Bài giảng Mạng thông tin - Chương 1: Các khái niệm về mạng máy tính - Trần Hữu Nghĩa

02/15/2017 1 1 Học phần: MẠNG THÔNG TIN GV. Trần Hữu Nghĩa Email: thnghia@gmail.com 1 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15/02/2017 2 Tài liệu tham khảo 1. 1. Lê Minh Trung, Nguyễn Hùng. Khai thác hiệu quả nguồn thông tin sử dụng Internet / Intranet - sử dụng CDS/ISIS for Windows.- TP. Hồ Chí Minh : Thống kê, 2000. 2. 2. Nguyễn Thúc Hải. Mạng máy tính và các hệ thống mở.- Hà Nội : Giáo dục, 1997. 3. 3. A.S.Tanenbaum. Computer Networks – Fourth Edition .- Prentice Hall International Inc, 2003. 3 Chƣơng 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH 02/15/2017 2 4 1. Lịch sử mạng máy tính Vào giữa những năm 50, những hệ thống máy tính đầu tiên ra đời sử dụng các bóng đèn điện tử nên kích thước rất cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc nhập dữ liệu vào máy tính được thực hiện thông qua các bìa đục lỗ và kết quả được đưa ra máy in, điều này làm mất rất nhiều thời gian và bất tiện cho người sử dụng. 5 1. Lịch sử mạng máy tính (tt) Đến giữa những năm 60, cùng với sự phát triển của các ứng dụng trên máy tính và nhu cầu trao đổi thông tin với nhau, một số nhà sản xuất máy tính đã nghiên cứa chế tạo thành công các thiết bị truy cập từ xa tới các máy tính của họ, và đây chính là những dạng sơ khai của hệ thống mạng máy tính. 6 1. Lịch sử mạng máy tính (tt) Một trong những phương pháp thâm nhập từ xa được thực hiện bằng việc cài đặt một thiết bị đầu cuối ở một vị trí cách xa trung tâm tính toán, thiết bị đầu cuối này được liên kết với trung tâm bằng việc sử dụng đường dây điện thoại và với hai thiết bị xử lý tín hiệu (thường gọi là Modem) gắn ở hai đầu và tín hiệu được truyền thay vì trực tiếp thì thông qua dây điện thoại. Mô hình truyền dữ liệu từ xa đầu tiên 02/15/2017 3 7 1. Lịch sử mạng máy tính (tt) Đến đầu những năm 70, hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM ra đời cho phép mở rộng khả năng tính toán của các trung tâm máy tính đến các vùng ở xa. Mô hình trao đổi mạng của hệ thống 3270 8 1. Lịch sử mạng máy tính (tt) * Thiết bị kiểm soát truyền thông: có nhiệm vụ nhận các bit tín hiệu từ các kênh truyền thông, gom chúng lại thành các byte dữ liệu và chuyển nhóm các byte đó tới máy tính trung tâm để xử lý, thiết bị này cũng thực hiện công việc ngược lại để chuyển tín hiệu trả lời của máy tính trung tâm tới các trạm ở xa. Thiết bị trên cho phép giảm bớt được thời gian xử lý trên máy tính trung tâm và xây dựng các thiết bị logic đặc trưng. 9 1. Lịch sử mạng máy tính (tt) * Thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối: cho phép cùng một lúc kiểm soát nhiều thiết bị đầu cuối. Máy tính trung tâm chỉ cần liên kết với một thiết bị như vậy là có thể phục vụ cho tất cả các thiết bị đầu cuối đang được gắn với thiết bị kiểm soát trên. Ðiều này đặc biệt có ý nghĩa khi thiết bị kiểm soát nằm ở cách xa máy tính vì chỉ cần sử dụng một đường điện thoại là có thể phục vụ cho nhiều thiết bị đầu cuối. 02/15/2017 4 10 1. Lịch sử mạng máy tính (tt)  Đến giữa những năm 70, IBM đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối được thiết kế chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng, thương mại. Thông qua dây cáp mạng các thiết bị đầu cuối có thể truy cập cùng một lúc đến một máy tính dùng chung.  