Tài liệu học tập Mạng máy tính: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:136

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Nội dung Tài liệu gồm có 7 chương và được chia thành 2 phần. Phần 1 trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản sau: Tổng quan về mạng máy tính, tầng vật lý, tầng liên kết dữ liệu, tầng mạng. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu học tập Mạng máy tính: Phần 1

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 bộ
MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................................... 1 DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................... 6 DANH MỤC VIẾT TẮT ................................................................................................. 10 LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. 13 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH ................................................. 14 1.1. Sự hình thành và 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 và mô 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. Mô hình OSI .................................................................................................... 31 1.4.4. Mô hình TCP/IP .............................................................................................. 33 1.5. Xu hƣớng phát triển Mạng máy tính ...................................................................... 34 CHƢƠNG 2. TẦNG VẬT LÝ ........................................................................................ 36 2.1. Vai trò chức năng 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 cơ bản của 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 3. TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU: CÁC LIÊN KẾT, TRUY CẬP MẠNG VÀ CÁC LAN ......................................................................................................................... 49 3.1 Giới thiệu về tầng Liên kết dữ liệu .......................................................................... 49 3.1.1. Các dịch vụ tầng liên kết ................................................................................. 51 3.1.2. Vị trí triển khai ở tầng liên kết ........................................................................ 52 3.2. Kỹ thuật phát hiện và 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 và 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 trong LAN ....................................................................................... 70 3.4.1. Địa chỉ liên kết và ARP ................................................................................... 71 3.4.2. Ethernet ............................................................................................................ 74 3.4.3 Chuyển mạch trong LAN (LAN SWITCH) ..................................................... 76 3.4.4. Mạng LAN ảo VLAN ...................................................................................... 77 3.5. Liên kết ảo .............................................................................................................. 79 Chƣơng 4. TẦNG MẠNG ............................................................................................... 83 4.1. Giới thiệu về Tầng mạng ........................................................................................ 83 4.2. Mạch ảo và mạng gói dữ liệu ................................................................................. 83 -2-
4.3. Các vấn đề về Định tuyến ....................................................................................... 85 4.4. Giao thức Internet: Chuyển tiếp và đánh địa chỉ trên 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 chỉ ARP ..................................................................... 92 4.4.4. Giao thức phân giải địa chỉ 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 trên Internet........................................................................................ 100 4.6.1. OSPF.............................................................................................................. 100 4.6.2. Giao thức định tuyến RIP .............................................................................. 116 4.7. Tổng kết và bài tập ứng dụng ............................................................................... 125 4.7.1. Wireshark Lab : ICMP .................................................................................. 125 4.7.2 Wireshark Lab : IP.......................................................................................... 129 Chƣơng 5. TẦNG GIAO VẬN ..................................................................................... 136 5.1. Giới thiệu và các 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 dữ 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 và bài tập ứng dụng ............................................................................... 155 -3-
