TÀI LIỆU học tập MẠNG máy TÍNH

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TÀI LIỆU HỌC TẬP MẠNG MÁY TÍNH Đối tƣợng: HSSV trình độ Đại học, Cao đẳng Ngành đào tạo: Dùng chung cho Khối ngành Công nghệ Lƣu hành nội MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC VIẾT TẮT 10 LỜI NÓI ĐẦU 13 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 14 1.1 Sự hình thành phát triển Mạng máy tính 14 1.2 Các thành phần mạng máy tính 16 1.2.1 Đƣờng truyền vật lý 16 1.2.2 Kiến trúc mạng 20 1.2.3 Giao thức mạng 20 1.3 Phân loại mạng máy tính 20 1.3.1 Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý 20 1.3.2 Phân loại mạng theo topology 23 1.3.3 Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch 25 1.4 Kiến trúc phân tầng mơ hình OSI 28 1.4.1 Kiến trúc phân tầng 28 1.4.2 Các tổ chức tiêu chuẩn hóa mạng máy tính 29 1.4.3 Mơ hình OSI 31 1.4.4 Mơ hình TCP/IP 33 1.5 Xu hƣớng phát triển Mạng máy tính 34 CHƢƠNG TẦNG VẬT LÝ 36 2.1 Vai trò chức tầng vật lý 36 2.2 Môi trƣờng truyền thông 38 2.2.1 Kênh truyền hữu tuyến 38 2.2.2 Kênh truyền vô tuyến 40 2.2.3 Một số thiết bị lớp vật lý 40 -1- 2.3 Truyền tin tƣơng tự 42 2.3.1 Hệ thống điện thoại 42 2.3.2 Modem 46 2.4 Truyền tín hiệu số 46 2.4.1 Điều chế xung mã -PCM (Pulse Code Modulation) 47 2.4.2 Chuẩn X 21 47 Chƣơng TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU: CÁC LIÊN KẾT, TRUY CẬP MẠNG VÀ CÁC LAN 49 3.1 Giới thiệu tầng Liên kết liệu 49 3.1.1 Các dịch vụ tầng liên kết 51 3.1.2 Vị trí triển khai tầng liên kết 52 3.2 Kỹ thuật phát sửa lỗi 53 3.2.1 Kiểm tra Bit chẵn lẻ 53 3.2.2 Phƣơng pháp kiểm tra (checksum) 55 3.2.3 Phƣơng pháp kiểm tra theo chu kỳ (CRC) 56 3.3 Đa liên kết truy cập Các giao thức 56 3.3.1 Phƣơng pháp chia kênh 57 3.3.2 Giao thức truy cập ngẫu nhiên 60 3.3.3 Phƣơng pháp phân lƣợt truy cập đƣờng truyền 65 3.4 Chuyển mạch LAN 70 3.4.1 Địa liên kết ARP 71 3.4.2 Ethernet 74 3.4.3 Chuyển mạch LAN (LAN SWITCH) 76 3.4.4 Mạng LAN ảo VLAN 77 3.5 Liên kết ảo 79 Chƣơng TẦNG MẠNG 83 4.1 Giới thiệu Tầng mạng 83 4.2 Mạch ảo mạng gói liệu 83 -2- 4.3 Các vấn đề Định tuyến 85 4.4 Giao thức Internet: Chuyển tiếp đánh địa Internet 87 4.4.1 Giao thức mạng IP (Internet Protocol) 87 4.4.2 Giao thức thông báo điều khiển mạng ICMP 92 4.4.3 Giao thức phân giải địa ARP 92 4.4.4 Giao thức phân giải địa ngƣợc RARP 93 4.4.5 Giao thức IPv6 (Internet Protocol Version Number 6) 94 4.5 Các thuật toán định tuyến 98 4.5.1 Link state (định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết) 98 4.5.2 Distance vector (định tuyến theo vector khoảng cách) 99 4.6 Định tuyến Internet 100 4.6.1 OSPF 100 4.6.2 Giao thức định tuyến RIP 116 4.7 Tổng kết tập ứng dụng 125 4.7.1 Wireshark Lab : ICMP 125 4.7.2 Wireshark Lab : IP 129 Chƣơng TẦNG GIAO VẬN 136 5.1 Giới thiệu dịch vụ tầng Giao vận 136 5.1.1 Các giao thức chuẩn cho Tầng Vận chuyển 136 5.2 Các giao thức đa truy cập 137 5.2.1 Phƣơng pháp chia kênh 137 5.2.2 Phƣơng pháp truy cập đƣờng truyền ngẫu nhiên 140 5.2.3.Phƣơng pháp phân lƣợt truy cập đƣờng truyền 145 5.3 Giao thức vận chuyện không liên kết: UDP 150 5.4 Nguyên tắc truyền liệu tin cậy 151 5.5 Giao thức vận chuyển hƣớng kết nối:TCP 151 5.6 Nguyên tắc điều khiển xung đột 153 5.7 Tổng kết tập ứng dụng 155 -3- 5.7.1 Wireshark Lab : TCP 155 5.7.2.Wireshark Lab : UDP 162 Chƣơng TẦNG ỨNG DỤNG 168 6.1 Nguyên tắc ứng dụng mạng 168 6.1.1 Mơ hình khách/chủ 169 6.1.2 Mơ hình ngang hàng (Peer to peer) 170 6.1.3 Mơ hình lai (Hybrid) 170 6.2 Web HTTP 170 6.2.2 Các thông điệp trả lời 172 6.2.3 Các kết nối TCP 173 6.2.4 Bộ lƣu trữ đệm 174 6.3 Giao thức truyền file: FTP 174 6.3.1 Giao thức FTP 175 6.3.2 Các lệnh 175 6.4 Thƣ điện tử Internet 176 6.4.1 Các thành phần hệ thống email 176 6.4.2 Khuôn dạng email 177 6.4.3 Chuyển thƣ 179 6.4.4 Phân phát thƣ 181 6.5 Dịch vụ phân