Mạng máy tính và internet - Chương 1: Các khái niệm cơ bản

MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET Chương 1: Các khái niệm cơ bản bangtqh@utc2.edu.vn Nội dung 1. Mạng máy tính là gì? 2. Các thành phần cơ bản của mạng 3. Một số ứng dụng mạng thông dụng 4. Địa chỉ mạng 5. Giao thức mạng bangtqh@utc2.edu.vn 6. Mô hình kết nối mạng 7. Truyền tin trên mạng 8. Tốc độ đường truyền 9. Phân loại mạng máy tính 10. Lịch sử phát triển Internet Mạng máy tính & Internet - Chương 1 2 1.1. What is a network
Mạng là 1 hệ thống gồm đường truyền và các thiết bị kết nối dùng để truyền tin giữa các máy tính.
Các thể hiện của mạng – 1 người dùng ở nhà kết nối vào internet thông qua 1 modem ADSL bangtqh@utc2.edu.vn – 1 người dùng laptop/smart phone kết nối vào wifi của quán café – Có thể là 1 hệ thống đấu nối các máy tính của 1 doanh nghiệp / 1 đơn vị với nhau – .v.v Mạng máy tính & Internet - Chương 1 3 1.2. Network components bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 4 Common network Symbols bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 5 1.3. Network user applications
Email (Outlook, POP3, Yahoo, Gmail\v.v)
Web browser (Google chrome, Firfox, Cốc cốc\v.v)
Instant messenging (Zalor, Facebook, BBM\v.v)
Collaboration (whiteboard, Netmeeting, WebEx\) bangtqh@utc2.edu.vn
Database (file server) Mạng máy tính & Internet - Chương 1 6 Các đặc tính cần quan tâm của mạng
Speed - Tốc độ
Cost - Giá thành
Security - Bảo mật
Availability - Sẵn sàng bangtqh@utc2.edu.vn
Scalability - Khả năng mở rộng
Reliability - Tin cậy
Topology - Mô hình kết nối Mạng máy tính & Internet - Chương 1 7 Sơ đồ kết nối mạng
Sơ đồ kết nối vật lý (Topology) bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 8 Kết nối tới internet bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 9 CSU/DSU Internet 1.4. Địa chỉ mạng
Là 1 dãy số để xác định chính xác 1 máy trong mạng
Trong 1 mạng không thể có 2 máy có trùng địa chỉ
Có 2 dạng địa chỉ – Địa chỉ vật lý (MAC): Do nhà sản xuất gán cho thiết bị – Địa chỉ logic (IPv4/IPv6): Do người quản trị mạng cấp khi 1 máy tham gia vào mạng bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 10 1.4. Địa chỉ mạng (tt)
1 số kiến thức trong hệ đếm nhị phân (review) – Cho 1 chuỗi n bit (0 hoặc 1) → giá trị của chuỗi nhị phân này ở hệ thập phân được tính theo công thức sau bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 11 1.4. Địa chỉ mạng (tt)
Một số công thức nhị phân cần nhớ – Có n bit 1 → Giá trị của nó là: 2n-1 + 2n-2+\.+21+20 = 2n - 1 – Chuỗi nhị phân gồm n bit → biểu diễn được 2n giá trị khác nhau (từ 0 đến 2n-1) bangtqh@utc2.edu.vn 10000000 → 128 11111100 → 252 11000000 → 192 11111110 → 254 11100000 → 224 11111111 → 255 11110000 → 240 11111000 → 248 Mạng máy tính & Internet - Chương 1 12 1.4. Địa chỉ mạng (tt)
Bảng chuyển đổi hệ Thập phân–Nhị phân– Hexa bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 13 1.4. Địa chỉ mạng (tt)
Địa chỉ vật lý – Gồm 48 bit (6 byte) nhị phân thường được viết theo ở dạng hexa – Ví dụ: 0050:56C0:0001 bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 14 1.4. Địa chỉ mạng (tt)
