Giáo trình Mạng máy tính - Trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
GIÁO TRÌNH
MẠNG MÁY TÍNH
(Lưu hành nội bộ)
Hà Nội năm 2018
MỤC LỤC
Chương 1: Tổng quan mạng máy tính...................................................................4
1. Lịch sử mạng máy tính ..................................................................................4
2. Giới thiệu mạng máy tính ..............................................................................6
2.1. Định nghĩa mạng máy tính ......................................................................6
4. Phân loại mạng máy tính................................................................................9
Chương 2: Mô hình OSI......................................................................................12
1. Mô hình tham khảo OSI...............................................................................12
2. Các giao thức trong mô hình OSI ................................................................17
3.1. Lớp vật lý...............................................................................................19
3.2. Lớp liên kết dữ liệu ...............................................................................20
3.3. Lớp mạng...............................................................................................21
3.4. Lớp giao vận..........................................................................................23
3.5. Lớp phiên...............................................................................................24
3.6. Lớp trình diễn........................................................................................25
3.7. Lớp ứng dụng ........................................................................................26
Chương 3: Tô pô mạng ....................................................................................... :
1. Mạng cục bộ.................................................................................................26
2. Kiến trúc mạng cục bộ.................................................................................27
2.1. Mạng dạng BUS ....................................................................................27
2.2. Mạng dạng sao.......................................................................................28
2.3. Mạng dạng vòng....................................................................................29
Chương 4: Cáp mạng và vật tải truyền................................................................35
1. Các thiết bị mạng thông dụng......................................................................35
1.1. Cáp xoắn đôi..........................................................................................35
1.2. Cáp đồng trục băng tần cơ sở ................................................................35
1.3. Cáp đồng trục băng rộng .......................................................................36
1.4. Cáp quang..............................................................................................37
2. Các thiết bị kết nối.......................................................................................38
2.1. CARD giao tiếp mạng ...........................................................................38
2.2. Bộ chuyển tiếp Repeater........................................................................38
2.3. Cầu nối Bridge.......................................................................................38
2.4. Bộ tập trung HUB..................................................................................38
2.5. Bộ tập trung SWITCH...........................................................................39
3.1. Kiểu 10BASE 2 .....................................................................................42
3.2. Kiểu 10BASE 5 .....................................................................................43
3.3. Kiểu 10BASE T.....................................................................................45
Chương 5: Giao thức TCP/IP..............................................................................47
2. Giao thức IP .................................................................................................50
2.1. Định nghĩa giao thức IP.........................................................................50
2.3. Địa chỉ IP...............................................................................................53
2.4. Định tuyến gói IP...................................................................................57
3. Các giao thức TCP và UDP .........................................................................58
Chương 1: Tổng quan mạng máy tính
1. Lịch sử mạng máy tính
Internet bắt nguồn từ đề án ARPANET (Advanced Research Project
Agency Network) khởi sự trong năm 1969 bởi Bộ Quốc phòng Mỹ (American
Department of Defense). Đề án ARPANET với sự tham gia của một số trung
tâm nghiên cứu, đại học tại Mỹ (UCLA, Stanford, . . . ) nhằm mục đích thiết kế
một mạng WAN (Wide Area Network) có khả năng tự bảo tồn chống lại sự phá
hoại một phân mạng bằng chiến tranh nguyên tử. Đề án này dẫn tới sự ra đời
của nghi thức truyền IP (Internet Protocol). Theo nghi thức này, thông tin
truyền sẽ được đóng thành các gói dữ liệu và truyền trên mạng theo nhiều
đường khác nhau từ người gửi tới nơi người nhận. Một hệ thống máy tính nối
trên mạng gọi là Router làm nhiệm vụ tìm đường đi tối ưu cho các gói dữ liệu,
tất cả các máy tính trên mạng đều tham dự vào việc truyền dữ liệu, nhờ vậy nếu
một phân mạng bị phá huỷ các Router có thể tìm đường khác để truyền thông
tin tới người nhận. Mạng ARPANET được phát triển và sử dụng trước hết
trong các trường đại học, các cơ quan nhà nước Mỹ, tiếp theo đó, các trung tâm
tính toán lớn, các trung tâm truyền vô tuyến điện và vệ tinh được nối vào mạng,.
. . trên cơ sở này, ARPANET được nối với khắp các vùng trên thế giới.
