Tài liệu Giáo trình mạng máy tính cơ bản

GIÁO TRÌNH MẠNG MÁY TÍNH CƠ BẢN (Dành cho sinh viên CNTT ngành Mạng máy tính) Giáo trình Mạng máy tính cơ bản MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................................................... 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG MÁY TÍNH 1 2 3 4 5 6 7 Lịch sử mạng máy tính ........................................................................................................... 4 Lợi ích mạng máy tính: .......................................................................................................... 5 2.1 Định nghĩa mạng máy tính: ............................................................................................ 5 2.2 Hạn chế của máy tính các nhân: ..................................................................................... 5 2.3 Lợi ích mạng máy tính ................................................................................................... 5 2.4 Các thành phần cơ bản trong mạng máy tính ................................................................. 7 2.5 Các khái niệm: ................................................................................................................ 7 Phân loại mạng máy tính: ....................................................................................................... 8 3.1 Dựa theo phạm vi hoạt động, khoảng cách địa lý: ......................................................... 8 3.2 Dựa vào cách thức truyền:............................................................................................ 11 3.3 Phân loại theo phương thức xử lý thông tin bên trong mạng: ...................................... 12 Mô hình mạng: ..................................................................................................................... 12 4.1 Mô hình quản lý mạng: ................................................................................................ 12 Mô hình OSI ......................................................................................................................... 13 5.1 Giới thiệu:..................................................................................................................... 13 5.2 Các mức mô hình ISO: ................................................................................................. 14 5.3 Quá trình xử lý và vận chuyển gói dữ liệu: .................................................................. 23 Mô hình TCP/IP ................................................................................................................... 24 6.1 Giới thiêu:..................................................................................................................... 24 6.2 Chức năng của từng tầng trong mô hình TCP/IP ......................................................... 25 Câu hỏi và bài tập: ................................................................................................................ 26 CHƯƠNG 2: HẠ TẦNG MẠNG MÁY TÍNH Các thiết bị mạng có dây ...................................................................................................... 28 1.1 Các loại cáp mạng thông dụng: .................................................................................... 28 1.2 Cáp quang: ................................................................................................................... 35 2 Các thiết bị kết nối mạng: .................................................................................................... 37 2.1 Card mạng (NIC hay Adapter) ..................................................................................... 37 2.2 Modem: ........................................................................................................................ 38 2.3 Repeater:....................................................................................................................... 38 2.4 Bridge: .......................................................................................................................... 40 2.5 HUB: ............................................................................................................................ 41 2.6 Switch: .......................................................................................................................... 