giải tên miền –DNS 184 6.5.1 Miền phân cấp 185 6.5.2 Các server phục vụ tên 185 6.5.3 Phƣơng pháp phân tích tên 187 6.6 Ứng dụng mạng ngang hang 189 6.7 Tổng kết tập ứng dụng 191 6.7.1 Wireshark Lab : DNS 191 6.7.2 Wireshark Lab : HTTP 197 6.7.3 Wireshark Lab : DHCP 202 Chƣơng MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MẠNG DI ĐỘNG 207 -4- 7.1 Mạng cục không dây (WLAN - Wireless LAN) 207 7.1.1 Giới thiệu WLAN 207 7.1.2 Lịch sử hình thành phát triển 207 7.1.3 Cơ sở hạ tầng WLAN 209 7.1.4 Các mơ hình WLAN 212 7.1.5 Các giải pháp bảo mật WLAN 214 7.2 Các Chuẩn không dây 221 7.2.1 IEEE 802.11b 223 7.2.2 IEEE 802.11a 223 7.2.3 IEEE 802.11g 224 7.2.4 IEEE 802.11n 227 7.3 Không dây dải tần rộng 227 7.3.1 Giới thiệu WiMax 227 7.3.2 Những vấn đề lớp Vật lý 228 7.3.3 Những vấn đề lớp MAC 229 7.4 Mạng Manet 229 7.5 Hệ thống GMS 231 7.6 Công nghệ 4G 234 7.7 Mobile IP 235 TÀI LIỆU THAM KHẢO 242 -5- DANH MỤC HÌNH Hình 1 Mơ hình mạng tổng qt 15 Hình Cấu trúc mạng LAN 21 Hình Cấu trúc mạng MAN 22 Hình Cấu trúc mạng WAN 23 Hình Mạng hình 23 Hình Mạng tuyến tính 24 Hình Mạng vòng 25 Hình Mơ hình chuyển mạch kênh 26 Hình Mơ hình chuyển mạch thơng báo 27 Hình 10 Mơ hình chuyển mạch gói 27 Hình 11 Mơ hình kiến trúc phân tầng 29 Hình 12 Mơ hình OSI 33 Hình 13 Mơ hình OSI TCP/IP 34 Hình Mơi trƣờng thực tầng vật lý 36 Hình 2 Cáp xoắn đơi 38 Hình Cáp đồng trục 39 Hình Cấu trúc cáp quang 40 Hình Kênh truyền 40 Hình Thiết bị Repeater 41 Hình Bộ tập trung Hub 42 Hình (a) Mạng kết nối đầy đủ (b) Công tắc tập trung (c) Hệ thống phân cấp hai cấp 43 Hình Một tuyến đƣờng điển hình cho gọi khoảng cách trung bình 45 Hình 10 Bộ điều chế 46 Hình Sáu bƣớc nhảy liên kết máy chủ thiết bị khơng dây 51 Hình Bộ điều phối 53 Hình 3 Chẵn lẻ bit 54 Hình Bít chẵn lẻ hai chiều 55 Hình Ví dụ FDMA 57 Hình Ví dụ Slotted ALOHA 61 Hình Ví dụ Pure ALOHA 62 Hình Thời gian cần thiết để truyền khung 64 -6- Hình Mô tả chu kỳ hoạt động hệ thống thăm dị phân tán 66 Hình 10 Mơ hình hoạt động mạng Token Ring 67 Hình 11 Nhả Token Ring 68 Hình 12 Sử dụng rơle 70 Hình 13 Hệ thống kết nối mạng 71 Hình 14 Địa MAC 72 Hình 15 Giao thức ARP 74 Hình 16 Các chuẩn Ethernet 100 Mbps 75 Hình 17 Phân đoạn Mạng 76 Hình 18 Mơ hình mạng VLAN 78 Hình 19 Tiêu đề MPLS 79 Hình 20 VPN layer 80 Hình Mạng chuyển mạch gói 84 Hình Cấu trúc gói tin IP 88 Hình Cấu trúc lớp địa IP 90 Hình 4 Minh họa trình tìm địa MAC ARP 93 Hình Minh họa trình tìm địa IP giao thức RARP 94 Hình Bầu chọn router – id 101 Hình Bầu chọn router – id 102 Hình Các router gửi gói tin hello 104 Hình Kiến trúc phân vùng OSPF 105 Hình 10 Trao đổi LSDB với kết nối point – to – point 107 Hình 11 Broadcast MultiAccess 108 Hình 12 Hoạt động trao đổi thông tin thông qua DR 108 Hình 13 Đây mơi trƣờng Multi – access dù có 02 router 109 Hình 14 Sơ đồ ví dụ tính path – cost 111 Hình 15 Tổng path – cost 66 hay 129 111 Hình 16 Các cổng tham gia vào tiến trình tính tốn path – cost với OSPF 112 Hình 17 Sơ đồ ví dụ cấu hình 112 Hình 18 Sơ đồ ví dụ 117 Hình 19 R3 gửi cho R2 bảng định tuyến 118 Hình 20 Bảng định tuyến R2 118 Hình 21 R2 gửi bảng định tuyến cho R1 118 -7- Hình 22 Bảng định tuyến R1 119 Hình 23 Kết hội tụ cuối ví dụ 119 Hình 24 Mạng 192.168.3.0/24 down 120 Hình 25 Bảng định tuyến R3 120 Hình 26 Bảng định tuyến R2 121 Hình 27 Loop định tuyến 121 Hình 28 R2 khơng gửi ngƣợc thơng tin học đƣợc từ R3 cho R3 122 Hình 29 Route poisoning Poison reverse 122 Hình 30 Sơ đồ ví dụ 123 Hình 31 Mạng 192.168.3.0/24 down 124 Hình 32 Sơ đồ xảy loop 124 Hình Ví dụ FDMA 137 Hình Ví dụ Slotted ALOHA 141 Hình Ví dụ Pure ALOHA 142 Hình Thời gian cần thiết để truyền khung 144 Hình 5 Mơ tả chu kỳ hoạt động hệ thống thăm dò phân tán 146 Hình Mơ hình hoạt động mạng Token Ring 147 Hình Nhả Token Ring 148 Hình Sử dụng rơle 149 Hình Cấu