Bài giảng Mạng máy tính - Chương 1: Tổng quan mạng máy tính - Nguyễn Hữu Thanh

1PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Bộ môn Kỹ thuật thông tin Viện Điện tử - Viễn thông ĐHBK Hà Nội Email: thanhnh@mail.hut.edu.vn Chương 1. Tổng quan Mạng máy tính Nội dung Mục đích hình thành Phân loại mạng va ̀ kiến trúc vật ly ́ của mạng Mô hình tham chiếu và giao thức trên mạng Một số thí dụ về mạng 23 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nhu cầu Nhu cầu chia sẻ tài nguyên, thông tin và dịch vụ Chia sẻ dữ liệu, thông tin Các dịch vụ truyền số liệu (email, chat .v.v.) Tài nguyên 4 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nhu cầu (tiếp)  Điểm - điểm Nguồn Kênh truyền Đích  Nhiều điểm – nhiều điểm điểm Nguồn ????? Đích Nguồn Nguồn Đích Đích 35 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nhu cầu (tiếp) Đầu cuối Nút mạng 6 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nhu cầu (tiếp) Khi cần kết nối nhiều nguồn với nhiều đích để chia sẻ tài nguyên và thông tin  cần kết nối nguồn và đích thông qua một mạng truyền thông (communication network) 47 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Định nghĩa  Là tập hợp các thiết bị (hardware và software) và cơ sở hạ tầng để có thể cung cấp các dịch vụ truyền thông cơ bản  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, 8 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Mạng truyền thông  Dịch vụ truyền thông (communication services) Cho phép trao đổi thông tin giũa các người sử dụng ở các vị trí địa lý khác nhau 59 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Mạng truyền thông (tiếp)  Dịch vụ truyền thông (tiếp) 10 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Mạng truyền thông (tiếp)  Ứng dụng (applications):  Được xây dựng trên các dịch vụ truyền thông  E-mail được xây dưng trên dich vụ Internet (realiable stream) Web browser được xây dưng trên dich vụ Internet (realiable stream)  Peer-to-peer: Chia sẻ file của Napster, Gnuitella, Kazza  Audio – video streaming  Internet games  Online purchasing  Voice-over-Internet  Video on demand  IP TV 611 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet  Bắt đầu từ một thí nghiệm của dự án của ARPA  Một liên kết giữa hai nút mạng (IMP tại UCLA và IMP tại SRI).  ARPA: Advanced Research Project Agency  UCLA: University California Los Angeles  SRI: Stanford Research Institute  IMP: Interface Message Processor 12 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp)  3 tháng sau: một mạng hoàn chỉnh với 4 nút, 56kbps UTAHSRI UCSB UCLA 713 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp)  ARPANET thời kỳ đầu, 1971: tốc độ phát triển 1 nút/tháng 14 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp)  Sự mở rộng của ARPANET, 1974: vượt quá 3.000.000 gói tin/ngày 815 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp) Thập niên 1970: Từ đầu 1970 xuất hiện các mạng riêng: ◊ALOHAnet tại Hawaii ◊DECnet, IBM SNA, XNA 1974: Cerf & Kahn – nguyên lý kết nối các hệ thống mở (Turing Awards) 1976: Ethernet, Xerox PARC 16 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp)  1981: Xây dựng mạng NSFNET  NSF: National Science Foundation: Phục vụ cho nghiên cứu khoa học, do sự quá tải của ARPANET 917 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp)  1986: Nối kết USENET& NSFNET 18 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp) Thêm nhiều mạng mới nối vào: MFENET, HEPNET (Dept. Energy), SPAN (NASA), BITnet, CSnet, NSFnet, Minitel TCP/IP được chuẩn hóa và phổ biến vào 1980 Berkeley tích hợp TCP/IP vào BSD Unix Dịch vụ: FTP, Mail, DNS 10 19 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp)  Thập niên 90: Web và thương mại hóa Internet  Đầu 90: ARPAnet chỉ là một phần của Internet  Đầu 90: Web  HTML, HTTP: Berners- Lee  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 toàn an ninh thông tin!  