Địa chỉ logic – Tuân theo chính sách (policy) của mạng mà máy tham gia. – Số bit địa chỉ phụ thuộc vào kiến trúc mạng cụ thể (hiện nay chủ yếu dùng địa chỉ IP) • Địa chỉ IPv4: Độ dài 32 bit (4 byte) bangtqh@utc2.edu.vn • Địa chỉ IPv6: Độ dài 128 bit (16 byte) • Ví dụ: Mạng máy tính & Internet - Chương 1 15 1.5. Giao thức mạng Chào anh! Ờ, chào em Mấy giờ TCP connection response TCP connection request bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 16 rồi anh? 9 giờ đúng GET time 1.5. Giao thức mạng (tt) Hi Hi Got the time? TCP connection response GET TCP connection request bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 17 2:00 time 1.5. Giao thức mạng (tt)
Một số giao thức phổ biến – ICMP: Internet Control Management Protocol – TCP: Transmission Control Protocol – IP: Internet Protocol – HTTP: Hypertext Transfer Protocol – SMTP: Simple Mail Transfer Protocol bangtqh@utc2.edu.vn – FTP: File Transfer Protocol – \
Tóm lại giao thức mạng sẽ@. • Định nghĩa khuôn dạng (cú pháp/ngữ nghĩa) thông điệp • Thủ tục gửi/nhận thông điệp • Kiểm soát chất lượng đường truyền/Xử lý lỗi Mạng máy tính & Internet - Chương 1 18 1.6. Mô hình kết nối mạng
Mô hình kết nối vật lý (Toplogy) – Bus, Ring, Star, Partial Mesh,....v.v.
Tương tác giữa các máy tính trong mạng – Mô hình Client-Server (Khách-Chủ) – Mô hình Peer-to-Peer (ngang hàng ) – Mô hình Hybird (lai giữa 2 mô hình trên) bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 19 1.6. Mô hình kết nối mạng (tt)
Mô hình Client-Server – Các máy trạm (client) được nối với các máy chủ (server), nhận quyền truy nhập mạng và tài nguyên mạng từ các máy chủ. bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 20 1.6. Mô hình kết nối mạng (tt)
Mô hình Peer-to-Peer – Mô hình này không có máy chủ, các máy trên mạng chia sẻ tài nguyên không phụ thuộc vào các máy khác trên mạng. Mô hình này không có quá trình đăng nhập tập trung, nếu đã đăng nhập vào mạng bạn có thể sử dụng tất cả tài nguyên trên mạng – Mạng ngang hàng thường được tổ chức thành các nhóm làm bangtqh@utc2.edu.vn việc workgroup. Mạng máy tính & Internet - Chương 1 21 1.3. Mô hình kết nối mạng (tt) Client-Server Peer-to-Peer Hybird Độ an toàn/tính bảo mật thông tin Cao – Quản trị mạng có thể điều chỉnh quyền truy cập Kém – Phụ thuộc vào mức độ chia sử của mỗi node trong mạng Gần giống mô hình Client-Server Khả năng cài đặt Khó Dễ Khó
So sánh 3 mô hình bangtqh@utc2.edu.vn Yêu cầu phần cứng/phần mềm Cần có máy chủ; Hệ điều hành mạng; các phần cứng bổ sung Không cần máy chủ; hệ điều hành cá nhân; Giống Client- Server Quản trị mạng Có Không cần Có Xử lý/lưu trữ tập trung Có Không Có Chi phía cài đặt Cao Thấp Cao Mạng máy tính & Internet - Chương 1 22 1.7. Truyền tin trên mạng
Loại kết nối – Có dây (wired): Các thiết bị giao tiếp với nhau thông qua cáp (cable) truyền dẫn dữ liệu • Cáp đồng • Cáp quang – Không dây (wireless): Các thiết bị giao tiếp với nhau bangtqh@utc2.edu.vn thông qua sóng điện từ. • Wi-fi • WiMAX
Môi trường truyền dẫn – Cáp đồng – Cáp quang – Sóng điện từ Mạng máy tính & Internet - Chương 1 23 1.7. Truyền tin trên mạng (tt)