Đến năm 1977, công ty Datapoint Corporation đã tung ra thị trường hệ điều hành mạng của mình là “Attache Resource Computer Network” (Arcnet) cho phép liên kết các máy tính và các thiết bị đầu cuối lại bằng dây cáp mạng, và đó chính là hệ điều hành mạng đầu tiên. 11 Vì sao phải kết nối mạng ? ? 12 2. Khái niệm mạng máy tính Nói một cách cơ bản, mạng máy tính là hai hay nhiều máy tính được kết nối với nhau theo một cách nào đó sao cho chúng có thể trao đổi thông tin qua lại với nhau. Mô hình mạng cơ bản 02/15/2017 5 13 2. Khái niệm mạng máy tính (tt) Mạng máy tính ra đời xuất phát từ nhu cầu muốn chia sẻ và dùng chung dữ liệu. Không có hệ thống mạng thì dữ liệu trên các máy tính độc lập muốn chia sẻ với nhau phải thông qua việc in ấn hay sao chép qua đĩa mềm, CD ROM, điều này gây rất nhiều bất tiện cho người dùng. Các máy tính được kết nối thành mạng cho phép các khả năng chia chia sẻ dữ liệu và thiết bị. 14  Sử dụng chung các công cụ tiện ích  Chia sẻ kho dữ liệu chung  Tăng độ tin cậy của hệ thống  Trao đổi thông tin, hình ảnh  Dùng chung các thiết bị ngoại vi  Giảm chi phí và thời gian đi lại - Lợi ích của việc nối mạng 2. Khái niệm mạng máy tính (tt) 15 Từ mạng LAN đơn giản Hub Computer Laptop Printer Minicomputer Workstation Computer Computer Server PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 Hub/Switch Printer 02/15/2017 6 16 đến mạng WAN, Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Router Saigon Đồng Nai Hà Nội 17 Internet 64 Kbps Internet , và Internet !!! VN AU FR TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 18 18 Backbone 02/15/2017 7 19 19 ISP kết nối vào backbone Kết nối bằng cách dial-up đến ISP 20 3.1. Theo phương thức kết nối Point to Point Point to MultiPoint 3.2. Theo vùng địa lý LAN MAN GAN WAN 3.3. Theo cấu trúc 3.4. Theo chức năng 3. Phân loại mạng máy tính 21  Các loại máy tính: Laptop, PC, MainFrame...  Các thiết bị giao tiếp: Card mạng (NIC hay Adapter), Hub, Switch, Router...  Môi trƣờng truyền dẫn: cáp, sóng điện từ, sóng vi ba, tia hồng ngoại...  Các giao thức mạng: TCP/IP  Các hệ điều hành mạng: Windows, Novell Netware, Unix...  Các tài nguyên: file, thư mục...  Các thiết bị ngoại vi: máy in, máy fax, Modem, scaner... 4. Các thành phần của một mạng máy tính 02/15/2017 8 22 Hệ điều hành mạng (NOS: Network Operating System) Là phần mềm điểu khiển việc kết nối mạng, định nghĩa và quản lý việc truy cập các tài nguyên trong mạng. Khả năng quản lý cung cấp các tài nguyên, danh mục người dùng, khả năng bảo mật, truy cập và sử dụng tài nguyên.....là các tiêu chí để đánh giá và lựa chọn hệ điều hành phù hợp cho một nhu cầu xây dựng mạng. Các hệ điều hành mạng được thiết kế để hỗ trợ các tính năng đa nhiệm và đa xử lý (Multitasking and Multiprocessing): Vì máy chủ thường phải đáp ứng một khối lượng rất lớn các yêu cầu từ các máy trạm nên nó cần có tốc độ rất nhanh và có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ cùng lúc. 5. Hệ điều hành mạng 23 5.1. Phần mềm máy trạm (Client Softwave): Mục đích của phần mềm loại này là làm cho các phục vụ trở nên khả dụng đối với người sử dụng không kể phục vụ đó là phục vụ được cung cấp bởi mạng hay được cung cấp bởi chính máy trạm đó, điều này cho phép các phần mềm ứng dụng có thể được viết độc lập với môi trường và không phụ thuộc vào các yếu tố vật lý. Client Softwave nhận các yêu cầu từ người sử dụng, nếu yêu cầu đó được cung cấp bởi các phần mềm hệ thống trên máy trạm đó thì nó sẽ gửi yêu cầu đó cho hệ điều hành trên máy trạm thực hiện, nếu các yêu cầu được cung cấp bởi mạng nó sẽ gửi yêu cầu cho máy chủ để yêu cầu dịch vụ. Client Softwave còn được gọi là Requester (vì nó yêu cầu dịch vụ từ máy chủ hoặc máy trạm) hoặc Redirector (vì nó định hướng lại yêu cầu trên mạng). 