42 2.7 Router: .......................................................................................................................... 43 2.8 Một số chuẩn kết nối mạng: ......................................................................................... 44 2.9 10Base-5 Thick Ethernet (Thicknet): ........................................................................... 45 2.10 10Base-T: Twisted-Pair Ethernet: ............................................................................... 47 2.11 Fast Ethernet: ............................................................................................................... 48 1 2 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản 2.12 Gigabit Ethernet:.......................................................................................................... 50 3 Thiết bị kết nối mạng không giây: ....................................................................................... 51 3.1 Card mạng không dây .................................................................................................. 51 3.2 Điểm truy cập không dây AP (Acsses Point)................................................................ 52 3.3 Wireless Bridge (Bridge không dây) ............................................................................ 53 4 Câu hỏi và bài tập: ................................................................................................................ 54 CHƯƠNG III: MẠNG CỤC BỘ Mạng Ethernet ...................................................................................................................... 55 1.1 Tổng quan ..................................................................................................................... 55 1.2 Kiến trúc mạng LAN .................................................................................................... 55 1.3 Các phương pháp truy cập đường truyền vật lý: .......................................................... 59 2 Mạng không dây: .................................................................................................................. 64 2.1 Đặc điểm mạng không dây: .......................................................................................... 64 2.2 Các tính chất vật lý ....................................................................................................... 65 2.3 Tránh đụng độ (Collision Avoidance) .......................................................................... 65 2.4 Hệ thống phân tán ........................................................................................................ 65 2.5 Khuôn dạng khung ....................................................................................................... 67 2.6 Các chuẩn bảo mật mạng không dây ............................................................................ 68 3 Câu hỏi và bài tập: ................................................................................................................ 68 1 CHƯƠNG IV: MẠNG INTERNET Khái niệm Internet và các giao thức ..................................................................................... 69 1.1 Khái niệm Internet ........................................................................................................ 69 1.2 Giao thức IP ................................................................................................................. 70 1.3 Địa chỉ IPv4:................................................................................................................. 73 2 Các dịch vụ mạng Internet ................................................................................................... 83 2.1 Dịch vụ DNS (Domain Name Nervice) ....................................................................... 83 2.2 Dịch vụ truyền tập tin (FTP - File Transfer Protocol).................................................. 89 2.3 Dịch vụ Gopher ............................................................................................................ 90 2.4 Dịch vụ WAIS .............................................................................................................. 