Bài giảng "Mạng máy tính - Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính" cung cấp cho sinh viên các kiến thức: Mục đích hình thành mạng máy tính, phân loại mạng và kiến trúc vật lý của mạng, mô hình tham chiếu và giao thức trên mạng, một số thí dụ về mạng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Chương Tổng quan Mạng máy tính PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Bộ môn Kỹ thuật thông tin Viện Điện tử - Viễn thông ĐHBK Hà Nội Email: thanhnh@mail.hut.edu.vn Nội dung Mục đích hình thành Phân loại mạng và kiến trúc vật lý mạng Mơ hình tham chiếu và giao thức mạng Một số thí dụ mạng Nhu cầu Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Nhu cầu chia sẻ tài ngun, thơng tin dịch vụ Chia sẻ liệu, thông tin Các dịch vụ truyền số liệu (email, chat v.v.) Tài nguyên Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Nhu cầu (tiếp…) Điểm - điểm Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Nguồn Kênh truyền Đích Nhiều điểm – nhiều điểm điểm Nguồn Nguồn Đích ????? Đích Một sớ khá i niệm khác Nguồn Đích CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Nhu cầu (tiếp…) Đầu cuối Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Nút mạng Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Nhu cầu (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Khi cần kết nối nhiều nguồn với nhiều đích để chia sẻ tài nguyên và thông tin cần kết nối nguồn và đích thơng qua mạng truyền thơng (communication network) Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Định nghĩa Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một số khá i niệm khác Là tập hợp thiết bị (hardware software) sở hạ tầng để cung cấp dịch vụ truyền thông Thiết bị: switch, router, multiplexer v.v Cơ sở hạ tầng: cáp đồng trục, cáp quang, v.v Thí dụ: Mạng điện thoại, mạng di động, mạng máy tính, Internet, … CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Mạng truyền thông Dịch vụ truyền thơng (communication services) Mục đích hình thành Cho phép trao đổi thông tin giũa người sử dụng vị trí địa lý khác Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Mạng truyền thông (tiếp…) Dịch vụ truyền thơng (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Mạng truyền thơng (tiếp…) Ứng dụng (applications): Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Được xây dựng dịch vụ truyền thông E-mail xây dưng dich vụ Internet (realiable stream) Web browser xây dưng dich vụ Internet (realiable stream) Peer-to-peer: Chia sẻ file Napster, Gnuitella, Kazza Audio – video streaming Internet games Online purchasing Voice-over-Internet Video on demand IP TV CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 10 Nguồn gốc mạng máy tính Internet Mục đích hình thành Phân loại Bắt đầu từ thí nghiệm dự án ARPA Một liên kết hai nút mạng (IMP UCLA IMP SRI) ARPA: Advanced Research Project Agency UCLA: University California Los Angeles SRI: Stanford Research Institute IMP: Interface Message Processor Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 11 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) tháng sau: mạng hoàn chỉnh với nút, 56kbps Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu SRI UCSB UTAH UCLA Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 12 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) ARPANET thời kỳ đầu, 1971: tốc độ phát triển nút/tháng Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 13 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) Sự mở rộng ARPANET, 1974: vượt 3.000.000 gói tin/ngày Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 14 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Thập niên 1970: Từ đầu 1970 xuất mạng riêng: ◊ALOHAnet Hawaii ◊DECnet, IBM SNA, XNA 1974: Cerf & Kahn – nguyên lý kết nối hệ thống mở (Turing Awards) 1976: Ethernet, Xerox PARC CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 15 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) 1981: Xây dựng mạng NSFNET NSF: National Science Foundation: Phục vụ cho nghiên cứu khoa học, tải ARPANET Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 