24 5.2. Phần mềm cho máy chủ (Server Softwave): Máy chủ tồn tại chỉ đơn giản là để nhằm thoả mãn các yêu cầu của các máy trạm, do máy chủ thực sự lưu trữ phần lớn dữ liệu của toàn mạng nó thường cung cấp các vị trí thuận lợi để thực hiện các nhiệm vụ như: Quản lý tài khoản người dùng, Bảo vệ an ninh trên mạng, Bảo vệ dữ liệu, cho phép nhiều người sử dụng cùng truy cập vào một thời điểm... 02/15/2017 9 25 * Ví dụ về các phần mềm ứng dụng trên Client – Server Client program Server program chạy trên server Network Client Program Service Server Program Outlook Express, Eudora E-mail sendmail, qmail Internet Explorer, Netscape WWW httpd Telnet Remote Access telnetd, sshd WS-FTP, FTP Pro File Transfer ftpd, sftpd 26 6.1. Các xu hƣớng phát triển dịch vụ mạng máy tính 6. 2. Các dịch vụ phổ biến trên mạng máy tính 6. Các dịch vụ mạng 27 Trên một mạng máy tính, các dữ liệu được truyền trên môi trường truyền dẫn, nó là phương tiện vật lý cho phép truyền tải tín hiệu giữa các thiết bị. Có hai loại phương tiện truyền dẫn chủ yếu: hữu tuyến (bounded media) và vô tuyến (boundless media). 1. Môi trường truyền dẫn (Transmission media) Thông thường, hệ thống sử dụng hai loại tín hiệu truyền: digital và analog. II. CÁC PHƢƠNG THỨC KẾT NỐI MẠNG MÁY TÍNH 02/15/2017 10 28 Đơn vị của băng thông:  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  MBps (Megabits per second): 1 MBps = 103 KBps  GBps (Gigabits per second): 1 GBps = 103 MBps  TBps (Terabits per second): 1 TBps = 103 GBpS. 28 2. Các đặc tính của thiết bị truyền dẫn (tt) 29 4. Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến  Các loại cáp:  Cáp đồng trục (Coaxial) - Thinnet (10base2) - Thicknet (10base,dày 13mm, phân đoạn mạng 500m)  Cáp xoắn đôi (Twisted-Pair) - STP (Shielded Twisted-Pair) - UTP (Unshielded Twisted-Pair)  Cáp quang (Fiber-optic) 30 4.1. Cáp đồng trục (tt) Cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng khác (ví dụ như cáp xoắn đôi) do ít bị ảnh hưởng của môi trường. Các mạng cục bộ sử dụng cáp đồng trục có thể có kích thước trong phạm vi vài ngàn mét, cáp đồng trục được sử dụng nhiều trong các mạng dạng đường thẳng. Hai loại cáp thường được sử dụng là cáp đồng trục mỏng và cáp đồng trục dày trong đường kính cáp đồng trục mỏng là 0,25 inch, cáp đồng trục dày là 0,5 inch. Cả hai loại cáp đều làm việc ở cùng tốc độ nhưng cáp đồng trục mỏng có độ hao suy tín hiệu lớn hơn Hiện nay có cáp đồng trục sau: - RG -58,50 ohm: dùng cho mạng Thin Ethernet - RG -59,75 ohm: dùng cho truyền hình cáp - RG -62,93 ohm: dùng cho mạng ARCnet 02/15/2017 11 31 Kết nối cáp đồng trục với PC 32 4.2. Cáp xoắn đôi (Twisted Pair)  Đây là loại cáp gồm hai đường dây dẫn đồng được xoắn vào nhau nhằm làm giảm nhiễu điện từ gây ra bởi môi trường xung quanh và giữa chúng với nhau.  Hiện nay có hai loại cáp xoắn là cáp có bọc kim loại ( STP - Shield Twisted Pair) và cáp không bọc kim loại (UTP -Unshield Twisted Pair). 