trúc gói tin UDP 150 Hình 10 Cấu trúc gói tin TCP (TCP Segment) 152 Hình 11 Quá trình thiết lập kết thúc liên kết TCP bƣớc 154 Hình Trình duyệt Web Internet Explorer 170 Hình Truyền liệu 175 Hình Hệ thống Email 176 Hình Quá trình phân giải tên thực tế, số đến 8chỉ trình tự thực hiên189 Hình Cấu trúc WLAN 209 Hình Thiết bị Wireless accesspoint 210 Hình 3AP hoạt động root mode 210 Hình Chế độ cầu nối AP 211 Hình Chế độ Repeater AP 211 Hình Thiết bị Wireless Router 212 Hình 7 Wireless NICs 212 -8- Hình Mơ hình mạng Ad-hoc 213 Hình Mơ hình mạng BSS chuẩn 213 Hình 10 Mơ hình mạng ESS 214 Hình 11 Mơ hình WLAN VPN 215 Hình 12 Mơ hình hoạt động xác thực 802.1x 216 Hình 13 Tiến trình xác thực MAC 219 Hình 14 Lọc giao thức 220 Hình 15 Escalating Security 221 Hình 16 CCK OFDM 802.11g; CCK – OFDM PBCC 225 Hình 17 Lƣợc đồ điều biến 802.11g tƣơng ứng với tốc độ liệu 226 -9- đầu, entry mạng, yêu cầu băng thông, quản lý hƣớng kết nối, nhƣ bảo mật môi trƣờng kết nối WiMAX Truyền thông WiMAX hƣớng kết nối Tất dịch vụ từ lớp nghi thức lên WiMAX MAC, bao gồm kết nối dịch vụ, đồ kết nối SS BS lớp MAC Một SS có nhiều kết nối đến BS với mục đích cung cấp nhiều dịch vụ đến ngƣời sử dụng Kết nối đƣợc xác định 16-bit (CIDs) Nhƣ tạo điều kiện thuận lợi dải thông cho kết nối giúp đỡ QoS môi trƣờng kết nối không dây tự động Nhƣ lớp MAC quy định hƣớng kết nối dịch vụ Trong số ba lớp lớp MAC, lớp dịch vụ (CS) kết nối lớp MAC với lớp Sau phân loại dịch vụ (SDUs) từ giao thức lớp trên, lớp CS liên kết SDUs phù hợp với định luồng (SFID) MAC CID Với giao thức khác, nhƣ ATM, Ethernet, IP, lớp CS định nghĩa thơng số phù hợp Do đó, phần chung lớp MAC (CPS) không cần hiểu định dạng hay phân tích thơng tin đến từ CS payload Lớp CPS WiMAX MAC chụi trách nhiệm cung cấp chức năng, bao gồm truy nhập, định vị dải thông, thiết lập kết nối WiMAX bảo trì Trao đổi, MAC SDUs (MSDUs) với CSs khác Bảo mật lớp khóa role chứng thực, khóa thiết lập, nhƣ thơng tin mã hóa Trao đổi đơn vị liệu giao thức MAC (MPDUs) với PHY trực tiếp Vào cuối xử lý môi trƣờng tự động không dây, WiMAX định bảo mật chế quản lý khóa Hai thành phần lớp bảo mật giao thức đóng gói giao thức quản lý khóa riêng (PKM) Giao thức đóng gói mã hóa liệu qua BWA, giao thức (PKM) đảm bảo phân phối khóa chủ cho phép truy cập SS BS Bảo vệ đến tốc độ truy nhập băng thông linh động, lớp bảo vệ cung cấp SS riêng bảo vệ BS khỏi công 7.3.2 Những vấn đề lớp Vật lý Hai tín hiệu gây nhiễu lớp PHY jamming scrambling Jamming có đƣợc nhiễu mạnh nhiều so với công suất kênh WiMAX Các thông tin thiết bị cần để thực gây nhiễu dễ dàng có đƣợc Khả phục hồi tín hiệu bị Jamming đƣợc tăng lên cách tăng cơng suất tín hiệu hay làm tăng băng thơng tín hiệu thơng qua kĩ thuật truyền nhƣ nhảy tần trải phổ chuỗi trực tiếp Trên thực tế, ngƣời ta chọn máy phát có cơng suất lớn, anten phát có độ lợi cao, anten thu có độ lợi cao Tín hiệu jamming dễ dò thu phát thiết bị nhận Luật cƣỡng chế giúp ngăn chặn thiết bị làm nhiễu Jamming dễ dàng phát dị địa chỉ, khơng gây tác động đáng kể lên ngƣời dùng WiMAX hệ thống Scrambling thƣờng bị kích hoạt khoảng thời gian ngắn mục tiêu frames phần frames WiMAX Scrambling đƣợc loại bỏ lọc điều khiển Scrambling gói tin quản lý với mục đích thao tác mạng bình thƣờng Những khe luồng liệu nhắm đến SSs chọn lọc scrambling, ép - 228 - phát lại Attacker, giả làm SS qua làm giảm băng thơng ngƣời bị công Tức là, khác SSs tăng tốc độ xử lý liệu họ cách chọn lọc Scrambling đƣờng uplink SSs khác Không giống nhƣ trạng thái ngẫu nhiên WiMAX jammer, scrambler cần thông tin điều khiển phiên dịch WiMAX để phát sinh nhiễu khoản thời gian Tấn công từ scrambling làm gián đoạn, làm tăng liệu dị tìm Theo dõi bất thƣờng xa theo định dạng dị tìm scrambling and scramblers 7.3.3 Những vấn đề lớp MAC MPDU liệu đƣợc