Tới năm 1983, trước sự thành công của việc triển khai mạng
ARPANET, Bộ quốc phòng Mỹ tách một phân mạng giành riêng cho quân đội
Mỹ(MILNET). Phần còn lại, gọi là NSFnet, được quản lý bởi NSF (National
Science Foundation) NSF dùng 5 siêu máy tính để làm Router cho mạng, và
lập một tổ chức không chính phủ để quản lý mạng, chủ yếu dùng cho đại học
và nghiên cứu cơ bản trên toàn thế giới. Tới năm 1987, NSFnet mở cửa cho cá
nhân và cho các công ty tư nhân (BITnet), tới năm 1988 siêu mạng được mang
tên INTERNET.
Tuy nhiên cho tới năm 1988, việc sử dụng INTERNET còn hạn chế
trong các dịch vụ truyền mạng (FTP), thư điện tử(E-mail), truy nhập từ
xa(TELNET) không thích ứng với nhu cầu kinh tế và đời sống hàng ngày.
INTERNET chủ yếu được dùng trong môi trường nghiên cứu khoa học và
giảng dạy đại học. Trong năm 1988, tại trung tâm nghiên cứu nguyên tử của
Pháp CERN(Centre Européen de Recherche Nuclaire) ra đời đề án Mạng nhện
thế giới WWW(World Wide Web). Đề án này, nhằm xây dựng một phương
thức mới sử dụng INTERNET, gọi là phương thức Siêu văn bản (HyperText).
1
Các tài liệu và hình ảnh được trình bày bằng ngôn ngữ HTML (HyperText
Markup Language) và được phát hành trên INTERNET qua các hệ chủ làm
việc với nghi thức HTTP (HyperText Transport Protocol). Từ năm 1992,
phương thức làm việc này được đưa ra thử nghiêm trên INTERNET.
Rất nhanh chóng, các công ty tư nhân tìm thấy qua phương thức này
cách sử dụng INTERNET trong kinh tế và đời sống. Vốn đầu tư vào
INTERNET được nhân lên hàng chục lần. Từ năm 1994 INTERNET trở thành
siêu mạng kinh doanh.
Số các công ty sử dụng INTERNET vào việc kinh doanh và quảng cáo lên
gấp hàng nghìn lần kể từ năm 1995. Doanh số giao dịch thương mại qua
mạng INTERNET lên hàng chục tỉ USD trong năm 1996 . . .
Với phương thức siêu văn bản, người sử dụng, qua một phần mềm truy
đọc (Navigator), có thể tìm đọc tất cả các tài liệu siêu văn bản công bố tại mọi
nơi trên thế giới (kể cả hình ảnh và tiếng nói). Với công nghệ WWW, chúng ta
bước vào giai đoạn mà mọi thông tin có thể có ngay trên bàn làm việc của
mình. Mỗi công ty hoặc người sử dụng, được phân phối một trang cội nguồn
(Home Page) trên hệ chủ HTTP. Trang cội nguồn, là siêu văn bản gốc, để tự do
có thể tìm tới tất cả các siêu văn bản khác mà người sử dụng muốn phát hành.
Địa chỉ của trang cội nguồn được tìm thấy từ khắp mọi nơi trên thế giới. Vì
vậy, đối với một xí nghiệp, trang cội nguồn trở thành một văn phòng đại diện
điện tử trên INTERNET. Từ khắp mọi nơi, khách hàng có thể xem các quảng
cáo và liên hệ trực tiếp với xí nghiệp qua các dòng siêu liên (HyperLink) trong
siêu văn bản.
Tới năm 1994, một điểm yếu của INTERNET là không có khả năng lập
trình cục bộ, vì các máy nối vào mạng không đồng bộ và không tương thích.
Thiếu khả năng này, INTERNET chỉ được dùng trong việc phát hành và truyền
thông tin chứ không dùng để xử lý thông tin được. Trong năm 1994, hãng máy
tính SUN Corporation công bố một ngôn ngữ mới, gọi là JAVA(cafe), cho
phép lập trình cục bộ trên INTERNET, các chương trình JAVA được gọi thẳng
từ các siêu văn bản qua các siêu liên (Applet). Vào mùa thu năm 1995, ngôn
ngữ JAVA chính thức ra đời, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc sử
dụng INTERNET. Trước hết, một chương trình JAVA, sẽ được chạy trên máy
khách (Workstation) chứ không phải trên máy chủ (server). Điều này cho
2
phép sử dụng công suất của tất cả các máy khách vào việc xử lý số liệu.
Hàng triệu máy tính (hoặc vi tính) có thể thực hiện cùng một lúc một
chương trình ghi trên một siêu văn bản trong máy chủ. Việc lập trình trên
INTERNET cho phép truy nhập từ một trang siêu văn bản vào các chương trình
xử lý thông tin, đặc biệt là các chương trình điều hành và quản lý thông tin của
một xí nghiệp. phương thức làm việc này, được gọi là INTRANET. Chỉ trong
năm 1995-1996, hàng trăm nghìn dịch vụ phần mềm INTRANET được phát
triển. Nhiều hãng máy tính và phần mềm như Microsoft, SUN, IBM, Oracle,
Netscape,... đã phát triển và kinh doanh hàng loạt phần mềm hệ thống và phần
mềm cơ bản để phát triển các ứng dụng INTERNET / INTRANET.
