Bài giảng Nhập môn mạng máy tính cung cấp cho sinh viên các khái niệm nền tảng trong thiết kế và hiện thực việc truyền thông giữa các máy tính bao gồm các giao thức,các chuẩn và các ứng dụng mạng, cơ bản về lập trình mạng. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu tham khảo phục vụ học tập và nghiên cứu.
Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính Bài gi ng NH P MƠN M NG MÁY TÍNH ThS NGUYỄN CAO ĐẠT E-mail:dat@cse.hcmut.edu.vn Thơng tin chung khóa học Phân bổ thời gian Trang web môn học tiết lý thuyết tuần tiết tự học tuần http://www.cse.hcmut.edu.vn/~dat Đánh giá Thi kỳ: trắc nghiệm, 60’, tỉ lệ đánh giá: 40% Thi cuối kỳ: trắc nghiệm, 90’, tỉ lệ đánh giá: 60% Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH Kiến thức kỹ sau khóa học Kiến thức Kiến thức cấu trúc mạng máy tính Mơ hình tham chiếu mạng OSI TCP/IP Bộ giao thức mạng TCP/IP Hệ thống địa mạng Internet Các giao thức định tuyến mạng Kỹ (tự học) Khảo sát tìm hiểu cấu hình mạng Xác định cách hệ thống lỗi thường xảy mạng Thiết kế xây dựng mạng LAN đơn giản Sử dụng công nghệ Ethernet, Wireless LAN Lập trình ứng dụng mạng sử dụng socket API Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH Nội dung: Cung cấp khái niệm tảng thiết kế thực việc truyền thông máy tính bao gồm giao thức, chuẩn ứng dụng mạng, lập trình mạng Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH Tài liệu tham khảo Computer Networking – A top-down approach, Kurose & Ross, 5th ed., Addison Wesley, 2010 Computer Networks, Andrew S Tanenbaum, 4th ed., Prentice Hall, 2003 TCP/IP Protocol Suite, B A Forouzan, 1st ed., Mc Graw-Hill, 2000 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH Mục tiêu: Khái niệm thuật ngữ mạng Ứng dụng mạng máy tính Giao thức chuẩn Mơ hình tham khảo OSI giao thức TCP/IP Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Tóm tắt: Internet gì? Giao thức gì? Thiết bị mạng; cấu trúc mạng Hiệu suất: mát liệu, độ trễ, thông lượng Bảo mật Lớp giao thức, mơ hình dịch vụ Lịch sử MẠNG MÁY TÍNH Chương 1: Mục lục 1.1 Internet gì? 1.2 Ngoại vi Mạng máy đầu cuối, môi trường truyền, liên kết 1.3 Trọng tâm mạng Sự chuyển mạch, chuyển gói, cấu trúc mạng 1.4 Độ trễ, mát thơng lượng mạng chuyển gói 1.5 Các tầng giao thức, mơ hình dịch vụ 1.6 Mạng trước nguy công: Bảo mật 1.7 Lịch sử Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH Mạng máy tính gì? Những khái niệm PC máy chủ MTXT không dây thiết bị cầm tay điểm truy cập kết nối có dây hàng triệu thiết bị tính tốn kết nối với nhau: hosts = hệ thống Mạng di động ISP quốc gia đầu cuối chạy ứ.dụng mạng loại kết nối cáp quang, cáp đồng, sóng radio, vệ tinh tốc độ truyền tải = Mạng nhà ISP khu vực Mạng công sở băng thông (bandwidth) định tuyến: chuyển tiếp định tuyến gói tin (đoạn liệu) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH Mạng máy tính gì? Những khái niệm giao thức điều khiển Mạng di động trình gửi nhận thơng điệp Internet: “mạng mạng” vd: TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet phân tầng không chặt chẽ mạng công cộng (Internet) mạng tư nhân ISP quốc gia Mạng nhà ISP