Bài tập lớn: Các thành phần của mạng máy tính

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, thời đại kinh tế thị trường, thời đại Công nghệ thông tin bùng nổ tồn Thế giới, cơng ty, tổ chức mọc lên ngày nhiều, hoạt động cơng ty ngày quy mơ, đòi hỏi ngày nhiều trình độ sở hạ tầng, trang thiết bị đại Từ hệ thống quản lý, vận hành sản xuất, hoạch toán kinh tế… tất phải nhờ vào công cụ máy tính hệ thống mạng máy tính giúp người làm việc nhanh chóng đồng thời giúp lưu trữ liệu lâu dài Nói cách việc sử dụng máy tính hệ thống mạng máy tính khơng thể thiếu cho công ty, tổ chức phi kinh tế khác Không đời sống việc sử dụng máy tính mạng máy tính điều quan trọng Chính hệ thống mạng máy tính nghiên cứu đời Hệ thống mạng máy tính giúp cho thực cơng việc hiệu nhiều lần, giúp người chia sẻ tài nguyên, liệu với cách dễ dàng, giúp lưu trữ lượng lớn thông tin mà mát hư hỏng lưu giấy, giúp tìm kiếm thơng tin nhanh chóng… nhiều ứng dụng khác chưa kể đến việc giúp cho người giải trí, thư giãn… Vậy để thiết kế mơ hình mạng máy tính đảm bảo khoa học, dễ vận hành dễ thay sửa có cố sẩy ra? Trước hết phải tìm hiểu thành phần mạng máy tính để trau dồi kiến thức hệ thống Tìm hiểu thành phần mạng máy tính giúp biết về: - Các thành phần liên quan đến phần cứng mạng máy tính Sự phân loại mạng máy tính theo tiêu chí khác Kiến trúc phần mềm mạng máy tính, đặc biệt kiến trúc có thứ bậc giao thức mạng Mơ hình tham khảo OSI MỤC LỤC Trang Lời nói đầu …………………………………………………………… ………… I II III Phần cứng mạng máy tính…………………………………….……… Phân loại mạng máy tính theo kỹ thuật truyền tin… 1.1 Mạng quảng bá…………………………………………… 1.2 Mạng điểm nối điểm…………………………………………… Phân loại mạng máy tính theo phạm vi địa lý……………………… 2.1 Mạng cục bộ………………………………………………………3 2.1.1 Mạng hình bus……………………… 2.1.2 Mạng hình sao……………………………………….…….4 2.1.3 Mạng hình vòng………………………………………… 2.2 Mạng thị…………………………….…………………………5 2.3 Mạng diện rộng………………………………………………… Mạng không dây…………………………………………………… 3.1 Nối kết hệ thống (System interconnection)………………….… 3.2 Mạng cục không dây (Wireless LANs)………………………6 3.3 Mạng diện rộng không dây (Wireless WANs)………………… Liên mạng (Internetwork)…………………………………………….6 Phần mềm mạng…………………………….……………………………7 Cấu trúc thứ bậc giao thức……………………………………………7 Dịch vụ mạng………………………………………………… …… 2.1 Các phép toán dịch vụ…………………………………… …8 2.2 Sự khác biệt dịch vụ giao thức…………………… …….9 Mơ hình tham khảo OSI……………………………………… … … 10 Phần Slide…………………………………………………………………….……13 I Phần cứng mạng máy tính Phân loại mạng máy tính theo kỹ thuật truyền tin Dựa theo kỹ thuật truyền tải thơng tin, người ta chia mạng thành hai loại Mạng quảng bá (Broadcast Network) mạng điểm nối điểm (Point – to – point Network) 1.1 Mạng quảng bá Trong hệ thống mạng quảng bá tồn kênh truyền chia sẻ cho tất máy tính Khi máy tính gửi tin, tất máy tính lại nhận tin Tại thời điểm cho phép máy tính phép sử dụng đường truyền 1.2 Mạng điểm nối điểm Trong hệ thống mạng máy tính nối lại với thành cặp Thông tin gửi truyền trực tiếp từ máy gửi đến máy nhận chuyển tiếp qua nhiều máy trung gian trước đến máy tính nhận Phân loại mạng máy tính theo phạm vi địa lý Trong cách phân loại người ta ý đến đại lượng Đường kính mạng khoảng cách hai máy tính xa mạng Dựa vào đại lượng người ta phân mạng thành loại sau: 2.1 Mạng cục Đây mạng thuộc loại mạng quảng bá, sử dụng đường truyền có tốc độ cao, băng thơng rộng, có hình trạng (topology) đơn giản mạng hình bus, mạng hình (Star topology), mạng hình vòng (Ring topology) 2.1.1 Mạng hình bus Tất máy tính nối lại dây