truyền lớp WiMAX MAC MPDU sử dụng mẫu khác để mang thông tin khác Mẫu chung MPDU nằm MAC header, service data, CRC (cyclic redundancy check) Khơng có trở ngại chung cấu trúc chứa MAC header chứa thông tin mã Mã hóa đặt vào MAC PDU payload Tất thông báo quản lý MAC đƣợc gởi mà không cần mã hóa để tạo điều kiện cho cài đặt, xếp, thao tác MAC Các gói tin quản lý mang theo MPDU nhƣ hình WiMAX khơng mã hóa MAC headers gói tin quản lý MAC, nhằm mục đích thao tác với hệ thống khác lớp MAC Bởi vậy, hacker nghe kênh WiMAX, khôi phục lại thông tin từ gói tin quản lý MAC khơng đƣợc mã hóa Nghe trộm gói tin khơng đƣợc quản lý giúp tin tặc biết đƣợc topo mạng, công SSs nhƣ hệ thống WiMAX WiMAX cần chứng thực cao Ý tƣởng sử dụng thiết bị RSA (Rivest-Shamir-Adleman)/X.509 chứng nhận số Chứng nhận số đƣợc sử dụng cho xác thực dị tìm quản lý Thiết bị khơng nhận thực khóa nghe trộm từ mạng Đánh cắp cƣớc đe dọa đến dịch vụ WiMAX Thiết bị giả sử dụng địa phần cứng giả để đăng ký thiết bị cách chia gói tin quản lý ngồi Một lần thành cơng hacker có thả giả làm BS, làm cho SSs liên hệ đến BS giả cuối dịch vụ đƣợc cung cấp BS giả, kết chất lƣợng dịch vụ bị giảm sút hay đáp ứng đƣợc dịch vụ WiMAX sử dụng đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) Để trộm cƣớc attacker phải truyền BS thật phát Tín hiệu attacker phải nhắm đến SSs phải mạnh tín hiệu BS thật giải Từ liệu truyền đƣợc chia time slots, attacker đóng vai trị phiên dịch time slots đƣợc cấp phát đến hợp pháp hóa BS cách thành cơng, dị tín hiệu BS xác Xác thực lẫn làm giảm khả ăn trộm cƣớc 7.4 Mạng Manet Lịch sử phát triển mạng MANET - Mobile Ad-hoc Network – MANET trƣớc cịn đƣợc gọi mạng vơ tuyến gói, đƣợc - 229 - tài trợ, phát triển DARPA đầu thập niên 1970 - Sau mạng mới: SUSAN (Adaptive Survivable Network) đƣợc đề xuất DARPA vào năm 1983 để hỗ trợ mạng quy mô lớn hơn, mạnh mẽ Thời gian này, Ad-hoc đƣợc sử dụng để mô tả loại mạng nhƣ tiêu chuẩn IEEE802.11 - Mobile Ad-hoc Network đƣợc định nghĩa IETF Các đặc điểm mạng MANET - Thiết bị tự trị đầu cuối (Autonomous terminal): Trong Manet, thiết bị di động đầu cuối nút tự trị - Phân chia hoạt động (Distributed operation): Vì khơng có hệ thống mạng tảng cho trung tâm kiểm soát hoạt động mạng nên việc kiểm soát quản lý hoạt động mạng đƣợc chia cho thiết bị đầu cuối Các nút MANET địi hỏi phải có phối hợp với Khi cần thiết nút hoạt động nhƣ relay để thực chức - Ðịnh tuyến đa đƣờng: Thuật tốn định tuyến khơng dây định tuyến chặng nhiều chặng dựa vào thuộc tính liên kết khác giao thức định tuyến - Cấu hình động (dynamic network topology): Vì nút di động, nên cấu trúc mạng thay đổi nhanh biết trƣớc, kết nối thiết bị đầu cuối thay đổi theo thời gian - Dao động dung lƣợng liên kết (Fluctuating link capacity): Bản chất tỉ lệ bit lỗi cao kết nối không dây cần quan tâm mạng MANET Từ đầu cuối đến đầu cuối đƣợc chia qua vài chặng Kênh giao tiếp đầu cuối chịu ảnh hƣởng nhiễu, hiệu ứng đa đƣờng, giao thoa băng thơng so với mạng có dây - Tối ƣu hoá cho thiết bị đầu cuối (light-weight terminals): Trong hầu hết trƣờng hợp nút mạng MANET thiết bị với tốc độ xử lý CPU thấp, nhớ lƣu trữ điện Vì cần phải tối ƣu hố thuật toán chế Khái niệm mạng MANET - Khái niệm: MANET (mobile ad-hoc network) tập hợp nút mạng không dây, nút đƣợc thiết lập thời điểm nơi Mạng MANET không dùng sở hạ tầng Nó hệ thống tự trị mà máy chủ di động đƣợc kết nối đƣờng vô tuyến di chuyển tự do, thƣờng hoạt động nhƣ router Ứng dụng điển hình mạng MANET lĩnh vực - Quân sự: Hoạt động phi tập trung mạng MANET không phụ thuộc - 230 - vào sở hạ tầng mạng yếu tố thiết yếu lĩnh vực quân sự, trƣờng hợp chiến đấu khốc liệt, sở hạ tầng mạng bị phá hủy Lúc mạng MANET lựa chọn số để thiết bị truyền thông liên lạc với cách nhanh chóng - Trƣờng học: thiết lập mạng MANET