5.7.1. Wireshark Lab : TCP ..................................................................................... 155 5.7.2.Wireshark Lab : UDP ..................................................................................... 162 Chƣơng 6. TẦNG ỨNG DỤNG................................................................................... 168 6.1. Nguyên tắc của các ứng dụng mạng ..................................................................... 168 6.1.1. Mô hình khách/chủ ........................................................................................ 169 6.1.2. Mô hình ngang hàng (Peer to peer) ............................................................... 170 6.1.3. Mô hình lai (Hybrid) ..................................................................................... 170 6.2. Web và 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 cơ bản ............................................................................................. 175 6.4. Thƣ điện tử trên Internet ....................................................................................... 176 6.4.1. Các thành phần của hệ thống email ............................................................... 176 6.4.2. Khuôn dạng của một 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 và bài 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 7. MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MẠNG DI ĐỘNG ........................................ 207 -4-
7.1. Mạng cục bộ không dây (WLAN - Wireless LAN) ............................................. 207 7.1.1. Giới thiệu về WLAN ..................................................................................... 207 7.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển .................................................................... 207 7.1.3. Cơ sở hạ tầng WLAN .................................................................................... 209 7.1.4. Các mô 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 ở lớp Vật lý ............................................................................ 228 7.3.3. Những vấn đề ở 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. 1 Mô hình mạng tổng quát.................................................................................... 15 Hình 1. 2 Cấu trúc mạng LAN cơ bản ............................................................................... 21 Hình 1. 3 Cấu trúc mạng MAN ......................................................................................... 22 Hình 1. 4 Cấu trúc mạng WAN ......................................................................................... 23 Hình 1. 5 Mạng hình sao ................................................................................................... 23 Hình 1. 6 Mạng tuyến tính ................................................................................................. 24 Hình 1. 7 Mạng vòng ......................................................................................................... 25 Hình 1. 8 Mô hình chuyển mạch kênh .............................................................................. 26 Hình 1. 9 Mô hình chuyển mạch thông báo ...................................................................... 27 Hình 1. 10 Mô hình chuyển mạch gói ............................................................................... 27 Hình 1. 11 Mô hình kiến trúc phân tầng ............................................................................ 29 Hình 1. 12 Mô hình OSI .................................................................................................... 33 Hình 1. 13 Mô hình OSI và TCP/IP .................................................................................. 34 Hình 2. 1 Môi trƣờng thực của tầng vật lý ........................................................................ 36 Hình 2. 2 Cáp xoắn đôi ...................................................................................................... 38 Hình 2. 3 Cáp đồng trục .................................................................................................... 39 Hình 2. 4 Cấu trúc cáp quang ............................................................................................ 40 Hình 2. 5 Kênh truyền........................................................................................................ 40 Hình 2. 6 Thiết bị Repeater ............................................................................................... 41 Hình 2. 7 Bộ tập trung Hub ............................................................................................... 42 Hình 2. 8 (a) Mạng kết nối đầy đủ. (b) Công tắc tập trung. (c) Hệ thống phân cấp hai cấp. ........................................................................................................................................... 43 Hình 2. 9 Một tuyến đƣờng điển hình cho một cuộc gọi khoảng cách trung bình. ........... 45 Hình 2. 10 Bộ điều chế ...................................................................................................... 46 Hình 3. 1 Sáu bƣớc nhảy liên kết giữa máy chủ và thiết bị không dây ............................. 51 Hình 3. 2 Bộ điều phối ...................................................................................................... 53 Hình 3. 3 Chẵn lẻ một bit .................................................................................................. 54 Hình 3. 4 Bít chẵn lẻ hai chiều .......................................................................................... 55 Hình 3. 5 Ví dụ về FDMA ................................................................................................. 57 Hình 3. 6 Ví dụ về Slotted ALOHA .................................................................................. 61 Hình 3. 7 Ví dụ về Pure ALOHA ...................................................................................... 62 Hình 3. 8 Thời gian cần thiết để truyền một khung........................................................... 64 -6-
