo kinh nghiệm thành công của các hệ thống trong thực tế • Các chức năng được định vị sao cho có thể thiết kế lại tầng mà không ảnh hưởng tới các tầng khác • Tạo ranh giới giữa các tầng sao cho có thể chuẩn hóa giao diện tương ứng • Tạo một tầng khi dữ liệu được xử lý một cách tách biệt • Mỗi tầng sử dụng dịch vụ của tầng dưới nó, cung cấp dịch vụ cho các tầng trên. Lớp ứng dụng Lớp trình bày Lớp phiên truyền thống Lớp vận chuyển Lớp mạng Lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lý Hình 3. Mô hình 7 lớp OSI 2.1 Lớp vật lý (layer 1): mô tả chi tiết data được truyền từ máy này đến máy khác như thế nào bằng phương tiện vật lý. Tại OSI physical layer định nghĩa một chuẩn được sử dụng để gởi và thu bit thông qua lớp vật lý. Ngoài ra tại lớp này còn định nghĩa kích thước tối đa mà data có thể truyền giữa các thiết bị, kích thước này phụ thuộc vào từng loại cable. Số sợi dây trong cable… các chi tiết về cấu trúc mạng (bus, cây, hình sao…) Chuẩn truyền dẫn (RS-485, truyền cápquang…) Chế độ truyền tải… 2.2 Lớp liên kết dữ liệu ( layer 2 ) : định nghĩa ra một chuẩn và giao thức được sử dụng để truyền data qua lớp vật lý. Nếu lớp vật lý là truyền và nhận bit thì lớp 2 sẽ có tính năng biết được khi nào bit gởi, thông báo khi bit được gởi và nhận biết được máy tính nào sẽ nhận data. Cụ thể tại lớp 2 sẽ có những tính năng như sau: Address: tại lớp hai sử dụng một giao thức được gọi là data-link protocol, giao thức này nó định nghĩa ra một địa chỉ để mà đảm bảo chính xác những máy nào sẽ lắng nghe và thu data đang được gởi bằng cách đặt địa chỉ này vào data-link header tạo thành một frame để gởi đi. Dạng địa chỉ mà data-link protocol định nghĩa là duy nhất như trong Ethernet sử dụng Media Access Control ( MAC ) với chiều dài 6 bytes và được chia thành 12 số thập lục phân. Frame-relay sử dụng địa chỉ có chiều dài 10 bits được gọi là Data- Link connection identifier ( DLCI ). Dò lỗi: giao thức data-link có khả năng dò ra lỗi của những frame trong suốt quá trình truyền thông qua trường CRC. 2.3 Lớp mạng ( layer 3 ) : đơn vị sử dụng tại lớp này là packet. Lớp mạng đảm bảo phân phối end-to-end của packet. Quá trình phân phối các gói qua mạng được xem như quá trình định tuyến qua các đường logical link, cung cấp các dịch vụ về chọn đường đi và kết nối giữa hai hệ thống, điều khiển và phân phối dòng dữ liệu truyền trên mạng để tránh tắc nghẽn. Lớp mạng có trách nhiệm địa chỉ hoá, dịch từ địa chỉ logic sang địa chỉ vật lý, định tuyến dữ liệu từ nơi gửi tới nơi nhận. Nó xác định đường truyền nào tốt trên cơ sở các điều kiện của mạng, quyền ưu tiên dịch vụ. Nó cũng quản lý các vấn đề giao thông trên mạng như chuyển mạch, định tuyến và điều khiển sự tắc nghẽn của dữ liệu. Lớp mạng liên quan đến việc truyền thông giữa các thiết bị trên các mạng tách biệt về logic, được liên kết để trở thành liên mạng.Do các liên mạng có thể rất lớn và có thể được kiến tạo từ các kiểu mạng khác nhau, nên lớp mạng vận dụng các thuật toán định tuyến để hướng các gói tin từ các