90 2.5 Dịch vụ World Wide Web ............................................................................................ 90 2.6 Dịch vụ thư điện tử email (Electronic-mail) ................................................................ 91 2.7 Dịch vụ Internet Relay Chat (IRC-Trò chuyện qua internet) ....................................... 92 3 Câu hỏi và bài tập: ................................................................................................................ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 98 1 3 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG MÁY TÍNH Mục tiêu: - Trang bị các định nghĩa về mạng máy tính; - Kỹ năng khai thác thông tin trên mạng; kiến thứcvề các thiết bị nối mạng và các mô hình kết nối. 1 Lịch sử mạng máy tính  Từ khi ra đời đến nay, máy tính phát triển qua 4 thế hệ tương ứng các thành tựu khoa học điện tử, công nghệ bán dẫn. Trải qua quá trình phát triển, máy tính ngày càng mạnh lên, xử lý ngày càng nhanh, khả năng lưu trữ ngày càng lớn, dần đáp ứng được nhu cầu của con người trên tất cả các lĩnh vực. Nhưng bên cạnh những lợi ích, máy tính đã bộc lộ các nhược điểm, bộ lưu trữ có giới hạn, các thiết bị không hoạt động hết công suất, trao đổi thông tin qua thiết bị lưu trữ ngoài nên không đồng bộ và không đáp ứng kịp thời.  Người sử dụng dùng các máy tính độc lập bắt đầu chia sẻ các tập tin bằng cách dùng modem kết nối với các máy tính khác. Cách thức này được gọi là điểm nối điểm, hay truyền theo kiểu quay số. Khái niệm này được mở rộng bằng cách dùng các máy tính là trung tâm truyền tin trong một kết nối quay số. Các máy tính này được gọi là sàn thông báo (bulletin board). Người dùng kết nối đến sàn thông báo này, gửi lại đó hay lấy đi các thông điệp, cũng như gửi lên hay tải về các tập tin. Hạn chế của hệ thống là có rất ít hướng truyền tin, và chỉ với những ai biết về sàn thông báo đó. Ngoài ra, các máy tính tại sàn thông báo cần một modem cho mỗi kết nối, khi số lượng kết nối tăng lên, hệ thống không thể đáp ứng được nhu cầu.  Cuối thập niên 60, cơ quan phát triển dự án nghiên cứu cao cấp thuộc bộ quốc phòng Mỹ ARPA (U.S. Department of Defense's Advanced Research Projects Agency) đã cho ra đời hệ thống mạng ARPANET sử dụng giao thức NCP (Network Control Protocol) và kết nối thành công 4 máy tính với nhau cả về phần cứng và phần mềm. Sau đó nó được phát triển thành hệ thống mạng Wan bao gồm vài trăm máy tính được kết nối với nhau và được phục vụ cho mục đích quân sự và nghiên cứu.  Giữa thập niện 70, họ giao thức TCP/IP ra đời do Vint Cerf và Robert Kaln nghiên cứu và phát triển thay thế hoàn toàn NCP trong ARPANET. Từ đó ARPANET nhanh 4 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản chóng phát triển thành mạng quốc gia với sự tham gia của của các cơ quan dân sự như trường học, các công ty kinh doanh, ...  Công nghệ mạng cục bộ Ethenet cũng được hãng Xerox cho ra đời sử dụng phương pháp truy nhập sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). Công nghê TCP/IP được tích hợp đầu tiên vào môi trường hệ điều hành Unix và sử dụng chuẩn mạng cục bộ Ethenet để kết nối các trạm làm việc với nhau.  Khi mạng được mở rộng,năm 1974, bộ quốc phòng Mỹ quyết định tách ARPANET thành hai phần gồm Milnet mạng dành riêng của quân sự, phần còn lại vẫn là ARPANET phục vụ dân sự và giao cho Ủy ban khoa học quốc gia Mỹ (National Science Foundation viết tắt là NSF) quản lý. NSF đã kết nối được 5 trung tâm siêu máy tính ở Mỹ một mạng xương sống (Backbone) phục vụ nghiên cứu khoa học. Từ đó mạng NSFnet đã ra đời đánh dấu sự hình thành mạng Internet  Do tốc độ phát triển quá nhanh, hệ thống mạng được nâng cấp nhiều lần và trở thành hạ tầng mạng Internet vào năm 1989. Đến năm 1993, NFS chính thức ngưng tài trợ và giao quyền quản lí cho các công ty tư nhân. Năm 1995, Internet được phổ biến trên toàn thế giới. 2 Lợi ích mạng máy tính: 2.1 Định nghĩa mạng máy tính:  Mạng máy tính là hai hay nhiều máy tính kết nối lại với nhau để trao đổi thông tin, chia sẻ dữ liệu và sử dụng chung tài nguyên mạng. Các thiết bị ngoại vi được nối với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng điện từ, tia hồng ngoại. Tài nguyên trên mạng có thể là đĩa cứng, máy in, Card fax, hoặc bất kỳ thiết bị ngoại vi nào nối vào một máy tính trên mạng. 2.2 Hạn chế của máy tính các nhân: - Khả