khu vực Mạng công sở Chuẩn Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH Mạng máy tính gì? góc độ dịch vụ Cơ sở hạ tầng viễn thông cho phép chạy ứng dụng mạng: Web, VoIP, email, trò chơi, giao dịch điện tử, chia tệp tin Những dịch vụ viễn thông cung cấp cho ứng dụng: vận chuyển liệu tin cậy từ nguồn tới đích vận chuyển liệu “tốt có thể” (khơng tin cậy) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 10 Lõi mạng: thiết bị mạng Mạng lưới định tuyến kết nối với câu hỏi bản: liệu truyền qua mạng ? Chuyển mạch: mạch chuyên dụng cho gọi: mạng ĐT Chuyển gói: liệu gửi qua mạng liên kết riêng biệt Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 32 Chương 1: Mục lục 1.1 Internet gì? 1.2 Ngoại vi Mạng máy đầu cuối, môi trường truyền, liên kết 1.3 Trọng tâm mạng Sự chuyển mạch, chuyển gói, cấu trúc mạng 1.4 Độ trễ, mát thơng lượng mạng chuyển gói 1.5 Các tầng giao thức, mơ hình dịch vụ 1.6 Mạng trước nguy công: Bảo mật 1.7 Lịch sử Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 33 Lõi mạng: Chuyển mạch (circuit switching) Tài nguyên toàn tuyến dự trữ cho “cuộc gọi” Băng thông, đầu chuyển mạch tài nguyên chuyên dụng: không chia sẻ Hiệu đảm bảo Bắt buộc phải có cơng đoạn thiết lập gọi Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 34 Lõi mạng:Chuyển mạch (circuit switching) Tài nguyên mạng (vd: băng thông) chia thành “những phần nhỏ” Các phần phân phối cho gọi Phần tài ngun rỗi gọi khơng tiến hành Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 phân chia băng thông: phân chia tần số phân chia thời gian MẠNG MÁY TÍNH 35 Chuyển mạch : FDM TDM ví dụ: FDM ng.dùng tần số thời gian TDM tần số thời gian Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 36 Ví dụ cụ thể Cần thời gian để gửi hết tập tin có kích thước 640,000 bits từ máy A tới máy B qua mạng chuyển mạch? Tống tất kết nối có tốc độ 1.536 Mbps Phân chia băng thông dùng TDM với 24 ô/giây 500 msec cần để thiết lập mạch Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 37 Lõi mạng: Chuyển gói Mỗi dịng liệu đầu cuối-đầu cuối chia thành nhiều gói Các người dùng chia sẻ tài nguyên mạng Mỗi gói tin dùng tồn băng thơng liên kết Tài nguyên sử dụng theo yêu cầu phân chia băng thông phân phối tài nguyên chuyên dụng dự trữ tài nguyên Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Tranh đua tài nguyên: Nhu cầu sử dụng vượt tài nguyên cho phép Tắc nghẽn: gói tin mắc kẹt nằm hàng đợi nốt mạng Lưu chuyển tiếp: nguyên gói tin di chuyển qua node mạng Node mạng nhận toàn gói tin trước chuyển tiếp MẠNG MÁY TÍNH 38 Chuyển gói: phân phối tài nguyên theo nhu cầu 100 Mb/s Ethernet A B phân phối theo nhu cầu 1.5 Mb/s hàng đợi gói tin D C E Thứ tự gói tin A B khơng có theo qui ước nào, tài ngun chia sẻ theo nhu cầu TDM: máy nhận ô thời gian khung thời gian xoay vòng TDM Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 39 Chuyển gói: lưu-và-chuyển tiếp L R R Ta có L/R (s) t/g để truyền (đẩy) gói tin độ dài L bit lên liên kết có tốc độ R bps Lưu chuyển tiếp: nguyên gói tin phải nhận hết chuyển mạch trước truyền liên kết độ trễ = 3L/R (giả sử thời gian lan