trƣờng học, lớp học, thƣ viện, sân trƣờng,… để kết nối thiết bị di động (laptop, smartphone) lại với nhau, giúp sinh viên, thầy giáo trao đổi cách nhanh chóng thơng qua mạng ad-hoc vừa tạo - Gia đình: tạo nhanh mạng MANET để kết nối thiết bị di động bạn với nhau, di chuyển tự mà đảm bảo kết nối truyền tải liệu - Kết nối thiết bị điện tử với nhau: Trong năm tới mà thiết bị điện tử đƣợc gắn giao tiếp khơng dây, giúp chúng trao đổi giao tiếp với mạng MANET phù hợp để tạo nên hệ thống thông có khả liên kết với 7.5 Hệ thống GMS - Hệ thống thơng tin di động tồn cầu (tiếng Anh: Global System for Mobile Communications) công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM đƣợc sử dụng tỷ ngƣời 212 quốc gia vùng lãnh thổ Các mạng thơng tin di động GSM cho phép roaming với máy điện thoại di động GSM mạng GSM khác sử dụng đƣợc nhiều nơi giới GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động (ĐTDĐ) giới - Trình bày giao diện vơ tuyến hệ thống GSM - GSM mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào máy điện thoại di động kết nối với mạng cách tìm kiếm cell gần - Các mạng di động GSM hoạt động băng tần Hầu hết hoạt động băng 900 MHz 1800 MHz Vài nƣớc Châu Mỹ sử dụng băng 850 MHz 1900 MHz băng 900 MHz 1800 MHz nơi bị sử dụng trƣớc - Các mạng sử dụng băng tần 900 MHz đƣờng lên (từ thuê bao di động đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số dải 890–915 MHz đƣờng xuống downlink sử dụng tần số dải 935–960 MHz Và chia băng tần thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, kênh cách khoảng 200 kHz Khoảng cách song công (đƣờng lên & xuống cho thuê bao) 45 MHz - 231 - Ở số nƣớc, băng tần chuẩn GSM900 đƣợc mở rộng thành E-GSM, nhằm đạt đƣợc dải tần rộng E-GSM dùng 880–915 MHz cho đƣờng lên 925–960 MHz cho đƣờng xuống Nhƣ vậy, thêm đƣợc 50 kênh (đánh số 975 đến 1023 0) so với băng GSM-900 ban đầu - Cơng nghệ 3G - Nêu đặc điểm kể tên tiêu chuẩn công nghệ hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) - Nêu đặc điểm hệ thống thơng tin di động hệ thứ (3G) - Tính linh hoạt: cung cấp hệ thống có tính linh hoạt cao, có khả hỗ trợ hàng loạt dịch vụ ứng dụng cao cấp IMT-2000 hợp kỹ thuật (IMT-DS, IMT-MC, TMT-TC, IMT-SC, IMT-FT) giao tiếp sóng dựa ba công nghệ truy cập khác (FDMA - Đa truy nhập phân chia theo tần số, TDMA - Đa truy nhập phân chia theo thời gian CDMA - Đa truy nhập phân chia theo mã) - Tính kinh tế: Sự hợp ngành cơng nghiệp 3G bƣớc quan trọng định gia tăng số lƣợng ngƣời dùng nhà khai thác - Tính tƣơng thích: Các dịch vụ IMT-2000 có khả tƣơng thích với hệ thống có - Thiết kế theo modul: Chiến lƣợc IMT-2000 phải có khả mở rộng dễ dàng để phát triển số lƣợng ngƣời dùng, vùng phủ sóng, dịch vụ với khoản đầu tƣ ban đầu thấp - Phân loại dịch vụ IMT-2000 - K i ể u - Phân loại - Dịch vụ chi tiết - D ị c h - Dịch vụ di động - Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch vụ v - 232 - ụ - d i Dịch vụ thông tin định vị - Theo dõi di động/theo dõi di động thông minh - Dịch vụ âm chất lƣợng cao(16 – 64 kbit/s) - Dịch vụ âm AM (32 –64 kbit/s) - Dịch vụ truyền FM - (64 – 384kbit/s) - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64 – 144 kbit/s) - Dịch vụ số liệu tốc độ tƣơng đối cao (144 – Mbit/s) - Dịch vụ số liêu tốc - độ cao (≥ 2Mbit/s) - Dịch vụ Video (384kbit/s) - Dịch vụ hình chuyển (384kbit/s - 2Mbit/s) - Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2Mbit/s) - Dịch vụ truy nhập Web (384kbit/s 2Mbit/s) - Dịch vụ 2Mbit/s) đ ộ n g - D ị c h v ụ - - Dịch vụ âm Dịch vụ số liệu v i ễ n - t h ô n g - D ị c h - v ụ I Dịch vụ đa phƣơng tiện Dịch vụ Internet đơn g - ản - Dịch vụ Internet thời gian thực Internet động (384kbit/s - - 233 - n t e r n e t - Dịch vụ internet - đa phƣơng tiện - - Dịch vụ Website đa phƣơng tiện thời gian thực (≥ 2Mbit/s) Các tiêu