năng lưu trữ có giới hạn - Các thiết bị ngoại vi đắt tiền không sử dụng hết công suất - Trao đổi thông tin được thực hiện thông qua đĩa mềm, đĩa CD, … - Không đáp ứng kịp thời và đồng bộ thông tin. 2.3 Lợi ích mạng máy tính  Mạng tạo khả năng dùng chung tài nguyên cho các người dùng. 5 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản - Vấn đề là làm cho các tài nguyên trên mạng như chương trình, dữ liệu và thiết bị, đặc biệt là các thiết bị đắt tiền, có thể sẵn dùng cho mọi người trên mạng mà không cần quan tâm đến vị trí thực của tài nguyên và người dùng. - Về mặt thiết bị, các thiết bị chất lượng cao thường đắt tiền, chúng thường được dùng chung cho nhiều người nhằm giảm chi phí và dễ bảo quản. - Về mặt chương trình và dữ liệu, khi được dùng chung, mỗi thay đổi sẽ sẵn dùng cho mọi thành viên trên mạng ngay lập tức. Điều này thể hiện rất rõ tại các nơi như ngân hàng, các đại lý bán vé máy bay...  Mạng cho phép nâng cao độ tin cậy: Khi sử dụng mạng, có thể thực hiện một chương trình tại nhiều máy tính khác nhau, nhiều thiết bị có thể dùng chung. Điều này tăng độ tin cậy trong công việc vì khi có máy tính hoặc thiết bị bị hỏng, công việc vẫn có thể tiếp tục với các máy tính hoặc thiết bị khác trên mạng trong khi chờ sửa chữa.  Mạng giúp cho công việc đạt hiệu suất cao hơn. - Khi chương trình và dữ liệu đã dùng chung trên mạng, có thể bỏ qua một số khâu đối chiếu không cần thiết. Việc điều chỉnh chương trình (nếu có) cũng tiết kiệm thời gian hơn do chỉ cần cài đặt lại trên một máy. - Về mặt tổ chức, việc sao chép dữ liệu phòng hờ tiện lợi hơn do có thể giao cho chỉ một người thay vì mọi người phải tự sao chép phần của mình.  Tiết kiệm chi phí: Việc dùng chung các thiết bị ngoại vi cho phép giảm chi phí trang bị tính trên số người dùng. Về phần mềm, nhiều nhà sản xuất phần mềm cung cấp cả những ấn bản cho nhiều người dùng, với chi phí thấp hơn tính trên mỗi người dùng.  Tăng cường tính bảo mật thông tin: Dữ liệu được lưu trên các máy phục vụ tập tin (file server) sẽ được bảo vệ tốt hơn so với đặt tại các máy cá nhân nhờ cơ chế bảo mật của các hệ điều hành mạng.  Việc phát triển mạng máy tính đã tạo ra nhiều ứng dụng mới: Một số ứng dụng có ảnh hưởng quan trọng đến toàn xã hội: khả năng truy xuất các chương trình và dữ liệu từ xa, khả năng thông tin liên lạc dễ dàng và hiệu quả, tạo môi trường giao tiếp thuận lợi giữa những người dùng khác nhau, khả năng tìm kiếm thông tin nhanh chóng trên phạm vi toàn thế giới,... 6 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản 2.4 Các thành phần cơ bản trong mạng máy tính  Các loại máy tính: siêu máy tính (Supercomputer), máy tính khổ lớn (Mainframe), máy Server chuyên dụng, Laptop, máy tính cá nhân (PC) …  Các thiết bị giao tiếp: Card mạng (Nic hay Adapter), Hub, Switch, Router, ...  Môi trường truyền dẫn: Cáp, sóng điện từ, sóng vi ba, tia hồng ngoại…  Giao thức mạng (Protocol): TCP/IP, http, ftp, smtp …  Hệ điều hành: Bao gồm hệ điều hành máy đơn (Windows XP, Windows Vista) và hệ điều hành quản trị mạng như Windows Server, Linux, Unix…  Tài nguyên mạng: tập tin, thư mục, máy in, máy fax, Modem, Scanner, CD-ROM, đĩa cứng …, các phần mềm, chương trình ứng dụng mạng như: quản lý sinh viên, quản lý bán hàng siêu thị.  Các dịch vụ mạng: Bao gồm các dịch vụ như quản lý tập tin và thư mục, dịch vụ in ấn, dịch vụ VPN, DNS, Mail, Web… 2.5 Các khái niệm:  Máy chủ (Server): Là máy tính được cài đặt phần mềm chuyên dụng, có chức năng cung cấp các dịch vụ cho máy tính khác. Các dịch vụ như File server, Print server, web server, mail server. Chức năng của máy Server là cung cấp dịch vụ nên cấu hình máy chủ phải đủ mạnh.  Máy trạm (Client): Là máy sử dụng các dịch vụ của máy server cung cấp, nên về cấu hình máy tính trạm không cần phải quá mạnh.  Ngang (Peer): Là những máy tính vừa sử dụng dịch vụ vừa là máy cung cấp dịch vụ nên các mạng máy tính nối mạng theo kiểu Peer to Peer cấu hình không mạnh và số lượng máy trong hệ thống hạn chế khoảng 15 máy trở xuống.  Phương tiện truyền dẫn (Media): Là các cách thức và các loại vật liệu nối kết các máy tính lại với nhau.  Chia sẻ dữ liệu (Share data): Là tập hợp các tập tin và thư mục mà các máy tính chia sẻ để các máy tính khác truy cập thông qua mạng.  