mạng nguồn đến các mạng đích. Thành phần chính của lớp mạng là mỗi mạng trong liên mạng được gán một địa chỉ, có thể dùng nó để định tuyến một gói tin. Nó đảm nhiệm các nhiệm vụ sau: • Định địa chỉ • Xây dựng các thuật toán định tuyến • Cung cấp các dịch vụ liên kết 2.4 Lớp vận chuyển ( layer 4) : Ranh giới giữa lớp biểu diễn dữ liệu và lớp vận chuyển cũng có thể được xem là ranh giới giữa các giao thức thuộc lớp ứng dụng và các giao thức phía dưới. Trong khi các lớp ứng dụng, lớp biểu diễn dữ liệu và lớp phiên đều có liên quan đến ứng dụng thì 4 lớp ở phía dưới gắn với việc truyền dữ liệu. dùng để điều khiển lớp mạng, cũng giống như lớp liên kết dữ liệu lớp vận chuyển định nghĩa ra một cơ chế điều khiển luồng và lỗi. Không giống như data-link protocol điều khiển traffic kết nối giữa hai máy thông qua môi trường vật lý còn đối với lớp vận chuyển điều khiển traffic trên đường luận lí của kết nối end-to-end. Ngoài ra tại lớp này còn triển khai QoS cho lớp mạng, phân mảnh dữ liệu từ lớp ứng dụng thành những segment có kích thước nhỏ hơn.  Các nhiệm vụ cụ thể của lớp vận chuyển là : • Nhận các thông tin từ tầng trên và chia nhỏ thành các đoạn dữ liệu nếu cần. • Cung cấp sự vận chuyển tin cậy (End to End) với các thông báo (Acknowledment). • Chỉ dẫn cho máy tính không truyền dữ liệu khi buffer là không có sẵn. 2.5 Lớp phiên truyền thông ( lớp 5 ): lớp này cho phép hai thực thể giao thức lớp ứng dụng tổ chức và đồng bộ việc trao đổi dữ liệu giữa chúng. Do đó trách nhiệm của lớp này là thiết lập ( hay xóa ) một kênh truyền giữa hai thực thể giao thức lớp ứng dụng trong một quá trình giao tác mạng hoàn chỉnh. Quản lí giao tác: hoạt động trao đổi dữ liệu là song công hay bán song công. Trong trường hợp bán song công, giao thức lớp trình bày cung cấp các phương tiện để điều khiển công việc trao đổi dữ liệu theo phương thức đồng bộ. Đồng bộ: trong các thao tác mạng dài, user ( thông qua các dịch vụ được cung cấp bởi lớp phiên ) có thể chọn thiết lập đồng bộ tại các thời điểm liên quan hoạt động truyền một cách định kỳ. Nếu xuất hiện lỗi trong thời gian của một giao tác, việc đối thoại có thể được khởi động lại tại một thời điểm đồng bộ đã thống nhất trước. 2.6 Lớp trình bày ( layer 6 ): mục đích chính của lớp này là định nghĩa ra một dạng dữ liệu chẳng hạn như ASCII text, binary…, vấn đề mã hóa cũng được định nghĩa bởi dich vụ lớp trình bày. Ví dụ như khi FTP hoạt động thì bạn có thể chọn truyền binary hoặc ASCII. Nếu như binary được chọn, thì đầu gởi và nhận sẽ không kiểm tra nội dung của file. Nếu như ASCII được chọn thì đầu gởi sẽ chuyển đổi thành dạng text và sau đó gởi data. Tiếp tục tại đầu nhận sẽ thực hiện quá trình chuyển đổi ngược lại tức từ text sang ASCII.  