Hình 3. 9 Mô tả các chu kỳ hoạt động của hệ thống thăm dò phân tán ............................ 66 Hình 3. 10 Mô hình hoạt động của mạng Token Ring ...................................................... 67 Hình 3. 11 Nhả Token Ring .............................................................................................. 68 Hình 3. 12 Sử dụng rơle .................................................................................................... 70 Hình 3. 13 Hệ thống kết nối mạng .................................................................................... 71 Hình 3. 14 Địa chỉ MAC ................................................................................................... 72 Hình 3. 15 Giao thức ARP ................................................................................................ 74 Hình 3. 16 Các chuẩn Ethernet 100 Mbps ......................................................................... 75 Hình 3. 17 Phân đoạn Mạng .............................................................................................. 76 Hình 3. 18 Mô hình mạng VLAN ..................................................................................... 78 Hình 3. 19 Tiêu đề MPLS.................................................................................................. 79 Hình 3. 20 VPN layer 3 ..................................................................................................... 80 Hình 4. 1 Mạng chuyển mạch gói ..................................................................................... 84 Hình 4. 2 Cấu trúc gói tin IP.............................................................................................. 88 Hình 4. 3 Cấu trúc các lớp địa chỉ IP ................................................................................. 90 Hình 4. 4 Minh họa quá trình tìm địa chỉ MAC bằng ARP .............................................. 93 Hình 4. 5 Minh họa quá trình tìm địa chỉ IP bằng giao thức RARP ................................. 94 Hình 4. 6 Bầu chọn router – id ....................................................................................... 101 Hình 4. 7 Bầu chọn router – id ....................................................................................... 102 Hình 4. 8 Các router gửi gói tin hello .............................................................................. 104 Hình 4. 9 Kiến trúc phân vùng trong OSPF .................................................................... 105 Hình 4. 10 Trao đổi LSDB với kết nối point – to – point ............................................... 107 Hình 4. 11 Broadcast MultiAccess .................................................................................. 108 Hình 4. 12 Hoạt động trao đổi thông tin thông qua DR .................................................. 108 Hình 4. 13 Đây là môi trƣờng Multi – access dù chỉ có 02 router .................................. 109 Hình 4. 14 Sơ đồ ví dụ tính path – cost ........................................................................... 111 Hình 4. 15 Tổng path – cost là 66 hay 129 ...................................................................... 111 Hình 4. 16 Các cổng tham gia vào tiến trình tính toán path – cost với OSPF ............... 112 Hình 4. 17 Sơ đồ ví dụ cấu hình. ..................................................................................... 112 Hình 4. 18 Sơ đồ ví dụ 1 .................................................................................................. 117 Hình 4. 19 R3 gửi cho R2 bảng định tuyến của nó ......................................................... 118 Hình 4. 20 Bảng định tuyến của R2 ................................................................................ 118 Hình 4. 21 R2 gửi bảng định tuyến của nó cho R1 ......................................................... 118 -7-
