bài giảng lý thuyết mạng máy tính

Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 1 Những kháI niệm cơ bản. Các yếu tố của mạng máy tính. 1- Đ ờng truyền vật lí. Hữu tuyến và vô tuyến - hữu tuyến: cáp đồng trục, cáp đôi dây xoắn, cáp quang, cáp điện thoại và cáp điện năng thông thờng - vô tuyến: sóng hồng ngoại, sóng cao tần 2- Thiết bị chuyển mạch - Switching elements - repeater (hub), bridge (switch), router, brouter, gateway. 3- Hosts - máy tính, workstation, server, end-system 4- Giao thức truyền thông - Tập hợp các quy tắc để các thiết bị trên mạng trao đổi thông tin với nhau - Mô hình 7 tầng. Môi trờng truyền dẫn Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair ) Một cặp dây đồng xoắn: phát / thu. Nhiều cặp dây đồng xoắn STP -Shielded twisted-pair: có vỏ bọc tiếp đất UTP - Unshielded twisted-pair: không có bọc tiếp đất STP- giảm nhiễu điện từ Cáp UTP có 5 loại: Loại 1-2(Category1-2) không đợc dùng trong LAN Loại 3 (Category 3): Tốc độ truyền 10Mbps Loại 4 (Category 4): Tốc độ truyền 16Mbps Loại 5 (Category 5): Tốc độ truyền 100Mbps Hình 1.2 : cáp đôi dây xoắn ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 1 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 2 Hình 1.3: đầu cắm RJ45 và ổ cắm Cáp đồng trục (coaxial) Hai loại: cáp béo (màu vàng) cáp gầy (màu đen) Cáp đồng trục loại 50 Cáp đồng trục loại 70 Hình 1.1 : cáp đồng trục Hình 1.5 Cáp quang Cáp quang (Optical fiber) Dải thông lớn, tốc độ truyền cao, có thể gấp nhiều lần 100Mbps Đợc sử dụng trong hệ thống truyền dẫn tạo thành mạng xơng sống Giá thành cao ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 2 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 3 Hình 1.4: nối mạng không dây Các thông số kĩ thuật quan trọng. - tôc độ đờng truyền 10 Mbps, 100 Mbps, 1000 Mbps = 1 Gbps. - khoảng cách truyền đợc (phụ thuộc vào độ suy hao trên đờng truyền): Hình trạng và phơng thức kết nối. Về phơng diện kiến trúc mạng, có hai vấn đề: Hình trạng: cách nối các máy, các thiết bị trên mạng với nhau thành hình thái gì. Phơng thức kết nối. Hình trạng của mạng. Về nguyên lí, có ba kiểu liên kết các máy tính thành một mạng: 1- Mạng hình sao: Nút trung tâm, Mọi host đợc nối đến nút trung tâm Tỏa ra giống hình sao ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 3 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 4 Hình : mạng hình sao 2 - Mạng tuyến tính hay Bus: Giống nh hệ thống đờng giao thông, có trục chính (đờng xơng sống backbone), các đờng nhánh Các host đợc "nối" vào hệ thống đờng giao thông đó. Hình1.6: mạng tuyến tính - Bus 3- Mạng hình vòng Một vòng tròn khép kín, Các host là các điểm trên vòng tròn. Dữ liệu đợc gửi từ máy này đến maý kia theo một chiều, thuận chiều kim đồng hồ hoặc ngợc lại. Có thể làm vòng tròn kép. ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 4 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 5 Hình 1.7: mạng hình vòng 4 - Hình trạng hỗn hợp Liên mạng. Các phơng thức kết nối Kết nối điểm-điểm : point-to-point Hình sao: một thiết bị chính (master) điều khiển quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai thiết bị cuối (slaves). Hình vòng: dữ liệu đợc chuyển từ máy nguồn, tuần tự qua các host trên đờng, đến máy đích. Hình cây - bus. Kết nối toàn phần: mỗi host đợc kết nối tay đôi với tất cả các host khác. Kết nối quảng bá - multicast, broadcast. Hình bus: các host sử dụng chung đờng truyền dẫn. Tại một thời điểm chỉ có một thiết bị cuối đợc phát dữ liệu. Tất cả các thiết bị cuối còn lại đều có thể nhận dữ liệu, kiểm tra nếu gửi cho mình thì xử lí. Hình vòng: kết nối vật lý là điểm-điểm, nhng thuật toán điều khiển truy nhập mạng đảm bảo phơng thức kết nối quảng bá. Chuyển gói và chuyển mạch - packet switching / circuit switching Về nguyên lí, có hai kiểu truyền luồng dữ liệu trên mạng: 1- Kiểu chuyển mạch: - Thiết lập một đờng kết nối lôgic giữa máy gửi và máy nhận dữ liệu. - Sau đó dữ liệu đợc truyền nh một dòng tín hiệu dài liên tục. - giống nh nói chuyện điên thoại. ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 5 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 6 Các đặc điểm - Chiếm giữ riêng đờng truyền (hoặc một phần đờng truyền - băng thông nếu là dùng chung đờng) - Thời gian im lặng là lãng phí. - Không truyền tin đợc nếu đờng bị bận. 2- Kiểu chuyển gói: - Chia thành nhiều gói, - Mỗi gói đợc ghi địa chỉ nơi gửi, nơi nhận, rồi phát lên mạng. - Tơng tự nh gửi th hay bu phẩm qua đờng bu đIện. - Phơng thức chuyển gói là phổ biến nhất đối với mạng truyền dữ liệu. Các đặc điểm: - Chia sẻ đờng truyền giữa nhiều luồng dữ liệu xen lẫn nhau. - Các switching element thực hiện store- forward các gói dữ liệu. - Có thể có bộ nhớ đệm: lọc dữ liệu, điều chỉnh nhịp độ nhanh chậm Hình : dữ liệu đợc chia nhỏ thành từng gói - packet Hình : từng gói dữ liệu đợc bọc thêm Header và Trailer Header : địa chỉmáy gửi, máy nhận, kích thứoc, quy cách ráp lại Trailer : Checksum , ví dụ CRC = Cyclical Redundancy Check ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 6 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 7 Hình : Ghi địa chỉ vào các gói Hình : Các gói đợc chuyển đi trên mạng 3 - Chuyển gói: Datagram / Virtual Circuit Virtual Circuit: - Thiết lập đờng đi ảo nối nguồn - đích - mọi packet đều đi theo đờng này. - header của mỗi packet chỉ nêu VC. Datagram - Các gói có thể theo các đờng khác nhau - Header phải chứa đầy đủ địa chỉ đích Khai thác đơng truyền - Vai trò của các host Trộn kênh - multiplexing Một chiều = simplex Hai chiều luân phiên = half duplex Hai chiều đồng thời = full duplex ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 7 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 8 Vai trò các host Không cân bằng = Unbalanced: một trạm giữ vai trò trọng tài điều khiển truyền thông (là master). Các host khác là trạm "tớ" (slave) Cân bằng : balanced - các trạm có vai trò nh nhau khi tham gia vào quá trình truyền thông. TDM - Time division multiplexing FDM - Frequency division multiplexing Các ph ơng thức thâm nhâp đ ờng truyền Các luật quy định cách máy tính gỉ / nhận thông tin vào môi trờng truyền dẫn. CSMA/CD CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Phơng thức cảm nhận sóng mang, đa thâm nhập, có dò xung đột. Mô tả: - Phát hiện đờng truyền rỗi, thử truyền dữ liệu lên - Có thể một nút khác cũng phát hịên đờng truyền rỗi, đồng thời truyền dữ liệu. - Xung đột dữ liệu - Thấy xung đột, đợi một khoảng thời gian nào đó, thử truyền lại. ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 8 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 9 Hình : phơng thức thâm nhập đờng truyền CDMA/CA CSMA/CA - Khi số máy trong mạng lớn, lợng truyền thông tăng nhanh. - Xung đột cũng tăng theo, hiệu xuất giảm đáng kể nếu dùng phơng thức CSMA/CD. CSMA/CA- Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, - Tơng tự nh phơng thức CSMA/CD. - Mỗi nút gửi yêu cầu đa tín hiệu lên mạng - Nếu không nhận đợc tín hiệu phản đối-negative, nút bắt đầu truyền dữ liệu. - Tránh đợc xung đột trên mạng. - Tuy nhiên, chậm bởi việc gửi tín hiệu broadcasting, tới tất cả các máy trên mạng, làm tăng lu thông trên mạng. Token passing - Thẻ bài là một tín hiệu điều khiển. Chuyển tuần tự từ máy này tới máy kế tiếp. - Khi một trạm có đợc thẻ bài, gắn dữ liệu vào thẻ bài và truyền trên mạng. - Khi thẻ bài (kèm dữ liệu) tới trạm đích, gửi thông điệp báo nhận (acknowledgement) phát lên đờng truyền. - Thẻ bài đợc phát sinh lại, lặp lại quá trình. - Thẻ bài là duy nhất -> các vẫn đề: mất thẻ, host bị hỏng ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 9 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 10 - Không xảy ra xung đột. Tuy nhiên: Phải đợi thẻ bài hoàn thành một vòng, giảm hiệu năng mạng. Token Passing Hình :phơng thức chuyền thẻ bài. Demand priority - Xét thứ tự u tiên các yêu cầu truyền dữ liệu - là phơng thức truy nhập mới, đợc thiết kế cho chuẩn Ethernet 100 Mbps gọi là 100VG-AnyLAN. - Hub nhận các yêu cầu từ tất cả các nút trên mạng. - Nếu có 2 yêu cầu đồng thời, yêu cầu có độ u tiên cao hơn sẽ đợc đáp ứng trớc. - Khi hai yêu cầu có cùng độ u tiên, làm lần lợt. - Tại một thời điểm chỉ một trạm có thể nhận và truyền dữ liệu. Hiệu quả hơn vì chỉ truyền thông giữa trạm gỉ dữ liệu, hub và trạm đích. Giảm lu thông trên mạng, tăng tốc độ truyền. ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet 10 [...]... một bộ xử lý, trên các bộ xử lý khác nhau ở cùng một máy (các bộ xử lý song song), hoặc trên các bộ xử lý khác nhau trên các máy khác nhau (xử lý phân tán) HĐH mạng khách/chủ cho phép: - Chuyên dụng: tập trung các chức năng và các ứng dụng tại một hay nhiều máy dịch vụ chuyên dụng - cả mạng ngang hàng, mạng dựa trên máy chủ đều có thể thỏa mãn mô hình khách/chủ Trên thực tế, hầu hết các HĐH mạng hiện... Mạng máy tính & Internet 20 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 21 Hình : HUB trong mạng Bus Hình : HUB trong mạng vòng Mạng máy tính & Internet 21 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 22 Hình : repeater Hình 1.20: Bridge bắc cầu và ngăn cách hai phân đoạn mạng Mạng máy tính & Internet 22... lí phân tán Xử lý tại một hệ thống tập trung: - Tất cả công việc xử lý diễn ra tại bộ xử lý trung tâm, - Thờng là máy tính cỡ lớn, cao cấp - Các máy đầu cuối (terminal) không thực hiện việc xử lý, chỉ thực hiện việc nhập/xuất dữ liệu Xử lý tại hệ thống phân tán: - xử lý có thể diễn ra bất kể nơi nào, - sử dụng một cách hiệu quả nhất nguồn tài nguyên Xử lý phân tán trong môi trờng HĐH mạng: - Mô hình... một mạng ngang hàng - Không tập trung tài nguyên, - Bảo mật kém - Việc bảo mật chỉ hạn chế ở mức chia sẻ - Không có quản lí tập trung - Bảo dỡng có thể tốn rất nhiều