Mạng máy Tính và Lập trình mạng

Mạng máy tính ứng dụng đời sống  Mạng máy tính (computer network) hệ thống bao gồm nhiều hệ máy tính đơn lẻ (nút mạng) kết nối với theo kiến trúc có khả trao đổi thơng tin  Kết nối (interconnected): dây (wire), sóng (wave)…  Kiến trúc (architecture): cách thức kết nối trao đổi thông tin  Nút mạng (node): host, workstation, network component…  Lợi ích mạng:  Chia sẻ, trao đổi thông tin  Tăng cường sức mạnh hệ thống (distributed system, parallel system) +Các yếu tố mạng máy tính:  Đường truyền vật lý (physical media)  Truyền tín hiệu hệ thống  Hữu tuyến (cable) vô tuyến (wireless)  Dải thông (bandwidth):  Tốc độ (speed) hay thông lượng (throughput):  Kiến trúc mạng (network architecture)  Hình trạng mạng (topology)  Giao thức (protocol) -Phân loại (network classification, taxonomy)  Theo topo mạng  Broadcast: Truyền quảng bá  Point-to-point (switched): Truyền điểm-điểm  Theo kỹ thuật truyền (transmission technique)  Circuit-switched  Message/Packet-switched  Theo quy mô (scale)  LAN  MAN  WAN +Circuit switching: Ưu điểm: Một kênh truyền dành riêng suốt q trình giao tiếp tốc độ truyền liệu bảo đảm, Khi kênh thiết lập khơng có độ trễ truy cập, kênh truyền sẵn sàng nên việc yêu cầu kênh truyền lại không cần thiết +Message-switched: Không thiết lập liên kết dành riêng Mỗi thông báo khối độc lập Ưu điểm:Quản lý hiệu lưu thông mạng,Giảm tắc nghẽn mạng,Tăng hiệu sử dụng kênh truyền Giao thức mạng (Protocol - Giao thức (protocol): Tập hợp quy tắc giao tiếp hệ máy tính  Việc truyền tín hiệu mạng cần phải có qui tắc, qui ước nhiều mặt, từ khuôn dạng  Yêu cầu xử lý trao đổi cao giao thức phức tạp  Được sử dụng cho việc truyền thông thực thể hệ thống khác +Các thành phần chủ yếu giao thức:  Cú pháp - Syntax: Data formats,Signal levels  Ngữ nghĩa - Semantics: Control information,Error handling  Định thời - Timing: Speed matching,Sequencing  Mơ hình giao thức mạng tuân theo kiến trúc phân tầng  Mỗi tầng đảm nhận chức định  Chỉ có tầng duới giao tiếp trực tiếp với  Mỗi tầng giao tiếp với nhiều hai tầng (kề trên, kề dưới)  Thông tin truyền từ tầng N hệ thống sang tầng N hệ thống phải truyền qua tầng N-1 ◊ N-2 ◊…◊1 hệ thống tầng 1◊2◊…◊N-1 hệ thống Giao thức truyền thông chia làm hai loại:  Truyền tin có liên kết: giai đoạn  Thiết lập liên kết ,Truyền liệu ,Huỷ bỏ liên kết  Truyền thông không liên kết: có giai đoạn truyền liệu  Thường sử dụng cho tầng thấp, đường truyền có độ tin cậy cao -Các mơ hình tham chiếu (Reference Models)-*OSI  Đưa ISO (International Organization for Standardization) năm 1984  Mơ hình tham chiếu lý thuyết cho hệ thống mở nói chung  tầng: Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application *TCP/IP Reference Model: Sử dụng cho mạng Internet, tầng: Physical, Data Link, Network, Transport, Application TCP/IP Reference Model ***Với mơ hình OSI: Layer 1: The Physical Layer:  Chỉ có tầng vật lý hai hệ thống kết nối truyền thông trực tiếp với  Các đặc tả vật lý nhằm đảm bảo kết nối truyền tín hiệu hai hệ thống  Đường truyền vật lý dùng để truyền tín hiệu máy tính  Mơi trường truyền (media): Mơi trường truyền loại dây dẫn (dây cáp), sóng (đối với mạng không dây)  Đường truyền hữu tuyến: Cáp đồng trục,Cáp đôi xoắn,Cáp quang …  Đường truyền vô tuyến: Sóng cực ngắn,Tia hồng ngoại…  Một số yếu tố khác:Mức điện thế, Thời gian biến thiên hiệu điện thế, Chu kỳ tín hiệu, khoảng cách… Layer 2: The Data Link