(NB) Giáo trình gồm có 6 chương để học mỗi chương cần có các kiến thức của chương trước, phần 1 sách gồm 3 chương đầu: Truyền số liệu, tổng quan về mạng máy tính, các thiết bị mạng. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung của giáo trình.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG TRƯƠNG QUANG TRUNG THÁI NGỌC ANH KHÔI NGUYỄN ĐỨC ANH GIÁO TRÌNH MẠNG MÁY TÍNH (GIÁO TRÌNH DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG NGÀNH CNKT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ, CHUYÊN NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ; CAO ĐẲNG NGHỀ ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP) TP HỒ CHÍ MINH, 09 - 2018 (LƯU HÀNH NỘI BỘ) MỤC LỤC CHƯƠNG TRUYỀN SỐ LIỆU 1.1 CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ-TƯƠNG TỰ 1.2 CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ-SỐ 1.3 CHUYỂN ĐỔI SỐ-TƯƠNG TỰ 1.4 CHUYỂN ĐỔI SỐ-SỐ 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 20 2.1 MẠNG ĐIỆN BÁO 20 2.2 MẠNG ĐIỆN THOẠI 20 2.3 MẠNG HƯỚNG ĐẦU CUỐI 20 2.4 MẠNG MÁY TÍNH 21 2.5 PHÂN LOẠI MẠNG MÁY TÍNH 23 2.6 LỢI ÍCH CỦA MẠNG MÁY TÍNH 26 CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ MẠNG 28 3.1 CÁC LOẠI CÁP 28 3.2 CÁC THIẾT BỊ GHÉP NỐI 30 3.3 CÁC THIẾT BỊ MẠNG THÔNG DỤNG 33 3.4 KẾT NỐI 39 3.5 PHẦN MỀM MẠNG MÁY TÍNH 44 3.6 MƠ HÌNH OSI 47 CHƯƠNG ĐỊA CHỈ IP 54 4.1 CẤU TRÚC ĐỊA CHỈ IP 54 4.2 PHÂN LỚP IP 55 4.3 Ý NGHĨA CÁC NETID, HOSTID, NETMASK, SUBNETMASK 57 4.4 PHÂN MẠNG CON 59 CHƯƠNG GIAO THỨC TCP/IP 63 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 63 5.2 GIAO THỨC IP 64 5.3 NHIỄU TRONG BỘ THU QUANG 73 5.4 GIAO THỨC TCP 76 5.5 GIAO THỨC UDP 78 i CHƯƠNG CÁC DỊCH VỤ MẠNG 81 6.1 GIỚI THIỆU CHUNG 81 6.2 DỊCH VỤ HTTP 81 6.3 DỊCH VỤ EMAIL 83 6.4 DỊCH VỤ DNS 88 6.5 DỊCH VỤ FTP 90 ii CHƯƠNG 1: TRUYỀN SỐ LIỆU CHƯƠNG TRUYỀN SỐ LIỆU Như biết thơng tin cần chuyển thành tín hiệu trước truyền dẫn môi trường truyền tin Phương thức chuyển đổi thơng tin phụ thuộc vào định dạng ban đầu thông tin format phần cứng sử dụng Một tín hiệu đơn giản khơng thể mang thơng tin cách đơn giản mà thiết phải chuyển đổi tín hiệu cho máy thu nhận dạng theo phương thức mà máy phát gởi Một phương thức truyền chuyển mẫu thành bit mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Dữ liệu lưu trữ máy tính theo dạng 0, để chuyển tín hiệu (từ máy tín hay ngược lại) liệu thường phải chuyển đổi từ tín hiệu digital sang tín hiệu digital q trình chuyển đổi số-số Đôi khi, ta phải chuyển đổi từ tín hiệu analog sang tín hiệu digital (như trường hợp điện thoại) nhằm giảm nhiễu, trình gọi chuyển đổi analog-digital hay gọi lượng tử hóa tín hiệu analog Trong trường hợp khác, ta cần chuyển tín hiệu digital mơi trường dành cho tín hiệu analog, q trình gọi chuyển đổi digital-analog hay gọi điều chế tín hiệu số Thơng thường tín hiệu analog gởi cự ly xa mơi trường analog, tức tín hiệu cần điều chế tần số cao, trình gọi chuyển đổi analog – analog , hay gọi điều chế tín hiệu analog 1.1 CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ-TƯƠNG TỰ Đây phương pháp chuyển đổi tín hiệu analog sang dạng analog khác để truyền dẫn Hình 1.1 Có ba phương pháp AM (Amplitude Modulation), FM (Frequency Modulation) PM (Phase Modulation) Hình 1.2 AM (Amplitude Modulation): CHƯƠNG 1: TRUYỀN SỐ LIỆU Trong phương thức này, sóng mang điều chế cho biên