33 4.3. Cáp quang (Fiber-Optic) Cáp quang thường dùng cho đường dây mạng trục chính (Backbone) trong mạng lớn Tốc độ truyền thông cao lên đến Gbps Cáp quang giá thành quá mắc, khó lắp đặt 02/15/2017 12 34 4.3. Cáp quang (tt) Hộp đấu nối cáp quang (ODF) 35 - Đầu nối cáp quang: đầu nối cáp quang rất đa dạng thông thường trên thị trường có các đầu nối nhưsau: SMA, SC, ST,FC 36 4. Phương tiện truyền dẫn hữu tuyến (tt) Thông số cơ bản của các loại cáp 02/15/2017 13 37 5. Phương tiện truyền dẫn vô tuyến 5.1. Sóng Radio: hoạt động trên dãi Quang phổ của điện từ nằm trong khoảng 10 KHz đến 1GHz. Có nhiều giải tần: Sóng ngắn (Short Wave), Sóng VHF (Very Hight Frequency): Tivi & Radio FM và Sóng 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. 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. 38 5. Phương tiện truyền dẫn vô tuyến 5.1. Sóng Radio (tt) 39 5. Phương tiện truyền dẫn vô tuyến 5.2. Sóng Viba: hoạt động trên dãi tầng 21GHz -> 23GHz. Tốc độ từ 1 -> 10Mbps. 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 lượt 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 như nhau, gọi là trễ lan truyền (Propagation Delay). Thông thường là 0,5-5 giây. 02/15/2017 14 40 5. Phương tiện truyền dẫn vô tuyến 5.2. Sóng Viba (tt) 41 5. Phương tiện truyền dẫn vô tuyến 5.3. Tia hồng ngoại (Infrared system): Có 2 phương 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, nhưng tốc độ truyền chỉ đạt tối đa 1 Mbps. 42 5. Phương tiện truyền dẫn vô tuyến 5.3. Tia hồng ngoại (tt) 02/15/2017 15 43 6. Các thiết bị mạng 6.1. Card mạng (NIC: Network Interface Card) Card mạng là thiết bị nối kết giữa máy tính và cáp mạng. Chúng thường giao tiếp với máy tính qua các khe cắm như: ISA (Industry Standard Architecture), PCI (Peripheral Component Interconnect), USB (Universal Serial Bus), PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) * Các chức năng chính của card mạng: - Chuẩn bị dữ liệu đưa lên mạng: trước khi đưa lên mạng, dữ liệu phải được chuyển từ dạng byte, bit sang tín hiệu điện để có thể truyền trên cáp. - Gởi dữ liệu đến máy tính khác. - Kiểm soát luồng dữ liệu giữa máy tính và hệ thống cáp. 44 6.1. Card mạng (tt) Các dạng NIC hiện nay đang được sử dụng: NIC PCI tích hợp 3 cổng giao tiếp BNC,AUI,RJ-45 NIC PCI giao tiếp Wireless tích hợp trên bo mạch của NIC NIC ISA tích hợp RJ-45 và ST,SC để nối cáp quang 45 6.1. Card mạng (tt) Các dạng NIC hiện nay đang được sử dụng: NIC PCI với Card Wireless giao tiếp PCMCIA NIC PCMCIA Wireless cho Laptop. NIC USB WiFi 54Mbps 02/15/2017 16 46 46 III. Mô hình tham chiếu OSI (Open Systems Interconnection) Trong quá khứ, vào khoảng thập niên 80,nhu cầu sử dụng mạng bùng nổ trên thế giới cả về số lượng lẫn quy mô của mạng. Nhưng mỗi mạng lại được thiết kế và phát triển của một nhà sản xuất khác nhau cả về phần cứng lẫn phần mềm dẫn đến tình trạng các mạng không tương thích với nhau và các mạng do các nhà sản xuất khác nhau thì không liên lạc được với nhau. Để giải quyết vấn đề này, tổ chức ISO - International Organization for Standardization đã nghiên cứu các mô hình mạng khác nhau và vào năm 1984 đưa ra mô hình tham khảo OSI giúp cho các nhà sản xuất khác nhau có thể dựa vào đó để sản xuất ra các thiết bị ( phần cứng cũng như phần mềm) có thể liên lạc và làm việc được với nhau. 47 47 ISO đã đƣa ra mô hình 7 lớp (layers) cho mạng, gọi là mô hình tham khảo OSI (Open System Interconnection Reference Model). 