2. Giới thiệu mạng máy tính
2.1. Định nghĩa mạng máy tính
*Nhu cầu của việc kết nối mạng máy tính
Việc nối máy tính thành mạng từ lâu đã trở thành một nhu cầu khách
quan vì:
- Có rất nhiều công việc về bản chất là phân tán hoặc về thông tin, hoặc về
xử lý hoặc cả hai đòi hỏi có sự kết hợp truyền thông với xử lý hoặc sử
dụng phương tiện từ xa.
- Chia sẻ các tài nguyên trên mạng cho nhiều người sử dụng tại một thời
điểm (ổ cứng, máy in, ổ CD ROM . . .)
- Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ phương tiện máy tính.
- Các ứng dụng phần mềm đòi hòi tại một thời điểm cần có nhiều người
sử dụng, truy cập vào cùng một cơ sở dữ liệu.
* Định nghĩa mạng máy tính
Nói một cách ngắn gọn thì mạng máy tính là tập hợp các máy tính độc lập
(autonomous) được kết nối với nhau thông qua các đường truyền vật lý và tuân
theo các quy ước truyền thông nào đó.
Khái niệm máy tính độc lập được hiểu là các máy tính không có máy nào
có khả năng khởi động hoặc đình chỉ một máy khác.
Các đường truyền vật lý được hiểu là các môi trường truyền tín hiệu vật lý
(có thể là hữu tuyến hoặc vô tuyến).
Các quy ước truyền thông chính là cơ sở để các máy tính có thể "nói
chuyện" được với nhau và là một yếu tố quan trọng hàng đầu khi nói về
3
công nghệ mạng máy tính.
2.2. Mục đích của việc kết nối mạng
Việc nối máy tính thành mạng từ lâu đã trở thành một nhu cầu khách quan vì:
- Có rất nhiều công việc về bản chất là phân tán hoặc về thông tin, hoặc về
xử lý hoặc cả hai đòi hỏi có sự kết hợp truyền thông với xử lý hoặc sử dụng
phương tiện từ xa.
- Chia sẻ các tài nguyên trên mạng cho nhiều người sử dụng tại một thời
điểm (ổ cứng, máy in, ổ CD ROM...)
- Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ phương tiện máy tính.
- Các ứng dụng phần mềm đòi hòi tại một thời điểm cần có nhiều người
sử dụng, truy cập vào cùng một cơ sở dữ liệu.
3. Đặc trưng cơ bản của mạng máy tính
Một mạng máy tính có các đặc trưng kỹ thuật cơ bản như sau:
* Đường truyền
Là thành tố quan trọng của một mạng máy tính, là phương tiện dùng để
truyền các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. Các tín hiệu điệu tử đó chính là
các thông tin, dữ liệu được biểu thị dưới dạng các xung nhị phân (ON_OFF),
mọi tín hiệu truyền giữa các máy tính với nhau đều thuộc sóng điện từ, tuỳ theo
tần số mà ta có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau
Đặc trưng cơ bản của đường truyền là giải thông nó biểu thị khả
năng truyền tải tín hiệu của đường truyền.
Thông thuờng người ta hay phân loại đường truyền theo hai loại:
- Đường truyền hữu tuyến (các máy tính được nối với nhau bằng
các dây cáp mạng).
- Đường truyền vô tuyến: các máy tính truyền tín hiệu với nhau
thông qua các sóng vô tuyền với các thiết bị điều chế/giải điều chế ớ
các đầu mút.
* Kỹ thuật chuyển mạch:
Là đặc trưng kỹ thuật chuyển tín hiệu giữa các nút trong mạng,
các nút mạng có chức năng hướng thông tin tới đích nào đó trong
mạng, hiện tại có các kỹ thuật chuyển mạch như sau:
- Kỹ thuật chuyển mạch kênh: Khi có hai thực thể cần truyền
thông với nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một kênh cố định và duy trì
4
kết nối đó cho tới khi hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu chỉ truyền đi
theo con đường cố định đó.
- Kỹ thuật chuyển mạch thông báo: thông báo là một đơn vị dữ
liệu của người sử dụng có khuôn dạng được quy định trước. Mỗi
thông báo có chứa các thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích cần
truyền tới của thông báo. Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi
nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp trên con đường
dẫn tới đích của thông báo
- Kỹ thuật chuyển mạch gói: ở đây mỗi thông báo được chia ra
thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (packet) có khuôn
dạng qui định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển,
trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận)
của gói tin. Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gởi đi
qua mạng tới đích theo nhiều con đường khác nhau.