Layer  Biến liệu thô nhận từ tầng vật lý thành liệu có cấu trúc logic cụ thể Framing Physical Addressing  Đảm bảo tin cậy tín hiệu truyền hai tầng vật lý  Kiểm soát lỗi  Kiểm soát luồng  Bao gồm hai tầng (LLC MAC) Layer 3: The Network Layer  Chọn đường nút mạng  Điều khiển luồng mạng  Phân mảnh & lắp ghép liệu  Kết nối mạng có kiến trúc khác Layer 4: The Transport Layer  Tầng trình truyền liệu  Đảm bảo liệu truyền thông suốt tin cậy hai hệ thống  Phân mảnh/ lắp ghép liệu  Kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng  Thiết lập, quản lý kênh liên lạc  Dồn kênh Layer 5: The Session Layer  Tầng số tầng thao tác liệu nhận  Thiết lập quản lý phiên truyền thông hai hệ thống Chứng thực ,Thiết lập liên kết ,Huỷ bỏ liên kết ,Phản hồi ,Truyền lại Layer 6: The Presentation Layer  Đảm bảo thông tin truyền từ ứng dụng hệ thống truyền đọc ứng dụng hệ thống nhận  Cú pháp ngữ nghĩa liệu, Định dạng liệu,Chuyển đổi dịnh dạng ,Nén liệu Layer 7: The Application Layer  Cung cấp phương tiện để người dùng truy cập vào mơ hình OSI  Các giao thức truyền thông điệp chương trình ứng dụng (web, mail…)  Các dịch vụ cho ứng dụng nằm ngồi mơ hình OSI (Word, Access, SQL Server ***Với mơ hình TCP/IP:  Mơ hình OSI mang tính chất lý thuyết, phục vụ nghiên cứu học tập  TCP/IP mơ hình áp dụng cho mạng Internet  TCP = Transmission Control Protocol  IP = Internet Protocol  TCP, IP hai giao thức phổ biến họ giao thức TCP/IP -Chuẩn mạng máy tính (network standards) -  OSI: • Chỉ nêu lên chức tầng • Khơng cài đặt tầng • Để hai hệ thống giao tiếp với chúng cần: • Được cài đặt chức truyền thơng chung • Tổ chức thành tập tầng • Hai tầng đồng mức phải có chung giao thức  Từ đó, cần phải chuẩn hố (standardization)  Ưu điểm việc đặt chuẩn • Đảm bảo cho thiết bị phần mềm có thị trường lớn • Đảm bảo cho sản phẩm nhà cung cấp khác truyền thơng với  Nhược điểm • Làm đơng cứng cơng nghệ (Freeze technology) • Có thể có nhiều chuẩn cho loại sản phẩm  Ngày nay, tổ chức đặt chuẩn cộng tác với ngày chặt chẽ -Hệ điều hành môi trường mạng  Không hỗ trợ mạng  DOS Chương 2: Giao thức tầng ứng dụng (application layer)  Applications:  Chương trình ứng dụng chạy máy tính  Trao đổi thơng điệp (message) với ứng dụng khác nhằm thực thi vai trò ứng dụng  Application-layer protocols:  Là thành phần chương trình ứng dụng  Định nghĩa quy tắc trao đổi thông điệp  Giao tiếp với dịch vụ cung cấp tầng (TCP, UDP Mơ hình khách-phục vụ (client-server paradigm)  Client  Thiết lập liên kết với server  Yêu cầu dịch vụ từ server  Nhiều clients  Server  Chờ cung cấp dịch vụ client yêu cầu  Thường có server, khơng thay đổi địa chỉ, chạy 24/7 Yêu cầu việc vận chuyển liệu  Data loss  Các ứng dụng audio/video chấp nhận mát, sai lệch liệu khoảng cho phép  Email, file transfer yêu cầu liệu phải xác  Timing  Các ứng dụng online cần độ trễ (delay) nhỏ (phone, games)  Bandwidth  Các ứng dụng multimedia cần đường truyền tốc độ cao để đảm bảo chất lượng  Các ứng dụng email, file transfer mềm dẻo hơn, tuỳ theo tốc độ -Web & HTTP  Trang web (web page): loại tài liệu có chứa nhiều đối tượng: text, image, audio, Java applet, HTML…  Về bản, web page = HTML file (base HTML)  HTML = Hyper Text Markup Language  HTML sử dụng thẻ (tag) để mơ tả đối tượng chứa  Mỗi đối tượng địa URL (Uniform Resource Locator)  http://www.hua.edu.vn:80/cs/index.htm HTTP (Hyper Text Transfer Protocol):  Giao thức tầng ứng dụng web  Sử dụng mơ hình client/server  Client (user agent):  Trình duyệt web (web browser)  Yêu cầu truy cập web thông qua URL (URL request)  Server  Máy phục vụ web (web server)  Gửi đối tượng tới client thông quan phản hồi (response) HTTP: Q trình trao đổi thơng điệp  Client (browser) thiết lập liên kết tới web server (TCP connection) qua cổng 80 (mặc định)  Server đồng ý kết nối (accept)  Các thông điệp (HTTP messages) trao đổi browser server  Ngắt kết nối Web Caches (proxy server)  Client gửi http requests tới web cache thay tới server  Nếu obj có web cache: web cache tạo http response msg gửi cho client  Nếu không, web cache tạo gửi http request tới server, nhận obj, lưu trữ, gửi http response msg tới client  Web cache khiến người dùng có cảm giác duyệt web nhanh hơn, giảm nghẽn mạng Web design: HTML  Thiết kế web: Tạo tài liệu HTML  HTML (Hyper Text Markup Language)  Trong tài liệu HTML có nhiều đối tượng: Text, Images, Hyper link  Sử dụng thẻ (tag) để diễn đạt đối tượng.: Thẻ mở ,Thẻ đóng  Công cụ:  Text editor: Notepad, Ultra Edit  Microsoft FrontPage  Macromedia Dreamweaver FTP - File Transfer Protocol:  Truyền/tải tệp (to/from remote host)  Client/server model  Client: đưa yêu cầu truyền tải  Server = remote host  FTP: RFC 959  FTP sử dụng TCP  FTP sử dụng đồng thời liên kết TCP cổng:  TCP control connection, port 21  TCP data connection, port 20: truyền tải tệp  FTP lưu giữ trạng thái client phiên làm việc Electronic Mail: Ba thành phần chính:  User agents (mail clients)  Soạn, đọc thư (messages):Outlook, Eudora, Netscape  Mail servers  Lưu trữ, xử lý thư|: Exchange, MDeamon…  Protocols: (SMTP), (POP) (IMAP).(HTTP) SMTP :  Sử dụng liên kết TCP (port 25) để gửi mails: Từ sender’s mail client tới sender’s mail server  Từ sender’s mail server tới receiver’s mail server  Ba pha:  Bắt tay ,Trao đổi messages., Kết thúc  Command/response:  SMTP sử dụng persistent connection: liên kết, nhiều thông điệp  Thơng điệp (nội dung thư) phải mã hố dạng ASCII bit  Đánh dấu kết thúc msg CRLF.CRLF  Một số liệu nhị phân (vd: picture) chứa CRLF.CRLF cần mã hố để đảm bảo khơng có liệu trùng với ký hiệu kết thúc message (vd: base64)  So sánh với HTTP:  HTTP: pull protocol SMTP: push protocol  Cùng sử dụng ASCII (command/req/resp/status code)  HTTP: obj chứa msg SMTP: cho phép nhiều obj (text, picture…) msg (multipart msg) DNS services: DNS không tương tác trực tiếp với users mà cung cấp dịch vụ cho chương trình khác (HTTP, FTP…) thuộc tầng ứng dụng:  Host name IP (hostname to IP resolve)  Host aliasing  Một máy tính có tên thức có bí danh  Mail server aliasing  Load distribution (phân tán tải): Một dịch vụ web cung cấp nhiều server có IP khác để phân tán tải lượng người sử dụng cao Chương Giao thức tầng giao vận (transport layer) Transport Layer Services & Principles:  Cung cấp phương tiện truyền thông logic applications  PDUs: application: messages, transport: segments (đoạn)  Các msg từ tầng application gửi xuống chia nhỏ thành đoạn (segments)  Transport protocol thực thi trạm cuối (end system) Transport & Network layers  Network layer:  Truyền thông logic trạm làm việc (host)  PDUs = packets (gói)  IP (Internet Protocol) giao thức truyền không tin cậy  Transport layer:  Tạo phương thức truyền thông logic ứng dụng  Nhận gói tin từ tầng Network gửi lên Multiplexing/demultiplexing (mux/demux)  Multiplexing (chia kênh): Các msgs từ apps (P1,P2) chia nhỏ đóng thành segments  Demultiplexing (dồn kênh): Các segments nhận được gửi tới apps tương ứng (P3, P4) Connectionless Transport (UDP)  User Datagram Protocol [RFC 768]  cần thủ tục  thông tin điều khiển cần  “best effort” service: liệu mát, sai sót “cố gắng hết sức” để giảm thiểu  Không có chế bắt tay (handshaking): thiết lập ◊ truyền liệu ◊ kết thúc  Không nắm giữ trạng thái  Các segments xử lý độc lập với RDT2.0: problems  Nếu ACK, NAK bị lỗi?  