dẫn (Cáp đồng trục gầy đồng trục béo) Khi số chúng thực truyền tin, tín hiệu lan truyền đến tất máy tính lại Nếu có hai máy tính truyền tin lúc dẫn đến tình trạng đụng độ trạng thái lỗi xẩy Hình 1: Mạng hình bus 2.1.2 Mạng hình Các máy tính nối trực tiếp vào Bộ tập trung nối kết, gọi Hub Dữ liệu chuyển qua Hub trước đến máy nhận Hub có nhiều cổng (port), cổng cho phép máy tính nối vào Hub đóng vai trò khuyếch đại (repeater) Nó khuyếch đại tín hiệu nhận trước truyền lại tín hiệu cổng lại Ưu điểm mạng hình dễ dàng cài đặt, không dừng mạng nối thêm vào lấy máy tính khỏi mạng, dễ dàng phát lỗi So với mạng hình Bus, mạng hình có tín ổn định cao Tuy nhiên đòi hỏi nhiều dây dẫn so với mạng hình bus Toàn mạng bị ngưng hoạt động Hub bị hư Chi phí đầu tư mạng hình cao mạng hình Bus Hình 2: Mạng hình 2.1.3 Mạng hình vòng Tồn thẻ (token: gói tin nhỏ) truyền qua máy tính Một máy tính truyền tin phải tuân thủ nguyên tắc sau: - Chờ token đến lấy token khỏi vòng tròn Gửi gói tin vòng qua máy tính đường tròn Chờ gói tin quay Đưa token trở lại vòng tròn để nút bên cạnh nhận token Hình 3: Mạng hình vòng 2.2 Mạng đô thị Mạng MAN sử dụng để nối tất máy tính phạm vi tồn thành phố Ví dụ mạng truyền hình cáp thành phố Hình 4: Mạng thị 2.3 Mạng diện rộng Mạng LAN mạng MAN thông thường không sử dụng thiết bị chuyển mạch, điều hạn chế việc mở rộng phạm vi mạng số lượng máy tính khoảng cách Chính mạng diện rộng phát minh Trong mạng WAN, máy tính (hosts) nối vào mạng (subnet) hay đơi gọi đường trục mạng (Backbone), có chứa chọn đường (routers) đường truyền tải (transmission lines) Các Routers thơng thường có nhiệm vụ lưu chuyển tiếp gói tin mà nhận theo nguyên lý sau: Các gói tin đến router lưu vào hàng chờ, router định nơi gói tin cần phải đến sau chuyển gói tin lên đường chọn Hình 5: Mạng diện rộng Hình 6: Lưu chuyển tiếp mạng Wan Mạng không dây Nếu phân biệt mang theo tiêu chí hữu tuyến hay vơ tuyến ta có thêm loại mạng khơng dây sau: 3.1 Nối kết hệ thống (System interconnection) Mạng nhằm mục đích thay hệ thống cáp nối kết thiết bị cục vào máy tính hình, bàn phím, chuột, phone, loa , Hình 7: (a) Thiết bị khơng dây (b) Mạng cục không dây 3.2 Mạng cục khơng dây (Wireless LANs): Tất máy tính giao tiếp với thông qua trạm sở (Base Station) nối cáp vào hệ thống mạng 3.3 Mạng diện rộng không dây (Wireless WANs): Thông thường mạng điện thoại di động số thuộc dạng Với cơng nghệ cho phép băng thơng mạng đạt đến 50 Mbps với khoảng cách vài kilomet Liên mạng (Internetwork) Thơng thường mạng máy tính khơng đồng (homogeneous), tức có khác phần cứng phần mềm máy tính Trong thực tế ta xây dựng mạng lớn cách liên nối kết (interconnecting) nhiều loại mạng lại với Công việc gọi liên mạng (Internetworking) Ví dụ: Nối kết tập mạng LAN có kiểu khác dạng Bus với dạng vòng cơng ty Nối mạng LAN lại với nhờ vào mạng diện rộng, lúc mạng WAN đóng vai trò Subnet Nối mạng WAN lại với hình thành mạng WAN lớn Liên mạng lớn mạng toàn cầu Internet II Phần mềm mạng Đây thành phần quan trọng làm cho mạng máy tính vận hành khơng phải phần cứng Phần mềm mạng xây dựng dựa tảng khái niệm giao thức (protocol), dịch vụ (service) giao diện (interface) - Giao thức (Protocol): Mô tả cách thức hai thành phần giao tiếp trao đổi thông tin với Dịch vụ (Services): Mô tả mà mạng máy tính cung cấp cho thành phần muốn giao tiếp với Giao diện (Interfaces): Mơ tả cách thức mà khách hàng sử dụng dịch vụ mạng cách thức dịch vụ truy cập đến Cấu trúc thứ bậc giao thức Nền tảng cho tất phần mềm làm cho mạng máy tính hoạt động khái niệm