Internet dành cho tất cả mọi người  Tất cả các dịch vụ phải quan tâm tới vấn đề này 20 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguồn gốc mạng máy tính và Internet (tiếp)  Phát triển Internet ở Việt Nam 14.9 18.6 11.1 6.3 3.8 7.69 13.36 17.94 22.04 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 2003 2004 2005 2006 2007 S ố lư ợ ng N S D (tr iệ u ng ư ờ i) 0 5 10 15 20 25 30 % d ân s ố số người dùng (triệu người) % dân số Source: Vnnic, 11 21 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Phân loại Theo cấu trúc đồ hình mạng (topology) Theo kích cỡ mạng 22 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Topology mạng  Mạng hình sao (star)  Thiết bị trung tâm: switch, router, hub hoặc thiết bị tích hợp  Passive hub: Bộ tập trung các máy tính thành mạng đơn hay segment  Active hub: Bộ tập trung có khả năng khuếch đại tín hiệu 12 23 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Topology mạng (tiếp)  Mạng hình bus  Sử dụng một đường truyền chung cho tất cả các máy tính  Máy tính kết nối vào mạng sử dụng T-Connector  Terminator: ngăn chặn khả năng dội tín hiệu 24 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Topology mạng (tiếp) Mạng vòng (ring) Các máy tính liên kết với nhau thành vòng tròn theo nguyên tắc điểm-điểm  Máy tính trao đổi dữ liệu theo một chiều 13 25 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Topology mạng (tiếp) Mạng kết hợp 26 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Kích cỡ mạng PAN (<10m) (IEEE802.15, ETSI HIPER PAN) LANIEEE 802.3,5,11 ETSI HIPERLAN MAN IEEE 802.4,6,16 ETSI HIPERMAN & HIPER ACCESS WAN IEEE 802.20 3GPP 3G, LTE ATM 14 27 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Kích cỡ mạng (tiếp) PAN (personal area network): mạng cá nhân Dùng để kết nối các thiết bị cá nhân (tai nghe, chuột, máy tính, thiết bị nghe nhạc) 5m – 10m 28 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Kích cỡ mạng (tiếp) LAN (Local Area Network): mạng cục bộ Dùng để kết nối các máy tính, thiết bị ngoại vi trong phạm vi một cơ quan, đơn vị 100m – vài km 15 29 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Kích cỡ mạng (tiếp) MAN (Metropolitan Area Network): mạng nội thị Để kết nối một vùng rộng lớn như một thành phố Vài chục km 30 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Kích cỡ mạng (tiếp) WAN (Wide Area Network): Mạng diện rộng Để kết nối các mạng LAN, MAN lại với nhau Vài trăm đến vài ngàn km 16 31 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Một số mạng điển hình PAN (<10m) (IEEE802.15, ETSI HIPER PAN) LANIEEE 802.3,5,11 ETSI HIPERLAN MAN IEEE 802.4,6,16 ETSI HIPERMAN & HIPER ACCESS WAN IEEE 802.20 3GPP 3G, LTE ATM 32 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Một số mạng điển hình (tiếp)  IEEE 802 IEEE 802.3: Chuẩn mạng LAN/MAN – Ethernet IEEE 802.4: Chuẩn mạng LAN – Token Bus, chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp (GM) 17 33 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Một số mạng điển hình (tiếp)  IEEE 802 (tiếp) IEEE 802.5: chuẩn mạng LAN – Token Ring được phát triển bởi IBM IEEE 802.6: chuẩn mạng MAN – DQDB (Distributed Queue Dual Bus) với tốc độ 150Mbit/s trên khoảng cách 160km 34 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Một số mạng điển hình (tiếp)  IEEE 802 (tiếp)  IEEE 802.11: chuẩn mạng LAN không dây  IEEE 802.15: chuẩn mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network - WPAN) ◊ IEEE 802.15.1: BlueTooth ◊ IEEE 802.15.3: High rate WPAN (11 – 55Mbit/s): sử dụng cho các ứng dụng multimedia ◊ IEEE 802.15.4: Low rate WPAN/ZigBee: cho các ứng dụng tiêu thụ ít năng lượng, tốc độ thấp (Wireless Sensor Network) 18 35 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Một số mạng điển hình (tiếp)  IEEE 802 (tiếp)  IEEE 802.16: Chuẩn mạng WMAN – WiMAX ◊ IEEE 802.16-2004: WiMAX cố định ◊ IEEE 802.16e-2005: WiMAX di động  IEEE 802.20: WWAN – Mobile Broadband Wireless Access (MBWA), tầm phủ sóng lớn hơn WiMAX (< 15km) 36 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Một số mạng điển hình (tiếp)  3GPP 3G/HSPA (High Speed Packet Access) LTE (Long Term Evolution)  ATM Forum ATM 19 37 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Kiến trúc phân tầng  Các chức năng trong mạng thông thường được phân loại và nhóm lại thành một số tầng theo chiều dọc được gọi là “lớp” (layer) Chức năngLớp 38 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Tại sao phải phân tầng?  