Chapter 1: Computer Networks and the Internet
Chapter 2: Application Layer
Chapter 3: Transport Layer
Chapter 4: Network Layer
Chapter 5: The Link Layer and Local Area Network
Data Link
Chapter 6: Wireless and Mobile Networks
Chapter 7: Multimedia Networking
Chapter 8: Security in Computer Networks
Chapter 9: Network Management
QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC KỸ NĂNG SỐNG CHO HỌC SINH CÁC TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ ...
ch01.ppt
1. MẠNG MÁY TÍNH
(COMPUTER NETWORKING)
J.F Kurose and K.W. Ross. Computer
Networking A Top Down Approach.
6th edition, Addision Wesley, 2013
2. Nội dung môn học
1.2
Chapter 1: Computer Networks and the Internet
Chapter 2: Application Layer
Chapter 3: Transport Layer
Chapter 4: Network Layer
Chapter 5: The Link Layer and Local Area Network
Data Link
Chapter 6: Wireless and Mobile Networks
Chapter 7: Multimedia Networking
Chapter 8: Security in Computer Networks
Chapter 9: Network Management
4. Agenda
1.4
1. What is the Internet?
2. The network edge
3. The network core
1. Circuit switching
2. Packet switching
4. Delay, Loss, and Throughput in Packet-Switched Network
5. Protocol layer and their service
1. OSI model
2. TCP/IP model
6. Appendix
1. Lịch sử Mạng máy tính và Internet
2. Truy cập mạng và các thiết bị vật lý
3. Cấu trúc mạng và ISP
6. Internet là gì?
1.6
Internet bao gồm hàng triệu thiết bị tính toán kết nối với nhau:
Hosts (end systems): các thiết bị đầu cuối chạy các ứng dụng mạng
Các thiết bị đầu cuối kết nối với nhau bởi communication links và
packet switches
Packet switches thường ở nhiều hình dạng và trạng thái, đáng chú ý là
routers và link-layer switches
Các thiết bị đầu cuối truy cập Internet thông qua Internet Service
Providers (ISPs)
End systems, packet switches, và các thành phần khác của Internet
chạy các giao thức (protocols) để gởi và nhận thông tin trong mạng. 2
giao thức quan trọng
Transmission Control Protocol (TCP)
Internet Protocol (IP)
Ngoài ra còn có: HTTP, FPT, PPP
8. Các chuẩn Internet
RFC: Request For Comments
IETF:Internet Engineering Task Force
Hạ tầng truyền thông
Cho phép các ứng dụng hoạt động trên các end systems: web, email,
game, e-commerce, file sharing
Các gói dịch vụ truyền thông
Connectionless: không tin cậy
Connection-oriented: tin cậy
1.8
9. Protocols (Giao thức)
1.9
Giao thức con người
“what’s the time?”
“I have question.”
Introductions
…xác định các thông điệp
đã gởi
…xác định các hành động
xảy ra khi thông điệp đã
được nhận, hoặc các sự
kiện khác
Giao thức mạng
Giữa các máy móc
Tất cả các hành vi truyền
thông trong Internet đều
được quản lý bởi giao thức
Giao thức định nghĩa dạng thức
và thứ tự của các thông điệp
(gói tin) được trao đổi giữa các
thực thể trong mạng, các hành
động và sự kiện tương ứng
10. So sánh giao thức giữa con người và giữa 2 thực thể trong mạng
1.10
11. Cấu trúc mạng
1.11
Phần cạnh của mạng (Network Edge)
End systems (hosts) (desktop computers, server, mobile computers
Phần lõi của mạng (Network Core)
Router, switching
Truy cập mạng, các thiết bị vật lý
Communication link
13. Phần cạnh của mạng (Network Edge)
1.13
Client and Server Program
Client program là chương trình chạy trên end system yêu cầu và tiếp
nhận các dịch vụ từ server program chạy trên một end system khác.
