18/08/2014 Mạng máy tính Giảng viên: Bùi Trọng Tùng Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông Đại học Bách khoa Hà Nội 1 Về môn học này     Mã HP: IT3080 Tên học phần: Mạng máy tính Khối lượng: 3(3-1-0-6) Đánh giá:     Quá trình (30%): bài tập lớn, chuyên cần, thảo luận... Cuối kỳ (70%): thi viết Thực hành: 3 bài, không bắt buộc (cộng 0-1 điểm vào điểm thi cuối kỳ cho mỗi bài ) Website: http://soict.hust.edu.vn/~tungbt/it3080 Hạn đăng ký bài tập lớn: trước ngày 13/09/2014 2 1 18/08/2014 Tài liệu tham khảo [KR] Networking: a top-down approach featuring the Internet, 6th Edition, James F. Kurose, Keith W. Ross, Addison Wesley 2012 [PB] TCP/IP tutorial and technical overview, Lydia Parziale, David T.Britt, IBM Redbooks 2006 [WS] Data and Computer Communications, 8th Edition William Stallings, Pearson Prentice Hall 2007 3 Giảng viên Bùi Trọng Tùng, Viện CNTT&TT - BK HN Email : tungbt@soict.hust.edu.vn Địa chỉ : phòng 801 – nhà B1 – BKHN Website: http://soict.hust.edu.vn/~tungbt FB: /groups/QA.TungBT 4 2 18/08/2014 Chương 1. Tổng quan về mạng máy tính và truyền thông 5 1. Cơ bản về mạng máy tính 6 3 18/08/2014 1.1. Lịch sử Internet  Bắt đầu từ một thí nghiệm của dự án của ARPA Một liên kết giữa hai nút mạng (IMP tại UCLA và IMP tại SRI)  ARPA: UCLA: SRI: IMP: Source: http://www.cybergeography.org/atlas/historical.html Advanced Research Project Agency University California Los Angeles Stanford Research Institute Interface Message Processor 7 3 tháng sau, 12/1969 SRI UCSB UTAH UCLA Một mạng hoàn chỉnh với 4 nút, 56kbps UCSB:University of California, Santa Barbara UTAH:University of Utah source: http://www.cybergeography.org/atlas/historical.html 8 4 18/08/2014 ARPANET thời kỳ đầu, 1971 Source: http://www.cybergeography.org/ atlas/historical.html Mạng phát triển với tốc độ thêm mỗi nút một tháng 9 Thập niên 70: Kết nối liên mạng, kiến trúc mạng mới và các mạng riêng 10 5 18/08/2014 Sự mở rộng của ARPANET, 1974 source: http://www.cybergeography.org/ atlas/historical.html Lưu lượng mỗi ngày vượt quá 3.000.000 gói tin 11 Thập niên 70   Từ đầu 1970 xuất hiện các mạng riêng:   ALOHAnet tại Hawaii DECnet, IBM SNA, XNA 1974: Cerf & Kahn – nguyên lý kết nối các hệ thống mở (Turing Awards)  1976: Ethernet, Xerox PARC  Cuối 1970: ATM 12 6 18/08/2014 Thập niên 80: Các giao thức mới, kết nối thêm mạng mới 13 1981: Xây dựng mạng NSFNET NSF: National Science Foundation Phục vụ cho nghiên cứu khoa học, do sự quá tải của ARPANET 14 7 18/08/2014 1986: Nối kết USENET& NSFNET 15 Source: http://www.cybergeography.org/atlas/historical.html Thêm nhiều mạng và giao thức mới     Thêm nhiều mạng mới nối vào: MFENET, HEPNET (Dept. Energy), SPAN (NASA), BITnet, CSnet, NSFnet, Minitel … TCP/IP được chuẩn hóa và phổ biến vào 1980 Berkeley tích hợp TCP/IP vào BSD Unix Dịch vụ: FTP, Mail, DNS … 16 8 18/08/2014 Thêm nhiều mạng và giao thức mới     Thêm nhiều mạng mới nối vào: MFENET, HEPNET (Dept. Energy), SPAN (NASA), BITnet, CSnet, NSFnet, Minitel … TCP/IP được chuẩn hóa và phổ biến vào 1980 Berkeley tích hợp TCP/IP vào BSD Unix Dịch vụ: FTP, Mail, DNS … 17 Thập niên 90: Web và thương mại hóa Internet 18 9 18/08/2014 Thập niên 90    Đầu 90: ARPAnet chỉ là một phần của Internet Đầu 90: Web  HTML, HTTP: Berners-Lee  1994: Mosaic, Netscape Cuối 90: Thương mại hóa Internet Cuối 1990’s – 2000’s:     Nhiều ứng dụng mới: chat, chia sẻ file P2P… E-commerce, Yahoo, Amazon, Google… > 50 triệu máy trạm, > 100 triệu NSD Vấn đề an toàn an ninh thông tin!   Internet dành cho tất cả mọi người Tất cả các dịch vụ phải quan tâm tới vấn đề này 19 Lược sử Internet Việt Nam   1991: Nỗ lực kết nối Internet không thành.  (Vì một lý do nào đó) 1996: Giải quyết các cản trở, chuẩn bị hạ tầng Internet     ISP: VNPT 64kbps, 1 đường kết nối quốc tế, một số NSD 1997: Việt Nam chính thức kết nối Internet   1 IXP: VNPT 4 ISP: VNPT, Netnam (IOT), FPT, SPT 2007: “Mười năm Internet Việt Nam”   20 ISPs, 4 IXPs 19 triệu NSD, 22.04% dân số 20 10 18/08/2014 Thống kê gần đây Số người dùng Internet ở Việt Nam Số người dùng Tỉ lệ dân số Triệu người 40 35.0 35.03 30.0 35.58 31.11 25.0 20.0 24.4 25 26.8 30.5 31.3 10 5.0 0.0 20 15 22.8 10.0 35 30 26.55 15.0 % 5 2008 2009 2010 2011 2012 0 21 Source: Vnnic, http://www.thongkeinternet.vn Băng thông kết nối đi quốc tế (Mbps), Tháng 7/2013 Tháng 6/2014: 790003 Mbps Tổng cộng: 486173.0 Mbps 22 11 18/08/2014 Băng thông kết nối đi quốc tế 23 1.2. Các khái niệm cơ bản 24 12 18/08/2014 Mạng máy tính là gì?  Tập hợp các máy tính kết nối với nhau dựa trên một kiến trúc nào đó để có thể trao đổi dữ liệu    Máy tính: máy trạm, máy chủ, bộ định tuyến Kết nối bằng một phương tiện truyền Theo một kiến trúc mạng 25 Đường truyền vật lý    Là các phương tiện vật lý có khả năng truyền dẫn tín hiệu Phân loại:   Hữu tuyến: cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang,… Vô tuyến: sóng radio, viba, sóng hồng ngoại,… Một số yếu tố đặc trưng:    Băng tần Độ tin cậy : tỉ lệ bít lỗi khi truyền Độ suy hao 26 13 18/08/2014 Kiến trúc mạng  Các nút mạng kết nối với nhau như thế nào? (Hình trạng – Topology)    Topology vật lý: hình trạng dựa trên cáp kết nối Bus Ring (Vòng) Star (Sao) Mesh (Lưới) Topology logic: hình trạng dựa trên cách thức truyền tín hiệu: điểm điểm, điểm-đa điểm …và trao đổi dữ liệu với nhau như thế nào? (Giao thức – Protocol) 27 Một vài ví dụ       Mạng Internet Mạng nội bộ cơ quan, trường học Mạng gia đình Hệ thống ATM của ngân hàng Mạng điện thoại ... 28 14 18/08/2014 Mạng Internet  Trên 5 tỉ thiết bị kết nối server  2.5 tỉ người dùng wireless  Đường truyền: cáp laptop smartphone quang, cáp đồng, Wimax, 3G…  Truyền tải hàng nghìn TeraByte/s wireless links  Dịch vụ: Web, email, wired links mạng xã hội, Skype PC router mobile network global ISP home network regional ISP institutional network 29 Internet of things 30 15 18/08/2014 Mạng Internet  Mạng của các mạng (Network of networks) Internet Làm thế nào để kết nối hàng triệu hệ thống mạng với nhau? 31 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Kết nối một mạng với tất cả các mạng khác? access net access net access net access net access net access net access net Không có khả năng mở rộng: Số lượng kết nối O(n2) access net access net access net access net access net access net access net access net access net 32 16 18/08/2014 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Kết nối mỗi mạng vào một trạm chuyển tiếp của một nhà cung cấp toàn cầu (global ISP) access net access net access net access net access net access net access net global ISP access net access net access net access net access net access net access net access net access net 33 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Thêm nhiều ISP... access net access net access net Trạm trung chuyển Internet access net access net access net IXP ISP A IXP access net access net access net access net ISP B ISP C Kết nối ngang hàng access net access net access net access net access net access net 34 17 18/08/2014 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Thêm các mạng khu vực (regional network)... access net access net access net access net access net access net IXP ISP A IXP access net access net access net ISP B ISP C access net access net regional net access net access net access net access net access net 35 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Mạng lõi và mạng biên access net access net access net access net access net access net IXP ISP A IXP access net access net access net access net ISP B ISP C access net regional net access net access net access net access net access net 36 18 18/08/2014 Kiến trúc mạng  Mạng biên (network edge):     mobile network Nút mạng đầu cuối (endsystem, host): PC, điện thoại, máy chủ, máy tính nhúng... Mạng truy nhập (access network): đường truyền, thiết bị kết nối (router, switch, hub, tổng đài...) global ISP home network regional ISP Mạng lõi (network core): đường truyền, thiết bị kết nối  Mạng của các mạng Mới chỉ đề cập đến khía cạnh “Kết nối như thế nào?” institutional network 37 2. Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Chuyển tiếp dữ liệu qua các kết nối như thế nào? 38 19 18/08/2014 2.1. Đặt vấn đề  Kết nối điểm-điểm giữa 2 host A  Thông số của kết nối:   B Băng thông (bandwith - R): lượng dữ liệu truyền tối đa trong một đơn vị thời gian (bps – bit per second) Trễ (Latency): thời gian truyền dữ liệu từ A đến B   Trễ truyền tải: Kích thước dữ liệu / Băng thông Trễ truyền dẫn: Độ dài liên kết / Tốc độ tín hiệu (~2x108 m/sec) 39 Kết nối điểm-điểm giữa 2 host  Truyền 100B từ A đến B A 1Mbps, 1ms time=0 Thời gian truyền 1 bit = 1/106s Thời gian truyền 800 bits=800x1/106s 100Byte packet Time B Thời điểm bit đầu tiên tới B = 1/106+1/103s Thời điểm bit cuối cùng tới B (800x1/106)+1/103s = 1.8ms 40 20 18/08/2014 Kết nối giữa nhiều host   Điểm-điểm giữa mọi cặp Hạn chế? 41 Kết nối giữa nhiều nút mạng   Điểm-đa điểm: Sử dụng 1 đường truyền chung cho tất cả  truyền thông “quảng bá” Hạn chế? 42 21 18/08/2014 Kết nối giữa nhiều nút mạng  Giải pháp: mạng chuyển mạch    Mỗi host kết nối với 1 thiết bị chuyển mạch Các thiết bị chuyển mạch kết nối điểm-điểm Chia sẻ tài nguyên đường truyền G A C D Câu hỏi: Làm thế nào để xác định được tuyến đường? Trả lời: Định tuyến 3 1 E B 5 2 F 4 43 2.2. Chuyển mạch kênh  Circuit switching network: cấp phát tài nguyên đường truyền (vật lý) dành riêng cho từng kết nối (logic) giữa 2 nút mạng A 10Mb/s? 10Mb/s? 1 3 10Mb/s? 10Mb/s? 5 2 B 4 (1) A phát yêu cầu xin thiết lập kênh (2) Các thiết bị chuyển mạch thiết lập kênh (và cấp phát tài nguyên) (3) A bắt đầu truyền dữ liệu (4) A truyền xong: phát yêu cầu hủy kênh (giải phóng tài nguyên) 44 22 18/08/2014 Chia sẻ tài nguyên Chia kênh theo thời gian: mỗi kết nối sử dụng tài nguyên trong khe thời gian được phân  Chia kênh theo tần số: mỗi kết nối sử dụng một dải tần tín hiệu riêng f  t t 45 Giản đồ thời gian A Sw1 Sw2 B Thiết lập kênh Truyền dữ liệu Hủy kênh Information t 46 23 18/08/2014 Ưu điểm và nhược điểm  Ưu điểm:    Kênh được thiết lập sẵn  Trễ khi chuyển mạch rất thấp Tài nguyên dành riêng cho kênh và không đổi trong quá trình truyền  đảm bảm chất lượng dịch vụ Nhược điểm? 47 Nhược điểm Sw1 Sw2 Thiết lập kênh Truyền dữ liệu Transfer Information t Hủy kênh 48 24 18/08/2014 Nhược điểm Sw2 Sw1 Thiết lập kênh Truyền dữ liệu Information Hủy kênh t 49 Nhược điểm A 3 1 5 2 B 4  Bắt đầu lại quá trình nếu lỗi trên thiết bị chuyển mạch khi truyền 50 25 18/08/2014 2.3. Chuyển mạch gói   Dữ liệu được chia thành các gói tin (packet)   Phần tiêu đề (header): địa chỉ, số thứ tự Phần dữ liệu (payload) Thiết bị chuyển mạch chuyển tiếp gói tin dựa trên tiêu đề Data 01000111100010101001110100011001 payload Header header 51 Chuyển tiếp gói tin NEU switch#4 111010010 FTU HUST switch#1 switch#2 tới FTU Forwarding Table Destination Next Hop NEU 4 NUCE 5 FTU 2 HUBT 3 NUCE switch#5 switch#3 tới HUBT 52 26 18/08/2014 Giản đồ thời gian   Thiết bị chuyển mạch chỉ chuyển tiếp khi nhận được đầy đủ gói tin (store and forward) Thiết bị chuyển mạch cần thời gian để xử lý gói tin (dproc):    Kiểm tra lỗi trên gói tin Quyết định gói tin gửi đến đâu Thường rất nhỏ so với trễ truyền tin A Sw payl oad B h d r dproc t 53 Chuyển mạch gói   Mỗi gói tin có thể được xử lý độc lập  Các gói tin có thể tới đích theo các đường khác nhau, không còn đúng thứ tự Tài nguyên dùng chung cho tất cả các kết nối  Nếu còn tài nguyên, bất kỳ nút nào cũng có thể sử dụng 54 27 18/08/2014 Chuyển mạch gói vs Chuyển mạch kênh Ví dụ:  Băng thông đi 10 Mb/s  Mỗi kết nối