chuẩn công nghệ hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) - IMT-2000 CDMA Direct Spread (trải phổ trực tiếp), thƣờng đƣợc biết dƣới tên WCDMA - IMT-2000 CDMA Multi-Carrier (nhiều sóng mang), phiên 3G hệ thống IS-95 (hiện gọi CDMA One) - IMT-2000 CDMA TDD: hệ thống CDMA sử dụng phƣơng pháp song công phân chia theo thời gian (Time-division duplex) - IMT-2000 TDMA Single-Carrier (một sóng mang), hệ thống thuộc nhóm đƣợc phát triển từ hệ thống GSM có lên GSM 2+ (đƣợc gọi EDGE) - IMT-2000 FDMA/TDMA (thời gian tần số), hệ thống thiết bị kéo dài thuê bao số châu Âu - IMT-2000 OFDMA TDD WMAN (thƣờng đƣợc biết dƣới tên WiMAX di động) 7.6 Công nghệ 4G Nêu yêu cầu cấu trúc hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) Giải thích thuật ngữ MIMO đƣợc sử dụng mạng 4G Nêu yêu cầu cấu trúc hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) - Mạng 4G phải đáp ứng đƣợc yêu cầu tích hợp đƣợc mạng khác nhƣ mạng di động hệ 2, hệ 3, hệ 3,5G,… WLAN, WiMAX, mạng khơng dây khác - Mạng có tính mở: Cấu trúc mở mạng 4G cho phép cài đặt thành phần với giao diện cấu trúc khác lớp - Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cho ứng dụng đa phƣơng tiện IP: Để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ, cần kết hợp chặt chẽ lớp truy nhập, truyền tải dịch vụ Internet Đặc biệt vấn đề độ trễ - 234 - mạng, băng thơng dịch vụ…vv - Đảm bảo tính an tồn, bảo mật thơng tin: Tính an tồn hệ thống đƣợc đánh giá qua khả bảo mật truyền thơng, tính đắn riêng tƣ liệu ngƣời sử dụng nhƣ khả quản lý, giám sát hệ thống - Mạng đảm bảo tính di động: Một vấn đề quan trọng 4G cách để truy nhập nhiều mạng di động không dây khác - Mạng phải đảm bảo tốc độ: Mạng đời phải có tốc độ truyền liệu cao, đáp ứng đƣợc yêu cầu ngƣời sử dụng Tốc độ truyền liệu mạng lên đến 100Mbps 160Mbps sử dụng MIMO (Nhiều đầu vào – Nhiều đầu ra) Giải thích thuật ngữ MIMO đƣợc sử dụng mạng 4G MIMO: Multi Input Multi Output, nghĩa nhiều đầu vào nhiều đầu Trong mạng 4G ngƣời ta sử dụng thuật ngữ để hệ thống sử dụng nhiều anten phía đầu phát nhiều anten phía đầu thu để tạo độ lợi phân tập, nâng cao tốc độ chất lƣợng tín hiệu truyền 7.7 Mobile IP IP di động (Mobile IP) chuẩn nhóm chuyên trách kỹ thuật Internet (Internet Engineering Task Force - IETF) đề xuất đƣợc trình bày cụ thể tài liệu RFC 3344 RFC 5944 (RFC 5944 đƣợc công bố vào tháng 11/2010) IP di động đƣợc xây dựng nhằm mục đích cho phép ngƣời dùng với thiết bị di động di chuyển từ mạng sang mạng khác mà tiếp tục trì dịng thơng tin diễn Cùng với phát triển công nghệ mạng 4G, Mobile IP đƣợc nghiên cứu cải tiến nhằm đảm bảo tính di động thiết bị hệ mạng tƣơng lai Nội dung giúp bạn nắm bắt đƣợc nguyên lý hoạt động số vấn đề mobile IP Trong thiết kế giao thức IP, thiết bị nối kết vào mạng đƣợc gắn kết với địa IP định Đây đƣợc xem nhƣ điểm nối vật lý thiết bị với mạng internet Khi trao đổi liệu mạng thiết bị đƣợc giả định không thay đổi địa IP Nếu nút liên lạc CN (Correspondent Node) gửi gói tin đến nút di động MN (Mobile Node) trƣớc tiên gói tin đƣợc định tuyến đến mạng thƣờng trú HN (Home Network) MN mà không phụ thuộc vào vị trí MN Sau đó, IP di động đảm nhiệm việc chuyển tiếp gói tin đến cho MN để trì dịng thơng tin khơng bị gián đoạn hai thiết bị Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động IP Mobile, cần phải làm quen với số thuật ngữ chính: - 235 - - Nút di động MN: thiết bị có cài đặt phần mềm Mobile IP client MN đƣợc gán với IP cố định gọi địa thƣờng trú HA (Home Address) Trong hình minh họa số bên dƣới địa thƣờng trú MN 12.1.2.3/24 Khi MN mạng thƣờng trú, trình liên lạc diễn bình thƣờng, nút di động tiến hành gửi nhận gói tin nhƣ thiết bị thông thƣờng - Nếu MN di chuyển khỏi mạng thƣờng trú, MN cần có đại diện thƣờng trú HA (Home Agent) thay mặt cho thiết bị Vai trị HA