16 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) 1986: Nối kết USENET& NSFNET Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 17 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một số khá i niệm khác Thêm nhiều mạng nối vào: MFENET, HEPNET (Dept Energy), SPAN (NASA), BITnet, CSnet, NSFnet, Minitel … TCP/IP chuẩn hóa phổ biến vào 1980 Berkeley tích hợp TCP/IP vào BSD Unix Dịch vụ: FTP, Mail, DNS … CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 18 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Thập niên 90: Web thương mại hóa Internet Đầu 90: ARPAnet phần Internet Đầu 90: Web HTML, HTTP: BernersLee 1994: Mosaic, Netscape Cuối 90: Thương mại hóa Internet Cuối 1990’s – 2000’s: Nhiều ứng dụng mới: chat, chia sẻ file P2P… E-commerce, Yahoo, Amazon, Google… > 50 triệu máy trạm, > 100 triệu NSD Vấn đề an tồn an ninh thơng tin! Internet dành cho tất người Tất dịch vụ phải quan tâm tới vấn đề CHƯƠNG – TỔNG QUAN 19 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) Phát triển Internet Việt Nam 25.0 30 số người dùng (triệu người) % dân số Phân loại Mơ hình tham chiếu Số lượng NSD (triệu người) 20.0 20 17.94 15.0 15 13.36 10.0 18.6 7.69 5.0 Một số khá i niệm khác 25 22.04 11.1 % dân số Mục đích hình thành 10 14.9 3.8 6.3 0.0 2003 2004 2005 2006 2007 Source: Vnnic, http://www.thongkeinternet.vn CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 20 10 Chức lớp (tiếp…) Session (Lớp Phiên) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Quản lý kết nối (connection) thiết lập máy tính, từ hay nhiều ứng dụng khác Ghép kênh nhiều kết nối gửi xuống lớp Giao vận Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 47 Chức lớp (tiếp…) Presentation (lớp Trình diễn) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Biến đổi định dạng liệu từ ứng dụng thành định dạng chung quy định thiết bị đầu cuối Thí dụ: ◊Biến đổi cấu trúc liệu khác thành định dạng XML ◊Biến đổi mã ký tự khác thành ASCII v.v CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 48 24 Chức lớp (tiếp…) Application (lớp Ứng dụng) Mục đích hình thành Cung cấp giao diện lập trình cho ứng dụng người sử dụng Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 49 Mơ hình phân lớp TCP/IP Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Thực tế cho thấy không cần thiết phải phân nhỏ chức Mơ hình TCP/IP sử dụng Internet có lớp Các chức tương đương với mơ hình OSI Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 50 25 Mơ hình OSI TCP/IP – So sánh Mơ hình OSI Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Presentation (http, SIP, ftp, telnet, smtp, DIAMETER, H.323, RTP, POP) Application Session Transport Host-to-Host Network Internetwork Data Link (UDP, TCP, SCTP) (IP, IPsec, ICMP, routing) Network Access (IEEE802, ATM, etc.) Physical Các lớp cao Phân loại Application Mạng máy tình Mục đích hình thành Mơ hình Internet CHƯƠNG – TỔNG QUAN 51 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Mô hình TCP/IP – lớp Internetwork Mục đích hình thành Phân loại IEEE 802.20 IEEE 802.16 IEEE 802.15 IEEE 802.11 IEEE 802.6 IEEE 802.5 PHY IEEE 802.4 Medium Access Control LLC (IEEE 802.2) IEEE 802.3 Một số khá i niệm khác Network Access Mơ hình tham chiếu Logical Link Control 3GPP 3GPP 3G, LTE HSPA CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 52 26 Chức lớp PHY (Lớp vật lý) Mục đích hình thành Phân loại Biến đổi dịng bit logic thành tín hiệu vật lý phù hợp với đường truyền vật lý (ở bên phát) ngược lại (ở bên thu): điều chế/giải điều chế, biến đổi, khơi phục tín hiệu v.v Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 53 Chức lớp (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác MAC (Lớp điều khiển truy nhập): nằm LLC PHY Quy định việc đánh địa MAC cho thiết bị mạng Đưa chế chia sẻ môi trường vật lý kết nối nhiều máy tính Phỏng tạo kênh truyền song cơng (duplex channel), đa điểm (multipoint) Medium CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 54 27 Chức lớp (tiếp…) LLC (lớp điều khiển kênh logic) Mục đích hình thành Phân loại Ghép