Tài nguyên (Resource): là tập tin, thư mục, Máy in, Máy fax, Modem, Scanner, CD-ROM, Đĩa cứng …, Các phần mềm ứng dụng mạng như: quản lý sinh viên, quản lý bán hàng siêu thị.  Người dùng (User): Là người sử dụng máy trạm (client) để truy xuất các tài nguyên mạng. Người dùng phải có một tài khoản (username hay còn gọi là 7 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản Account), một mật khẩu (password). Hệ thống mạng sẽ dựa vào username và password để biết người sử dụng có phải là người trong hệ thống mạng hay không và được phép sử dụng những tái nguyên nào trên mạng.  Quản trị mạng (Administrator): Là người có quyền quản lý cao nhất trong hệ thống mạng. Đây cũng là tài khoản có toàn quyền quản trị hệ thống. 3 Phân loại mạng máy tính: 3.1 Dựa theo phạm vi hoạt động, khoảng cách địa lý: 3.1.1 Mạng LAN: - - Mạng LAN là mạng cục bộ (Local Area Network) Mạng LAN có khoảng cách truyền trong phạm vi nhỏ không quá 1 Km, mạng LAN chỉ được áp dụng trong một phòng, toà nhà, công ty, trường học… Mạng LAN là mạng cơ bản, được phát triển đầu tiên, nên nó là nền tảng của các mạng khác. Mạng LAN có các đặc điểm sau: o Tầm hoạt động bị giới hạn (không quá 1 km) o Băng thông rộng, tốc độ cao có thể chạy các ứng dụng đồ họa cao, dung lượng lớn như xem phim, hội thảo qua mạng… o Chi phí lắp đặt mạng LAN tương đối rẻ o Quản lý đơn giản. Các thành phần trong mạng LAN: o Máy tính, thiết bị ngoại vi (máy in, fax, scanner, …) o Thiết bị mạng: Card mạng (NIC), đầu nối RG45, cáp mạng, Hub, Switch, Repeater, Bridge, Router, … Hình 1.1: Mô hình mạng LAN 8 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản 3.1.2 Mạng MAN: - Mạng Man là mạng đô thị (Metropolitan Area Connection) - Mạng MAN gần giống như mạng LAN nhưng nó giới hạn trong một quận, huyện, thành phố. Tầm hoạt động nhỏ hơn 10km. Mạng MAN nối kết các mạng LAN lại với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn khác nhau như cáp quang, cáp đồng, sóng vô tuyến, … - Mạng MAN có các đặc điểm sau: o Băng thông mức trung bình, đủ để phục vụ các ứng dụng cấp thành phố hay quốc gia như thương mại điện tử, các ứng dụng ngân hàng. o Chi phí mạng MAN tương đối đắt tiền. o Quản lý khá phức tạp do kết nối các LAN lại với nhau. Hình 1.2: Mô hình mạng MAN 3.1.3 Mạng WAN: - Mạng WAN là mạng diện rộng (Wide Area Connection) - Mạng WAN có phạm vi rộng có thể là một quốc gia, một châu lục hay toàn cầu. Mạng WAN thường được các tập đoàn, công ty đa quốc gia ứng dụng. Mạng WAN là tập hợp các mạng LAN, MAN. - Mạng WAN có các đặc điểm sau: o Băng thông thấp, dễ mất kết nối, thường phù hợp với các ứng dụng offline như: mail, ftp … o Pham vi hoạt động lớn. Chi phí cho các thiết bị kết nối WAN rất đắt tiền o Quản lý phức tạp do kết nối các LAN và MAN. 9 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản - Các thành phần trong mạng WAN: o Modem o Mạng kỹ thuật số tích hợp dịch vụ (Integrated Services Digital Network ISDN) o Đường thuê bao kỹ thuật số (Digital Subscriber Line (DSL) ) o Các chuẩn kết nối : US (T) and Europe (E) Carrier Series – T1, E1, T3, E3 o Mạng cáp quang đồng bộ (Synchronous Optical Network (SONET)) Hình 1.3: Mô hình mạng WAN 3.1.4 Mạng Internet: - Là trường hợp đặc biệt của mạng MAN, là mạng WAN lớn nhất. - Mạng Internet cung cấp các dịch vụ toàn cầu miễn phí cho người dùng. - Các dịch vụ cung cấp trên Internet là: web, mail, truyền file … Hình 1.4: Mô hình mạng Internet 10 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản 3.2 Dựa vào cách thức truyền: 3.2.1 Mạng có dây (hữu tuyến): - Là mạng sử dụng dây để kết nối mạng, cáp có thể là cáp đồng hoặc cáp quang. - Đây là cách thức kết nối thông dụng từ xưa đến nay. Hình 1.5: Mô hình mạng hữu tuyến 3.2.2 Mạng không dây (vô tuyến) - Còn được gọi là mạng Wireless, không sử dụng dây cáp để kết nối mạng mà sử dụng sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, hay sóng viba. - Mạng không dây cũng có các loại: Wireless LAN, Wireless WAN … Hình 1.6: Mô hình mạng vô tuyến 11 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản 3.3 Phân loại theo phương thức xử lý thông tin bên trong mạng: 3.3.1 Phương thức xử lý tập trung: - Tất cả thông tin dữ liệu toàn mạng tập trung vào một hoặc một vài máy chủ. Các máy chủ thường là các máy lớn chạy hệ điều hành đa nhiệm và cho phép nhiều người sử dụng cùng một lúc. - Các trạm làm việc chỉ có chức năng hiển thị và