Phân chia các chức năng trong việc trao đổi thông tin Bên gửi Bên nhận Thông tin muốn trao đổi Ngôn ngữ Chuyển từ suy nghĩ sang lời nói Ngôn ngữ Thông tin nhận được Các phương tiện truyền thông Japanese? English? Thư? Điện thoại? E-mail? Việc trao đổi thông tin sẽ diễn ra suôn sẻ nếu tại mỗi tầng, cùng một phương tiện được sử dụng 20 39 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Tại sao phải phân tầng? (tiếp)  Thí dụ Cassette Tất cả chức năng đều đặt cả trong một khối Khi muốn thay đổi: Nâng cấp toàn bộ Không phân tầng Bộ dàn âm thanh Player Speaker Amplifier Phân tầng 40 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Tại sao phải phân tầng? (tiếp)  Đối với các hệ thống phức tạp: đơn giản hóa hệ thống bằng việc chia chức năng  Cho phép xác định rõ nhiệm vụ của mỗi bộ phận và quan hệ giữa chúng  Cho phép dễ dàng bảo trì và nâng cấp hệ thống Thay đổi bên trong một bộ phận không ảnh hưởng đến các bộ phận khác e.g., Nâng cấp từ CD lên DVD player mà không phải thay loa. 21 41 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Các mô hình tham chiếu Các mô hình phân tầng được gọi là “Mô hình tham chiếu” (Reference Model) Các loại mô hình tham chiếu: Mô hình OSI (7 lớp) do ISO đưa ra Mô hình TCP/IP (mô hình Internet) 42 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Mô hình 7 lớp OSI Physical layer Data link layer Network layer Transport layer Session layer Application layer Tầng mạng Presentation layer Hệ thống cuối Hệ thống cuốiNút mạng trung gian Tầng ứng dụng Tầng trình diễn Tầng phiên Tầng giao vận Tầng mạng Tầng liên kết dữ liệu Tầng vật lý 22 43 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp  PHY (Lớp vật lý) Biến đổi dòng bit logic thành tín hiệu vật lý phù hợp với đường truyền vật lý (ở bên phát) và ngược lại (ở bên thu): điều chế/giải điều chế, biến đổi, khôi phục tín hiệu .v.v. PHY PHY 44 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp)  Data Link (Liên kết dữ liệu) Phát hiện và sửa lỗi khi truyền dữ liệu giữa các thực thể trong mạng (switch, router, thiết bị đầu cuối) Nhận dữ liệu từ lớp Mạng, đóng gói dữ liệu lớp Mạng vào các khung (frame) phù hợp với mạng vật lý Tổ chức các bit trong frame theo thứ tự định nghĩa sẵn Hoạt động theo nguyên tắc từng chặng 23 45 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp) Network (lớp Mạng) Định tuyến trên một mạng gồm nhiều nút trung gian giữa nguồn và đích Đánh địa chỉ lớp mạng 46 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp) Transport (Lớp giao vận) Đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy giữa 2 thiết bị đầu cuối (end-to-end) Điều khiển luồng (flow control) Chia nhỏ hoặc ghép các khối dữ liệu từ lớp Phiên 24 47 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp) Session (Lớp Phiên) Quản lý các kết nối (connection) được thiết lập trên cùng một máy tính, từ một hay nhiều ứng dụng khác nhau Ghép kênh nhiều kết nối và gửi xuống lớp Giao vận 48 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp) Presentation (lớp Trình diễn) Biến đổi định dạng dữ liệu từ các ứng dụng thành một định dạng chung được quy định bởi thiết bị đầu cuối Thí dụ: ◊Biến đổi các cấu trúc dữ liệu khác nhau thành định dạng XML ◊Biến đổi các mã ký tự khác nhau thành ASCII .v.v. 25 49 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp) Application (lớp Ứng dụng) Cung cấp các giao diện lập trình cho ứng dụng của người sử dụng 50 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Mô hình phân lớp TCP/IP Thực tế cho thấy không cần thiết phải phân