truyền 0) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 R Ví dụ: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps độ trễ truyền tải = 15 sec MẠNG MÁY TÍNH 40 So sánh chuyển gói chuyển mạch Chuyển gói cho phép nhiều người dùng sử dụng mạng! Liên kết Mb/s Mỗi người dùng: Chuyển mạch: 100 kb/s sử dụng Sử dụng 10% thời gian 10 người dùng N ng/dùng kết nối Mbp Chuyển gói: với 35 người dùng, xác xuất > 10 sử dụng mạng ?: Làm để tính 0.0004? lúc < 0.0004 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 41 So sánh chuyển gói chuyển mạch Chuyển gói hồn tồn vượt trội? Phù hợp với liệu khơng Tắc nghẽn mức: gói tin bị trễ chia sẻ tài nguyên đơn giản, ko yêu cầu khởi tạo gọi cần có giao thức cho việc truyền tải liệu tin cậy, kiểm soát tắc nghẽn Hỏi: làm để cung cấp dịch vụ tương tự chuyển mạch? băng thông cần đảm bảo cho ứng dụng thời gian thực ?: Ví dụ hoạt động người có chế tương tự chế dự trữ tài nguyên (chuyển mạch) phân phối theo nhu cầu (chuyển gói)? Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH 42 Cấu trúc Internet: mạng mạng Cấu trúc phân cấp Ở trung tâm: nhà cung cấp dịch vụ(NCCDV) “tầng-1” (vd, FPT, Viettel, VNPT, cáp không dây), pham vi quốc gia/quốc tế quan hệ ngang hàng với NCCDV tầng-1 kết nối với cách tự Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Tầng-1 ISP Tầng-1 ISP Tầng-1 ISP MẠNG MÁY TÍNH 43 Cấu trúc Internet: mạng mạng NCCDV “tầng-2”: nhỏ (thường thuộc khu vực) Kết nối tới nhiều NCCDV tầng-1 tầng-2 NCCDV t2 NCCDV tầng-2 NCCDV t2 khách hàng NCCDV t1 NCCDV tầng-1 NCCDV tầng-2 trả tiền NCCDV NCCDV t1 tầng-1 cho kết nối NCCDV t1 vào mạng Internet NCCDV t2 NCCDV t2 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 NCCDV tầng-2 kết nối với cách tự NCCDV t2 MẠNG MÁY TÍNH 44 Cấu trúc Internet: mạng mạng NCCDV tầng-3 NCCDV địa phương Là tầng cuối cấu trúc mạng (gần với máy người dùng nhất) Nccdv đ/ph NCCDV tầng-3 NCCDV địa phương khách hàng tầng cao hơn, sử dụng dịch vụ kết nối mà tầng cung cấp Nccdv t-3 Nccdv t-2 Nccdv Nccdv đ/ph đ/ph Nccdv t-2 Nccdv t-1 Nccdv t-1 Nccdv t-2 Nccdv Nccdv đ/ph đ/ph Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Nccdv đ/ph Nccdv t-1 Nccdv t-2 Nccdv đ/ph Nccdv t-2 Nccdv đ/ph MẠNG MÁY TÍNH 45 Cấu trúc Internet: mạng mạng gói tin qua nhiều mạng khác nhau! Nccdv đ/ph Nccdv t-3 Nccdv t-2 Nccdv đ/ph Nccdv Nccdv đ/ph đ/ph Nccdv t-2 Nccdv t-1 Nccdv t-1 Nccdv t-2 Nccdv Nccdv đ/ph đ/ph Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Nccdv t-1 Nccdv t-2 Nccdv đ/ph Nccdv t-2 Nccdv đ/ph MẠNG MÁY TÍNH 46 ... Thuật Máy Tính © 2011 Nccdv đ/ph Nccdv t-1 Nccdv t-2 Nccdv đ/ph Nccdv t-2 Nccdv đ/ph MẠNG MÁY TÍNH 45 Cấu trúc Internet: mạng mạng gói tin qua nhiều mạng khác nhau! Nccdv đ/ph Nccdv t-3 Nccdv t-2... tầng-1 kết nối với cách tự Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Tầng-1 ISP Tầng-1 ISP Tầng-1 ISP MẠNG MÁY TÍNH 43 Cấu trúc Internet: mạng mạng NCCDV “tầng-2”:... Nccdv t-2 Nccdv t-1 Nccdv t-1 Nccdv t-2 Nccdv Nccdv đ/ph đ/ph Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Nccdv t-1 Nccdv t-2 Nccdv đ/ph Nccdv t-2 Nccdv đ/ph MẠNG MÁY TÍNH