đưa ra các yêu cầu tới máy chủ. Máy chủ thực hiện tất cả các công tác xử lý và lưu trữ và quản lý thông tin. 3.3.2 Phương thức xử lý phân tán: - Các thông tin dữ liệu phân tán nó được xử lý và lưu trữ tại các máy trạm làm việc. Các trạm làm việc là độc lập và chỉ trao đổi thông tin cho nhau thông qua mạng dưới sự quản lý của máy chủ và người điều hành mạng. - 4 Hình thức này khó quản lý và khó bảo mật. Mô hình mạng: 4.1 Mô hình quản lý mạng: 4.1.1 Mô hình Workgroup - Mô hình mạng này là các máy tính có quyền hạn ngang nhau, không có các máy tính chuyên phục vụ các dịch vụ mạng, mà các máy tính nối mạng với nhau chỉ nhàm mục tiêu là chia sẽ dữ liệu, dùng chung tài nguyên. - Các máy tính cá nhân tự chia sẻ, quản lý, bảo mật dữ liệu cho chính máy cục bộ của mình. 4.1.2 Mô hình Domain - Mô hình Domain là mô hình mạng có dùng các máy Server chuyên dụng nhằm cung cấp và quản lý các dịch vụ mạng trong hệ thống. Các người dùng trong hệ thống mạng được quản lý tập trung tại máy phục vụ chính. Các người dùng được phân quyền sử dụng các dịch vụ cụ thể. - Máy Server chính có nhiệm vụ chứng thực người dùng trong hệ thống mạng và quản lý toàn bộ tài nguyên của hệ thống mạng. 12 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản 5 Mô hình OSI 5.1 Giới thiệu: 5.1.1 Lịch sử ra đời  Khi mạng máy tính phát triển đến một mức độ nhất định, con người mới nhận ra rằng: có quá nhiều công ty cung cấp các thiết bị mạng cũng như dịch vụ mạng nhưng mỗi công ty lại có cách kết nối mạng và cung cấp dịch vụ khác nhau Do đó khi sử dụng cùng lúc các thiết bị mạng hay dịch vụ mạng giữa nhiều công ty, nó không tương thích nhau.  Để giải quyết vấn đề này, năm 1977, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International Standard Organization - ISO) đề xuất một mô hình làm chuẩn để thống nhất các hệ thống mạng trên thể giới, đó là mô hình OSI (Open System Interconnection reference model- mô hình tham chiếu liên kết nối hệ thống mở).  Mô hình OSI được công bố lần đầu tiên năm 1984, và sau đó được xem như là cơ sở cho việc kết nối hệ thống mở. Các hệ thống có thể kết nối nếu tuân thủ cùng quy tắc trong mô hình OSI, nó giúp hiểu được quá trình truyền dữ liệu trên mạng. 5.1.2 Đặc điểm của mô hình OSI:  Mô hình OSI gồm có 7 mức, mỗi mức được quy định chức năng, nhiệm vụ khác nhau trong quá trình truyền dữ liệu trên mạng: - Application layer (Tầng ứng dụng): Có chức năng giao tiếp với người sử dụng- cung cấp đến nguời dùng các dịch vụ mà mạng thông tin có thể làm. - Presentation layer (Tầng trình bày): thể hiện khuôn dạng dữ liệu, mã hoá, giải mã thông tin. - Session layer (Tầng phiên): Thực hiện thiết lập hay kết thúc kết nối các chương trình ứng dụng. - Transport layer (Tầng vận chuyển): Thiết lập kênh thông tin tạo ra giữa các ứng dụng ở tầng trên, tạo ra một kết nối đầu cuối tới đầu cuối phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu. - Network layer (Tầng mạng): Thực hiện các chức năng liên quan tới mạng như đánh địa chỉ các máy, thực hiện công tác chọn đường. 13 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản - Data link layer (Tầng liên kết dữ liệu): Liên kết thông tin dữ liệu nhận được từ tầng trên để chuyển đi trên đường truyền vật lý. Dữ liệu nhận được thường được ghép vào khung để chuyển đi. - Physical layer (Tầng vật lý): Có chức năng đường truyền để gửi thông tin từ điểm này tới điểm khác của mạng dưới dạng bit.  Nguyên tắc trao đổi thông tin của mô hình OSI là: khi một máy tính phát đi một thông điệp, thông tin chuyển từ tầng trên xuống tầng dưới và máy tính nhận thông điệp, quá trình diễn ra ngược lại. Layer 7 Application Layer 6 Presentation Layer 5 Session Layer 4 Transport Layer 3 Network Layer 2 Data-Link Layer 1 Physical Hình 1.7: Mô hình tham chiếu OSI 5.2 Các mức mô hình ISO: 5.2.1 Tầng vật lý (Physical Layer) 5.2.1.1 Khái niệm: - Là tầng thấp nhất của mô hình tham chiếu ISO, có chức năng truyền dữ liệu dưới dạng tín hiệu không có cấu trúc qua đường truyền vật lý nhờ các phương tiện cơ, điện, hàm, thủ tục, để kích hoạt và duy trì mối liên kết vật lý giữa các hệ thống. - Dữ liệu tầng trên được mã hóa bưới dạng các bit 0 và 1 truyền đi trên môi trường truyền dẫn với các tín hiệu tương ứng. Khi máy tính nhận các tín hiệu tương ứng bit 0 và 1 nó sẽ giải mã trở lại thành dữ lieu cho các tầng