* Kiến trúc mạng
Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện
cách nối các máy tính với nhau và tập hợp các quy tắc, quy ước mà
tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để
đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.
Khi nói đến kiến trúc của mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề
là hình trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network
protocol)
- Network Topology: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt
hình học mà ta gọi là tô pô của mạng
Các hình trạng mạng cơ bản đó là: hình sao, hình bus, hình vòng
- Network Protocol: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các
thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng
Các giai thức thường gặp nhất là : TCP/IP, NETBIOS, IPX/SPX, .
. .
* Hệ điều hành mạng
Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức năng
sau:
- Quản lý tài nguyên của hệ thống, các tài nguyên này gồm:
+ Tài nguyên thông tin (về phương diện lưu trữ) hay nói một cách
5
đơn giản là quản lý tệp. Các công việc về lưu trữ tệp, tìm kiếm, xoá,
copy, nhóm, đặt các thuộc tính đều thuộc nhóm công việc này
+ Tài nguyên thiết bị. Điều phối việc sử dụng CPU, các ngoại vi...
để tối ưu hoá việc sử dụng
- Quản lý người dùng và các công việc trên hệ thống. Hệ điều
hành đảm bảo giao tiếp giữa người sử dụng, chương trình ứng dụng
với thiết bị của hệ thống.
- Cung cấp các tiện ích cho việc khai thác hệ thống thuận lợi (ví
dụ FORMAT
đĩa, sao chép tệp và thư mục, in ấn chung ...)
Các hệ điều hành mạng thông dụng nhất hiện nay là:
WindowsNT, Windows9X, Windows 2000, Unix, Novell.
4. Phân loại mạng máy tính
chính được chọn dùng để làm chỉ tiêu phân loại, thông thường người
ta phân loại mạng theo các tiêu chí như sau
- Khoảng cách địa lý của mạng
- Kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng
- Kiến trúc mạng
- Hệ điều hành mạng sử dụng ...
Tuy nhiên trong thực tế nguời ta thường chỉ phân loại theo hai tiêu chí đầu
tiên
4.1. Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý
Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố phân loại mạng thì ta có mạng cục
bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu.
Mạng cục bộ ( LAN - Local Area Network ) : là mạng được cài đặt trong
phạm vi tương đối nhỏ hẹp như trong một toà nhà, một xí nghiệp...với khoảng
cách lớn nhất giữa các máy tính trên mạng trong vòng vài km trở lại.
Mạng đô thị ( MAN - Metropolitan Area Network ) : là mạng được cài
đặt trong phạm vi một đô thị, một trung tâm văn hoá xã hội, có bán kính tối đa
khoảng 100 km trở lại.
Mạng diện rộng ( WAN - Wide Area Network ) : là mạng có diện tích
bao phủ rộng lớn, phạm vi của mạng có thể vượt biên giới quốc gia thậm chí cả
6
lục địa.
Mạng toàn cầu ( GAN - Global Area Network ) : là mạng có phạm vi trải
rộng toàn cầu.
4.2. Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch
Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm yếu tố chính để phân loại sẽ có:
mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch
gói.
Mạch chuyển mạch kênh (circuit switched network) :
Khi có hai thực thể cần truyền thông với nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một
kênh cố định và duy trì kết nối đó cho tới khi hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu
chỉ truyền đi theo con đường cố định đó. Nhược điểm của chuyển mạch kênh là
tiêu tốn thời gian để thiết lập kênh truyền cố định và hiệu suất sử dụng mạng
không cao.
Mạng chuyển mạch thông báo (message switched network) :
Thông báo là một đơn vị dữ liệu của người sử dụng có khuôn dạng được
quy định trước. Mỗi thông báo có chứa các thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ
đích cần truyền tới của thông báo. Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi
nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp trên con đường dẫn tới
đích của thông báo. Như vậy mỗi nút cần phải lưu giữ tạm thời để đọc thông tin
điều khiển trên thông báo, nếu thấy thông báo không gửi cho mình thì tiếp tục
chuyển tiếp thông báo đi. Tuỳ vào điều kiện của mạng mà thông báo có thể
được chuyển đi theo nhiều con đường khác nhau.
Ưu điểm của phương pháp này là :
- Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc quyền
mà được phân chia giữa nhiều thực thể truyền thông.
- Mỗi nút mạng có thể lưu trữ thông tin tạm thời sau đó mới chuyển
thông báo đi, do đó có thể điều chỉnh để làm giảm tình trạng tắc nghẽn trên
mạng.
- Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp độ ưu tiên cho các
thông báo.
- Có thể tăng hiệu suất sử dụng giải thông của mạng bằng cách gắn địa
chỉ quảng bá (broadcast addressing) để gửi thông báo đồng thời tới nhiều
đích.
7
Nhược điểm của phương pháp này là:
- Không hạn chế được kích thước của thông báo dẫn đến phí tổn lưu giữ
tạm thời cao và ảnh hưởng đến thời gian trả lời yêu cầu của các trạm .
Mạng chuyển mạch gói (packet switched network) : ở đây mỗi thông
báo được chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (packet) có
khuôn dạng qui định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều
khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của
gói tin. Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gởi đi qua mạng tới
đích theo nhiều con đường khác nhau.
Phương pháp chuyển mạch thông báo và chuyển mạch gói là gần giống
nhau. Điểm khác biệt là các gói tin được giới hạn kích thước tối đa sao cho
các nút mạng (các nút chuyển mạch) có thể xử lý toàn bộ gói tin trong bộ nhớ
mà không phải lưu giữ tạm thời trên đĩa. Bởi vậy nên mạng chuyển
mạch gói truyền dữ liệu hiệu quả hơn so với mạng chuyển mạch thông báo.
Tích hợp hai kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào trong một
mạng thống nhất được mạng tích hợp số ISDN (Integated Services Digital
Network).
4.3. Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng
Kiến trúc của mạng bao gồm hai vấn đề: hình trạng mạng
(Network topology) và giao thức mạng (Network protocol)
Hình trạng mạng: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà
ta gọi là tô pô của mạng
Giao thức mạng: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể
truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng
Khi phân loại theo topo mạng người ta thường có phân loại thành: mạng
hình sao, tròn, tuyến tính
Phân loại theo giao thức mà mạng sử dụng người ta phân loại
thành mạng : TCP/IP, mạng NETBIOS . ..
Tuy nhiên cách phân loại trên không phổ biến và chỉ áp dụng cho các
mạng cục bộ.
4.4. Phân loại theo hệ điều hành mạng
Nếu phân loại theo hệ điều hành mạng người ta chia ra theo mô hình
mạng ngang hàng, mạng khách/chủ hoặc phân loại theo tên hệ điều hành mà
8
mạng sử dụng: Windows NT, Unix, Novell . . .
Chương 2: Mô hình OSI
1. Mô hình tham khảo OSI
Để giảm độ phức tạp thiết kế, các mạng được tổ chức thành một cấu trúc đa
tầng, mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước nó và sẽ cung cấp một số dịch vụ
cho tầng cao hơn. Ở mỗi tầng có hai quan hệ: theo chiều ngang và theo chiều
dọc. Quan hệ theo chiều ngang nói lên sự hoạt động của các máy tính đồng tầng
có nghĩa là chúng phải hội thoại được với nhau trên cùng một tầng. Muốn vậy
thì phải có qui tắc để hội thoại mà ta gọi đó là giao thức hay thủ tục (Protocol).
Quan hệ theo chiều dọc là quan hệ giữa các tầng kề nhau trong cùng một máy,
giữa hai tầng có một giao diện ghép nối, nó xác định các thao tác nguyên thuỷ
và các dịch vụ mà tầng dưới cung cấp cho tầng trên, Tình trạng không tương
thích giữa các mạng trên thị trường gây nên trở ngại cho người sử dụng các
mạng khác nhau. Chính vì thế cần xây dựng một mô hình chuẩn làm cho các nhà
nghiên cứu và thiết kế mạng để tao ra các sản phẩm mở về mạng. Việc nghiên
cứu sự kết nối hệ thống mở đã được tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế đề ra vào tháng
3/1977 với mục tiêu kết nối các hệ thống sản phẩm của các hãng sản xuất khác
nhau và phối hợp các hoạt động chuẩn hoá trong lĩnh vực viễn thông-tin học. Và
vào năm 1984 tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã công bố mô hình OSI (Open
System Interconnections-hệ thống ghép nối hệ thống mở) bao gồm 7 tầng:
Tầng 1 (tầng vật lý-Physical): cung cấp các phương tiện truyền tin, thủ tục
khởi động, duy trì huỷ bỏ các liên kết vật lý cho phép truyền các dòng dữ liệu dở
dòng bit.
Tầng 2 (tầng liên kết dữ liệu-Data Link): thiết lập, duy trì, huỷ bỏ các liên
kết dữ liệu kiểm soát luồng dữ liệu, phát hiện và khắc phục các sai sót truyền tin.
Tầng 3 (tầng mạng-Network): chọn đường truyền tin trong mạng, thực
hiện kiểm soát luồng dữ liệu, khắc phục sai sót, cắt hợp dữ liệu.