Web browser/server, email client/server
Peer-to-peer
Giảm thiểu hoặc không dung server riêng
Spype, BitTorrent
16. Connection-oriented
1.16
Mục tiêu: truyền dữ liệu
giữa các host
Quá trình bắt tay
(Handshaking): chuẩn bị
trước cho việc truyền dữ
liệu
TCP – Transmission
Control Protocol
TCP service [RFC 793]
Tin cậy, truyền dữ liệu
theo dòng byte
Nếu mất thông tin: thông
báo và truyền lại
Điều khiển luồng
Bên gởi không lấn át bên
nhận
Giải quyết khi tắc nghẽn
Bên gởi giảm tốc độ
truyền
17. Connectionless service
1.17
Mục tiêu: truyền dữ liệu
giữa các host
UDP – User Datagram
Protocol [RFC 768]
Không kết nối trước
Truyền không tin cậy
Không điều khiển luồng dữ
liệu
Không giải quyết tắc
nghẽn
Các ứng dụng dùng TCP
HTTP(Web), FTP(transfer),
Telnet(remote login),
SMTP(email)
Các ứng dụng dùng UDP
Streaming media, live
conference, DNS, internet
phone
19. Phần lõi của mạng (Network Core)
1.19
Lưới các router nối kết nhau
Dữ liệu được truyền trong mạng như thế nào??
Circuit switching (chuyển mạch): mạch chuyên dụng, mạng điện
thoại
Packet switching (chuyển mạch gói): dữ liệu truyền trong mạng với
các gói rời rạc (packets) – “chunks of data”
21. Circuit switching (chuyển mạch)
1.21
Các thiết bị đầu cuối dành riêng cho “gọi”
Liên kết băng thông, khả năng chuyển mạch
Tài nguyên độc quyền, không chia sẻ
Hiệu suất đảm bảo
Yêu cầu thiết lập cuộc gọi
Tài nguyên mạng (băng thông/ bandwidth) được
phân chia thành các “mảnh”
Mỗi mảnh được cấp phát cho mỗi cuộc gọi
Mảnh được cấp phát sẽ “rảnh rỗi” nếu không
được sử dụng trong cuộc gọi (không chia sẻ)
22. Circuit switching (chuyển mạch)
Ghép kênh (Multiplexing) trong mạng chuyển mạch: Phân chia băng thông
thành các “mảnh”
Chia theo tần số (Frequency Division Multiplexing – FDM)
Chia theo thời gian (Time Division Multiplexing – TDM)
1.22
23. Packet switching (chuyển mạch gói)
1.23
Mỗi dòng dữ liệu (long
message) được chia
thành những gói tin nhỏ
(packets)
Các gói A, B chia sẻ các
tài nguyên mạng
Mỗi gói dùng hết băng
thông liên kết
Các tài nguyên được dùng
theo nhu cầu
Các packet di chuyển
trong mạng thông qua
communication link và
packet switches
Các tranh chấp tài
nguyên:
Tổng số yêu cầu tài
nguyên có thể vượt quá
lượng có sẵn
Store-and-Forward: các
gói tin được truyền qua
những hop trung gian
Nút nhận toàn bộ gói
trước khi truyền đi tiếp
Tắc nghẽn: hàng đợi
(queue) và chờ được
truyền
24. Packet switching (chuyển mạch gói)
Giả sử gói tin L bits được gởi từ host A tới host B trong mạng chuyển mạch
gói
Q: số link giữa 2 hosts, tỉ lệ (rate) của mỗi link là R bps
mỗi gói tin phải được store and forward Q-1 lần, độ trễ lan truyền trong
mạng (store-and-forward deday) là QL/R
Ví dụ
L=7.5Mbits
R=1.5Mbits
Delay=2x7.5/1.5=10s
1.24
25. Packet switching (chuyển mạch gói)
Ngoài độ trễ lan truyền trong mạng (store-and-forward delay), các gói tin
còn chịu ảnh hưởng của độ trễ hàng đợi tại output buffer (queuing delay)
Các độ trễ này luôn thay đổi và tùy thuộc vào mức độ tắc nghẽn
(congestion) trong mạng
Buffer trống thì có giới hạn packet loss có thể xảy ra nếu buffer đã đầy
không thể nhận thêm gói tin mới
1.25
26. Packet switching (chuyển mạch gói)
1.26
Forwarding Table and Routing Protocols
Trong mạng Internet, mỗi end systems có 1 địa chỉ IP
Khi source end system muốn gởi packet đến destination end system
đính kèm địa chỉ IP của destination vào header của packet