độ thay đổi theo tín hiệu điều chế, giá trị tần số góc pha giữ khơng đổi nhu vẽ hình 41, tín hiệu điều chế trở thành đường bao sóng mang Hình 1.3 Băng thơng tín hiệu AM: Băng thơng tín hiệu AM hai lần băng thơng tín hiệu điều chế bao phủ vùng xung quanh tần số trung tâm sóng mang (xem hình 1.4, vẽ phổ tín hiệu) Băng thơng tín hiệu audio thường KHz Như đài phát AM cần băng thông tối thiểu 10 KHz Trong thực tế, FCC (Federal Communication Commission) cho phép đài AM có băng thơng 10 KHz Các đài AM phát tần số sóng mang từ 530 đến 1700 KHz (1,7 MHz) Tuy nhiên tần số phát phải phân cách với 10 KHz (một băng thông AM) nhằm tránh giao thoa Nếu đài phát dùng tần số 1100 KHz, tần số sóng mang kế khơng phép bé 1110 KHz CHƯƠNG 1: TRUYỀN SỐ LIỆU Hình 1.4 FM (Frequency Modulation): Trong phương thức này, tần số sóng mang điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế (audio) Giá trị biên độ đỉnh pha sóng mang khơng đổi Băng thơng tín hiệu FM: Băng thơng FM 10 lần băng thơng tín hiệu điều chế tương tự băng thơng tín hiệu AM, băng thơng bao trùm tần số trung tâm sóng mang vẽ hình 1.6 Băng thơng tín hiệu audio phát theo chế độ stereo thường 15 KHz Mỗi đài phát FM cần băng thông tối thiểu 150 KHz Cơ quan FCC cho phép 200 KHz (0,2 MHz) cho đài nhằm dự phòng dải tần bảo vệ (guard band) Các chương trình phát FM phát dải tần từ 88 đến 108 MHz, đài phải phân cách 200 KHz để tránh trùng lắp sóng Trong tầm từ 88 đến 108 MHz, có khả có 100 kênh FM, dùng lúc 50 kênh vẽ hình 1.7 CHƯƠNG 1: TRUYỀN SỐ LIỆU Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 PM (Phase Modulation): Nhằm đơn giản hóa u cầu phần cứng, đơi PM dùng thay FM số hệ thống, theo góc pha sóng mang điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế, biên độ tần số sóng mang giữ khơng đổi 1.2 CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ-SỐ Đôi ta cần rời rạc hóa tín hiệu tương tự, thí dụ gởi tín hiệu thoại qua đường dây dài, tín hiệu số có tính chống nhiễu tốt so với tín hiệu analog Q trình gọi chuyển đổi tương tự - số hay gọi q trình số hóa tín hiệu analog Điều cho phép giảm thiểu khối lượng lớn giá trị thơng tin tín hiệu analog để biểu diễn thành luồng tín hiệu số mà khơng bị thất thơng tin Hình 1.12 minh họa chuyển đổi tương tự - số, gọi codec (coder – decoder) CHƯƠNG 1: TRUYỀN SỐ LIỆU Hình 1.8 Trong chuyển đổi tương tự - số, ta biểu diễn thơng tin có tín hiệu liên tục thành chuỗi tín hiệu số (1 hay 0) PAM (Pulse Amplitude Modulation): Bước chuyển đổi tương tự - số điều chế biên độ - xung (PAM: pulse amplitude modulation) Kỹ thuật lấy tín hiệu analog, lấy mẫu tạo chuỗi xung kết phần lấy mẫu Phương pháp lấy mẫu ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghệ khác thông tin số liệu Tuy nhiên, phương pháp PAM bước đầu phương pháp biến đổi tương tự -số, gọi PCM (pulse code modulation) Hình 1.9 PAM dùng kỹ thuật gọi lấy mẫu giữ (sample and hold) PAM không dùng thông tin số với lý rời rạc hóa tín hiệu PAM chứa q nhiều thành phần biện độ với giá trị khác (vẫn dạng analog), cần có phương pháp khác thích hợp hơn, gọi PCM PCM (Pulse Coded Modulation): PCM chuyển tín hiệu PAM sang tín hiệu số, cần có thêm bước lượng tử hóa (quantalization), phương thức gán giá trị chung cho tín hiệu mức CHƯƠNG 1: TRUYỀN SỐ LIỆU Hình 1.10 Hình 1.10 trình bày phương thức đơn giản để gán giá trị dấu xuất