Hình 4. 22 Bảng định tuyến của R1 ............................................................................... 119 Hình 4. 23 Kết quả hội tụ cuối cùng của ví dụ 1 ............................................................. 119 Hình 4. 24 Mạng 192.168.3.0/24 down ........................................................................... 120 Hình 4. 25 Bảng định tuyến của R3 ................................................................................ 120 Hình 4. 26 Bảng định tuyến của R2 ................................................................................ 121 Hình 4. 27 Loop trong định tuyến .................................................................................. 121 Hình 4. 28 R2 sẽ không gửi ngƣợc thông tin nó học đƣợc từ R3 về cho R3 .................. 122 Hình 4. 29 Route poisoning và Poison reverse ............................................................... 122 Hình 4. 30 Sơ đồ ví dụ 2 .................................................................................................. 123 Hình 4. 31 Mạng 192.168.3.0/24 down ........................................................................... 124 Hình 4. 32 Sơ đồ xảy ra loop ........................................................................................... 124 Hình 5. 1 Ví dụ về FDMA ............................................................................................... 137 Hình 5. 2 Ví dụ về Slotted ALOHA ................................................................................. 141 Hình 5. 3 Ví dụ về Pure ALOHA ..................................................................................... 142 Hình 5. 4 Thời gian cần thiết để truyền một khung......................................................... 144 Hình 5. 5 Mô tả các chu kỳ hoạt động của hệ thống thăm dò phân tán .......................... 146 Hình 5. 6 Mô hình hoạt động của mạng Token Ring ........................................................ 147 Hình 5. 7 Nhả Token Ring ............................................................................................... 148 Hình 5. 8 Sử dụng rơle ..................................................................................................... 149 Hình 5. 9 Cấu trúc gói tin UDP ....................................................................................... 150 Hình 5. 10 Cấu trúc gói tin TCP (TCP Segment) ............................................................ 152 Hình 5. 11 Quá trình thiết lập và kết thúc liên kết TCP 3 bƣớc ...................................... 154 Hình 6. 1 Trình duyệt Web Internet Explorer ................................................................. 170 Hình 6. 2 Truyền dữ liệu.................................................................................................. 175 Hình 6. 3 Hệ thống Email ................................................................................................ 176 Hình 6. 4 Quá trình phân giải tên trong thực tế, các số 1 đến 8chỉ ra trình tự thực hiên189 Hình 7. 1 Cấu trúc cơ bản của WLAN ............................................................................ 209 Hình 7. 2 Thiết bị Wireless accesspoint .......................................................................... 210 Hình 7. 3AP hoạt động ở root mode ................................................................................ 210 Hình 7. 4 Chế độ cầu nối của AP .................................................................................... 211 Hình 7. 5 Chế độ Repeater của AP .................................................................................. 211 Hình 7. 6 Thiết bị Wireless Router .................................................................................. 212 Hình 7. 7 Wireless NICs .................................................................................................. 212 -8-
Hình 7. 8 Mô hình mạng Ad-hoc..................................................................................... 213 Hình 7. 9 Mô hình mạng BSS chuẩn ............................................................................... 213 Hình 7. 10 Mô hình mạng ESS ....................................................................................... 214 Hình 7. 11 Mô hình WLAN VPN .................................................................................. 215 Hình 7. 12 Mô hình hoạt động xác thực 802.1x .............................................................. 216 Hình 7. 13 Tiến trình xác thực MAC .............................................................................. 219 Hình 7. 14 Lọc giao thức ................................................................................................ 220 Hình 7. 15 Escalating Security ........................................................................................ 221 Hình 7. 16 CCK và OFDM trong 802.11g; CCK – OFDM và PBCC ............................ 225 Hình 7. 17 Lƣợc đồ điều biến 802.11g và tƣơng ứng với tốc độ dữ liệu ...................... 226 -9-