Các hình thức phát tin – Broadcast (quảng bá): • Thông tin được phát từ 1 nút, tất cả các nút còn lại trong mạng sẽ nhận được thông tin – Point to Point (điểm-điểm) bangtqh@utc2.edu.vn • Thông tin được phát từ 1 nút và chuyển qua nhiều chặng (nút trung gian) đến 1 nút xác định – Multi cast (quảng bá có giới hạn địa chỉ nhận) • Thông tin được phát từ 1 nút trong mạng và được chuyển qua nhiều chặng gửi tới 1 nhóm nút xác định nào đó Mạng máy tính & Internet - Chương 1 24 1.7. Truyền tin trên mạng (tt)
Kỹ thuật truyền tin – Mạng chuyển mạch ảo (circuit-switching) – Mạng chuyển gói (packet-switching) bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 25 1.7. Truyền tin trên mạng (tt)
Circuit - switching – Mỗi kết nối gồm nhiều “mạch-circuit” (còn được gọi là “kênh-chanel”) – Khi hai nút muốn trao đổi thông tin  thiết lập kênh – Kênh được giữ riêng cho hai nút tham gia kết nối cho tới bangtqh@utc2.edu.vn khi kết thúc phiên trao đổi.
Ba giai đoạn trong mạng chuyển mạch kênh – Thiết lập mạch – Truyền dữ liệu – Đóng mạch Mạng máy tính & Internet - Chương 1 26 Circuit - switching (tt) Thiết lập mạch Host A Host B Node 1 Node 2 Độ trễ lan tỏa từ A đến Nút 1 Độ trễ xử lý tại 1 nút bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 27 DỮ LIỆU Truyền dữ liệu Đóng mạch Độ trễ lan tỏa từ B tới A Circuit - switching (tt)
Tài nguyên (đường truyền) được chia thanh nhiều phần – Mỗi “phần” được cấp phát cho 1 kết nối – Một “phần” rơi vào trạng thái rỗi nếu kết nối sở hữu nó không sử dụng. – Đường truyền (băng thông) được chia thành các phần bangtqh@utc2.edu.vn theo : • Tần số (FDM - Frequency Division Multiplexing) • Thời gian (TDM – Time Division Multiplexing) Mạng máy tính & Internet - Chương 1 28 FDM và TDM bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 29 FDM & TDM (tt) FDMfrequency 4 users Example: bangtqh@utc2.edu.vn 30 time TDMfrequency time Mạng máy tính & Internet - Chương 1 Packet-Switching
Luồng dữ liệu truyền giữa 2 nút mạng được chia thành nhiều gói (packet)
Mỗi gói sử dụng toàn bộ băng thông của băng truyền
Các gói “xếp hàng” chờ tới lượt sử dụng kênh truyền bangtqh@utc2.edu.vn
Tài nguyên (băng thông) được sử dụng khi có nhu cầu
Gói tin di chuyển qua từng chặng đến đích Mạng máy tính & Internet - Chương 1 31 Packet-Switching (tt) Host A Host D Host C Node 1 Node 2 Node 3 Node 5 bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 32 Host B Host E Node 4 Node 6 Node 7 Packet-Switching (tt)
Luồng dữ liệu truyền giữa 2 nút được chia thành các gói (packet) có khuôn dạng sau:
Mỗi nút trung gian sẽ nhận toàn bộ packet, xử lý, lưu trữ một thời gian rồi chuyển packet tới nút kế tiếp. Cơ Header Data Trailer 101001.1010001101011011110.11001 bangtqh@utc2.edu.vn chế này gọi là Store and Forward (Giữ và chuyển) Mạng máy tính & Internet - Chương 1 33 Source R bps Destination 123 L bits/packet R bps Packet-Switching (tt) Host A Host B Node 1 Node 2 Độ trễ lan tỏa từ A đến nút 1Thời gian truyền packet 1 từ Nút A Thời gian bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 34 xử lý và độ trễ xếp hàng của packet1 tại Nút 2 1.8. Tốc độ đường truyền
Đơn vị đo thông tin cơ bản là bit (giá trị 0 hoặc 1) – 8 bit = 1 Byte – 1024 Byte = 1 Kilo Byte (KB) – 1024 KB = 1 Mega Byte (MB) – 1024 MB = 1 Giga Byte (GB) – 1024 GB = 1 Tera Byte (TB) bangtqh@utc2.edu.vn