cho mẫu lượng tử Mỗi giá trị chuyển sang giá trị bay bit nhị phân tương ứng, bit thứ tám nhằm biểu thị dấu Hình 1.11 Các bit nhị phân biến thành tín hiệu số dùng phương pháp chuyển đổi số - số thảo luận chương trước Hình 1.12 vẽ kết phương pháp điều chế xung mã PCM tín hiệu số chuyển theo mã unipolar, hình vẽ giá trị mẫu đầu Hình 1.12 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG VNP Flash Amber Green Green Solid Solid Solid This unit is the Standby unit A VPN tunnel has been established The CompactFlash is being accessed H3.14 Cisco Asa 5510 3.4 KẾT NỐI 3.4.1 Chuẩn 10Base2 Cấu hình xác định theo tiêu chuẩn IEEE 802.3 bảo đảm tuân thủ quy tắc sau: + Khoảng cách tối thiểu hai máy trạm phải cách 0.5m + Dùng cáp Thinnet (RG-58) + Tốc độ 10 Mbps + Dùng đầu nối chữ T (T-connector) + Không thể vượt phân đoạn mạng tối đa 185m Tồn hệ thống cáp mạng khơng thể vượt 925m + Số nút tối đa phân đoạn mạng 30 + Terminator (thiết bị đầu cuối) phải có trở kháng 50 ohm nối đất + Mỗi mạng khơng thể có năm phân đoạn Các phân đoạn nối tối đa bốn khuếch đại có ba số năm phân đoạn có nút mạng (tuân thủ quy tắc 5-4-3) + Quy tắc 5-4-3: quy tắc cho phép kết hợp đến năm đoạn cáp nối chuyển tiếp, có đoạn nối trạm Theo hình ta thấy đoạn 3, tồn nhằm mục đích làm tăng tổng chiều dài mạng cho phép máy tính đoạn 1, 2, nằm mạng + Ưu điểm chuẩn 10Base2: giá thành rẻ, đơn giản 39 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG H3.15 Qui tắc 5-4-3 3.4.2 Chuẩn 10Base5 Chuẩn mạng tuân theo quy tắc sau: + Khoảng cách tối thiểu hai nút 2.5m + Dùng cáp thicknet (cáp đồng dày) + Băng tần sở 10Mbps + Chiều dài phân đoạn mạng tối đa 500m + Tồn chiều dài mạng khơng thể vượt 2500m + Thiết bị đầu cuối (terminator) phải nối đất + Cáp thu phát (tranceiver cable), nối từ máy tính đến thu phát, có chiều dài tối đa 50m + Số nút tối đa cho phân đoạn mạng 100 (bao gồm máy tính tất repeater) + Tuân theo quy tắc 5-4-3 Ưu điểm: khắc phục khuyết điểm mạng 10Base2, hỗ trợ kích thước mạng lớn Chú ý: mạng lớn người ta thường kết hợp cáp dày cáp mảnh Cáp dày dùng làm cáp tốt, cáp mảnh dùng làm đoạn nhánh H3.16 Ví dụ chuẩn 10Base5 3.4.3 Chuẩn 10BaseT Chuẩn mạng tuân theo quy tắc sau: + Dùng cáp UTP loại 3, 4, STP, có mức trở kháng 85-115 ohm, 10Mhz + Dùng quy cách kỹ thuật 802.3 + Dùng thiết bị đấu nối trung tâm Hub + Tốc độ tối đa 10Mbps + Dùng đầu nối RJ-45 + Số nút tối đa 512 chúng nối vào phân đoạn với năm phân 40 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG tuyến tối đa có sẵn + Chiều dài tối đa phân đoạn cáp 100m + Dùng mơ hình vật lý star + Có thể nối phân đoạn mạng 10BaseT cáp đồng trục hay cáp quang + Số lượng máy tính tối đa 1024 +Khoảng cách tối thiểu hai máy tính 2,5m +Khoảng cách cáp tối thiểu từ Hub đến máy tính Hub khác 0,5m Ưu điểm: mạng 10BaseT dùng thiết bị đấu nối trung tâm nên liệu truyền tin cậy hơn, dễ quản lý Điều tạo thuận lợi cho việc định vị sửa chữa phân đoạn cáp bị hỏng Chuẩn cho phép bạn thiết kế xây dựng phân đoạn LAN tăng dần mạng cần phát triển 10BaseT tương đối rẻ tiền so với phương án đấu cáp khác H3.17 Ví dụ chuẩn 10BaseT 3.4.4 Chuẩn 10BaseFL Các đặc điểm 10BaseFL: + Tốc độ tối đa 10 Mbps + Truyền qua cáp quang Ưu điểm: + Do dùng cáp quang nối Repeater nên khoảng cách tối đa cho đoạn cáp 2000m + Không sợ bị nhiễu điện từ + Số nút tối đa đoạn cáp lớn nhiều so với 