của người dùng tới: • Được cấp phát 1 Mb/s • Thời gian sử dụng để truyền dữ liệu: 10% tổng thời gian  Mạng chuyển mạch kênh:  Mạng chuyển mạch gói:  Tối đa 10 người dùng đồng thời xin cấp phát  Giả sử có 30 người dùng sử dụng chung  Xác suất để >10 người dùng đồng thời truyền dữ liệu là bao nhiêu? (~0.0001) N users 10 Mbps • Phân phối nhị thức: P(x = k) = Cnk pk (1-p)n-k • Nếu số người dùng tăng lên? 55 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 1 Mbps 56 28 18/08/2014 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 1 1 57 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 2 2 1 1 58 29 18/08/2014 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 2 2 1 1 59 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 60 30 18/08/2014 Mất gói tin   Kích thước hàng đợi có hạn Gói tin tới khi hàng đợi đã đầy sẽ bị mất 61 Tổng kết  Chuyển mạch kênh:     Chuyển mạch gói     Mỗi kênh chỉ dùng cho duy nhất 1 liên kết Bảo đảm băng thông (cần cho các ứng dụng audio/video) Lãng phí nếu liên kết đó không sử dụng hết khả năng của kênh Tăng hiệu quả sử dụng băng thông Tốt cho các dạng dữ liệu đến ngẫu nhiên, không định trước Hạn chế: tăng trễ và mất gói tin, không bảo đảm băng thông Mạng Internet dùng kỹ thuật chuyển mạch nào? 62 31 18/08/2014 3. Một số thông số cơ bản trong mạng 63 Các thông số cơ bản    Băng thông ≡ Tốc độ truyền tin ≡ Dung lượng Thông lượng Độ trễ      Trễ trên thiết bị đầu cuối Trễ trên thiết bị trung gian Trễ truyền tin Trễ lan truyền Độ mất gói tin 64 32 18/08/2014 Thông lượng (throughput)  Thông lượng: tốc độ (bits/sec) truyền tin giữa nút gửi và nút nhận tại một điểm nào đó  Tức thời: thông lượng tại một thời điểm  Trung bình: thông lượng tính trung bình trong một khoảng thời gian Bên gửi: gửi dữ liệu lên kênh Kênh có khả năng truyền Rs bits/sec Kênh có khả năng truyền Rc bits/sec 65 Thông lượng (tiếp)  Rs < Rc Thông lượng trung bình là bao nhiêu? Rs bits/sec  Rc bits/sec Rs > Rc Thông lượng trung bình là bao nhiêu? Rs bits/sec Rc bits/sec Nút thắt cổ chai (bottleneck) Là điểm tại đó làm giới hạn thông lượng trên đường truyền 66 33 18/08/2014 Nút thắt cổ chai  Xác định nút thắt cổ chai? 67 Độ trễ truyền tin A lan truyền B xử lý tại nút đợi trong hàng đợi dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dtrans: trễ truyền tin:  L: kích thước dữ liệu (bits)  R: băng thông (bps)  dtrans = L/R dprop: trễ lan truyền (truyền dẫn)  d: độ dài đường truyền  s: tốc độ lan truyền tín hiệu (~2x108 m/sec)  dprop = d/s 68 34 18/08/2014 Độ trễ (tiếp) truyền tin A lan truyền B xử lý tại nút đợi trong hàng đợi dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dproc: trễ xử lý  Kiểm tra lỗi bit  Xác định liên kết ra  Thường < μsec dqueue: trễ hàng đợi  Phụ thuộc vào số lượng dữ liệu trong hàng đợi 69       R: băng thông (bps) L: kích thước gói tin (bits) a: tốc độ đến của gói tin Trễ trung bình trong hàng đợi Trễ hàng đợi La/R ~ 0: trễ hàng đợi nhỏ La/R  1: trễ hàng đợi lớn La/R > 1: trễ vô cùng (mất gói tin) La/R La/R ~ 0 La/R -> 1 70 35 18/08/2014 4. Kiến trúc phân tầng Tiếp tục với chủ đề “Làm thế nào để các nút mạng trao đổi thông tin?” 71 Nguyên tắc “chia để trị”     Xác định các nhiệm vụ cần thực hiện Tổ chức, điều phối thứ tự thực hiện các nhiệm vụ Phân định ai làm nhiệm vụ gì Ví dụ: CEO công ty A gửi công văn cho CEO của công ty B    CEO A: viết công văn và chuyển cho thư ký Thư ký:   Cho thư vào phong bì và điền tên đầy đủ CEO B, địa chỉ Đem đến bưu điện VNPT Bưu điện VNPT:     Đóng gói bưu kiện Ghi địa chỉ bưu cục nhận Chuyển bưu kiện lên xe thư Đưa bưu kiện đến bưu cục nhận 72 36 18/08/2014 Bức thư được gửi và nhận như thế nào?  Các bộ phận đồng cấp:   Phương tiện trao đổi thông tin giống nhau Ngôn ngữ giống nhau CEO Thư ký VNPT Công văn Ngôn ngữ tự nhiên Phong bì Địa chỉ Bưu kiện Mã bưu cục CEO Thư ký VNPT 73 Trao đổi thông tin giữa các nút mạng  Dữ liệu được tổ chức như thế nào?  