Tốc độ đường truyền trên mạng tính bằng số bit truyền được trong 1 giây (bits per second - bps) trong đó: – 1Kbps = 1000 bps – 1Mbps = 1000 Kbps = 1.000.000 bps – 1Gbps = 1000 Mbps = 1.000.000.000 bps Mạng máy tính & Internet - Chương 1 35 1.8. Tốc độ đường truyền (tt)
Như vậy: – Tốc độ download (1 file) tính theo KBps (số Byte) download được mỗi giây – Tốc độ download không giống tốc độ đường truyền do nhà cung cấp cam kết → Đừng vội phàn nàn\. bangtqh@utc2.edu.vn – Ví dụ: tốc độ đường truyền Internet là 512kbps → tốc độ download sẽ là: Mạng máy tính & Internet - Chương 1 36 1.8. Tốc độ đường truyền (tt)
Bandwidth (băng thông): – Là dải tần số mà môi trường truyền dẫn có thể đáp ứng được (đơn vị là Hertz). Băng thông liên quan mật thiết đến tốc độ tối đa của đường truyền (theo công thức tính toán của Nyquist), do vậy có đôi khi người ta hay dùng tốc độ tối đa (tính bằng bps) để chỉ băng thông của mạng. bangtqh@utc2.edu.vn
Throughput (Thông lượng) – Thông lượng (throughput) là lượng thông tin hữu ích được truyền đi trên mạng trong một đơn vị thời gian và là chỉ số để đánh giá mạng nhanh hay chậm. Mạng máy tính & Internet - Chương 1 37 1.9. Phân loại mạng máy tính
Theo hình thức truyền tin – Mạng quảng bá (broadcast) – Mạng điểm-đểm (point-to-point)
Theo kỹ thuật truyền tin – Mạng chuyển mạch kênh (ảo) bangtqh@utc2.edu.vn – Mạng chuyển mạch gói
Theo quy mô mạng – Mạng cục bộ (LAN – Local Network Area) – Mạng đô thi (MAN – Metropolitan Network Area) – Mạng diện rộng (WAN – Wide Network Area) Mạng máy tính & Internet - Chương 1 38 1.9. Phân loại mạng máy tính (tt) Communication network Mạng chuyển mạch Point -to-Point networks Broadcast networks bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 39 Mạng chuyển mạch kênh (circuit-switched networks) (switched networks) Mạng chuyển mạch gói (packet-switched networks) FDM TDM 1.9. Phân loại mạng máy tính (tt)
Mạng LAN – Băng thông lớn; – Kích thước mạng bị giới hạn; bangtqh@utc2.edu.vn – Chi phí triển khai lắp đặt rẻ; – Quản trị đơn giản. Mạng máy tính & Internet - Chương 1 40 1.9. Phân loại mạng máy tính (tt) bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 41 1.9. Phân loại mạng máy tính (tt)
Mạng MAN – Gần giống như mạng LAN nhưng giới hạn kích thước của nó là một thành phố hay một quốc gia. Mạng MAN kết nối các mạng LAN lại với nhau thông qua môi trường truyền dẫn và các phương thức truyền thông khác nhau. bangtqh@utc2.edu.vn – Băng thông ở mức trung bình,đủ để phục vụ các ứng dụng cấp thành phố hay quốc gia như chính phủ điện tử,thương mại điện tử,các ứng dụng của các ngân hàng\ – Do MAN kết nối nhiều LAN nên việc quản trị sẽ gặp khó khăn hơn ,đồng thời độ phức tạp cũng tăng theo. – Chi phí các thiết bị MAN tương đối đắt tiền Mạng máy tính & Internet - Chương 1 42 1.9. Phân loại mạng máy tính (tt)
Mạng WAN – Băng thông thấp, dễ mất kết nối thường chỉ phù hợp với các ứng dụng online như email , FTP,web\. – Phạm vi hoạt động không giới hạn bangtqh@utc2.edu.vn – Do kết nối nhiều LAN và MAN với nhau nên mạng rất phức tạp và các tổ chức toàn cầu phải đứng ra quy định và quản lý – Chi phí cho các thiết bị và công nghệ WAN rất đắt Mạng máy tính & Internet - Chương 1 43 1.10. Lịch sử Internet