Lớp thể hiện thực hiện các chức năng sau: • Dịch các mã kí tự từ ASCII sang EBCDIC. • Chuyển đổi dữ liệu, ví dụ từ số interger sang số dấu phảy động. • Nén dữ liệu để giảm lượng dữ liệu truyền trên mạng. • Mã hoá và giải mã dữ liệu để đảm bảo sự bảo mật trên mạng. 2.7 Lớp ứng dụng ( layer 7 ): Tại lớp này định nghĩa ra một giao diện giữa việc truyền thông software và bất kì ứng dụng nào cần truyền thông ra máy tính, có chức năng cung cấp các dịch vụ cao cấp (trên cơ sở các giao thức cao cấp) cho người sử dụng và các chương trình ứng dụng. Lớp này như là giao diện của người sử dụng và các ứng dụng để truy cập các dịch vụ mạng.  Lớp ứng dụng cung cấp các chức năng sau: • Chia sẻ tài nguyên và các thiết bị. • Truy cập file từ xa. • Truy cập máy in từ xa. • Hỗ trợ RPC. • Quản lý mạng. • Dịch vụ thư mục. Hình 4.Data của 7 lớp mô hình OSI 3. Mô hình mạng TCP/IP: Mô hình TCP/IP là một kiến trúc mạng của internet. Nền tảng của nó là dựa trên mạng ra đời sớm trước đó, mạng ARPANET. ARPANET cũng như mạng internet được tài trợ bởi DARPA. Sự hiểu biết thu được ARPANET và internet có tác dụng rất lớn trong việc phát triển cấu trúc OSI. Hình 5 minh họa mô hình TCP/IP, các lớp của nó không chính xác tương ứng như mô hình OSI. Nó có thể cho phép các ứng dụng có thể truy cập dịch vụ của mỗi lớp. Lớp thấp nhất của mô hình là lớp liên kết. Nó bao gồm rất nhiều giao thức mạng khác nhau. So sánh với mô hình OSI chỉ ra rằng lớp liên kết trong mô hình TCP/IP tương ứng lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu. Nó miêu tả sự triển khai phần cứng của mạng như là thiết bị mạng và thiết bị điều khiển. Lớp thứ hai là lớp mạng như mô hình OSI Hình 5.Mô hình TCP/IP và OSI Lớp 3 là lớp vận chuyển tương ứng với lớp 4 của mô hình OSI có hai giao thức khác nhau trong lớp này UDP và TCP, chúng cung cấp các kênh logic khác nhau đến ứng dụng, TCP mang lại kết nối tin cậy mà được xem như kênh luồng byte trong khi đó UDP cung cấp một dịch vụ không tin cậy datagram, các byte gởi từ luồng TCP đến một điểm cuối của kênh đúng thứ tự như khi chúng được gởi. Ứng dụng không cần quan tâm đến việc mất dữ liệu sử dụng UDP, lớp cuối cùng là lớp ứng dụng. Tầng ứng dụng cung cấp các dịch vụ dưới dạng các giao thức cho ứng dụng của người dùng. Một số giao thức tiêu biểu tại tầng này gồm:  FTP (File Transfer Protocol): Đây là một dịch vụ hướng kết nối và tin cậy, sử dụng TCP để cung cấp truyền tệp giữa các hệ thống hỗ trợ FTP.  Telnet (TErminaL NETwork): Cho phép các phiên đăng nhập từ xa giữa các máy tính. Do Telnet hỗ trợ chế độ văn bản nên giao diện người dùng thường ở dạng dấu nhắc lệnh tương tác. Chúng ta có thể đánh lệnh và các thông báo trả lời sẽ được hiển thị.  HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Trao đổi các tài liệu siêu văn bản để hỗ trợ WEB.  SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Truyền thư điện tử giữa các máy tính. Đây là dạng đặc biệt của truyền tệp được sử dụng để gửi các thông báo tới một máy chủ thư hoặc giữa các máy chủ thư với nhau.  POP3 (Post Office Protocol): Cho phép lấy thư điện tử từ hộp thư trên máy chủ.  DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP. Giao thức này thường được các ứng dụng sử dụng khi người dùng ứng dụng này dùng tên chứ không dùng địa chỉ IP.  DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Cung cấp các thông tin cấu hình động cho các trạm, chẳng hạn như gán địa chỉ IP.  SNMP (Simple Network Managament Protocol): Được sử dụng để quản trị từ xa các thiết bị mạng chạy TCP/IP. SNMP thường được thực thi trên các trạm của người quản lý, cho phép người quản lý tập trung nhiều chức năng giám sát và điều khiển trong mạng. 4. Đóng gói dữ liệu Đóng gói miêu tả quá trình xây dựng một khung ảo được gởi qua mạng của dữ liệu ứng dụng muốn phát. Để gởi dữ liệu ứng dụng đến một host khác thì việc thêm vào các thông tin là cần thiết . Hình 6 giải thích việc đóng khung. Dữ liệu gởi bởi ứng dụng phải qua các vùng giao thức, lớp bởi lớp. Lớp ứng dụng chuyển giao dữ liệu đến lớp vận chuyển. Ở đây có sự kết nối TCP, dữ liệu đi qua lớp này được gọi là payload của giao thức, lớp vận chuyền thêm vào TCP header và chuyển gói này đến lớp tiếp theo là lớp mạng tại đây lớp mạng sẽ thêm vào dữ liệu của nó để tạo thành IP datagram và đưa chúng đến lớp liên kết dữ liệu, tại lớp liên kết dữ liệu tiếp tục thêm vào dữ liệu của chúng sau đó gởi đến lớp vật lý. Trong nhiều trường hợp header và trailer được thêm vào trong quá trình của dữ liệu và chúng sẽ đạt kích thước cực đại tại lớp liên kết dữ liệu. Nếu độ dài của gói vượt quá khối truyền dẫn MTU của lớp liên kết thì gói sẽ được tách thành nhiều đoạn. Hình 6. Đóng gói dữ liệu 5. Giao thức Internet-IP: Giao thức chính của của bộ TCP/IP là IP. Nó là sự thực thi của lớp mạng và được chỉ định chính thức trong RFC 791. IP được thiết kế cho người sử dụng trong các mạng máy tính liên kết với nhau. Nó cung cấp dịch vụ giao nhận không tin cậy host đến host dạng gói. Gói dữ liệu còn được gọi là IP datagram. Dạng không tin cậy có nghĩa là không có một sự đảm bảo rằng IP datagram đến địa chỉ đích đúng thứ tự. Cũng không chắc chắn rằng datagram trên thực tế đến đúng địa chỉ đích. IP dựa vào giao thức tầng cao hơn để xử lý những vấn đề này. Hai tính chất chính của IP là địa chỉ IP và phân mãnh. Thông tin yêu cầu để cung cấp các dịch vụ này chứa trong tiêu đề (header) của IP datagram. Phần tiêu đề có chiều dài từ 20 đến 60 byte.Hình 7 chỉ cấu trúc của IP header. Bit 0-3 Bit 4-7 Bit 8- 10 Bit 11- 15 Bit 16- 19 Bit 20- 23 Bit 24- 27 Bit 28- 31 Phiên bản Chiều dài tiêu đề Độ ưu tiên Loại dịch vụ Độ dài tổng Số liệu gói dữ liệu Phân mảnh Thời gian sống Giao thức Tổng kiểm tra Địa chỉ nguồn Địa chỉ đích Tùy chọn Hình 7. tiêu đề gói dữ liêu IP - Phiên bản (Version): Trường 4 bit này cho biết phiên bản IP tạo ra phần tiêu đề này. Phiên bản hiện tại là 4. Tuy nhiên phiên bản IPv6 sẽ thay thế IPv4 trong tương lai. - Chiều dài tiêu đề (HL – Header Length): Trường 4 bit này cho biết chiều dài của phần tiêu đề của gói dữ liệu IP, tính theo đơn vị từ (32 bit). Trường này cần thiết vì chiều dài của phần tiêu đề thay đổi (từ 20 đến 60 byte). Khi không có phần tuỳ chọn (option), chiều dài phần tiêu đề là 20 byte và giá trị của trường này là 5 (5x4=20). Khi phần tuỳ chọn có kích thước tối đa thì giá trị của trường là 15 (15x4=60). - Độ ưu tiên ( Precedence): Trường này có chiều dài 3 bit, giá trị nằm rong khoảng từ 0 (000) đến 7 (111). Nó chỉ rõ độ ưu tiên của gói trong rường hợp mạng bị tắt nghẽn. Nếu bộ định tuyến bị tắt nghẽn và cần bỏ một ố gói dữ liệu, nó sẽ bỏ các gói dữ liệu có độ ưu tiên cao nhất. - Loại dịch vụ (TOS): Trường 5 bit này đặc tả các tham số về dịch vụ, ó dạng cụ thể như sau: [...]