Định danh – đánh địa chỉ: Phân biệt các máy với nhau trên mạng?  Tìm đường đi cho dữ liệu qua hệ thống mạng như thế nào?  Làm thế nào để phát hiện lỗi dữ liệu (và sửa)?  Làm thế nào để dữ liệu gửi đi không làm quá tải đường truyền, quá tải máy nhận?  Làm thế nào để chuyển dữ liệu thành tín hiệu?  Làm thế nào để biết dữ liệu đã tới đích?...  Phân chia nhiệm vụ cho các thành phần, tổ chức các thành phần thành các tầng (layer) 74 37 18/08/2014 Phân tầng  Mỗi tầng:   Có thể có một hoặc nhiều chức năng Triển khai dịch vụ để thực hiện các chức năng      Cung cấp dịch vụ cho tầng trên Sử dụng dịch vụ tầng dưới Độc lập với các tầng còn lại Mỗi dịch vụ có thể có một hoặc nhiều cách triển khai khác nhau, cho phép tầng trên lựa chọn dịch vụ phù hợp Lợi ích:    Dễ dàng thiết kế, triển khai Dễ dàng tái sử dụng Dễ dàng nâng cấp 75 Điểm truy cập dịch vụ  Service Access Point: là một điểm trừu tượng, tại đó tầng trên sử dụng dịch vụ tầng dưới    Tầng trên chỉ cần quan tâm cách sử dụng dịch vụ tầng dưới ...không quan tâm tới cách thức thực hiện Quan điểm lập trình: lời gọi hàm (function)   Tên hàm và các thức truyền đối số không đổi Nội dung hàm có thể thay đổi function doMyWork(){ //do anything lowerService(parameters); //do anything } 76 38 18/08/2014 4.1. Truyền thông trong kiến trúc phân tầng 77 Truyền thông trong kiến trúc phân tầng  Các nguyên lý chung:    Tầng trên sử dụng dịch vụ tầng dưới Các tầng ngang hàng sử dụng chung “ngôn ngữ” và phương tiện trao đổi dữ liệu Dữ liệu được xử lý tại mỗi tầng như thế nào?  Chia thành các đơn vị dữ liệu giao thức - PDU (Protocol Data Unit) gồm có    Header: chứa địa chỉ, thông tin khác để hệ thống mạng xử lý Payload: dữ liệu cần truyền tải Chức năng mỗi tầng khác nhau, cách thức xử lý dữ liệu khác nhau  cần phối hợp chức năng giữa các tầng trong quá trình truyền tải 78 39 18/08/2014 Truyền thông trong kiến trúc phân tầng   Bên gửi: thêm tiêu đề chứa thông tin phục vụ cho việc xử lý dữ liệu tại tầng tương ứng và chuyển cho tầng dưới (Đóng gói dữ liệu – Encapsulation) Bên nhận: xử lý dữ liệu theo thông tin trong phần tiêu đề, tách tiêu đề và chuyển dữ liệu cho tầng trên PDUN HN-1 ... Gửi Tầng (N-1) Tầng (N-1) ... H1 Tầng N ... H2 ... Tầng N Tầng 2 Tầng 2 Tầng1 Tầng1 PDUN HN-1 H2 ... H1 Nhận ... 79 Truyền thông trong kiến trúc phân tầng (tiếp)  Nhận xét: PDU tại các tầng đồng cấp của hai bên giống nhau  truyền thông giữa các tầng ngang hàng (truyền thông logic)  Phía nhận phải hiểu nội dung PDU của phía gửi  Phía nhận xử lý PDU nhận được với các tham số là thông tin trong tiêu đề mà phía gửi đã thiết lập  Phía nhận trả lời/không trả lời cho phía gửi  Các PDU phải truyền đúng theo thứ tự  cần có bộ quy tắc cho hai bên  Giao thức (Network protocol) Là tập hợp các quy tắc quy định khuôn dạng, ngữ nghĩa, thứ tự các thông điệp được gửi và nhận giữa các nút mạng và các hành vi khi trao đổi các thông điệp đó 80 40 18/08/2014 Chồng giao thức (Protocol stack)    • • Gọi dịch vụ nào của giao thức tầng dưới Và cung cấp dịch vụ cho giao thức tầng trên như thế nào Các giao thức tầng N Các giao thức tầng N-1 ...  Các chức năng được phân chia cho các tầng Mỗi tầng có nhiều cách thức để thực hiện các chức năng  sinh ra các giao thức khác nhau chồng giao thức: ngăn xếp các giao thức truyền thông trên kiến trúc phân tầng Giao thức mỗi tầng bao gồm: Các giao thức tầng 2 Các giao thức tầng 1 81 Truyền thông trong kiến trúc phân tầng (tiếp) Tầng N Tầng (N-1) Tầng1  Giao thức PN-1 Giao thức P2 Giao thức P1 Tầng N Tầng (N-1) ... ... Tầng 2 Giao thức PN Tầng 2 Tầng1 Các tầng đồng cấp ở mỗi bên sử dụng chung giao thức để điều khiển quá trình truyền thông logic giữa chúng  2 cách thức để giao thức điều khiển truyền thông logic giữa các tầng đồng cấp: hướng liên kết hoặc hướng không liên kết 82 41 