Internet là gì? – Là mạng của các mạng – Hàng triệu/hàng tỉ thiết bị/hệ thống đầu cuối • Các trạm làm việc (workstation) • Các thiết bị PDA, thiết bị sinh hoạt,\ – Hệ thống đường truyền trải khắp toàn cầu – Rất nhiều thiết bị “định tuyến” phục vụ nhu cầu “vận chuyển” bangtqh@utc2.edu.vn tin tức giữa các nút.
Ai sở hữu Internet ? – Không của bất cứ tổ chức hay cá nhân nào – Internet được xây dựng và hoạt động theo các chuẩn chung do một số tổ chức quy định và giám sát (IETF, ICANN, InterNIC, IAB, ITU\) Mạng máy tính & Internet - Chương 1 44 1.10. Lịch sử Internet (tt)
Kiến trúc Internet ? access net access net access net access net access net access net access net bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 45 access net access net access net access net access net access net access netaccess net access net Question: given millions of access ISPs, how to connect them together? Kiến trúc Internet Option: connect each access ISP to every other access ISP? access net access net access net access net access net access net access net bangtqh@utc2.edu.vn access net access net access net access net access net access net access netaccess net access net connecting each access ISP to each other directly doesn’t scale: O(N2) connections. 46Mạng máy tính & Internet - Chương 1 Kiến trúc Internet (tt) access net access net access net access net access net access net access net Option: connect each access ISP to a global transit ISP? Customer and provider ISPs have economic agreement. bangtqh@utc2.edu.vn access net access net access net access net access net access net access netaccess net access net global ISP 47Mạng máy tính & Internet - Chương 1 Kiến trúc Internet (tt) access net access net access net access net access net access net access net But if one global ISP is viable business, there will be competitors . ISP A bangtqh@utc2.edu.vn access net access net access net access net access net access net access netaccess net access net ISP B ISP C 48Mạng máy tính & Internet - Chương 1 Kiến trúc Internet (tt) access net access net access net access net access net access net access net But if one global ISP is viable business, there will be competitors . which must be interconnected ISP A IXP Internet exchange point bangtqh@utc2.edu.vn access net access net access net access net access net access net access netaccess net access net ISP B ISP C IXP peering link 49Mạng máy tính & Internet - Chương 1 Kiến trúc Internet (tt) access net access net access net access net access net access net access net and regional networks may arise to connect access nets to ISPS ISP A IXP bangtqh@utc2.edu.vn access net access net access net access net access net access net access netaccess net access net ISP B ISP C IXP regional net 50Mạng máy tính & Internet - Chương 1 Kiến trúc internet (tt) access net access net access net access net access net access net access net and content provider networks (e.g., Google, Microsoft, Akamai) may run their own network, to bring services, content close to end users ISP A IXP bangtqh@utc2.edu.vn access net access net access net access net access net access net access netaccess net access net ISP B ISP B IXP regional net Content provider network 51Mạng máy tính & Internet - Chương 1 1.10. Lịch sử Internet (tt)