Tầng 4 (tầng giao vận-Transport): kiểm soát giữa các nút của luồng dữ
liệu, khắc phục sai sót, có thể thực hiện ghép kênh và cắt hợp dữ liệu.
Tầng 5 (tầng phiên-Session): thiết lập, duy trì đồng bộ hoá và huỷ bỏ các
phiên truyền thông. Liên kết phiên phải được thiết lập thông qua đối thoại và các
tham số điều khiển.
9
Tầng 6 (tầng trình dữ liệu-Presentation): biểu diễn thông tin theo cú pháp
dữ liệu của người sử dụng. Loại mã sử dụng và vấn đề nén dữ liệu.
Tầng 7 (tầng áp dụng-Application): là giao diện giữa người và môi trường
hệ thống mớ. Xử lý ngữ nghĩa thông tin, tầng này cũng có chức năng cho phép
truy cập và quản chuyển giao tệp, thư tín điện tử .
Mô hình 7 mức OSI
Thủ tục truyền tin trên mạng dựa chủ yếu vào các nghi thức giao thiệp hay
giao thức được qui định trước. Tuy nhiên việc liên lạc chỉ xảy ra ở lớp thuộc cấp
thấp trên mỗi máy, rồi sau đó truyền dần lên phía trên đến nhưng lớp thích hợp.
Như ở bài trước chúng ta đã học cứu qua về mô hình 7 mức OSI, sau đây chúng
ta sẽ tìm hiểu xem mô hình OSI hoat động như thế nào. Khái niệm nền tảng của
mô hình OSI là dòng lưu chuyển của một yêu cầu truy cập vào một tài nguyên
mạng xuyên qua bảy lớp phân biệt. Sự yêu cầu đó khởi đầu từ lớp trên cùng của
mô hình. Khi nó lưu chuyển xuống dưới, yêu cầu đó được chuyển đổi từ một lời
gọi API (Giao diện lập trình ứng dụng) bên trong ứng dụng xuất phát thành một
chuỗi các xung được mã hoá để truyền đi những thông tin nhị phân đến một thiết
10
bị khác trên mạng. Những xung này có thể là điện, quang, từ, vi ba hoặc những
tần số sóng mang vô tuyến. Quá trình mã hoá đó cho phép những lớp cụ thể nào
đó của mô hình OSI trên một máy tính nguồn để liên lạc với những lớp giống
hệt của chúng trên một máy tính đích. Quá trình này được gọi là những giao
thức, khi những quá trình này đến đích của chúng, chúng chuyển ngược lên các
lớp của mô hình OSI theo chiều ngược với lúc được gửi đi và được giải mã cho
tới khi chúng đến lớp có chức năng tương đương ở trên cùng trên máy tính đích.
Kết quả của chương trình đó là hai máy phân biệt liên lạc được với nhau và hoạt
động một cách độc lập như thể là những tài nguyên được nối mạng đang được
truy cập đó không có gì khác biệt như tài nguyên ở trên máy tại chỗ vậy. Mô
hình OSI không chỉ rõ rằng giao thức nào sẽ được dùng để truyền dữ liệu ngang
qua mạng, mà nó cũng chẳng chỉ định thiết bị dùng được truyền. Thay vì vậy, nó
cung cấp một đề cương để các thiết bị khác nhau làm theo để đảm bảo thông tin
liên lạc đúng đắn ngang qua mạng. Vậy việc đóng gói dữ liệu để truyên đi qua
mạng thực hiện như thế nào?
Những dữ liệu lưu thông trên mạng nói chung có thể chia làm hai nhóm: các
yêu cầu được tạo ra ở máy tính nguồn và các hồ đáp từ nơi mà yêu cầu kia được
gửi đến. Đơn vị cơ bản của dữ liệu mạng là gói dữ liệu (packet). Thông tin muốn
đi ngang qua một mạng nào đó thì phải đi xuống dọc theo một chồng giao thức,
khi nó đi qua chồng giao thức đó nó trải qua những quá trình đóng gói và đóng
gói lại. Những cách thức đóng gói tuỳ thuộc vào các khuôn dạng và các lược đồ
biểu diễn được qui định cho những giao thức có mặt tại mỗi lớp của chồng giao
thức đó. Phần quan trọng nhất của mỗi gói là một yêu cầu hoặc hồi đáp cho một
yêu cầu. Tuy nhiên, gói cũng phải chứa địa chỉ mạng, một phương tiện để hồi
báo rằng gói đã đến địa chỉ đích của nó. Một cơ chế kiểm tra lỗi để đảm bảo
rằng gói đến đích trong tình trạng giống như khi nó được gửi đi, một cơ chế định
thời gian để đảm bảo rằng gói không được gửi đi quá nhanh, đây gọi là sự kiểm
soát dòng. Sự phân phối có đảm bảo, sự kiểm tra lỗi và sự kiểm soát dòng được
cung cấp dưới dạng những thông tin được chứa trong các khung dữ liệu, vốn tạo
ra bởi các lớp khác nhau của mô hình OSI. Khi gói đi xuyên qua các lớp của mô
hình OSI, phía trước của nó được các giao thức đặt thêm vào những phần đầu đề
(header) gồm một chuỗi các trường nào đó, còn đằng sau có thể được nối thêm
phần đuôi vốn cũng gồm một chuỗi các trường nào đó.