18/08/2014 Truyền thông hướng liên kết vs Truyền thông hướng không liên kết  Truyền thông hướng liên kết (connection oriented):     Dữ liệu được truyền qua một liên kết đã được thiết lập Ba giai đoạn: Thiết lập liên kết, Truyền dữ liệu, Hủy liên kết Tin cậy Truyền thông hướng không liên kết (conectionless)    Không thiết lập liên kết, chỉ có giai đoạn truyền dữ liệu Không tin cậy “Best effort”: truyền ngay với khả năng tối đa 83 Giao thức Unicast, Multicast, Broadcast    Unicast: giao thức điều khiển truyền dữ liệu tới 1 đích Multicast: giao thức điều khiển truyền dữ liệu tới nhiều đích Broadcast: giao thức điều khiển truyền dữ liệu tới mọi đích 84 42 18/08/2014 4.2. Mô hình OSI và TCP/IP Kiến trúc phân tầng trên thực tế (Bao nhiêu tầng? Chức năng cụ thể?...) Kiến trúc phân tầng triển khai trên các nút mạng như thế nào? 85 Mô hình OSI/ISO        Tầng Ứng dụng (Application): cung cấp các ứng dụng trên mạng (web, email, truyền file…) Tầng Trình diễn (Presentation): biểu diễn dữ liệu của ứng dụng, e.g., mã hóa, nén, chuyển đổi… Tầng Phiên(Session): quản lý phiên làm việc, đồng bộ hóa phiên, khôi phục quá trình trao đổi dữ liệu Tầng Giao vận (Transport): Xử lý việc truyền-nhận dữ liệu cho các ứng dụng chạy trên nút mạng đầucuối Tầng Mạng (Network): Chọn đường (định tuyến), chuyển tiếp gói tin từ nguồn đến đích Tầng Liên kết dữ liệu (Data link): Truyền dữ liệu trên các liên kết vật lý giữa các nút mạng kế tiếp nhau Tầng Vật lý (Physical): Chuyển dữ liệu (bit) thành tín hiệu và truyền Application Preentation Session Transport Network Data link Physical 86 43 18/08/2014 Mô hình OSI và TCP/IP Trong mô hình TCP/IP (Internet), chức năng3 tầng trên được phân định cho một tầng duy nhất Application layer Presentation layer Application HTTP, FTP, SMTP… Session layer Transport layer Transport layer Network layer Network layer Datalink layer Datalink layer Physical layer Physical layer 87 Mô hình OSI và TCP/IP  Mô hình OSI:  Mô hình tham chiếu chức năng: Các mô hình khác phải tham chiếu từ mô hình OSI      Cung cấp đầy đủ các chức năng mô hình OSI đã chỉ ra Đảm bảo thứ tự các tầng chức năng Có ý nghĩa lớn về mặt cơ sở lý thuyết Không sử dụng trên thực tế Mô hình TCP/IP: mô hình Internet  Sử dụng trên hầu hết các hệ thống mạng 88 44 18/08/2014 Triển khai kiến trúc phân tầng Application Transport   Application Transport Network Network Network Datalink Datalink Datalink Physical Physical Physical Nút mạng đầu cuối Nút mạng trung gian Nút mạng đầu cuối Nút mạng đầu cuối (end-system): PC, server, smartphone... Nút mạng trung gian: các thiết bị mạng chuyển tiếp dữ liệu 89 Triển khai kiến trúc phân tầng Nút mạng đầu cuối (server, PC, smartphone...) Ứng dụng mạng cung cấp dịch vụ cho người dùng Điều khiển truyền dữ liệu giữa các ứng dụng PC Chọn đường, chuyển tiếp dữ liệu Điều khiển truyền dữ liệu trên các liên kết vật lý Chuyển dữ liệu thành tín hiệu và truyền đi Server 90 45 18/08/2014 Triển khai kiến trúc phân tầng Nút mạng trung gian Ứng dụng mạng cung cấp dịch vụ cho người dùng PC Điều khiển truyền dữ liệu giữa các ứng dụng Chọn đường, chuyển tiếp dữ liệu Điều khiển truyền dữ liệu trên các liên kết vật lý Chuyển dữ liệu thành tín hiệu và truyền đi Server 91 Chồng giao thức TCP/IP Aplication DNS DHCP Transport Network Data link Physical SNMP HTTP UDP RIP IP FDDI Copper FTP ... OSPF ... TCP ICMP Ethernet SMTP PPP Optical DSL Radio ... ARP PSTN Sử dụng duy nhất một giao thức liên mạng là IP ... 