kiến trúc thứ bậc giao thức (protocol hierachies) Nó tổ chức dịch vụ mà mạng máy tính cung cấp thành tầng/lớp (layers) Hai thành phần phận hai máy tính khác nhau, cấp, chúng ln ln thống với cách thức mà chúng trao đổi thông tin Qui tắc trao đổi thông tin mô tả giao thức (protocol) Một hệ mạng truyền tải liệu thường thiết kế dạng phân tầng Dịch vụ mạng  Hầu hết tầng mạng cung cấp hai kiểu dịch vụ: Định hướng nối kết Không nối kết Dịch vụ định hướng nối kết (Connection-oriented): Đây dịch vụ vận hành theo mơ hình hệ thống điện thoại Đầu tiên bên gọi phải thiết lập nối kết, thực nhiều trao đổi thơng tin cuối giải phóng nối kết Dịch vụ không nối kết (Connectionless): Đây dịch vụ vận hành theo mơ hình kiểu thư tín Dữ liệu bạn trước tiên đặt vào bao thư có ghi rõ địa người nhận  Một số dịch vụ thường cung cấp tầng mạng cho hai loại có nối kết khơng nối kết liệt kê bảng đây: Loại Có kết nối Khơng kết nối Dịch vụ Luồng thông điệp tin cậy (Reliable message stream) Luồng byte tin cậy (Reliable byte stream) Nối kết khơng tin cậy (Unreliable connection) Thư tín khơng tin cậy (Unreliable datagram) Thư tín có báo nhận (Acknowledged datagram) u cầu – Trả lời Ví dụ Ví dụ gửi trang Đăng nhập từ xa Âm số Mail theo kiểu bó Mail đăng ký Truy vấn sở liệu (Request – Reply) - - - Mỗi loại dịch vụ cung cấp với chất lượng khác Các loại dịch vụ có nối kết thường đảm bảo thứ tự đến nơi thông tin thứ tự chúng gửi đi, đảm bảo liệu đến nơi Hai điều thường không đảm bảo dịch vụ loại khơng nối kết 2.1 Các phép tốn dịch vụ Một dịch vụ thường mô tả tập hợp hàm (primitives) hay đơi gọi tác vụ (operations) sẵn có cho khách hàng sử dụng Một số hàm thường có cho dịch vụ định hướng nối kết sau: Q trình trao đổi thơng tin Client, người có nhu cầu sử dụng dịch vụ server, người cung cấp dịch vụ thực cách sử dụng hàm sở mô tả kịch sau: Hình 8: Mơ hình dịch vụ có nối kết 2.2 Sự khác biệt dịch vụ giao thức  Giao thức dịch vụ hai tảng quan trọng việc thiết kết xây dựng hệ thống mạng Cần hiểu rõ ý nghĩa phân biệt khác biệt chúng - Dịch vụ: tập phép toán mà tầng cung cấp cho tầng phía gọi sử dụng Giao thức: tập luật mô tả khuôn dạng liệu, ý nghĩa gói tin thứ tự gói tin sử dụng trình giao tiếp Chú ý: Cùng service thực protocol khác nhau; protocol cài đặt theo cách thức khác ( sử dụng cấu trúc liệu khác nhau, ngơn ngữ lập trình khác nhau, vv ) Hình 9: Quan hệ dịch vụ giao thức III Mơ hình tham khảo OSI Để dễ dàng cho việc nối kết trao đổi thông tin máy tính với nhau, vào năm 1983, tổ chức tiêu chuẩn giới ISO phát triển mơ hình cho phép hai máy tính gửi nhận liệu cho Mơ hình dựa tiếp cận phân tầng (lớp), với tầng đảm nhiệm số chức  Để hai máy tính trao đổi thơng tin với cần có nhiều  - vấn đề liên quan Ví dụ cần có Card mạng, dây cáp mạng, điện tín hiệu cáp mạng, cách thức đóng gói liệu, điều khiển lỗi đường truyền vv Bằng cách phân chia chức vào tầng riêng biệt nhau, việc viết phần mềm để thực chúng trở nên dễ dàng Mơ hình OSI giúp đồng hệ thống máy tính khác biệt chúng trao đổi thơng tin Mơ hình gồm có tầng: Tầng 7: Tầng ứng dụng (Application Layer) Đây tầng cùng, cung cấp ứng dụng truy xuất đến dịch vụ mạng Nó bao gồm ứng dụng người dùng, ví dụ Web Browser (Netscape Navigator, Internet Explorer ), Mail User Agent (Outlook Express, Netscape Messenger, ) hay chương trình làm server cung cấp dịch vụ mạng Web Server (Netscape Enterprise, Internet Information Service, Apache, ), Các FTP Server, Mail server (Send mail, MDeamon) Người dùng mạng giao tiếp trực tiếp với tầng - Tầng 6: Tầng trình bày (Presentation Layer) Tầng đảm bảo máy tính có kiểu định dạng liệu khác trao đổi thơng tin cho Thơng thường mày tính thống với kiểu định dạng liệu trung gian để trao đổi thơng tin máy tính Một liệu cần gửi tầng trình bày chuyển sang định dạng trung gian trước truyền lên mạng Ngược lại, nhận liệu từ mạng, tầng trình bày chuyển liệu sang định dạng riêng - Tầng 5: Tầng giao dịch (Session Layer) Tầng cho phép ứng dụng thiết lập, sử dụng xóa kênh giao tiếp chúng (được gọi giao dịch) Nó cung cấp chế cho việc nhận biết tên chức bảo mật thông tin truyền qua mạng - Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer) Tầng đảm bảo truyền tải liệu trình Dữ liệu gửi đảm bảo khơng có lỗi, theo trình tự, khơng bị mát, trùng lắp Đối với gói tin có kích thước lớn, tầng phân chia chúng thành phần nhỏ trước gửi đi, tập hợp lại chúng nhận - Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer) Tầng đảm bảo gói tin liệu (Packet) truyền từ máy tính đến máy tính cho dù khơng có đường truyền vật lý trực tiếp chúng Nó nhận nhiệm vụ tìm đường cho liệu đến đích khác mạng - Tầng 2: Tầng liên kết liệu (Data-Link Layer) Tầng đảm bảo truyền tải khung liệu (Frame) hai máy tính có đường truyền vật lý nối trực tiếp với Nó cài đặt chế phát xử lý lỗi liệu nhận - Tầng 1: Tầng vật ký (Physical Layer) Điều khiển việc truyền tải thật bit đường truyền vật lý Nó định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, phương pháp mã hóa liệu, loại đầu nối sử dụng  Về nguyên tắc, tầng n hệ thống giao tiếp, trao đổi thông tin với tầng n hệ thống khác Mỗi tầng có đơn vị truyền liệu riêng: - Tầng vật lý: bit Tầng liên kết liệu: Khung (Frame) Tầng Mạng: Gói tin (Packet) - Tầng vận chuyển: Đoạn (Segment) 10 Hình 10: Xử lý liệu qua tầng Trong thực tế, liệu gửi từ tầng xuống tầng tầng thấp máy tính gửi Ở đó, liệu truyền đường truyền vật lý Mỗi liệu truyền xuống tầng phía bị "gói" lại đơn vị liệu tầng Tại bên nhận, liệu truyền ngược lên tầng cao dần Mỗi lần qua tầng, đơn vị liệu tương ứng tháo Đơn vị liệu tầng có tiêu đề (header) riêng  OSI mơ hình tham khảo, nhà sản xuất phát minh hệ thống mạng thực chức tầng theo cách thức riêng Các cách thức thường mô tả dạng chuẩn mạng hay giao thức mạng Như dẫn đến trường hợp chức hai hệ thống mạng khác khơng tương tác với Hình so sánh kiến trúc hệ điều hành mạng thơng dụng với mơ hình OSI  Để thực chức tầng tầng mơ hình OSI, hệ thống mạng có protocol riêng: - UNIX: Tầng dùng giao thức IP, tầng giao thức TCP/UDP - Netware: Tầng dùng giao thức IPX, tầng giao thức SPX - Microsoft định nghĩa giao thức NETBEUI để thực chức tầng tầng  Nếu dừng lại máy tính UNIX, Netware NT không trao đổi thông tin với Với lớn mạnh mạng Internet, máy tính cài đặt hệ điều hành khác đòi hỏi phải giao tiếp với nhau, tức phải sử dụng chung giao thức Đó giao thức TCP/IP, giao thức mạng Internet  11 Hình 11: Kiến trúc số hệ điều hành thông dụng PHẦN SLIDE 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ... vào mạng diện rộng, lúc mạng WAN đóng vai trò Subnet Nối mạng WAN lại với hình thành mạng WAN lớn Liên mạng lớn mạng toàn cầu Internet II Phần mềm mạng Đây thành phần quan trọng làm cho mạng máy. .. Phần cứng mạng máy tính ………………………………….……… Phân loại mạng máy tính theo kỹ thuật truyền tin… 1.1 Mạng quảng bá…………………………………………… 1.2 Mạng điểm nối điểm…………………………………………… Phân loại mạng máy tính. .. tất máy tính lại nhận tin Tại thời điểm cho phép máy tính phép sử dụng đường truyền 1.2 Mạng điểm nối điểm Trong hệ thống mạng máy tính nối lại với thành cặp Thông tin gửi truyền trực tiếp từ máy