DANH MỤC VIẾT TẮT Tên viết tắt Nội dung IT (Information Technology) Công nghệ về máy tính. PC (Personal Computer) Máy tính cá nhân. ICT( Information Communication Ngành công nghệ thông tin - truyền thông. Technology) CPU (Central Processing Unit) Đơn vị xử lý trung tâm trong máy tính. OS (Operating System) Hệ điều hành máy tính. BPS (Bits Per Second) Số bít truyền trên mỗi giây. ROM (Read Only Memory) Bộ nhớ chỉ đọc, không thể ghi - xóa. RAM (Random Access Memory) Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên. HDD (Hard Disk Drive) Ổ Đĩa cứng - là phƣơng tiện lƣu trữ chính. Modem (Modulator/Demodulator) Điều chế và giải điều chế - chuyển đổi qua lại giữa tín hiệu Digital và Analog. DAC (Digital to Analog Converted) Bộ chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu Analog. NTFS (New Technology File System) Hệ thống tập tin theo công nghệ mới - công nghệ bảo mật hơn dựa trên nền tảng là Windows NT. FAT (File Allocation Table) Một bảng hệ thống trên đĩa để cấp phát File. SAM (Security Account Manager) Nơi quản lý và bảo mật các thông tin của tài khoản ngƣời dùng. HT (Hyper Threading) Công nghệ siêu phân luồng. S/P (Supports) Sự hỗ trợ. PNP (Plug And Play) Cắm và chạy. IEEE (Institute of Electrical and Viện kỹ thuật Điện và Điện Tử. Electronics Engineers) OSI (Open System Interconnection) Mô hình liên kết hệ thống mở - chuẩn hóa quốc tế. Wi - Fi (Wireless Fidelity) Kỹ thuật mạng không dây. - 10 -
Tên viết tắt Nội dung LAN (Local Area Network) Mạng máy tính cục bộ. WAN (Wide Area Network) Mạng máy tính diện rộng. NIC (Network Interface Card) Card giao tiếp mạng. UTP (Unshielded Twisted Pair) Cáp xoắn đôi - dùng để kết nối mạng thông qua đầu nối RJ45. STP (Shielded Twisted Pair) Cáp xoắn đôi có vỏ bọc. BNC (British Naval Connector) Đầu nối BNC dùng để nối cáp đồng trục. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Đƣờng thuê bao bất đối xứng - kết nối Line) băng thông rộng. TCP/IP (Transmission Control Giao thức điều khiển truyền/ giao thức Protocol/Internet Protocol) Internet IP (Internet Protocol) Giao thức giao tiếp mạng Internet. DHCP (Dynamic Host Configuration Hệ thống giao thức cấu hình IP động. Protocol) DNS (Domain Name System) Hệ thống phân giải tên miền thành IP và ngƣợc lại. RIS (Remote Installation Service) Dịch vụ cài đặt từ xa thông qua LAN. ARP (Address Resolution Protocol) Giao thức chuyển đổi từ địa chỉ Logic sang địa chỉ vật lý. ICS (Internet Connection Sharing) Chia sẻ kết nối Internet. MAC (Media Access Control) Khả năng kết nối ở tầng vật lý. ISP (Internet Service Provider) Nhà cung cấp dịch vụ Internet. WWW (World Wide Web) Hệ thống Web diện rộng toàn cầu. HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) Giao thức truyền tải File dƣới dạng siêu văn bản. URL (Uniform Resource Locator) Dùng để định nghĩa một Website, là đích của một liên kết. FTP (File Transfer Protocol) Giao thức truyền tải File. E_Mail (Electronic Mail) Hệ thống thƣ điện tử. POP (Post Office Protocol) Giao thức văn phòng, dùng để nhận Mail - 11 -
Tên viết tắt Nội dung từ Mail Server. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Giao thức dùng để gửi Mail từ Mail Client đến Mail Server. ISA Server (Internet Security & Chƣơng trình hỗ trợ quản lý và tăng tốc Acceleration Server) kết nối Internet dành cho Server. SQL (Structured Query Language) Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc - kết nối đến CSDL. IE (Internet Explorer) Trình duyệt Web “Internet Explorer” của Microsoft. CCNA (Cisco Certified Network Là chứng chỉ mạng quốc tế do hãng sản Associate) xuất thiết bị mạng thế giới - Cisco – cấp, và đƣợc công nhận trên toàn thế giới. CCNP (Cisco Certified Network Là chứng chỉ mạng cao cấp của Cisco. Professional) MCP (Microsoft Certified Professional) Là chứng chỉ ở cấp độ đầu tiên của Microsoft. MCSA (Microsoft Certified Systems Chứng chỉ dành cho ngƣời quản trị hệ Administrator) điều hành mạng của Microsoft, đƣợc chính Bill Gate ký. MCSE (Microsoft Certified Systems Là kỹ sƣ mạng đƣợc Microsoft chứng Engineer) nhận WLAN (wireless LAN) Là mạng LAN không dây, kết nối các thiết bị với nhau bằng phƣơng thức truyền theo dạng không dây AC (Access Point) Điểm truy cập dữ liệu không dây VPN (Virtual Private Network) Mạng riêng ảo PDU (Protocol Data Unit) Đơn vị dữ liệu giao thức - 12 -
LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, Công nghệ thông tin ở nƣớc ta trong những năm gần đây phát triển rất mạnh. Mạng máy tính cũng đã phát triển một cách nhanh chóng và đa dạng cả về quy mô, hệ điều hành và ứng dụng. Do nhu cầu và trình độ cao, những ngƣời hoạt động chuyên ngành Công nghệ thông tin cần luôn phải nâng cao trình độ để đáp ứng. Tuy nhiên, các mạng máy tính cũng có cùng các điểm chung thông qua đó chúng ta có thể khảo sát, phân loại và đánh giá chúng. Để đáp ứng với yêu cầu học tập của sinh viên chuyên ngành công nghệ thông tin, Trƣờng Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp tổ chức biên soạn Tài liệu học tập “Mạng máy tính”. Đây là một học phần cơ sở của sinh viên chuyên ngành Đại học và Cao đẳng Công nghệ thông tin. Học phần cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về hệ thống mạng máy tính, trang bị cho sinh viên những kỹ năng thiết kế, cấu hình và quản trị hệ thống mạng. Đây có thể xem là những kiến thức nền tảng cho các quản trị viên về hệ thống mạng máy tính. Tài liệu học tập đƣợc biên soạn theo đúng chƣơng trình đào tạo và các quy định về cách trình bày của Nhà trƣờng. Nội dung của bài giảng bao gồm 07 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về mạng máy tính. Khái niệm cơ bản về kiến trúc và các giao thức mạng, các loại mạng máy tính và mục tiêu ứng dụng của nó. Chƣơng 2: Tầng vật lý. Tìm hiểu về các phƣơng tiện điện, cơ, chức năng thủ tục để kích hoạt, duy trì và hủy bỏ kiểu kết Vật lý giữa các hệ thống. Chƣơng 3: Tầng liên kết dữ liệu. Tìm hiểu các liên kết, duy trì và hủy bỏ các liên kết dữ liệu. Kiểm soát lỗi và kiểm soát lƣu lƣợng. Chƣơng 4: Tầng mạng. Hiểu về chọn đƣờng và chuyển tiếp. Ngoài hai chức năng quan trọng trên tầng mạng cũng thực hiện một số chức năng khác nhƣ: Thiết lập, duy trì và giải phóng các liên kết logic, kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, dồn kênh/phân kênh, cắt/hợp dữ liệu. Chƣơng 5: Tầng giao vận. Tìm hiểu việc truyền dữ liệu giữa 2 đầu mút, kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu giữa 2 đầu mút, việc ghép kênh cắt/hợp dữ lệu nếu cần. Chƣơng 6: Tầng ứng dụng. Cung cấp các phƣơng tiện để ngƣời sử dụng có thể truy cập đƣợc vào môi trƣờng OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán. Chƣơng 7: Mạng không dây và mạng di động. Tìm hiểu về cơ chế và các chuẩn về mạng không dây Mong rằng nội dung Tài liệu học tập sẽ giúp cho sinh viên những kiến thức cần thiết, làm cơ sở để có thể đi sâu vào thiết kế, làm chủ mạng máy tính. Xin chân thành cảm ơn! - 13 -
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH Mục đích: Ngày nay, nhu cầu sử dụng máy tính không ngừng đƣợc tăng lên về cả số lƣợng và ứng dụng, đặc biệt là sự phát triển hệ thống mạng máy tính, kết nối các máy tính lại với nhau thông qua môi trƣờng truyền tin để cùng nhau chia sẻ tài nguyên trên mạng góp phần làm tăng hiệu quả của các ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, kinh tế, quân sự, văn hoá.... Sự kết hợp của máy tính với hệ thống truyền thông (communication) đặc biệt là viễn thông (telecommunication) đã tạo ra một sự chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề tổ chức khai thác và sử dụng các hệ thống máy tính. Từ đó đã hình thành các môi trƣờng trao đổi thông tin tập trung, phân tán, cho phép đồng thời nhiều ngƣời cùng trao đổi thông tin với nhau một cách nhanh chóng và hiệu quả từ những vị trí địa lý khác nhau. Các hệ thống nhƣ thế đƣợc gọi là mạng máy tính (computer networks). Mạng máy tính trở thành lĩnh vực nghiên cứu, phát triển rất quan trọng bảo đảm truyền tin đáng tin cậy, chính xác, phù hợp tốc độ và đảm bảo an toàn thông tin trên mạng. 1.1. Sự hình thành và phát triển Mạng máy tính. Trƣớc những năm 1970 đã bắt đầu hình thành các máy tính nối với nhau thành mạng và các thiết bị đầu cuối dữ liệu đã kết nối trực tiếp vào máy tính trung tâm để tận dụng tài nguyên chung, khai thác dữ liệu, giảm giá thành truyền số liệu, sử dụng tiện lợi và nhanh chóng hơn. Cùng với thời gian xuất hiện các máy tính Mini Computer và máy tính cá nhân (Personal Computer) đã tăng yêu cầu truyền số liệu giữa máy tính - trạm đầu cuối (Terminal) và ngƣợc lại hình thành nhiều mạng cục bộ, mạng diện rộng trong phạm vi lớn. Do đó mạng máy tính ngày càng đƣợc phát triển để đáp ứng với nhu cầu của ngƣời sử dụng. Sự hình thành của mạng máy tính đƣợc mô tả nhƣ sau: Ban đầu là sự kết nối các thiết bị đầu cuối trực tiếp đến máy tính lớn, tiếp theo do sự phát triển ngày càng nhiều các trạm nên chúng đƣợc kết nối thành từng nhóm qua bộ tập trung rồi nối đến máy chủ trung tâm. Trong giai đọan này máy tính trung tâm có chức năng quản lý truyền tin qua các tấm ghép nối điều khiển cứng đó để tăng sức mạnh quản lý toàn hế thống trƣớc khi dữ liệu đƣợc đƣa đến máy tính trung tâm ngƣời ta thay thế các tấm ghép nối, quản lý đƣờng truyền bằng máy tính MINI. Bộ tiền xử lý gắn chặt với trung tâm, các xử lý ngọai vi đƣa vào máy chủ trong những trạm đầu cuối thông minh. Trong giai đọan cuối đƣa vào mạng truyền tin cho phép xây dựng mạng máy tính rộng lớn . - 14 -
Hình 1. 1 Mô hình mạng tổng quát Mạng truyền tin bao gồm các nút truyền tin và các đƣờng dây truyền tin nối giữa các nút để đảm bảo vận chuyển tin. Các thiết bị đầu cuối, thiết bị tập trung, bộ tiền xử lý và các máy tính đƣợc ghép nối vào các nút mạng. Trong giai đoạn này xuất hiện các trạm đầu cuối thông minh mà nó ngày càng liên kết với các máy Mini. Chức năng của máy tính trung tâm: - Xử lý các chƣơng trình ứng dụng, phân chia tài nguyên và ứng dụng. - Quản lý hàng đợi và các trạm đầu cuối. Chức năng của bộ tiền xử lý : - Điều khiển mạng truyền tin ( Đƣờng dây, cất giữ tập tin, trạm đầu cuối) - Điều khiển chuyển ký tự lên đƣờng dây, bổ sung hay bỏ đi những ký tự đồng bộ. Chức năng của bộ tập trung: Quản lý truyền tin, các đầu cuối. Tiền xử lý, lƣu trữ số liệu, điều khiển giao dịch. Chức năng của thiết bị đầu cuối: - Quản lý truyền tin, thủ tục truyền tin, ghép nối với ngƣời sử dụng. - Điều khiển truy nhập số liệu và lƣu trữ số liệu. Do số lƣợng các trạm đầu cuối ngày càng tăng, nếu nối trực tiếp với máy tính trung tâm, tốn vật liệu nối ghép, quản lý nặng nề, không tƣơng xứng với nhiệm vụ của máy tính, hiệu suất thấp nên đƣa ra bộ tập trung để khắc phục những nhƣợc điểm trên. Tóm lại, việc kết nối các máy tính thành mạng nhằm vào các mục đích chính sau: - 15 -