nhận thơng tin gửi đến MN tiếp tục chuyển tiếp đến địa MN - Khi MN chuyển từ mạng thƣờng trú đến mạng tạm trú FN (Foreign Network), đƣợc cung cấp địa tạm trú gọi CoA (Care of Address) MN có nhiệm vụ đăng ký với HA địa CoA MN nhận địa từ máy chủ DHCP sử dụng IP đại diện tạm trú FA (Foreign Agent) Chắc hẳn bạn thắc mắc làm để MN xác định di chuyển khỏi mạng thƣờng trú hay chƣa nhƣ tìm kiếm FA mạng tạm trú Vấn đề đƣợc HA FA giải cách định kỳ gửi thông điệp quảng bá mạng cục chúng, MN tiếp nhận gói tin xác định đƣợc thơng tin cần thiết Q trình đƣợc biết đến với tên Agent Discovery Vậy cách thức mà Mobile IP thực để trì đƣợc dịng liệu liên tục thiết bị di chuyển đến mạng khác với địa IP nhƣ Để trả lời câu hỏi này, phải xem cách thức gửi gói tin đến MN chúng mạng tạm trú hình minh họa số bên dƣới: - 236 - Phân tích: Trong minh họa số này, router R1 đóng vai trò nhƣ HA cho nút di động Khi MN di chuyển sang mạng tạm trú, thực việc đăng ký địa CoA cách gửi gói tin “MIP registration” đến cho đại diện thƣờng trú HA HA sử dụng địa CoA nhận đƣợc bƣớc để tiến hành cập nhật bảng đăng ký (MIP Registration Table) Bảng đăng ký lƣu trữ ánh xạ địa thƣờng trú, tạm trú số thông tin liên quan nhƣ thời hạn đăng ký Khi gói tin đƣợc gửi từ CN đến địa thƣờng trú MN, đại diện thƣờng trú HA đứng làm trung gian tiếp nhận gói tin sau chuyển hƣớng chúng đến vị trí MN HA dùng phƣơng pháp "đóng gói" gói để chuyển thơng tin cho MN cách dùng thêm phần mào đầu IP bên (Outer IP header) vào gói tin gốc chuyển theo đƣờng hầm (IP-in-IP tunelling) đến địa CoA mà MN đăng ký Trong ví dụ minh họa đƣờng hầm đƣợc hình thành HA MN Card mạng vật lý (Physical NIC) thực tháo bỏ IP header ngồi để khơi phục gói tin gốc chuyển giao cho card mạng ảo (Virtual NIC) Các ứng dụng thực thi MN vốn gắn kết với địa thƣờng trú card mạng ảo, việc thay đổi CoA thiết bị không làm gián đoạn luồng thơng tin hai thiết bị Q trình tiếp diễn hết thời hạn đăng ký (hoặc MN chuyển đến vị trí mới) Khi điều xảy ra, MN tiến hành đăng ký lại với HA Khi MN trở mạng thƣờng trú, khơng cần di động nữa, MN gửi yêu cầu hủy bỏ đăng ký lƣu động đến HA, nói rõ "ở nhà" để HA khơng thực đƣờng hầm dọn bỏ địa tạm trú bảng đăng ký trƣớc Nhƣ vậy, vừa tìm hiểu nguyên lý hoạt động Mobile IP Nếu để ý, thấy giao thức có nhƣợc điểm thời gian trễ (delay) lớn (do gói tin phải chuyển qua HA trƣớc đến MN) ảnh hƣởng đến ứng dụng thời gian thực (real-time application) Chính vậy, có nhiều cải tiến đƣợc đƣa vào Mobile IP để tăng tính hiệu giảm delay Phần tìm hiểu số vấn đề liên quan đến Mobile IP 7.7.1 Định tuyến tam giác TR (Triangular Routing): - 237 - MN sau nhận đƣợc gói tin gốc biết đƣợc xác địa IP CN Vì thế, MN gửi gói tin trực tiếp đến CN thông qua đƣờng hầm đến HA nhờ chuyển giúp Việc gửi trực tiếp gói tin đến CN giải pháp tối ƣu giúp giảm thiểu delay gửi/nhận thơng tin MN CN Q trình đƣợc gọi định tuyến tam giác Tuy nhiên, thực tế số router firewall thƣờng đƣợc cấu hình với chức "ingress filtering" nhằm mục đích ngăn chặn công giả mạo địa Chức chặn gói tin có địa IP nguồn khơng thuộc subnet mạng cục Trong hình minh họa số gói tin gửi từ MN đến CN có IP source 12.1.2.3, khơng thuộc subnet 15.2.4.0/24, bị loại bỏ Để giải vấn đề IP di động đƣa giải pháp đƣờng hầm nghịch (Reverse Tunneling) Theo MN chuyển gói tin thơng qua đƣờng hầm đến HA trƣớc HA chuyển tiếp chúng cho CN (xem bƣớc 1, 2, hình minh họa số 2) Để cải thiện hiệu định tuyến, ngƣời ta đƣa giải pháp cho phép MN sau xác định đƣợc địa IP CN MN gửi trực tiếp thông tin CoA hành đến CN CN trì ánh xạ liên kết địa thƣờng trú CoA MN (tƣơng tự nhƣ HA) khoảng thời gian định Nếu ánh xạ cịn hợp lệ CN MN trao đổi liệu trực tiếp với mà không cần qua HA Nếu ánh xạ không tồn bị expired CN tiến hành gửi gói tin đến HA, từ HA chuyển đến MN nhƣ bình thƣờng, sau