trên - Các thiết bị được sử dụng ở tầng này là: 14 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản o Card mạng: kết nối điểm điểm giữa các hệ thống o Môi trường truyền dẫn gồm tín hiệu điện, ánh sáng, vô tuyến … o Thiết bị truyền tải: cáp mạng (cáp đồng trục, UTP, STP, cáp quang …), thiết bị thu phát sóng vô tuyến, … 5.2.1.2 Một số các qui định trong tầng vật lý: Vấn đề số hóa: o Các kiểu dữ liệu được mã hóa dưới dạng số nhị phân, đơn vị nhỏ nhất là bit gồm 2 giá trị 0 và 1. o Số hóa ký tự: dựa vào bản mã ASCII, ký tự được định nghĩa bởi một con số cụ thể, để truyền đi trên mạng, con số cụ thể này được mã hóa thành số nhị phân. Mã ASCII gồm 127 kí tự, sử dụng 8 bit để định nghĩa, ngày nay mã ASCII được phát triển thành mã Unicode voi 16 bit để định nghĩa, về cơ bản 127 kí tự đầu tiên cũng giống mã ASCII. o Số hóa ảnh: mỗi một ảnh có kích thước được tính bằng pixel, ví dụ ảnh 600x800 có bề dài 600 pixel và bề ngang 800 pixel. Mỗi pixel được tính tùy thuộc vào chất lượng ảnh, ảnh 256 màu thì 8 bit, 65535 màu thì 16 bit. o Số hóa âm thanh: dựa vào tần số, biên độ âm thanh mã ta có các định dạng mẫu khác nhau, mỗi mẫu được định nghĩa bởi một dãy bit, tùy theo chất lượng âm thanh mã ta sử dụng bao nhiêu bit cho một mẫu. Kênh truyền: o Băng thông là phạm vi có thể hoạt động của các tần số. Nếu băng thông lớn nó có thể truyền đi các tín hiệu phức tạp và có thể truyền cùng lúc nhiều tín hiệu. Vì vậy, băng thông anh hưởng đến chất lượng và tốc độ truyền dữ liệu. Ví dụ, băng thông kênh truyền điện thoại hiện nay khoảng 3100Hz, ngưỡng hoạt động của tần số là 300Hz đến 3400Hz. o Tốc độ truyền: được tính bằng bit/s, là số bit mà kênh truyền có thể truyền đi trong một giây. o Nhiễu: bao gồm các tín hiệu ký sinh, chúng chồng lên các tín hiệu được truyền tải và làm cho các tín hiệu này bị biến dạng. Nhiễu gồm 3 loại:  Nhiễu xác định: phụ thuộc vào đặc tính kênh truyền. 15 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản  Nhiễu không xác định: không rõ nguyên nhân, có thể do tác động môi trường ngoài. Đây là loại nhiễu nguy hiểm, có thể làm thay đổi dữ liệu mà khó khôi phục lại được.  Nhiễu trắng từ sự chuyển động của các điện tử. Các qui định khác: o Dữ liệu được số hóa thành các số nhị phân và truyền đi trên đường truyền mạng dưới dạng tín hiệu số. o Vấn đề đồng bộ bit: khắc phục các sự cố về lỗi bit, các bit phải được truyền tuần tự, nếu một trong số các bit đó bị thay dổi hay mất mát thì dữ liệu bị sai lệch, khi đó sử dụng các cơ chế sửa lỗi bit để đảm bảo tín toàn vẹn dữ liệu truyền đi trên mạng o Khoảng cách đường truyền tối đa: phụ thuộc vào môi trường truyền và môi trường xung quanh tác động vào nó. o Kết cấu đường truyền: đơn điểm, đa điểm. o Phương thức truyền: đơn công, bán song công, song công. Hình 1.8: Mô hình hoạt động của tầng Physcal Layer 5.2.2 Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) 5.2.2.1 Khái niệm: - Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua tầng liên kết vật lý, cung cấp dịch vụ cho tầng mạng, đảm bảo tin cậy với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết. - Tầng này có chức năng: 16 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản o Địa chỉ vật lý để kết nối mạng. o Cơ chế kiểm soát truy cập đường truyền o Kiểm soát lỗi: phát hiện lỗi và sửa lỗi cho các frame dữ liệu o Đóng gói chuỗi bit thành đơn vị frame o Điều khiển dòng. 5.2.2.2 Các đặc điểm của tầng liên kết dữ liệu: Định khung: o Dữ liệu được chia nhỏ bởi thành đơn vị là khung (frame). Để đảm bảo dữ liệu được toàn vẹn, các khung truyền đi phải đảm bảo tính tuần tự. Ta có 3 phương pháp định khung sau:  Đếm kí tự: sử dụng phần tiêu đề để miêu tả số lượng ký tự trong khung. Nhược điểm của nó là nếu 1 ký tự đếm nào đó bị lỗi, toàn bộ dữ liệu bị sai lệch.  Sử dụng byte cờ và byte stuffing: sử dụng 1 byte làm cờ (flag) đánh dấu điểm đầu và cuối của khung, nhưng có thể trong dữ liệu cũng có byte có giá trị giống byte cờ, điều này làm gẫy khung. Vì vậy người ta dùng byte stuffing (ESC) để đánh dấu các byte dữ liệu có giá trị giống nhau. Loại định khung này không thể áp dụng với bảng mã Unicode 16bit.  