- Tận dụng tài nguyên chung, chinh phục khoảng cách. - Tăng chất lƣợng hiệu quả khai thác, xử lý thông tin và độ tin cậy của hệ thống. 1.2. Các thành phần mạng máy tính. 1.2.1. Đường truyền vật lý Đƣờng truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. Tất cả các tín hiệu đó biểu thị các dữ liệu dƣới dạng xung nhị phân. Có hai loại đƣờng truyền: Hữu tuyến (cable), vô tuyến (wireless) đƣợc sử dụng trong việc kết nối mạng. Đƣờng truyền hữu tuyến gồm có cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp sợi quang, đƣờng truyền vô tuyến gồm có: sóng Radio, sóng cực ngắn (viba), tia hồng ngoại (infrared). Tất cả các tín hiệu truyền giữa các máy tính có dạng sóng điện từ và có tần số trải từ tần số cực ngắn đến tia hồng ngoại. Tùy theo tần số của sóng điện từ mà có thể dùng các đƣờng truyền vật lý khác nhau để truyền. Đƣờng truyền vật lý có những đặc trƣng cơ bản sau: Giải thông, độ suy hao, độ nhiễu từ. + Băng thông (bandwidth) của đƣờng truyền là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng đƣợc. Băng thông của một đƣờng truyền là miền tần số giới hạn thấp và tần số giới hạn cao, tức là miền tần số mà đƣờng truyền đó có thể đáp ứng đƣợc. Ví dụ băng thông của cáp thoại từ 400 đến 4000 Hz, có nghĩa là nó có thể truyền các tín hiệu với tần số từ 400 đến 4000 chu kỳ/giây. Băng thông của cáp phụ thuộc vào chiều dài của cáp. Cáp ngắn băng thông cao và ngƣợc lại. Vì vậy khi thiết kế lắp đặt cáp, chiều dài cáp sao cho không vƣợt qua giới hạn cho phép, vì có thể xẩy ra lỗi trong quá trình truyền. + Thông lƣợng (throughput) Thông lƣợng của đƣờng truyền là số lƣợng các bit (chuỗi bit) đƣợc truyền đi trong một giây. Hay nói cách khác là tốc độ của đƣờng truyền dẫn. Ký hiệu là bit/s hoặc bps. Tốc độ của đƣờng truyền phụ thuộc vào băng thông và độ dài của nó. + Độ suy hao (Attenuation) là độ đo độ suy yếu của tín hiệu trên đƣờng truyền. Cáp càng dài thì độ suy hao càng lớn. Suy hao phụ thuộc vào độ dài của cáp, cáp càng dài thì suy hao càng cao. Khi thiết kế cáp cũng rất cần quan tâm đến giới hạn chiều dài cho phép của từng loại cáp. + Độ nhiễu điện từ làm nhiễu tín hiệu trên đƣờng truyền. 1.2.1.1. Các loại cáp mạng Cáp đồng trục (Coaxial cable): Là phƣơng tiện truyền các tín hiệu có phổ rộng và tốc độ cao. Băng thông của cáp đồng trục từ 2,5 Mbps (ARCnet) đến 10 Mbps (Ethernet). Thƣờng sử dụng để lắp đặt mạng hình BUS (các loại mạng LAN cục bộ Thick Ethernet, Thin Ethernet) và mạng hình sao (mạng ARCnet). Cáp đồng trục gồm: một dây dẫn trung tâm, một dây dẫn ngoài, tạo nên đƣờng ống bao quanh trục, lớp cách điện giữa 2 dây dẫn và cáp vỏ bọc ngoài. - 16 -
Các loại cáp đồng trục: - Cáp RC-8 và RCA-11, 50 Ohm dùng cho mạng Thick Ethernet. - Cáp RC-58 , 50 Ohm dùng cho mạng Thin Ethernet. - Cáp RG-59 , 75 Ohm dùng cho truyền hình cáp. - Cáp RC-62, 93 Ohm dùng cho mạng ARCnet. Cáp xoắn đôi (Twisted Pair cable): Cáp xoắn đôi đƣợc sử dụng trong các mạng LAN cục bộ. Giá thành rẻ, dễ cài đặt, có vỏ bọc tránh nhiệt độ, độ ẩm và có loại có khả năng chống nhiễu STP (Shield Twisted Pair). Cáp cơ bản có 2 dây đồng xoắn vào nhau, giảm độ nhạy của cáp với EMI, giảm bức xạ âm nhiễu tần số radio gây nhiễu. Các loại cáp xoắn: - Cáp có màng chắn (STP): Loại cáp STP thƣờng có tốc độ truyền vào khoảng 16 Mbps trong loại mạng Token Ring. Với chiều dài 100 m tốc độ đạt 155 Mbps (lý thuyết là 500 Mbps). Suy hao cho phép khoảng 100 m, đặc tính EMI cao. Giá thành cao hơn cáp Thin Ethernet, cáp xoắn trần, nhƣng lại rẻ hơn giá thành loại cáp Thick Ethernet hay cáp sợi quang. Cài đặt đòi hỏi tay nghề và kỹ năng cao. - Loại cáp không có vỏ bọc UTP (Unshield Twisted Pair): Cáp trần không có khả năng chống nhiễu, tốc độ truyền khoảng 100 Mbps. Đặc tính suy hao nhƣ cáp đồng, giới hạn độ dài tối đa 100m. Do thiếu màng chắn nên rất nhạy cảm với EMI, không phù hợp với môi trƣờng các nhà máy. Đƣợc dùng phổ biến cho các loại mạng, giá thành hạ, dễ lắp đặt. Cáp sợi quang (Fiber Optic Cable): rất lý tƣởng cho việc truyền dữ liệu, băng thông có thể đạt 2 Gbps, tránh nhiễu tốt, tốc độ truyền 100 Mbps trên đoạn cáp dài vài km. Cáp sợi quang gồm một hoặc nhiều sợi quang trung tâm đƣợc bao bọc bởi một lớp vỏ nhựa phản xạ các tín hiệu trở lại, vì vậy hạn chế sự suy hao, mất mát tín hiệu. Cáp sợi quang chỉ truyền các tín hiệu quang. Các tín hiệu dữ liệu đƣợc biến đổi thành các tín hiệu quang trên đƣờng truyền và khi nhận, các tín hiệu quang chuyển thành các tín hiệu dữ liệu. Cáp sợi quang hoạt động một trong hai chế độ: chế độ đơn (Single Mode) và đa chế độ (Multi Mode). Cài đặt cáp sợi quang đòi hỏi phải có kỹ năng cao, quy trình khó và phức tạp. 1.2.1.2. Các phương tiện vô tuyến. Radio: Quang phổ của điện từ nằm trong khoảng 10 KHz đến 1GHz. Có nhiều dải tần: Sóng ngắn (Short Wave), VHF (VeryHightFrequency)-Tivi&Radio FM và UHF (Ultra Hight Frequency)-Tivi. Đặc tính truyền: tần số đơn, công suất thấp không hỗ trợ tốc độ dữ liệu các mạng cục bộ LAN yêu cầu. Tần số đơn, công suất cao dễ cài đặt, băng thông cao từ 1 - 10 Mbps, suy hao chậm. Khả năng nhiễu từ thấp, bảo mật kém. Giá thành cao trung bình. - 17 -