10Base2, 10Base5, 10BaseT 41 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG H3.18 Ví dụ chuẩn 10BaseFL 3.4.5 Chuẩn 100VG-AnyLAN 100VG (Voice Grade) AnyLan công nghệ mạng kết hợp thành phần Ethernet Token Ring, dùng quy cách kỹ thuật 802.12 Các đặc điểm kỹ thuật: + Tốc độ truyền liệu tối thiểu 100Mbps + Sử dụng cáp xoắn đôi gồm bốn cặp xoắn (UTP loại 3, 4, STP) cáp quang + Khả hỗ trợ sàng lọc khung có địa Hub nhằm tăng tính bảo mật + Chấp nhận khung Ethernet lẫn gói Token Ring + Định nghĩa IEEE 802.12 + Mơ hình vật lý: cascaded star, máy tính nối với Hub.Mở rộng mạng cách thêm Hub vào Hub trung tâm, Hub đóng vai trò máy tính Hub mẹ + Chiều dài tối đa đoạn chạy cáp nối hai Hub 250m H3.19 Ví dụ chuẩn 100VG-AnyLAN 3.4.6.Chuẩn 100BaseX 42 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG Tiêu chuẩn 100BaseX Ethernet gọi Fast Ethernet mở rộng tiêu chuẩn Ethernet có sẵn Tiêu chuẩn dùng cáp UTP Cat5 phương pháp truy cập CSMA/CD cấu hình star bus với đoạn cáp nối vào Hub tương tự 10BaseT Tốc độ 100Mbps Chuẩn 100BaseX có đặc tả ứng với loại đường truyền khác nhau: + 100BaseT4: dùng cáp UTP loại 3, 4, có bốn cặp xoắn đơi + 100BaseTX: dùng cáp UTP loại có hai cặp xoắn đơi STP + 100BaseFX: dùng cáp quang có hai dây lõi H3.20 Ví dụ chuẩn 100BaseX Bảng tóm tắt lại thơng số số loại cáp 43 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG 3.5 PHẦN MỀM MẠNG MÁY TÍNH Đây thành phần quan trọng thật làm cho mạng máy tính vận hành 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): Mơ 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 3.5.1 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 luôn 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 Để minh họa ý nghĩa ta xem xét mơ hình hoạt động hệ thống gởi nhận thư tín giới Hai đối tác A Paris B Thành phố Cần Thơ thường xuyên trao đổi thư từ với Vì A khơng thể nói tiếng Việt B khơng thể nói tiếng Pháp, hai hiểu tiếng Anh,cho nên chọn ngôn ngữ để trao đổi thư từ, văn A B Cả hai gởi thư từ quan họ Trong cơng ty có phận văn thư lãnh trách nhiệm tập hợp gởi tất thư công ty bưu điện Tiến trình A gởi cho B thư diễn sau: A viết thư tiếng Pháp bút máy A đưa thư cho thư ký, biết tiếng Anh để thơng dịch thư tiếng Anh, sau bỏ thư vào bao thư với địa người nhận địa B Nhân viên phận văn thư chịu trách nhiệm thu thập thư cơng ty ghé qua văn phòng A để nhận thư cần gởi Bộ phận văn thư thực việc phân loại thư dán tem lên thư máy dán tem Lá thư gởi đến bưu điện Paris Lá thư ô tô chuyển đến trung tâm phân loại Paris Những thư gởi sang Việt Nam chuyển đến sân bay Paris tàu điện ngầm Lá thư gởi sang Việt nam chuyển đến sân bay Tân Sơn Nhất (Thành Phố Hồ Chí Minh) máy bay Thư ô tô chở đến trung tâm phân loại thư Thành Phố Hồ Chí Minh 10 Thư cho quan B chuyển Bưu điện Cần Thơ ô tô 11 Thư cho quan B chuyển đến công ty B ô tô 12 Bộ phận văn thư công ty B tiến hành phân loại thư 44 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG 13 Thư phát vào định đến người nhận, trường hợp có văn phòng B 14 Thư ký B mở thư dịch nội dung thư gởi cho B sang tiếng Việt 15 B đọc thư A gởi cho Ta tóm tắt lại tiến trình mơ hình phân tầng với nút mạng thư tín sau: H3.21 Mơ hình gởi nhạn thư tín giới Trong mơ hình trên,mỗi tầng dựa tầng phía Ví dụ, phương tiện giao thông tầng ô tô, tàu hỏa, máy bay (của tầng liên kết liệu) tầng vận