kênh Điều khiển luồng Cho phép giao thức lớp (IP, IPX) truyền sở hạ tầng mạng vật lý Internetwork Mơ hình tham chiếu Một số khá i niệm khác LLC CHƯƠNG – TỔNG QUAN 55 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Trao đổi thơng tin tầng Khái niệm đóng gói (encapsulation) Bên gửi: Mỗi tầng thêm vào thông tin điều khiển vào phần đầu gói tin (header) truyền xuống tầng Bên nhận: Mỗi tầng xử lý gói tin dựa thơng tin phần đầu, sau bỏ phần đầu, lấy phần liệu chuyển lên tầng Mục đích hình thành Data Phân loại TCP header Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Application Application TCP TCP IP IP LLC/MAC LLC/MAC Physical Physical Sender Receiver Data IP header Ethernet Frame Data Signal CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 56 28 Trao đổi thông tin tầng (tiếp…) Mục đích hình thành FTP FTP Phân loại TCP TCP IP Mơ hình tham chiếu Ethernet/10M Một sớ khá i niệm khác CAT5 Nguồn IP IP 10M 100M CAT5 CAT5 100M/Ethernet CAT5 Đích Nút trung gian CHƯƠNG – TỔNG QUAN 57 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Trao đổi thông tin tầng (tiếp…) PDU (Protocol Data Unit) SDU (Service Data Unit) Protocol N+1 Mục đích hình thành Layer (N+1) (N+1) PDU Service interface Phân loại Protocol N Layer (N) Mơ hình tham chiếu Service interface (N) SDU HN (N) PDU Protocol N-1 Một số khá i niệm khác addr Layer (N-1) HN HN-1 (N-1) SDU (N-1) PDU CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 58 29 Trao đổi thông tin tầng (tiếp…) Service Access Point (điểm truy nhập dịch vụ) Protocol Client Mục đích hình thành Client Server Application Server Protocol Server Client Protocol Phân loại SAP Mơ hình tham chiếu Host-tohost SAP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP protocol Một số khá i niệm khác Internet CHƯƠNG – TỔNG QUAN 59 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Chuyển mạch kênh (circuit-switched network) Một phiên truyền có giai đoạn: ◊ Thiết lập kênh ◊ Trao đổi dữ liệu ◊ Hủy bỏ kênh Mục đích hình thành Phân loại Một “kênh” thực chất luồng liệu truyền qua nhiều kết nối vật lý Chuyển mạch kênh thường kèm với kết nối “Hướng liên kết” (connection-oriented) D Đích Mơ hình tham chiếu B Đích A Nguồn Một số khá i niệm khác C Nguồn CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 60 30 Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói (tiếp…) Chuyển mạch kênh (tiếp…) TD: Mạng điện thoại Mục đích hình thành Đường trung kế 2,5Gpbs tải 39.000 thoại (64 kbps) Phân loại Mô hình tham chiếu Bên gọi Bên bị gọi TĐ nội hạt Một số khá i niệm khác TĐ nội hạt TĐ trung kế CHƯƠNG – TỔNG QUAN 61 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói (tiếp…) Chuyển mạch gói (packet-switched network) Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Các gói tin định tuyến độc lập router Các router không lưu giữ trạng thái luồng liệu Các gói tin khác mặt nguyên tắc theo nhiều đường khác Chuyển mạch gói thường với khái niệm “Không liên kết” (connectionless) A Nguồn B R2 R1 R3 Đích R4 CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 62 31 Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói (tiếp…) Chuyển mạch gói (tiếp…) Hợp kênh thống kê (statistical multiplexing) Mục đích hình thành rate luồng luồng rate Lưu lượng trung bình Phân loại Mơ hình tham chiếu time Nhiều luồng time rate Lưu lượng trung bình của: 1, 2, 10, 100, 1000 luồng Một số khá i niệm khác time CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 63 Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói (tiếp…) Hợp kênh thống kê: Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác Chuyển mạch gói thường kèm với hợp kênh thống kê Trong hợp kênh thống kê, nhiều luồng lưu lượng qua kết nối vật lý phẳng hiệu suất sử dụng kênh cao CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 64 32 Nguyên tắc chuyển mạch gói Một số khái niệm: Độ dài gói L (bit) (packet length) Chiều dài đường truyền vật lý nút mạng l (m) Trễ lan truyền (propagation delay): thời gian để tín hiệu lan truyền kênh vật lý: Mục đích hình thành ◊ tp=l/vc; vc vận tốc lan truyền tín hiệu Dung