11
Nhưng trước khi truyền nó phải được thiết lập kết nối, có nghĩa là hai thực
thể ở cùng tầng ở hai đầu liên kết sẽ thương lượng với nhau về tập tham số sử
dụng trong quá trình truyền dữ liệu. Quá trình truyền dữ liệu thực hiện như sau:
Dữ liệu được gửi hoặc nhận từ một lớp trên cùng đó là lớp 7 (Application), lớp
cao nhất của mô hình OSI. Nó được chuyển xuống dưới đến lớp 6
(Presentation), nơi quá trình bao gói bắt đầu.Từ đây, dữ liệu được bao lại trong
một phần đầu đề, gồm các thông tin nhận diện và trợ giúp để chuyển tiếp dữ liệu
đến một lớp nào đó khi nó được chuyển xuống đến lớp kế đó. Cũng giống ở trên
khi dữ liệu ngang qua các lớp 5 (Session), lớp 4 (Transport), lớp 3 (Network)
những giao thức hoạt động ở các lớp đó gắn thêm một phần đầu đề khác ở mỗi
lớp và có thể dữ liệu được phân thành những mảnh nhỏ hơn để dễ quản lý hơn.
Khi dữ liệu đi đến lớp 2 (Data Link) các giao thức tại chỗ đó sẽ lắp ráp dữ liệu
thành các khung bằng cách gắn thêm vào một phần đầu và một phần cuối, sau
đó các khung được chuyển xuống lớp 1 (Physical) để truyền đi trên phương tiện
nối mạng. Khi các khung đến đích cảu nó, quá trình đó được lặp lại theo chiều
ngược lại quá trình này được gọi là tách bỏ liên kết. Có nghĩa là qua mỗi tầng
các phần đầu và phần cuối được gắn vào trên các tầng tương ứng khi gửi dữ liệu
sẽ được tháo ra và so sánh. Ở trên là mạng chuyển mạch gói được truyền theo
phương pháp có liên kết. Nếu chuyển mạch gói được truyền dưới dạng không
liên kết thí chỉ có một giai đoạn truyền dữ liệu (các gói dữ liệu) được truyền độc
lập với nhau theo một con đường xác định bằng cách trong mỗi gói dữ liệu chứa
địa chỉ đích.
12
Việc nghiên cứu về OSI được bắt đầu tại ISO vào năm 1971 với các mục tiêu
nhằm nối kết các sản phẩm của các hãng sản xuất khác. Ưu điểm chính của OSI
là ở chỗ nó hứa hẹn giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các máy tính không
giống nhau. Hai hệ thống, dù có khác nhau đều có thể truyền thông với nhau
một các hiệu quả nếu chúng đảm bảo những điều kiện chung sau đây:
Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông.
Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng. các tầng đồng
mức phải cung cấp các chức năng như nhau.
Các tầng đồng mức khi trao đổi với nhau sử dụng chung một giao thức
Mô hình OSI tách các mặt khác nhau của một mạng máy tính thành bảy tầng
theo mô hình phân tầng. Mô hình OSI là một khung mà các tiêu chuẩn lập mạng
khác nhau có thể khớp vào. Mô hình OSI định rõ các mặt nào của hoạt động của
mạng có thể nhằm đến bởi các tiêu chuẩn mạng khác nhau. Vì vậy, theo một
nghĩa nào đó, mô hình OSI là một loại tiêu chuẩn của các chuẩn.
* Nguyên tắc sử dụng khi định nghĩa các tầng hệ thống mở
13
Sau đây là các nguyên tắc mà ISO quy định dùng trong quá trình xây dựng
mô hình OSI
Không định nghĩa quá nhiều tầng để việc xác định và ghép nối các tầng
không quá phức tạp.
Tạo các ranh giới các tầng sao cho việc giải thích các phục vụ và số các
tương tác qua lại hai tầng là nhỏ nhất.