92 46 18/08/2014 Chồng giao thức TCP/IP  Dạng “đồng hồ cát”: sử dụng duy nhất một giao thức liên mạng (IP – Internet Protocol) tại tầng mạng:     Cho phép một hệ thống mạng mới sử dụng công nghệ truyền dẫn bất kỳ kết nối với hệ thống mạng hiện tại Tách rời phát triển ứng dụng ở tầng cao với công nghệ truyền dẫn các tầng thấp  IP-based application: Ứng dụng trên nền tảng IP (VoIP...) Hỗ trợ thay đổi song song các công nghệ ở trên và dưới IP Tuy nhiên, rất khó để nâng cấp bản thân giao thức IP (vấn đề chuyển đổi IPv4 sang IPv6) 93 Cài đặt TCP/IP trên hệ thống mạng • Trên các hệ thống đầu cuối • Khác nhau trên các ứng dụng khác nhau • Như nhau trên mọi nút IP • Trên mọi nút • Khác nhau trên các liên kết khác nhau 94 47 18/08/2014 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối 10M IP 100M 10G 10G CAT5 WDM IP Ethernet/100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 95 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối IP 10M IP IP 10G 10G CAT5 WDM 100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian TCP header Ethernet/100M CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 96 48 18/08/2014 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối 10M IP 10G CAT5 WDM IP 100M 10G Ethernet/100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian IP header TCP header CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 97 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối IP 10M IP IP 10G CAT5 WDM 10G 100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian Ethernet header IP header TCP header Ethernet/100M CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 98 49 18/08/2014 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối 10M IP 10G CAT5 WDM IP 100M 10G Ethernet/100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian IP header TCP header CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 99 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối WDM header 10M IP IP 10G CAT5 WDM 10G 100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian IP header TCP header Ethernet/100M CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 100 50 18/08/2014 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối 10M IP 10G CAT5 WDM IP 100M 10G Ethernet/100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian IP header TCP header CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 101 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối IP 10M IP IP 10G CAT5 WDM Ethernet/100M 10G WDM CAT5 Các nút mạng trung gian Ethernet header IP header TCP header CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 102 51 18/08/2014 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối 10M IP 10G CAT5 WDM IP 100M 10G Ethernet/100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian IP header TCP header CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 103 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối IP 10M IP IP 10G CAT5 WDM 10G 100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian TCP header Ethernet/100M CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 104 52 18/08/2014 Đóng gói trên chồng giao thức TCP/IP FTP FTP TCP TCP IP IP Ethernet/10M CAT5 Nút mạng đầu cuối 10M IP 10G CAT5 WDM 10G IP 100M Ethernet/100M WDM CAT5 Các nút mạng trung gian CAT5 Nút mạng đầu cuối Dữ liệu - payload 105 4.3. Định danh trong TCP/IP Tên miền Số hiệu cổng Địa chỉ IP Địa chỉ MAC 106 53 18/08/2014 Định danh  Các định danh cho phép xác định một người hay một đối tượng     Tên  Bui Trong Tung Địa chỉ  1 Dai Co Viet, Hai Ba Trung, Ha Noi Số điện thoại  8680896 Email  tungbt@soict.hut.edu.vn 107 Định danh và cây phân cấp  Các định danh xác định địa chỉ có tính phân cấp    Cho phép quản lý một các logic và hiệu quả một không gian địa chỉ khổng lồ Tính mở rộng Ví dụ về tính phân cấp  Địa chỉ  Số điện thoại   Hanoi 1 Dai Co Viet, Hai Ba Trung, Ha Noi +84-(4) 868-08-96 Hai Ba Trung Dai Co Viet So 1 108 54 18/08/2014 Định danh trên kiến trúc phân tầng   Định danh trong hệ thống mạng máy tính: gán cho mỗi đối tượng (dịch vụ, máy trạm, thiết bị mạng) một giá trị riêng. Tại sao phải định danh?     