Giải pháp:  Sender truyền lại ACK/NAK bị lỗi  Kiểm sốt lặp gói tin  Thêm vào gói tin trường số thứ tự  Căn vào số thứ tự gói tin, receiver bỏ qua gói tin bị lặp ◊ Sender khơng gửi gói tin chưa chắn receiver nhận gói trước RDT3.0: channels with errors and loss:  Tầng dưới: Có thể có lỗi , Có thể gây mát gói tin  Giải pháp:  Sender truyền lại gói tin chờ ACK thời gian định mà khơng thấy  Nếu ACK hay gói tin bị chậm thơi?  truyền lại gây tượng lặp gói tin  cần sequence number TCP Connection management: ngắt liên kết:  Bước 1: client (phía muốn ngắt liên kết) gửi TCP FIN segment  Bước 2: server (phía cịn lại) nhận FIN, gửi ACK, ngắt liên kết, gửi tiếp FIN segment  Bước 3: client nhận FIN, trả lời ACK timed wait (chờ lúc liên kết đóng hẳn)  Bước 4: server nhận ACK, đóng liên kết Congestion control:  Nghẽn mạng điều khó tránh khỏi!!!  Khi mạng bị nghẽn, gói tin bị trễ hay bị  Hai hướng tiếp cận:  End-end congestion control: Thông tin mức độ nghẽn mạng suy từ lượng tin bị mát trình truyền  Network-assited congestion control: Routers cung cấp thơng tin phản hồi tình trạng nghẽn mạng tới end systems  Bit thông báo nghẽn mạng ◊ đừng gửi hoăc xin chờ lát  Tốc độ tối đa cho phép gửi (maximum rate allowed)  TCP sử dụng phương pháp end-end congestion control  Hiện tượng tắc nghẽn (congestion): lưu lượng đến mạng tăng lên, thông lượng vận chuyển mạng lại giảm  Deadlock: tình trạng tắc nghẽn trầm trọng đến mức mạng bị nghẹt hồn tồn, thơng lượng vận chuyển mạng tụt xuống không  Nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn:  Lưu lượng đến nhiều lối vào cần đường  Tốc độ xử lý router chậm  Các đường truyền có bandwidth thấp = cổ chai *** Tắc nghẽn có khuynh hướng tự làm gia tăng  Điều khiển tắc nghẽn (Congestion control) -Đảm bảo cho mạng có khả vận chuyển lưu lượng đưa vào -Đó vấn đề tồn cục, liên quan đến hành vi nút mạng, trình chứa chuyển tiếp nút mạng yếu tố khác có khuynh hướng làm giảm thơng lượng mạng  Điều khiển lưu lượng để tránh tắc nghẽn  Điều khiển tắc nghẽn để giải vấn đề tắc nghẽn xuất có dấu hiệu xảy Sử dụng TCP hay UDP: Một số so sánh TCP/UDP: TCP:  Có liên kết, lưu trữ trạng thái liên kết (quản lý liên kết)  Điểm-điểm  Có độ trễ (delay): thiết lập, quản lý liên kết, luồng, nghẽn…  Segment header lớn (20 bytes)  Bị giới hạn tốc độ truyền (congestion control) UDP:  Không liên kết, không lưu trữ trạng thái  Điểm-điểm, quảng bá  Độ trễ thấp  Segment header nhỏ (8 bytes)  Không giới hạn tốc độ truyền Chương Giao thức tầng mạng (network layer) Chức tầng mạng'; Chuyển gói tin từ trạm nguồn đến trạm đích, Các giao thức thuộc tầng mạng xuất trạm router chức quan trọng: xác định đường đi, chuyển tiếp, thiết lập kênh truyền ảo  Hai model tầng mạng:  Kênh ảo (virtual circuit)  Lược đồ liệu (datagram) Virtual Circuit:  Thiết lập liên kết trước truyền liệu huỷ bỏ liên kết sau truyền xong  VC setup: trước truyền, tầng mạng phải thiết lập kênh truyền ảo (VC) từ sender tới receiver (đã biết địa chỉ)  Data transfer: liệu truyền qua VC  VC teardown =>Còn gọi connection-oriented  Mỗi gói tin chứa thêm thơng tin kênh mà qua  Các routers/packet switches kênh ảo (VC) nắm giữ trạng thái kênh qua Virtual Circuit: Các giao thức báo hiệu  Được sử dụng để thiết lập, trì kết thúc mạch ảo  Được sử dụng mạng ATM, Frame Relay, X.25  Không sử dụng mạng Internet ngày Datagram network:     Không thiết lập kênh truyền Các thiết bị chuyển mạch không cần nắm giữ trạng thái kênh Gói tin truyền dựa địa receiving host Đường gói tin hai host khác -Bộ định tuyến – router -:  Thực thi giải thuật chọn đường (routing algorithms)  Chuyển tiếp (forwarding) gói tin từ cổng vào tới cổng thích hợp -Giao thức IP (Internet Protocol Là giao thức tầng mạng chức năng: chọn đường chyển tiếp Đặc điểm giao thức IP: Không tin cậy/ Nhanh : Truyền liệu theo phương thức best effort Ip khơng có chế phục hồi lỗi Khi cần sdung tầng để đảm bảo tin cậy Giao thức khơng liên kết: Các gói tin xử lý độc lập Mạng Trạm: Địa mạng giúp xác định đường qua liên mạng Địa mạng gồm: Phân mạng(network) phân trạm(host) IP datagram format:  Trường Protocol (8 bits): Chỉ loại số liệu giao thức mức nằm trường Data  Cho biết cần trao datagram cho trình tầng transport: Một khả TCP Nhưng UDP trình khác  Việc đánh số giao thức phạm vi toàn cầu, toàn Internet, định nghĩa chuẩn RFC 1700  Trường (16 bits Header checksum):  Tính riêng cho header, giúp phát lỗi phát sinh nhớ router  Được tính lại chặng (hop), sau chặng có trường bị thay đổi (trường TTL)  Cách tính: cộng tất 16-bit halfwords sử dụng số dạng bù 1; sau lấy bù kết (phép tốn XOR ◊ tốc độ cao) Mạng mạng con:  Internet = network of networks  Địa IP bao gồm phần: Các bit cao dành cho network Các bit thấp dành cho host  network IP addr giống  Các host network trao đổi liệu không cần thông qua router Network:  Mạng tạo interface có phần Địa máy trạm, địa mạng: Địa IP có phần: Host ID Netwwork ID Subnet mask:  Một interface mạng cần có:  mask xác định ranh giới địa mạng địa interface (host)  Ví dụ: Subnet gồm host 192.168.10.x, host có thơng số IP address  Mặt nạ mạng (subnet mask):  Là số 32 bit bao gồm bit cao = bit thấp = Các bit quy định subnet, bit quy định địa host  từ subnet sau:  IP = 192.168.10.1  SM = 255.255.255.0 (111111111.11111111.11111111.00000000)  Kiểm tra xem hai IP có subnet không?  (IP1 XOR IP2) AND SM = 0? Địa lớp A: mặt nạ mặc định 255.0.0.0(/8) Giá trị octet 0-127 Với 24 bit dành cho địa trạm, 2^24 địa trạm khác Địa lớp B: mặc định 255.255.0.0(/16) Giá trị octet 128-191 Với 16 bit dành cho địa trạm, 2^16 địa trạm khác Địa lớp C mặc định 255.255.255.0(/24) Giá trị octet 192-223 Với bit dành cho địa trạm, 2^8 địa trạm khác Mặt nạ mạng con-Subnet mask Một giải pháp cho thiếu hụt địa IP mặt nạ mạng consubnet mask- năm 1985- chia mạng thuộc lớp A,B,C thành phần nhỏ ... bảo cho mạng có khả vận chuyển lưu lượng đưa vào -Đó vấn đề tồn cục, liên quan đến hành vi nút mạng, trình chứa chuyển tiếp nút mạng yếu tố khác có khuynh hướng làm giảm thông lượng mạng  Điều... bảo tin cậy Giao thức khơng liên kết: Các gói tin xử lý độc lập Mạng Trạm: Địa mạng giúp xác định đường qua liên mạng Địa mạng gồm: Phân mạng( network) phân trạm(host) IP datagram format:  Trường...+Message-switched: Không thiết lập liên kết dành riêng Mỗi thông báo khối độc lập Ưu điểm:Quản lý hiệu lưu thông mạng, Giảm tắc nghẽn mạng, Tăng hiệu sử dụng kênh truyền Giao thức mạng (Protocol - Giao