quá nhỏ các chức năng Mô hình TCP/IP hiện đang sử dụng trong Internet có 4 lớp Các chức năng tương đương với mô hình OSI 26 51 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Mô hình OSI và TCP/IP – So sánh Physical Data Link Network Transport Session Presentation Application Mô hình OSI Network Access Internetwork Host-to-Host Application Mô hình Internet (http, SIP, ftp, telnet, smtp, DIAMETER, H.323, RTP, POP) (UDP, TCP, SCTP) (IP, IPsec, ICMP, routing) (IEEE802, ATM, etc.) C ác lớ p ca o M ạn g m áy tìn h 52 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Mô hình TCP/IP – các lớp dưới N etw ork Access PHY Medium Access Control Logical Link Control LLC (IEEE 802.2) IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.6 IEEE 802.11 IEEE 802.15 IEEE 802.16 IEEE 802.20 3GPP 3G, HSPA 3GPP LTE Internetwork 27 53 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp  PHY (Lớp vật lý) Biến đổi dòng bit logic thành tín hiệu vật lý phù hợp với đường truyền vật lý (ở bên phát) và ngược lại (ở bên thu): điều chế/giải điều chế, biến đổi, khôi phục tín hiệu .v.v. 54 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp)  MAC (Lớp điều khiển truy nhập): nằm giữa LLC và PHY  Quy định việc đánh địa chỉ MAC cho các thiết bị mạng  Đưa ra cơ chế chia sẻ môi trường vật lý kết nối nhiều máy tính  Phỏng tạo kênh truyền song công (duplex channel), đa điểm (multipoint) Medium 28 55 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chức năng các lớp (tiếp)  LLC (lớp điều khiển kênh logic)  Ghép kênh  Điều khiển luồng  Cho phép các giao thức lớp trên (IP, IPX) được truyền trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng vật lý Internetwork LLC 56 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Trao đổi thông tin giữa các tầng  Khái niệm đóng gói (encapsulation)  Bên gửi: Mỗi tầng thêm vào các thông tin điều khiển vào phần đầu gói tin (header) và truyền xuống tầng dưới  Bên nhận: Mỗi tầng xử lý gói tin dựa trên thông tin trong phần đầu, sau đó bỏ phần đầu, lấy phần dữ liệu chuyển lên tầng trên. TCP header IP header Ethernet Frame Signal DataData Data LLC/MAC TCP Application Physical IP Sender Receiver LLC/MAC TCP Application Physical IP 29 57 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Trao đổi thông tin giữa các tầng (tiếp) CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP CAT5 10M IP CAT5 100M/Ethernet IP TCP FTP Nguồn ĐíchNút trung gian 100M CAT5 58 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Trao đổi thông tin giữa các tầng (tiếp)  PDU (Protocol Data Unit) và SDU (Service Data Unit) (N+1) PDU (N) SDU HN HN HN-1 Layer (N+1) Layer (N-1) Layer (N) Service interface Service interface Protocol N+1 Protocol N Protocol N-1 addr. (N) PDU (N-1) SDU (N-1) PDU 30 59 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Trao đổi thông tin giữa các tầng (tiếp)  Service Access Point (điểm truy nhập dịch vụ) TCP/UDP TCP/UDP Internet Client 1 Client 2 Server 3 Server 1 Server 2 Client 3 Host-to- host Application Protocol 1 Protocol 1 Protocol 1 TCP/UDP protocol SAP SAP 60 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chuyển mạch kênh va ̀ chuyển mạch gói  Chuyển mạch kênh (circuit-switched network) Một phiên truyền có 3 giai đoạn: ◊ Thiết lập kênh ◊ Trao đổi dữ liệu ◊ Hủy bỏ kênh Một “kênh” thực chất có thể là một luồng dữ liệu được truyền qua nhiều kết nối vật lý  Chuyển mạch kênh thường đi kèm với kết nối “Hướng liên kết” (connection-oriented) Đích 1 A B Nguồn 1 C D Nguồn 2 Đích 2 31 61 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chuyển mạch kênh va ̀ chuyển mạch gói (tiếp)  Chuyển mạch kênh (tiếp)  TD: Mạng điện thoại TĐ nội hạt Bên bị gọi TĐ nội hạt TĐ trung kế Đường trung kế 2,5Gpbs có thể tải 39.000 cuộc thoại (64 kbps) Bên gọi 62 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chuyển mạch kênh va ̀ chuyển mạch gói (tiếp)  Chuyển mạch gói (packet-switched network)  Các gói tin được định tuyến độc lập