... mạng và phần host Một mạng có thể kết nối với một hoặc nhiều mạng con Tất cả các host thuộc quyền sở hữu của mạng (và cả mạng con) phải có cùng một phần mạng của địa chỉ Sự phân lớp của các mạng khác nhau được miêu tả ở hình 2.6 Có tất cả 5 lớp khác nhau Chúng được nhận dạng bởi 4 bit quan trọng đầu tiên Các lớp khác nhau định độ dài của phần mạng và phần host khác nhau Nó còn chỉ rõ số lượng của mạng. .. dụng khi gói phân mãnh - Thời gian sống (Time to live): Trường 8 bit này quy định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của gói dữ liệu trong liên mạng để tránh tình trạng gói dữ liệu bị chuyển vòng quanh trên liên mạng Thời gian này được trạm gửi đặt và được giảm đi 1 khi gói dữ liệu qua bộ định tuyến trên mạng - Giao thức (Protocol): Trường 8 bit này cho biết giao thức tầng trên sử dụng dịch vụ của IP... cao nhất + 10000: Độ trễ nhỏ nhất - Độ dài tổng (Total Length IP): Trường 16 bit này cho biết chiều dài tính theo byte của cả gói dữ liệu - Số hiệu gói dữ liệu (Datagram Identification): Trường 16 bit này cùng với các trường khác (như địa chỉ nguồn và địa chỉ đích) dùng để định danh duy nhất cho một gói dữ liệu trong khoảng thời gian nó vẫn tồn tại trên liên mạng Giá trị này được tăng lên một đơn vị... 5 lớp khác nhau Chúng được nhận dạng bởi 4 bit quan trọng đầu tiên Các lớp khác nhau định độ dài của phần mạng và phần host khác nhau Nó còn chỉ rõ số lượng của mạng con và host của mỗi mạng Ví dụ trong lớp A phần mạng có độ dài là 7 bit và phần host có độ dài là 24 bit Hình 8.Các lớp của địa chỉ IP 5.2 IP packet header Kích thước của một IP packet có giá trì từ 20 – 60 bytes Hình 9 sẽ thể hiện định... dụng dịch vụ của IP Gói dữ liệu của IP có thể được đóng gói dữ liệu từ nhiều giao thức tầng trên, chẳng hạn TCP, UDP và ICMP Trường này chỉ rõ giao thức đích cuối cùng mà gói dữ liệu IP phải chuyển - Tổng kiểm tra (checksum): Trường 16 bit này chứa mã kiểm tra lỗi CRC (chỉ kiểm ta phần tiêu đề) - Địa chỉ nguồn (Source Address): Trường 32 bit này chứa địa chỉ IP của trạm nguồn Địa chỉ đích (Destination . cáp quang. LAN thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan/ tổ chức Các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN. 1. Cấu Trúc Về Mạng Mạng máy tính được xây dựng rất phức tạp. Các mạng máy tính. truyền data giữa các máy tính với nhau qua internet. Dựa vào phạm vi phân bổ của mạng người ta có thể phân ra các loại mạng như sau: • GAN (Global Area Network) kết nối máy tính từ các châu lục. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH Internet được bắt đầu vào năm 1973 được xem như là một phương án nghiên cứu của