Tạo các tầng riêng biệt cho các chức năng khác biệt nhau hoàn toàn về kỹ
thuật sử dụng hoặc quá trình thực hiên.
Các chức năng giống nhau được đặt trong cùng một tầng.
Lựa chọn ranh giới các tầng tại các điểm mà những thử nghiệm trong quá
khứ thành công.
Các chức năng được xác định sao cho chúng có thể dễ dàng xác định lại,
và các nghi thức của chúng có thể thay đổi trên mọi hướng.
Tạo ranh giới các tầng mà ở đó cần có những mức độ trừu tượng khác
nhau trong việc sử dụng số liệu.
Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong tầng không ảnh
hưởng đến các tầng khác.
Tạo các ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và dưới nó.
2. Các giao thức trong mô hình OSI
Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên
kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless).
Giao thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai tầng đồng mức cần
thiết lập một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết náy,
việc có liên kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu.
Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết
logic và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó.
Như vậy với giao thức có liên kết, quá trình truyền thông phải gồm 3 giai đoạn
phân biệt:
Thiết lập liên kết (logic): hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương
lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau (truyền dữ
liệu).
14
Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý
kèm theo (như kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu...) để tăng
cường độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dữ liệu.
Hủy bỏ liên kết (logic): giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát
cho liên kết để dùng cho liên kết khác.
Đối với giao thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai đoạn truyền dữ
liệu mà thôi.
Gói tin của giao thức: Gói tin (Packet) được hiểu như là một đơn vị thông tin
dùng trong việc liên lạc, chuyển giao dữ liệu trong mạng máy tính. Những thông
điệp (message) trao đổi giữa các máy tính trong mạng, được tạo dạng thành các
gói tin ở máy nguồn. Và những gói tin này khi đích sẽ được kết hợp lại thành
thông điệp ban đầu. Một gói tin có thể chứa đựng các yêu cầu phục vụ, các
thông tin điều khiển và dữ liệu.
Phương thức xác lập các gói tin trong mô hình OSI
+ Hdr : phần đầu cảu gói tin
15
+ Trl (Trailer) : Phần kiểm tra lỗi (Tầng liên kết dữ liệu)
+ Data: Phần dữ liệu của gói tin
Trên quan điểm mô hình mạng phân tầng tầng mỗi tầng chỉ thực hiện một chức
năng là nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và
ngược lại. Chức năng này thực chất là gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu (header) đối
với các gói tin trước khi chuyển nó đi. Nói cách khác, từng gói tin bao gồm phần
đầu (header) và phần dữ liệu. Khi đi đến một tầng mới gói tin sẽ được đóng
thêm một phần đầu đề khác và được xem như là gói tin của tầng mới, công việc
trên tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền lên đường dây mạng để đến bên
nhận.
Tại bên nhận các gói tin được gỡ bỏ phần đầu trên từng tầng tương ứng và đây
cũng là nguyên lý của bất cứ mô hình phân tầng nào.
Chú ý: Trong mô hình OSI phần kiểm lỗi của gói tin tầng liên kết dữ liệu đặt ở
cuối gói tin.
3. Các chức năng chủ yếu của các tầng của mô hình OSI
3.1. Lớp vật lý
Tầng vật lý (Physical layer) là tầng dưới cùng của mô hình OSI. Nó mô tả các
đặc trưng vật lý của mạng: Các loại cáp được dùng để nối các thiết bị, các loại
đầu nối được dùng , các dây cáp có thể dài bao nhiêu v.v... Mặt khác các tầng
vật lý cung cấp các đặc trưng điện của các tín hiệu được dùng để khi chuyển dữ
liệu trên cáp từ một máy này đến một máy khác của mạng, kỹ thuật nối mạch
điện, tốc độ cáp truyền dẫn.
Tầng vật lý không qui định một ý nghĩa nào cho các tín hiệu đó ngoài các giá
trị nhị phân 0 và 1. ở các tầng cao hơn của mô hình OSI ý nghĩa của các bit được
truyền ở tầng vật lý sẽ được xác định.
Ví dụ: Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đôi 10 baseT định rõ các đặc trưng
điện của cáp xoắn đôi, kích thước và dạng của các đầu nối, độ dài tối đa của cáp.
Khác với các tầng khác, tầng vật lý là không có gói tin riêng và do vậy không
có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển, dữ liệu đợc truyền đi theo dòng
bit. Một giao thức tầng vật lý tồn tại giữa các tầng vật lý để quy định về phương
thức truyền (đồng bộ, phi đồng bộ), tốc độ truyền.
16
Tải về để xem bản đầy đủ
65 trang
05/05/2022
7420
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạng máy tính - Trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mang_may_tinh_truong_cao_dang_co_dien_ha_noi.docx