lượng kênh truyền C (bit/s) (link capacity) Thời gian phục vụ gói (transmission time): thời gian gửi hết gói tin từ bit đến bit cuối lên kênh truyền Phân loại Mơ hình tham chiếu ◊ ts=L/C; Trễ hàng đợi tq: thời gian gói phải lưu lại hàng đợi nút mạng trung gian Trễ từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end delay) de2e: trễ từ gửi gói tin đầu phát nhận đầu thu Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN 65 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Nguyên tắc chuyển mạch gói (tiếp…) “Store-and-Forward”: lưu giữ nút trung gian gửi tiếp A Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác A R1 R2 B R2 Nguồn R1 R3 Đích R4 ts1 ts2 “Store-and-Forward” at each Router tp1 ts3 tp2 R3 B n ts4 min(d e 2e ) i 1 (t pi t si ) tp3 tp4 CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 66 33 Nguyên tắc chuyển mạch gói (tiếp…) Tại phải chia nhỏ tin lớp thành nhiều gói tin trước truyền đi? Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu M/C M/C A A C1 C1 C2 C2 C3 C3 B d e e i (t pi M Một số khá i niệm khác B Ci ) d e2e M Cmin i t pi Giảm trễ end-to-end Tăng độ tin cậy CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 67 Trễ hàng đợi Mục đích hình thành Phân loại Mơ hình tham chiếu Trong điều kiện tải cao, gói vào nút mạng phải đợi hàng đợi trước gửi đầu A ts1 tq1 R1 R2 ts2 tp1 R3 Một số khá i niệm khác n B d e e i 1 (t pi t si t qi ) tq2 ts3 tp2 ts4 Trễ hàng đợi phụ thuộc vào điều kiện gì? tp3 tp4 CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 68 34 Trễ hàng đợi (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Hệ thống mạng mơ hình hóa thành hàng đợi kết nối với Đối với kết nối xác định từ nguồn tới đích, trễ đầu cuối phụ thuộc vào trễ hàng đợi Nếu xác định trễ hàng đợi đánh giá hiệu hoạt động mạng Mơ hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 69 Trễ hàng đợi (tiếp…) Mục đích hình thành Phân loại Lưu lượng (background traffic) nguyên nhân gây nên tắc nghẽn trễ hàng đợi Mơ hình tham chiếu Một số khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 70 35 Hàng đợi Hệ thống hàng đợi FIFO A(t), Mục đích hình thành D(t) Q(t) Phân loại Mơ hình tham chiếu Một số khá i niệm khác A(t): tiến trình tới; số gói đến nút mạng khoảng thời gian [0,t] D(t): tiến trình ra; số gói khỏi nút mạng khoảng thời gian [0,t] Q(t): số gói nằm hàng đợi t Tính chất A(t) D(t): A(t) D(t) hàm đơn điệu tăng A(t)D(t) CHƯƠNG – TỔNG QUAN 71 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Hàng đợi (tiếp…) bit A(t) A(t) Mục đích hình thành Q(t) D(t) Phân loại Mơ hình tham chiếu Tiến trình phục vụ D(t) Một số khá i niệm khác t CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 72 36 Hàng đợi (tiếp…) bit d(t) A(t) Q(t) Mục đích hình thành D(t) Phân loại t Mơ hình tham chiếu Số gói nằm hàng đợi t: Một số khá i niệm khác Q (t ) A(t ) D (t ) CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 73 Tài liệu tham khảo TCP/IP Illustrated Vol I-The Protocols, Richard Stevens, Addison-Wesley Internetworking with TCP/IP, Vol 1, Douglas Comer, Prentice Hall Computer Networking: a top-down approach featuring the Internet, James F Kurose, Keith W Ross, Addison Wesley, 4thed, 2006 Computer Networks, Andrew S Tanenbaum, Prentice Hall, 4th Edition 37 Lời cám ơn Bài giảng có sử dụng số tư liệu của: Bài giảng Mạng máy tính – TS Ngơ Hồng Sơn, Viện CNTT-TT, ĐHBK HN Computer Networks, Nick McKeown, Stanford University 38 ... HN (N) PDU Protocol N -1 Một số khá i niệm khác addr Layer (N -1 ) HN HN -1 (N -1 ) SDU (N -1 ) PDU CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 58 29 Trao đổi thông tin tầng (tiếp…) Service Access... chiếu Số lượng NSD (triệu người) 20.0 20 17 .94 15 .0 15 13 .36 10 .0 18 .6 7.69 5.0 Một số khá i niệm khác 25 22.04 11 .1 % dân số Mục đích hình thành 10 14 .9 3.8 6.3 0.0 2003 2004 2005 2006 2007... Processor Mô hình tham chiếu Một sớ khá i niệm khác CHƯƠNG – TỔNG QUAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 11 Nguồn gốc mạng máy tính Internet (tiếp…) tháng sau: mạng hoàn chỉnh với nút, 56kbps Mục đích hình