Radio quang phổ trải (Spread spectrum) độ tin cậy cao, bảo mật dữ liệu. Băng thông cao, tốc độ truyền có thể đạt theo yêu cầu của các mạng cục bộ. Viba: Truyền thông viba có hai dạng: Viba mặt đất và vệ tinh. Viba mặt đất sử dụng các trạm thu và phát. Kỹ thuật truyền thông vệ tinh sử dụng các trạm thu mặt đất (các đĩa vệ tinh) và các vệ tinh. Tín hiệu đến vệ tinh và từ vệ tinh đến trạm thu một lƣợt đi hoặc về 23.000 dặm. Thời gian truyền một tín hiệu độc lập với khoảng cách. Thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến các trạm nằm vòng tròn 1/3 chu vi quả đất là nhƣ nhau, gọi là trễ lan truyền (Propagation Delay). Thông thƣờng là 0,5-5 giây. Tia hồng ngoại (Infrared system): Có 2 phƣơng thức kết nối mạng Point - to - Point và Multi Point. Point – to - Point tiếp sóng các tín hiệu hồng ngoại từ thiết bị này sang thiết bị khác.Giải tần từ 100 GHz đến 1000 THz, tốc độ truyền khoảng 100 Kbps - 16 Mbps. Multi Point truyền đồng thời các tín hiệu hồng ngoại đến các thiết bị. Giải tần số từ 100 GHz đến 1000 THz, nhƣng tốc độ truyền chỉ đạt tối đa 1 Mbps. 1.2.1.3. Các thiết bị kết nối - Wireless Access Point là thiết bị kết nối mạng không dây đƣợc thiết kế theo chuẩn IEEE 802.11b, cho phép nối LAN to LAN, dùng cơ chế CSMA/CA để giải quyết tranh chấp, dùng cả hai kiến trúc kết nối mạng là Infrastructure và AdHoc, mã hóa theo 64/128 bit. Nó còn hỗ trợ tốc độ truyền không dây lên tới 11Mbps trên băng tần 2,4 GHz và dùng công nghệ radio DSSS (Direct Sequence Spectrum Spreading). - Wireless Ethernet Bridge là thiết bị cho phép các thiết bị Ethernet kết nối vào mạng không dây. Ví dụ nhƣ thiết bị Linksys WET54G Wireless-G Ethernet Bridge. Nó hỗ trợ bất kỳ thiết bị Ethernet nào kết nối vào mạng không dây dù thiết bị Ethernet đó có thể là một thiết bị đơn hoặc một router kết nối đến nhiều thiết bị khác. - Card mạng là một loại card mở rộng đƣợc gắn thêm trên máy tính, cung cấp giao tiếp vật lý và logic giữa máy tính với các thiết bị mạng, hệ thống mạng thông qua phƣơng tiện truyền dẫn. - Repeater đơn giản chỉ là một bộ khuếch đại tín hiệu giữa hai cổng của hai phân đoạn mạng. Repeater đƣợc dùng trong mô hình mạng Bus nhằm mở rộng khoảng cách tối đa trên một đƣờng cáp. Có hai loại Repeater đang đƣợc sử dụng là Repeater điện và Repeater điện quang. Dùng để nối hai mạng có cùng giao thức truyền thông - Hub là thiết bị có chức năng giống nhƣ Repeater nhƣng nhiều cổng giao tiếp hơn cho phép nhiều thiết bị mạng kết nối tập trung với nhau tại một điểm. Hub thông thƣờng có từ 4 đến 24 cổng giao tiếp, thƣờng sử dụng trong những mạng Ethernet 10BaseT. Thật ra, Hub chỉ là Repeater nhiều cổng. Hub lặp lại bất kỳ tín hiệu nào nhận đƣợc từ một cổng bất kỳ và gửi tín hiệu đó đến tất cả các cổng còn lại trên nó. Hub hoạt động ở lớp vật lý của mô hình OSI và cũng không lọc đƣợc dữ liệu. Hub thƣờng đƣợc dùng để nối mạng, thông qua những đầu cắm của nó ngƣời ta liên kết với các máy tính dƣới dạng - 18 -
hình sao. Hub đƣợc chia làm hai loại chính: Hub thụ động (Passive hub) và Hub chủ động (Active hub). - Bridge là thiết bị cho phép nối kết hai nhánh mạng, có chức năng chuyển có chọn lọc các gói tin đến nhánh mạng chứa máy nhận gói tin. Để lọc các gói tin và biết đƣợc gói tin nào thuộc nhánh mạng nào thì Bridge phải chứa bảng địa chỉ MAC. Bảng địa chỉ này có thể đƣợc khởi tạo tự động hay phải cấu hình bằng tay. Do Bridge hiểu đƣợc địa chỉ MAC nên Bridge hoạt động ở tầng hai (tầng data link) trong mô hình OSI. - Modem là thiết bị dùng để chuyển đổi dữ liệu định dạng số thành dữ liệu định dạng tƣơng tự cho một quá trình truyền từ môi trƣờng tín hiệu số qua môi trƣờng tín hiệu tƣơng tự và sau đó trở môi trƣờng tín hiệu số ở phía nhận cuối cùng. Tên gọi Modem thật ra là từ viết tắt đƣợc ghép bởi những chữ cái đầu tiên của Modulator/DEModulator – Bộ điều biến/Bộ giải điều biến. - Switch là sự kết hợp hài hòa về kỹ thuật giữa Bridge và Hub. Cơ chế hoạt động của Switch rất giống Hub bởi vì là thiết bị tập trung các kết nối mạng lại trên nó. Những cổng giao tiếp trên Switch là những Bridge thu nhỏ đƣợc xây dựng trên mỗi cổng giao tiếp tƣơng ứng. - Router là bộ định tuyến dùng để nối kết nhiều phân đoạn mạng, hay nhiều kiểu mạng (thƣờng là không đồng nhất về kiến trúc và công nghệ) vào trong cùng một mạng tƣơng tác. Thông thƣờng có một bộ xử lý, bộ nhớ, và hai hay nhiều cổng giao tiếp ra/vào. - Gateway là thiết bị trung gian dùng để nối kết những mạng khác nhau cả về kiến trúc lẫn môi trƣờng mạng. Gateway đƣợc hiểu nhƣ cổng ra vào chính của một mạng nội bộ bên trong kết nối với mạng khác bên. Có thể đó là thiết bị phần cứng chuyên dụng nhƣng thƣờng là một server cung cấp kết nối cho các máy mà nó quản lý đi ra bên ngoài giao tiếp với một mạng khác. - Máy chủ (Server) Máy chủ (Server) là: một máy tính đƣợc kết nối với một mạng máy tính hoặc internet, có IP tĩnh, có năng lực xử lý cao và trên đó ngƣời ta cài đặt các phần mềm để phục vụ cho các máy tính khác truy cập để yêu cầu cung cấp các dịch vụ và tài nguyên. - Máy trạm (Client) Máy trạm có thể là bất cứ thiết bị gì thuộc nhóm máy tính cá nhân, máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại thông mình có thể kết nối tới máy chủ thông qua mạng. 1.2.1.4. Các đơn vị đo. - Bps (Bits per second-số bit trong một giây): đây là đơn vị cơ bản của băng thông. - KBps (Kilobits per second): 1 KBps=103 bps=1000 Bps - MBps (Megabits per second): 1 MBps = 103 KBps - GBps (Gigabits per second): 1 GBps = 103 MBps - 19 -