thời gian Hình 3.2 : mạng ngang hàng (peer-to-peer) Kiểu có máy chủ Máy chủ dịch vụ - Server - có một (hoặc vài) máy Server = máy chủ mạng - gọi tên cho đầy đủ và đúng chức năng: máy chủ dịch vụ - Server Máy trạm - ngời dùng từ các máy tính. .. bảng tìm đờng liên mạng Mạng máy tính & Internet 23 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, ĐHQG Hà nội 24 Hệ điều hành mạng Mục đích của HĐH mạng Các nhiệm vụ của HĐH mạng Xử lý phân tán - dữ liệu có thể phân tán trong các máy khác nhau tại nhiều vị trí Phơng pháp tổ choc - Việc xử lý dữ liệu cũng có thể phân tán Chia sẻ tài nguyên: - ổ đĩa lu trữ , máy in, đĩa CDROM,... điểm của một mạng khách/chủ: - Cho phép cả điều khiển tập trung và không tập trung: - Dễ thay đổi quy mô - Tính linh hoạt - Có thể dễ dàng kết hợp một công nghệ mới vào hệ thống - Tính hợp tác - Tất cả các bộ phận (khách /mạng/ máy chủ) làm việc cùng nhau - Dễ thâm nhập - Máy chủ có thể đợc truy nhập từ xa và qua nhìêu nền Các nhợc điểm của một mạng khách/chủ: Mạng máy tính & Internet... máy đều có bản sao Kháng lỗi trong một môi trờng mạng - có sẵn một số khả năng kháng lỗi - Chỉ cần dùng các phần cứng và phần mềm có khả năng kháng lỗi đắt tiền cho các máy chủ Các kiểu hệ điều hành mạng - mạng ngang hàng (peer - to - peer) - mạng có máy chủ ( server - based) - mô hình Client / Server Kiểu ngang hàng - mọi nút mạng có cùng vị thế, có vai trò nh nhau - Không yêu cầu dành riêng một máy. .. kết nối vào mạng, gọi là các máy trạm Ngời quản trị và ngời sử dụng - ngời quản trị mạng chuyên nghiệp, có quyền tổ chức và điều hành các hoạt động trên mạng (network administrator) - ngời sử dụng mạng (user) Đặc điểm của các mạng dựa trên máy chủ: - Thích hợp cho một quy mô lớn hơn - mạng an toàn, hiệu suất cao, chạy trên nhiều nền và nhiều giao thức - xây dựng đắt hơn, phức tạp hơn Nói đến mạng, thờng... trình độ cao - Chi phí hoạt động cao: - Phụ thuộc: Khi một máy chủ bị hỏng, các thao tác chuyên dụng của máy chủ sẽ phải ngừng lại trong tòan mạng Hình 3.4 : mạng với nhiều máy chủ chuyên dụng 2.4 Các HĐH mạng hiện có thuộc kiểu nào HĐH mạng ngang hàng - Win 3.1, Win 95, NT Workstation, AppleShare, Lanstatic và Novell Lite HĐH mạng dựa trên máy chủ Novell Netware 4.1, Novell Netware V3.12, Microsoft... có vai trò nh nhau - Không yêu cầu dành riêng một máy cụ thể làm máy chủ - Không có ngời quản trị mạng - Việc chia sẻ tài nguyên đợc hai bên chia sẻ cho nhau thiết lập trực tiếp Các đặc điểm của mạng ngang hàng - thích hợp với các mạng nội bộ nhỏ, 5-7 máy, - dùng cùng loại hệ điều hành, một giao thức, Mạng máy tính & Internet 26 Nguyễn Đình Hóa, Khoa Toán Cơ Tin học, ĐH KHTN, . trên mạng, làm tăng lu thông trên mạng. Token passing - Thẻ bài là một tín hiệu điều khiển. Chuyển tuần tự từ máy này tới máy kế tiếp. - Khi một trạm có đợc thẻ bài, gắn dữ liệu vào thẻ bài. trúc mạng, có hai vấn đề: Hình trạng: cách nối các máy, các thiết bị trên mạng với nhau thành hình thái gì. Phơng thức kết nối. Hình trạng của mạng. Về nguyên lí, có ba kiểu liên kết các máy tính. máy tính thành một mạng: 1- Mạng hình sao: Nút trung tâm, Mọi host đợc nối đến nút trung tâm Tỏa ra giống hình sao ______________________________________________ Mạng máy tính & Internet