chuyển cần hạ tầng sở đường ô tô, đường sắt, sân bay (của tầng vật lý) Đối với tầng, chức định nghĩa dịch vụ cung cấp cho tầng phía Các đường thẳng màu đỏ sơ đồ xác định dịch vụ cung cấp tầng khác Thêm vào đó, chức tầng tương ứng với luật gọi giao thức (Protocols) 3.5.2 Ví dụ cấu trúc thứ bậc giao thức Xem xét ví dụ khác liên quan đến hệ thống truyền tập tin từ máy tính X sang máy Y Hai máy nối với dây cáp Chúng ta xem xét mơ hình gồm tầng: • Người sử dụng muốn truyền tập tin thực lời gọi đến tầng A nhờ vào hàm định nghĩa sẵn, send_file(fileName, destination) Trong fileName tập tin cần truyền đi, destination điạ máy tính nhận tập tin • Tầng A phân chia tập tin thành nhiều thông điệp truyền thông điệp nhờ lệnh send_message(MessageNo, destination) tầng B cung cấp 45 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG H3.22 Ứng dụng tầng • Tầng B quản lý việc gởi thông điệp, đảm nhiệm việc phân chia thông điệp thành nhiều đơn vị truyền tin, gọi khung (frame); gởi khung X Y tuân theo luật định trước (protocol) tần suất gởi, điều khiển luồng, chờ báo nhận bên nhận, điều khiển lỗi Tầng B giao cho tầng C chuỗi bit mà chúng truyền lên đường truyền vật lý, khơng quan tâm ý nghĩa bit, để đến nơi nhận Thông tin truyền kênh truyền đơn giản phức tạp định hướng đến nơi nhận Bên nhận thực ngược lại tiến trình bên gởi Cả bên nhận bên gởi có số lần gởi/nhận giống Ta ý rằng, kích thước đơn vị truyền tin tầng khác Ở tầng A đơn vị tập tin Tầng B, đơn vị truyền tin khung theo cấu trúc định nghĩa.Tầng C, đơn vị truyền tin tín truyền đường truyền vật lý 3.5.3 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 thông tin cuối giải phóng nối kết Dịch vụ khơng 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 địa người gởi Sau gởi bao thư nội dung đến người nhận 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 gởi đi, đảm bảo liệu đến nơi Hai điều thường không đảm bảo dịch vụ loại không nối kết 3.5.4 Các phép toán 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: 46 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG 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 mơ tả kịch sau: H3.23 Mơ hình dịch vụ có nối kết 3.5.5 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 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 H3.24 Quan hệ dịch vụ giao thức 3.6 MƠ HÌNH OSI Mơ hình OSI (Open System Interconnection): mơ hình tổ chức ISO đề xuất từ 1977 công bố lần đầu vào 1984 Để máy tính thiết bị mạng truyền thơng với phải có qui tắc giao tiếp bên chấp nhận Mơ hình OSI khn mẫu giúp hiểu liệu xuyên qua mạng đồng thời giúp hiểu chức mạng diễn lớp Trong mô hình OSI có bảy lớp, lớp mơ tả phần chức độc lập Sự tách lớp mô hình mang lại lợi ích sau: 47 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG + Chia hoạt động thông tin mạng thành phần nhỏ hơn, đơn giản giúp dễ khảo sát tìm hiểu + Chuẩn hóa thành phần mạng phép phát triển mạng từ nhiều nhà cung cấp sản phẩm + Ngăn chặn tình trạng thay đổi lớp làm ảnh hưởng đến lớp khác, giúp lớp phát triển độc lập nhanh chóng Mơ hình tham chiếu OSI định nghĩa qui tắc cho nội dung sau: + Cách thức thiết bị giao tiếp truyền thông với + Các phương pháp để thiết bị mạng truyền liệu, khơng + Các phương pháp để đảm bảo truyền liệu bên nhận + Cách thức vận tải, truyền, xếp kết nối với + Cách thức đảm bảo thiết bị mạng trì tốc độ truyền liệu thích hợp + Cách biểu diễn bit thiết bị truyền dẫn Mơ hình tham chiếu OSI chia thành bảy lớp với chức sau: + Application Layer (lớp ứng dụng): giao diện ứng dụng mạng + Presentation Layer (lớp trình bày): thoả thuận khn dạng trao đổi liệu + Session Layer (lớp phiên): cho phép người dùng thiết lập kết nối + Transport Layer (lớp vận chuyển): đảm bảo truyền thông hai hệ thống + Network Layer (lớp mạng): định hướng liệu truyền môi trường liên mạng + Data link Layer (lớp liên kết liệu): xác định việc truy xuất đến thiết bị + Physical Layer (lớp vật lý): chuyển đổi liệu thành bit truyền Lớp ứng dụng (Application Layer): giao diện chương trình ứng dụng người dùng mạng Lớp Application xử lý truy nhập mạng chung, kiểm sốt luồng phục hồi lỗi Lớp khơng cung cấp dịch vụ cho lớp mà cung cấp dịch vụ cho ứng dụng như: truyền file, gởi nhận E-mail, Telnet, HTTP, FTP, SMTP… Lớp trình bày (Presentation Layer): lớp chịu trách nhiệm thương lượng xác lập dạng thức liệu trao đổi Nó đảm bảo thơng tin mà lớp ứng dụng hệ thống đầu cuối gởi đi, lớp ứng dụng hệ thống khác đọc Lớp trình bày thông dịch nhiều dạng liệu khác thơng qua dạng chung, đồng thời nén giải nén liệu Thứ tự byte, bit bên gởi bên nhận qui ước qui tắc gởi nhận chuỗi byte, bit từ trái qua phải hay từ phải qua trái Nếu hai bên khơng thống có chuyển đổi thứ tự byte bit vào trước sau truyền Lớp presentation quản lý cấp độ nén liệu nhằm giảm số bit cần truyền Ví dụ: JPEG, ASCCI,EBCDIC Lớp phiên (Session Layer): lớp có chức thiết lập, quản lý, kết thúc phiên thông tin hai thiết bị truyền nhận Lớp phiên cung cấp dịch vụ cho lớp trình bày Lớp Session cung cấp đồng hóa tác vụ người dùng cách đặt điểm kiểm tra vào luồng liệu Bằng cách này, mạng khơng hoạt động có liệu truyền sau điểm kiểm tra cuối phải truyền lại Lớp thi hành kiểm soát hội thoại trình giao tiếp, điều chỉnh bên truyền, nào, Ví dụ như: RPC, 48 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG NFS, Lớp kết nối theo ba cách: Haft-duplex,Simplex, Full-duplex Lớp vận chuyển (Transport Layer): lớp vận chuyển phân đoạn liệu từ hệ thống máy truyền tái thiết lập liệu vào luồng liệu hệ thống máy nhận đảm bảo việc bàn giao thông điệp thiết bị đáng tin cậy Dữ liệu lớp gọi segment Lớp thiết lập, trì kết thúc mạch ảo đảm bảo cung cấp dịch vụ sau: + Xếp thứ tự phân đoạn: thông điệp lớn tách thành nhiều phân đoạn nhỏ để bàn giao, lớp vận chuyển xếp thứ tự phân đoạn trước ráp nối phân đoạn thành thông điệp ban đầu + Kiểm sốt lỗi: có phân đoạn bị thất bại, sai trùng lắp, lớp vận chuyển yêu cầu truyền lại + Kiểm soát luồng: lớp vận chuyển dùng tín hiệu báo nhận để xác nhận Bên gửi không truyền phân đoạn liệu bên nhận chưa gởi tín hiệu xác nhận nhận phân đoạn liệu trước đầy đủ Lớp mạng (Network Layer): lớp mạng chịu trách nhiệm lập địa thông điệp, diễn dịch địa tên logic thành địa vật lý đồng thời chịu trách nhiệm gởi packet từ mạng nguồn đến mạng đích Lớp định đường từ máy tính nguồn đến máy tính đích Nó định liệu sẽtruyền đường dựa vào tình trạng, ưu tiên dịch vụ yếu tố khác Nó quản lý lưu lượng mạng chẳng hạn chuyển đổi gói, định tuyến, kiểm soát tắc nghẽn liệu Nếu thích ứng mạng định tuyến (router) khơng thể truyền đủ đoạn liệu mà máy tính nguồn gởi đi, lớp Network định tuyến chia liệu thành đơn vị nhỏ hơn, nói cách khác, máy tính nguồn gởi gói tin có kích