48 48 IV. Bộ giao thức TCP/IP Tổng quan về bộ giao thức TCP/IP Các giao thức của bộ giao thức TCP/IP Các dịch vụ trên mạng sử dụng bộ giao thức TCP/IP 02/15/2017 17 49 49  Lớp 4: Application  Lớp 3: Transport  Lớp 2: Internet  Lớp 1: Network access Một số lớp trong mô hình TCP/IP có cùng tên với mô hình OSI. Tuy nhiên không nên nhầm lẫn giữ hai mô hình này. 50 50 * Các giao thức trong bộ giao thức TCP/IP Giao thức IP IP : Internet Protocol – là giao thức quan trọng nhất trong bộ giao thức TCP/IP- Cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng. Đóng gói dữ liệu thành các datagram và phân phát datagram theo kiểu không liên kết, không tin cậy  Chịu trách nhiệm về địa chỉ lớp mạng, các giao thức định tuyến Có 2 phiên bản địa chỉ: IPv4, IPv6 51 51 Giao thức IP - cấu trúc địa chỉ IP Có độ dài 32bit, được biểu diễn dưới dạng thập phân gồm 4 vùng, mỗi vùng 1 byte cách nhau bằng dấu chấm. Ví dụ 203.162.7.92 Chia làm 2 phần: network, host IP address = . Dựa trên số bit cấp cho hai phần trên mà địa chỉ IP được chia làm 5 lớp A, B, C, D, E 02/15/2017 18 52 52 4. Bộ giao thức TCP/IP 4.3. Các giao thức trong bộ giao thức TCP/IP  Lớp A : Bit đầu là 0, 7 bit tiếp theo điạ chỉ mạng và 24 bit cuối là địa chỉ host  126 mạng và 16 triệu trạm/mỗi mạng  Lớp B : 2 bit đầu là 1và 0, 14 bit tiếp theo địa chỉ mạng và 16 bit cuối địa chỉ host 16384 mạng và tối đa 65535 trạm/mỗi mạng  Lớp C : 3 bit đầu là 110, 21 bit tiếp theo là điạ chỉ mạng và 8 bit cuối là địa chỉ host 2 triệu mạng và tối đa 254 trạm/mỗi mạng. Giao thức IP - cấu trúc địa chỉ IP 53 53 Giao thức IP - cấu trúc địa chỉ IP  Lớp D : 4 Bit đầu là 1110 lớp địa chỉ này được sử dụng để gửi gói tin IP đến một nhóm host trên mạng ( còn gọi là lớp địa chỉ Multicast ).  Lớp E : 5 bit đầu là 11110 hiện chưa sử dụng. 54 54 * Các dịch vụ cơ bản trên mạng TCP/IP Dịch vụ truy nhập từ xa - Telnet Mạng công cộng Mô hình truy cập sử dụng dịch vụ Telnet 02/15/2017 19 55 55 Dịch vụ FTP ( truyền file ) Mạng công cộng FTP Server/client FTP Server/client FTP client 56 56 Dịch vụ FTP ( truyền file ) FTP Server www.microsoft.com User ftp://www.microsoft.com/b.txt GET Here you are FTP Client (WS-FTP Pro, ftp.exe,) 57 57 Dịch vụ World Wide Web (WWW ) Mạng công cộng Web Server Web client/ Browser 02/15/2017 20 58 58 Dịch vụ World Wide Web (WWW )  Web Browser: Internet Explorer, Netscape Navigator, Opera,... 59 59 Dịch vụ World Wide Web (WWW ) Browser Web Server www.microsoft.com User GET file 60 60 Dịch vụ thư điện tử (Email ) Mạng công cộng Mail Server Mail client 02/15/2017 21 61 61 Dịch vụ thư điện tử (Email ) Mail Server hcm.vnn.vn User SEND TO me@yahoo.com Mail Client (Outlook, Netscape Mail, Eudora) 62 62 Dịch vụ thư điện tử (Email ) Mail Server hcm.vnn.vn User SEND TO me@yahoo.com WebMail Client = Browser (Yahoo, Hotmail, FPTNET, VASC,) 63 63 Dịch vụ tán gẫu (chat) Chat Server WebChat, mIRC, ICQ, Yahoo Messenger, MSN) 02/15/2017 22 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tìm hiểu thêm khái niệm cơ bản về mạng trên các trang Web sau: • www.quantrimang.com.vn • www.tintucmang.com.vn • www.echip.com.vn • www.pcworld.com.vn •