bởi router  Các router không lưu giữ trạng thái của từng luồng dữ liệu  Các gói tin khác nhau về mặt nguyên tắc có thể đi theo nhiều đường khác nhau  Chuyển mạch gói thường đi với khái niệm “Không liên kết” (connectionless) Đích A R1 R2 R4 R3 B Nguồn 32 63 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chuyển mạch kênh va ̀ chuyển mạch gói (tiếp)  Chuyển mạch gói (tiếp)  Hợp kênh thống kê (statistical multiplexing) time rate 1 luồng time 2 luồng Lưu lượng trung bình rate time Nhiều luồng Lưu lượng trung bình của: 1, 2, 10, 100, 1000 luồng. rate 64 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Chuyển mạch kênh va ̀ chuyển mạch gói (tiếp) Hợp kênh thống kê: Chuyển mạch gói thường đi kèm với hợp kênh thống kê Trong hợp kênh thống kê, càng nhiều luồng thì lưu lượng đi qua một kết nối vật lý càng bằng phẳng  hiệu suất sử dụng kênh càng cao 33 65 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguyên tắc chuyển mạch gói  Một số khái niệm:  Độ dài gói L (bit) (packet length)  Chiều dài của đường truyền vật lý giữa 2 nút mạng l (m)  Trễ lan truyền (propagation delay): thời gian để tín hiệu lan truyền trên kênh vật lý: ◊ tp=l/vc; vc là vận tốc lan truyền của tín hiệu  Dung lượng kênh truyền C (bit/s) (link capacity)  Thời gian phục vụ gói (transmission time): thời gian gửi hết một gói tin từ bit đầu tiên đến bit cuối cùng lên kênh truyền ◊ ts=L/C;  Trễ hàng đợi tq: thời gian một gói phải lưu lại trong hàng đợi ở nút mạng trung gian  Trễ từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end delay) de2e: trễ từ khi gửi một gói tin ở đầu phát cho đến khi nó được nhận ở đầu thu 66 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguyên tắc chuyển mạch gói (tiếp)  “Store-and-Forward”: lưu giữ tại các nút trung gian và gửi tiếp A R1 R2 R4 R3 B Nguồn Đích ts1A B R1 R2 R3 “Store-and-Forward” at each Routerts2 ts3 ts4 tp1 tp2 tp3 tp4    n i spee ii ttd 12 )()min( 34 67 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Nguyên tắc chuyển mạch gói (tiếp)  Tại sao phải chia nhỏ một bản tin lớp trên thành nhiều gói tin trước khi truyền đi? A B C1 C2 C3 M/C   i ipee C Mtd i )(2 A B C1 C2 C3 M/C  i pee itCMd min2  Giảm trễ end-to-end  Tăng độ tin cậy 68 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Trễ hàng đợi  Trong điều kiện tải cao, các gói đi vào nút mạng phải đợi trong hàng đợi trước khi được gửi ra đầu ra A B R1 R2 R3 tq1 ts1 ts2 ts3 ts4 tp1 tp2 tp3 tp4 tq2    n i qspee iii tttd 12 )( Trễ hàng đợi phụ thuộc vào điều kiện gì? 35 69 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Trễ hàng đợi (tiếp)  Hệ thống mạng có thể được mô hình hóa thành các hàng đợi được kết nối với nhau  Đối với một kết nối xác định từ nguồn tới đích, trễ đầu cuối chỉ phụ thuộc vào trễ hàng đợi  Nếu xác định được trễ hàng đợi  đánh giá được hiệu năng hoạt động của mạng 70 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Trễ hàng đợi (tiếp) Lưu lượng nền (background traffic) là nguyên nhân gây nên tắc nghẽn và trễ hàng đợi 36 71 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Hàng đợi  A(t): tiến trình tới; số gói đến nút mạng trong khoảng thời gian [0,t]  D(t): tiến trình ra; số gói ra khỏi nút mạng trong khoảng thời gian [0,t]  Q(t): số gói nằm trong hàng đợi tại t  Tính chất của A(t) và D(t):  A(t) và D(t) là hàm đơn điệu tăng  A(t)D(t)  A(t),  D(t) Hệ thống hàng đợi FIFO Q(t) 72 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Hàng đợi (tiếp) A(t) D(t) Tiến trình phục vụ Q(t)  t  A(t) D(t) bit 37 73 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Mục đích hình thành Phân loại Một sô ́ khái niệm khác Mô hình tham chiếu Hàng đợi (tiếp)  Số gói nằm trong hàng đợi tại t: D(t) A(t) t Q(t) d(t) bit )()()( tDtAtQ  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 38 Lời cám ơn Bài giảng có sử dụng một số tư liệu của: Bài giảng Mạng máy tính – TS. Ngô Hồng Sơn, Viện CNTT-TT, ĐHBK HN Computer Networks, Nick McKeown, Stanford University