thước 20Kb, Router cho phép gói tin có kích thước 10Kb qua, lúc lớp Network Router chia gói tin làm 2, gói tin có kích thước 10Kb Ở đầu nhận, lớp Network ráp nối lại liệu Ví dụ: số giao thức lớp này: IP, IPX, Dữ liệu lớp gọi packet datagram Lớp liên kết liệu (Data link Layer): cung cấp khả chuyển liệu tin cậy xuyên qua liên kết vật lý Lớp liên quan đến:+ Địa vật lý + Mơ hình mạng + Cơ chế truy cập đường truyền + Thông báo lỗi + Thứ tự phân phối frame + Điều khiển dòng Tại lớp data link, bít đến từ lớp vật lý chuyển thành frame liệu cách dùng số nghi thức lớp Lớp data link chia thành hai lớp con: + Lớp LLC (logical link control) + Lớp MAC (media access control) Lớp LLC phần so với giao thức truy cập đường truyền khác, cung cấp mềm dẻo giao tiếp Bởi lớp LLC hoạt động độc lập với giao thức truy cập đường truyền, giao thức lớp (ví dụ IP lớp mạng) hoạt động mà không phụ thuộc vào loại phương tiện LAN Lớp LLC lệ thuộc vào lớp thấp việc cung cấp truy cập đường truyền Lớp MAC cung cấp tính thứ tự truy cập vào môi trường LAN Khi nhiều 49 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG trạm truy cập chia sẻmôi trường truyền, để định danh trạm, lớp cho MAC định nghĩa trường địa phần cứng, gọi địa MAC address Địa MAC số đơn giao tiếp LAN (card mạng) Lớp vật lý (Physical Layer): định nghĩa qui cách điện, cơ, thủ tục đặc tả chức đểkích hoạt, trì dừng liên kết vật lý hệ thống đầu cuối Một số đặc điểm lớp vật lý bao gồm:+ Mức điện + Khoảng thời gian thay đổi điện + Tốc độ liệu vật lý + Khoảng đường truyền tối đa + Các đầu nối vật lý H3.25 Quá trình xử lý vận chuyển gói tin 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) 50 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG H3.26 Tên gọi liệu tầng mơ hình OSI Trong thực tế, liệu gởi từ tầng xuống tầng tầng thấp máy tính gởi 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 Q trình đóng gói liệu (tại máy gửi) Đóng gói liệu trình đặt liệu nhận vào sau header (và trước trailer) lớp Lớp Physical không đóng gói liệu khơng dùng header trailer Việc đóng gói liệu khơng thiết phải xảy lần truyền liệu trình ứng dụng Các lớp 5, 6, sử dụng header trình khởi động, phần lớn lần truyền khơng có header lớp 5, 6, lý khơng có thơng tin để trao đổi Các liệu máy gửi xử lý theo trình tự sau: + Người dùng thơng qua lớp Application để đưa thông tin vào máy tính Các thơng tin có nhiều dạng khác như: hình ảnh, âm thanh, văn bản… + Tiếp theo thơng tin chuyển xuống lớp Presentation để chuyển thành dạng chung, mã hoá nén liệu + Tiếp liệu chuyển xuống lớp Session để bổ sung thông tin phiên giao dịch + Dữ liệu tiếp tục chuyển xuống lớp Transport, lớp liệu cắt thành nhiều Segment bổ sung thêm thông tin phương thức vận chuyển liệu để đảm bảo độ tin cậy truyền + Dữ liệu tiếp tục chuyển xuống lớp Network, lớp Segment cắt thành nhiều Packet bổ sung thêm thơng tin định tuyến + Tiếp liệu chuyển xuống lớp Data Link, lớp Packet 51 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG cắt thành nhiều Frame bổ sung thêm thơng tin kiểm tra gói tin (để kiểm tra nơi nhận) + Cuối cùng, Frame tầng Vật Lý chuyển thành chuỗi bit, đẩy lên phương tiện truyền dẫn để truyền đến thiết bị khác Quá trình truyền liệu từ máy gửi đến máy nhận Bước 1: Trình ứng dụng (trên máy gửi) tạo liệu chương trình phần cứng, phần mềm cài đặt lớp bổ sung vào header trailer (q trình đóng gói liệu máy gửi) Bước 2: Lớp Physical (trên máy gửi) phát sinh tín hiệu lên mơi trường truyền tải để truyền liệu Bước 3: Lớp Physical (trên máy nhận) nhận liệu Bước 4: Các chương trình phần cứng, phần mềm (trên máy nhận) gỡ bỏ header trailer xử lý phần liệu (quá trình xử lý liệu máy nhận) Giữa bước bước trình tìm đường gói tin Thơng thường, máy gửi biết địa IP máy nhận Vì thế, sau xác định địa IP máy nhận lớp Network máy gửi so sánh địa IP máy nhận địa IP nó: + Nếu địa mạng máy gửi tìm bảng MAC Table để có địa MAC máy nhận Trong trường hợp địa MAC tương ứng, thực giao thức ARP để truy tìm địa MAC Sau tìm địa MAC, lưu địa MAC vào bảng MAC Table để lớp Datalink sử dụng lần gửi sau Sau có địa MAC máy gửi gởi gói tin (giao thức ARP nói thêm chương 6) + Nếu khác địa mạng máy gửi kiểm tra xem máy có khai báo Default Gateway hay khơng Nếu có khai báo Default Gateway máy gửi gởi gói tin thơng qua Default Gateway Nếu khơng có khai báo Default Gateway máy gởi loại bỏ gói tin thơng báo "Destination host Unreachable" Chi tiết q trình xử lý máy nhận Bước 1: Lớp Physical kiểm tra trình đồng bit đặt chuỗi bit nhận vào vùng đệm Sau thơng báo cho lớp Data Link liệu nhận Bước 2: Lớp Data Link kiểm lỗi frame cách kiểm tra FCS trailer Nếu có lỗi frame bị bỏ.Sau kiểm tra địa lớp Data Link (địa MAC) xem có trùng với địa máy nhận hay khơng.Nếu phần liệu sau loại header trailer chuyển lên cho lớp Network Bước 3: Địa lớp Network kiểm tra xem có phải địa máy nhận hay không (địa IP) ? Nếu liệu chuyển lên cho lớp Transport xử lý Bước 4: Nếu giao thức lớp Transport có hỗ trợ việc phục hồi lỗi số định danh phân đoạn xử lý Các thông tin ACK, NAK (gói tin ACK, NAK dùng để phản hồi việc gói tin gởi đến máy nhận chưa) xử lý lớp Sau trình phục hồi lỗi thứ tự phân đoạn, liệu đưa lên lớp Session Bước 5: Lớp Session đảm bảo chuỗi thông điệp trọn vẹn Sau luồng hoàn tất, lớp Session chuyển liệu sau header lớp lên cho lớp Presentation xử lý Bước 6: Dữ liệu lớp Presentation xử lý cách chuyển đổi dạng thức 52 CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ MẠNG liệu Sau kết chuyển lên cho lớp Application Bước 7: Lớp Application xử lý header cuối Header chứa tham số thoả thuận hai trình ứng dụng Do tham số thường trao đổi lúc khởi động q trình truyền thơng hai trình ứng dụng CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Câu 1: Trình bày nhiệm vụ thiết bị: NIC(Network Interface Card), Hub, Switch, Router, Repeater Câu 2: Vẽ hình minh họa trình bày nhiệm vụ lớp mơ hình OSI Câu 3: Trình bày đặc điểm, ưu nhược điểm môi trường truyền sau: cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang Câu 4: Để truyền liệu (Data) từ máy A->B cần phải sử dụng thiết bị ? Câu 5: Nêu tên chuẩn kết nối thường sử dụng 53 ... [LSB] 011 0 011 1[MSB] theo mã NRZ-L NRZ-I Câu 16 : Vẽ xung truyền chuỗi bit [LSB ]11 10 010 1[MSB] theo mã Manchester Manchester vi sai Câu 17 : Vẽ xung truyền chuỗi bit [LSB]0 011 110 1[MSB] theo mã RZ Câu 18 :... chuỗi liệu gồm 10 1 010 1 010 Hãy vẽ tín hiệu mã hóa chuỗi dùng phương thức sau? a Unipolar b NRZ-L c NRZ-I d RZ e Manchester f Manchester vi sai Câu 19 : Thực câu 15 với chuỗi bit 00 011 0 011 1 Câu 20: Cho... 2 .1 MẠNG ĐIỆN BÁO 20 2.2 MẠNG ĐIỆN THOẠI 20 2.3 MẠNG HƯỚNG ĐẦU CUỐI 20 2.4 MẠNG MÁY TÍNH 21 2.5 PHÂN LOẠI MẠNG MÁY TÍNH 23 2.6 LỢI ÍCH CỦA MẠNG