Sử dụng cờ bắt đầu và kết thúc và các bit stuffing: sử dụng một mẫu byte đặc biệt (01111110) để xác định điểm bắt đầu và kết thúc khung, nếu trong dữ liệu có 5 bits 1 liên tiếp nhau, nó sẽ thêm các bit 0 vào, đây là các bit stuffing. Lỗi khung: o Bộ mã phát hiện lỗi  Kiểm tra chẵn lẻ (Parity checks)  Kiểm tra thêm theo chiều dọc (Longitudinal reduncy check)  Kiểm tra phần dư tuần hoàn (Cyclic redundancy check): sử dụng thuật toán modulo-2, được sử dụng phổ biến ngày nay. o Giải quyết vấn đề lỗi khung:  Giao thức Go-back-N: gửi lại tất cả các khung tính từ khung bị lỗi cho tới khung cuối. 17 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản  Giao thức Selective Repeat:chỉ gửi lại những khung bị lỗi Các tầng con trong tầng liên kết dữ liệu: o Tầng data link được chia thành hai tầng con: tầng con LLC (Logical Link Control), tầng MAC (Media Access Control).  Tầng con LLC là phần trên so với các giao thức truy cập đường truyền khác, nó cung cấp sự mềm dẻo về giao tiếp. Bởi vì tầng con LLC hoạt động độc lập với các giao thức truy cập đường truyền, nên các giao thức tầng cao hơn có thể hoạt động mà không phụ thuộc vào loại phương tiện LAN. Tầng LLC có thể phụ thuộc vào các tầng thấp hơn trong việc truy cập đường truyền.  Tầng con MAC cung cấp tính thứ tự truy cập vào môi trường LAN. Khi nhiều trạm cùng truy cập chia sẻ môi trường truyền, để định danh mỗi trạm, Tầng MAC định nghĩa môi trường địa chỉ phần cứng, gọi là địa chỉ MAC Address. Địa chỉ MAC là một con số đơn nhất đối với mỗi giao tiếp LAN (Card mạng). Hình 1.9: Mô hình hoạt động tầng liên kết dữ liệu 5.2.3 Tầng mạng (Network layer)  Thực hiện việc chọn đường và chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch (switching) thích hợp. Thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu khi cần thiết, các vấn đề đo độ trễ đường truyền, quyết định chọn đường (path determination), cập nhật các thông tin sử dụng cho việc chọn đường. 18 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản  Địa chỉ IP được sử dụng cho việc kết nối hệ thống mạng và liên mạng và chọn đường đi. Dữ liệu ở tầng này là gói tin (packet).  Định địa chỉ luận lý (Logical addressing): Địa chỉ vật lý ở mức datalink chỉ sử dụng được với cách truyền dữ liệu trên một mạng. Khi gói dữ liệu cần gửi từ mạng này sang mạng khác, phải sử dụng một hệ thống định địa chỉ mới đó là địa chỉ luận lý (địa chỉ IP).  Chọn đường trên tầng mạng (Routing): Việc chọn con đường tối ưu để truyền các gói tin đi trên mạng phải thực hiện một số công việc sau: - Quyết định chọn đường theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó. - Cập nhật thông tin chọn đường.  Các kỹ thuật chọn đường: Chọn đường tập trung đặc trưng bởi sự tồn tại của một số trung tâm điều khiển mạng thực hiện việc chọn đường sau đó gửi các bảng chọn đường tới các nút mạng. Các nút mạng này là các thiết bị chọn đường hay đinh tuyến (router) đều đặn gửi thông tin của chúng tới các trung tâm theo một khoảng thời gian hoặc khi có một sự kiện nào đó. Chọn đường phân tán được thực hiện tại mỗi nút của mạng. Việc này đòi hỏi sự trao đổi thông tin thường xuyên giữa các nút. Hình 1.10: Mô hình hoạt động của tầng mạng. 19 Khoa Công nghệ thông tin Giáo trình Mạng máy tính cơ bản 5.2.4 Tầng giao vận (Transport Layer) 5.2.4.1 Các khái niệm: - Thực hiện thiết lập kết nối và giải phóng kết nối giữa hai thiết bị đầu cuối (end - to - end) để truyền dữ liệu. Đảm bảo dữ liệu truyền đẩy đủ từ máy nguồn đến máy đích. - Dịch vụ cung cấp bởi tầng Mạng là không tin cậy, còn dịch vụ cung cấp bởi tầng Vận chuyển là đáng tin cậy. 5.2.4.2 Chức năng của tầng Transport: - - - Định điểm truy cập dịch vụ (service point addressing): mỗi máy có thể có nhiều chương trình làm việc đồng thời hoặc cung cấp nhiều dịch vụ đồng thời. Do đó, ngoài việc truyền đúng địa chỉ, nó còn phải đảm bảo chuyển đúng chương trình, hay dịch vụ cần thiết. Chức năng này được thực hiện nhờ các cổng (port). Kiểm soát kết nối. Phân đoạn / tái hợp (Segmentation/Reassembly): các gói tin truyền đi trên mạng được phần thành nhiều gói nhỏ gọi là phân đoạn (segment) và được đánh số thứ tự. Bằng cơ chế kiểm soát lỗi, các phân đoạn được đảm bảo nhận được theo tuần tự và được ghép lại. Kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu giữa hai đầu cuối, cơ chế này giống cơ chế kiểm soát lỗi kiểm soát luồng tầng Data Link, nhưng áp dụng truyền dữ liệu cho hệ thống liên mạng. Hình 1.11: Mô hình hoạt động của tầng giao vận. 20 Khoa Công nghệ thông tin