Phân biệt các đối tượng trong hệ thống Xác định dữ liệu xuất phát từ đâu Xác định dữ liệu đi đến đâu Mỗi tầng có nhiệm vụ khác nhau để điều khiển việc truyền thông tin giữa những đối tượng khác nhau  mỗi tầng có cơ chế định danh khác nhau  Cùng một đối tượng có thể mang nhiều định danh  có thể cần cơ chế “phân giải” để tìm kiếm một định danh của đối tượng trên tầng này khi biết định danh của đối tượng đó ở tầng khác 109 Định danh trên TCP/IP application Domain name (tên miền) TCP/UDP Port number (Số hiệu cổng ƯD) IP IP address, e.g. 203.12.15.165 data link physical Physical address / MAC address e.g. 00:11:24:79:8e:82 110 55 18/08/2014 Tên miền (Domain name)       Định danh sử dụng trên tầng ứng dụng Là một chuỗi ký tự gợi nhớ Do người dùng sử dụng khi truy cập dịch vụ trên tầng ứng dụng Không có ý nghĩa khi truyền dữ liệu giữa các nút mạng Phân cấp Ví dụ: soict.hust.edu.vn 111 Số hiệu cổng ứng dụng  Định danh sử dụng trên tầng giao vận      16 bit Một chỉ số phụ, dùng kèm theo địa chỉ IP Các ứng dụng được dịnh danh bởi một địa chỉ IP và một số hiệu cổng Tương tự như số phòng trong một tòa nhà   Địa chỉ nhà : Nhà C1, 1 Dai Co Viet, Ha Noi => Địa chỉ IP Phòng số 325 => Số hiệu cổng E.g. HTTP cổng 80, FTP cổng 20, 21 … 112 56 18/08/2014 Địa chỉ IP     Định danh dùng trên tầng mạng Dùng trong giao thức IP - Internet Protocol (tầng mạng) Giá trị phụ thuộc từng mạng, mỗi card mạng được gán một địa chỉ IP Sử dụng để đinh danh một máy tính trong một mạng IP, ví dụ:  133.113.215.10 (ipv4)  2001:200:0:8803::53 (ipv6) 113 Địa chỉ dùng trên tầng liên kết dữ liệu   48 bit Địa chỉ vật lý / địa chỉ MAC    HEX BIN Sử dụng trong tầng liên kết dữ liệu Cố định trên card mạng NIC ( Network Interface Card) Sử dụng để định danh máy tính trong mạng cục bộ 00:11:24:79:8e:82 00000000 00010001 00100100 01111001 OUI 10001110 10000010 Gán bới nhà sản xuất OUI (Organizationally Unique Identifier): Mã nhà sản xuất Mỗi nhà sản xuất có các giá trị OUI riêng Mỗi nhà sản xuất có thể có nhiều OUI 114 57 18/08/2014 Tổng kết về phân tầng và chồng giao thức Lợi ích? Hạn chế? 115 Khả năng cộng tác  Rất nhiều công nghệ được triển khai theo nhiều cách rất khác nhau trên các nút mạng:       Phần cứng của những NSX khác nhau: IBM, Dell, Fujitsu, Apple... HĐH khác nhau: Linux, Windows, MacOS, Android, iOS... Người dùng sử dụng các ứng dụng khác nhau: Firefox, Chrome, Cốc Cốc... Thiết bị mạng của những NSX khác nhau: Cisco, TP-Link... Và luôn luôn thay đổi Phew! Nhưng tất cả đều có thể nói chuyện với nhau vì chúng sử dụng chung giao thức 116 58 18/08/2014 Trừu tượng và tái sử dụng  Mỗi tầng có nhiều lựa chọn giao thức để sử dụng:     Tầng vật lý: cáp quang, ADSL, 3G, LTE... Tầng liên kết dữ liệu: Ethernet, Token Ring, SONET, FDDI... Giao vận: TCP, UDP Nhưng ở góc nhìn của tầng ứng dụng: Mozilla (và tất cả NSX khác) không phải viết trình duyệt Firefox (và tất cả ứng dụng khác) với 1 phiên bản cho mạng LAN, 1 cho mạng cáp quang, 1 cho mạng WiFi...    Các giao thức cung cấp API chuẩn để phát triển ứng dụng Các tầng thấp “trong suốt” với tầng ứng dụng 117 Trong suốt    Công nghệ trên mỗi tầng thực hiện các phương thức truyền thông khác nhau Thay thế công nghệ ở các tầng có thể thực hiện song song  Miễn là giữ nguyên điểm truy cập dịch vụ SAP Thay thế công nghệ ở một tầng không ảnh hưởng đến các tầng khác 118 59 18/08/2014 Hạn chế     Một số thông tin ở tầng dưới bị “ẩn” (do tính trong suốt) đối với tầng trên có thế làm giảm hiệu năng hoạt động của tầng trên (và do đó làm giảm hiệu năng hoạt động của mạng)  Ví dụ: TCP phải kiểm soát tắc nghẽn trên đường truyền Phần tiêu đề có kích thước đáng kể trong gói tin Một số công nghệ tầng dưới có thể làm giao thức tầng trên thực hiện khó khăn hơn:  Ví dụ: TCP trên mạng không dây TCP/IP không có các cơ chế an toàn bảo mật thông tin 119 Tài liệu tham khảo    Keio University “Computer Networking: A Top Down Approach”, J.Kurose “Computer Network”, Berkeley University 120 60