MN gửi lại CoA cho CN 7.7.2 Đại diện tạm trú FA (Foreign Agents) - 238 - Việc sử dụng địa IP thật (Public IP) để đăng ký nhƣ minh họa dẫn buộc mạng tạm trú dành trƣớc số IP thật cho thiết bị di động Nếu số lƣợng MN di chuyển đến mạng tạm trú q nhiều dẫn đến tình trạng khơng cịn đủ IP để cung cấp cho MN Để giải vấn đề IP di động bổ sung thêm khái niệm đại diện tạm trú FA (Foreign Agents) Khi có diện FA MN dùng chung IP FA để làm CoA Trong hình minh họa số bên dƣới CoA MN IP củaa router R2 15.2.4.1/24 Các bƣớc thực từ đến tƣơng tự nhƣ hình minh họa số Tuy nhiên, đƣờng hầm đƣợc hình thành HA FA HA MN Tại FA, gói tin gốc đƣợc khơi phục cách tháo bỏ IP header bên ngồi Sau đó, FA vào thơng tin địa MAC có bảng ARP để gửi thơng tin đến vị trí hữu MN cách xác 7.7.3 NAT IP di động, Forwarding Khi MN sau thiết bị NAT đƣờng hầm IP-in-IP HA MN thực đƣợc, địa CoA khơng thể truy cập cách trực tiếp từ mạng Để giải vấn đề này, IP di động thực đóng gói “IP packet” “UDP segment” sử dụng đƣờng hầm IP-in-UDP để gửi thông tin (xem chi tiết IP-in-UDP tunneling RFC 3519) - 239 - Nếu MN di chuyển từ mạng tạm trú sang mạng tạm trú khác, tức chuyển từ FA cũ (FAold) sang FA (FAnew) trình chuyển từ FAold sang FANew, thơng tin gói tiếp tục đƣợc chuyển đến FAold Và để giảm số packet bị vấn đề ngƣời ta cải tiến tính forwarding phép FAold chuyển tiếp thơng tin nhận đƣợc đến FAnew Kết luận Trên tìm hiểu Mobile IP giao thức quản lý di động hoạt động lớp mạng (Network layer) Mobile IP đƣợc thiết kế IETF nhằm giải toán Internet di động Từ sau đời MIPv4 (Mobile IP version 4) có nhiều nghiên cứu cải tiến nhằm giảm thời gian từ lúc MN di chuyển đến lúc HA nhận đƣợc thông tin CoA MN Và nay, MIPv6 (Mobile IP version 6) đƣợc tiếp tục nghiên cứu hồn thiện - 240 - TĨM TẮT NỘI DUNG CỐT LÕI - Mạng cục không dây Các chuẩn mạng không dây Không dây dải tầng rộng Những vấn đề lớp vật lý Những vấn đề lớp MAC BÀI TẬP ỨNG DỤNG, LIÊN HỆ THỰC TẾ: Các LAN không dây mà nghiên cứu sử dụng giao thức, chẳng hạn nhƣ MACA thay sử dụng CSMA/CD Trong tình sử dụng CSMA/CD thay hay không? Các giao thức truy cập kênh WDMA GSM có chung đặc tính gì? Sáu trạm từ A đến F giao tiếp giao thức MACA truyền xảy lúc khơng? Giải thích? Tám trạm từ A đến F giao tiếp giao thức MACA truyền xảy lúc khơng? Giải thích? Một văn phịng tịa nhà lớp có 15 văn phòng kề lớp Mỗi phòng chứa ổ cắm tƣờng cho thiết bị đầu cuối tƣờng phía trƣớc, ổ cắm hình thành lƣới hình chữ nhật mặt phẳng thẳng đứng với tách biệt 4mm ổ cắm theo chiều ngang chiều dọc Giả sử chạy cáp thẳng cặp ổ cắm theo chiều ngang, chiều dọc theo đƣờng chéo, cần đến mét cáp để nối tất ổ cắm cách sử dụng: cấu hình với router LAN 802.3 Trình bày mơ hình mạng WLAN So sánh chuẩn khơng dây họ IEEE 802 Trình bày số vấn đề mạng không dây dải tần rộng - 241 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồ Đắc Phƣơng (2014), Giáo trình Mạng máy tính, Nxb Giáo dục, Hà Nội TS Phạm Thế Quế, Giáo trình Mạng máy tính, NXB Thơng tin - Truyền thơng, 2008 3.Computer Networks, Fifth Edition, By Andrew, S Tanenbaum Prentice Hall, March 17, 2007 4.Computer Networking Top-and-Down Aproad, Sixth edition, James F Kurose, Keith W Ross, PEARSON,2012 - 242 - ... soạn Tài liệu học tập ? ?Mạng máy tính? ?? Đây học phần sở sinh viên chuyên ngành Đại học Cao đẳng Công nghệ thông tin Học phần cung cấp cho sinh viên kiến thức chuyên sâu hệ thống mạng máy tính, ... phân loại mạng máy tính việc phức tạp Ngƣời ta chia mạng máy tính theo khoảng cách địa lý làm loại mạng sau: Mạng cục LAN (Local Area Networks): Mạng cục LAN: kết nối máy tính đơn lẻ thành mạng nội... mạng Kiến trúc mạng máy tính thể cách nối ghép máy tính với nhƣ tập hợp quy tắc, quy ƣớc mà tất thực thể tham gia truyền thông mạng phải tuân theo để đảm bảo mạng hoạt động tốt Cách nối máy tính