1961-1972: Thời kỳ đầu của mạng chuyển mạch gói  1961: Kleinrock – Chứng minh tính hiệu quả của mạng chuyển mạch gói  1964: Paul Baran-Nghiên cứu chuyển mạch gói trong  1972: – ARPAnet chính thức công bố và vận hành – Ra đời giao thức điều khiển mạng NCP (Network Control Protocol - bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 52 mạng quân sự  1967: Mạng ARPAnet được đầu tư xây dựng dưới sự bảo trợ của ARPA  1969: Nút mạng ARPAnet đầu tiên hoạt động first host-host protocol ) – Chương trình e-mail đầu tiên – ARPAnet phát triển lên15 nút 1.10. Lịch sử Internet (tt)
1961-1972: Thời kỳ đầu của mạng chuyển mạch gói bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 53 1.10. Lịch sử Internet (tt)
1972-1980: Liên mạng, mạng mới, mạng độc quyền  1970: Mạng vệ tinh ALOHA ở Hawaii  1974: Kiến trúc kết nối liên mạng mới do Cerf và Kahn đề xuất 1976: Xerox PARC cho ra đời Nguyên lý kết nối liên mạng của Cerf và Kahn – minimalism, autonomy - no internal changes required to interconnect networks. bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 54  Ethernet  Cuối thập niên 70: một số mạng độc quyền DECnet, SNA, XNA  Cuối thập niên 70: mạng chuyển mạch gói (độ dài cố định-tiền thân của mạng ATM)  1979: ARPAnet có 200 nút – best effort service model. – stateless routers. – decentralized control 1.10. Lịch sử Internet (tt)
1980-1990: nhiều protocol mới, nhiều mạng mới
1983: deployment of TCP/IP
1982: SMTP e-mail protocol defined
new national networks: CSnet, BITnet, NSFnet, Minitel
100,000 hosts kết nối (toàn bộ các mạng) bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 55
1983: DNS defined for name-to-IP-address translation
1985: FTP protocol defined
1988: TCP congestion control 1.10. Lịch sử Internet (tt)
1990 - 2000’s: Thương mai điện tử, Web, new apps
Đầu thập niên1990: ARPAnet chính thức ngừng hoạt động
1991: NSFnet bỏ những hạn chế sử dụng NFS cho mục đích thương mại (đến 1995 NFSnet Cuối 1990’s – 2000’s:
Nhiều ứng dụng “chết người”: instant messaging, P2P file sharing\.
Vấn đề an ninh mạng trở bangtqh@utc2.edu.vn Mạng máy tính & Internet - Chương 1 56 ngừng hoạt động)
Đầu thập niên1990: Web – hypertext [Bush 1945, Nelson 1960’s] – HTML, HTTP: Berners-Lee – 1994: Mosaic, later Netscape – late 1990’s: Commercialization of the Web nên cấp thiết.
Khoảng 50 triệu host và hơn 100 triệu người dùng
Tốc độc đường trục backbone đạt cỡ Gbps 1.10. Lịch sử Internet (tt)
2005 – nay – ~3.8 billion hosts (smartphones and tablets) – Truy cập băng thông rộng – Truy cập không dây tốc độ cao có ở khắp nơi – Xuất hiện các “mạng xã hội” online • Facebook (1,591 bil users – 12/2015) bangtqh@utc2.edu.vn • Twitter (0.35 bil users – 12/2015) – Các “ông lớn” (Google, Microsoft) xây dựng “mạng riêng” – Thông qua internet, các hãng cung cấp khả năng tìm kiếm, truy cập tức thời. – E-commerce, universities, enterprises running their services in “cloud” (eg, Amazon EC2) Mạng máy tính & Internet - Chương 1 57 Số liệu thống kê (tham khảo)
Ng