Mỗi router có 1 forwarding table lưu các địa chỉ destination end system
Khi packet đến router, router sẽ tìm trong routing table của mình tìm link
thích hợp để chuyển packet
Routing protocol: tự động thiết lập forwarding table
28. Packet switching vs. Circuit switching
1.28
Packet switching
Khả năng chia sẻ tài nguyên theo yêu cầu
Đơn giản, hiệu quả, chi phí thực hiện ít
Trong trường hợp tắc nghẽn: gói tin bị trễ hoặc mất mát
Các giao thức cần thiết hỗ trợ việc truyền dữ liệu tin cậy và giải quyết
tắc nghẽn
Packet switching không thích hợp với real-time services (telephone calls,
video conference calls) do sự hay thay đổi và không thể đoán trước được
độ trễ lan truyền khi truyền gói tin giữa 2 thiết bị đầu cuối (end-to-end delay)
Tuy nhiên, mạng điện thoại vẫn sử dụng packet switching cho những cuộc
gọi quốc tế
30. Types of Delay
1.31
Processing delay:
Kiểm tra lỗi bit
Xác định liên kết đầu ra
Queuing delay
Thời gian chờ đợi để được truyền đi tại các liên kết đầu ra
Tùy thuộc vào mức độ tắc nghẽn của các router
Transmission delay
R: link bandwidth (bps)
Time to send bits into link = L/R
L: packet length (bits)
Propagation delay
d: length of physical link
s: propagation speed in medium (2x108~3x108 m/s)
Propagation delay = d/s
31. Nodal delay
dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop
dproc : processing delay (micreosec)
dqueue : queuing delay (depend on congestion, microsec to milisec)
dtrans : transmission delay (L/R)
dprop : propagation delay (depend on the physical medium of the link,
microsec to millisec)
1.33
32. Queuing delay and Packet loss
1.34
Queuing delay
R: link bandwidth (bps)
L: packet length (bits)
a: average packet arrival rate
Packet intensity = La/R
La/R ~ 0: average queuing
delay small
La/R -> 1: delays become large
La/R > 1: more “work” arriving
than can be serviced, average
delay infinite!
33. Queuing delay and Packet loss
1.35
Packet loss (Sự mất gói tin)
Dung lượng hàng đợi (bộ đệm) xử lý có giới hạn
Khi các gói tin đến nhưng hàng đợi đầy, chúng sẽ bị bỏ (dropped)
gói tin bị mất (loss)
Các gói tin mất có thể được truyền lại bởi nút liền trước, hoặc không
được truyền lại gì cả
34. End-to-end delay
1.36
Giả sử:
Có N-1 routers giữa source host và destination host
Mạng không tắc nghẽn (~ queuing delay không đáng kể)
Processing delay tại mỗi router và source host là dproc
Tốc độ truyền (Transmission rate) gói tin ra khỏi router và source host là
R bps dtrans = L/R
Propagation delay trên mỗi link là dprop
dend-end = N(dproc+dtrans+dprop)
35. Traceroute
1.37
Delay và Loss trên Internet “thực tế” như thế nào?
Traceroute (truy vết): công cụ chẩn đoán mạng máy tính để hiển thị các
tuyến đường (đường dẫn) và đo lường sự chậm trễ quá cảnh của các gói
dữ liệu trên một giao thức Internet (IP)
~ Xác định đường đi từ nguồn tới đích bằng cách gởi các thông báo
Echo Request (yêu cầu báo hiệu lại) Internet Control Message Protocol
ICMP) tới từng đích. Sau mỗi lần gặp một đích, giá trị Time to Live
(TTL), tức thời gian cần để gửi đi sẽ được tăng lên cho tới khi gặp đúng
đích cần đến. Đường đi được xác định từ quá trình này
37. Throughput in Computer networks
1.39
Throughput (end-to-end throughput) (thông lượng mạng) là lượng dữ liệu di
chuyển thành công từ nguồn tới đích trong một khoảng thời gian nhất định,
thường được đo bằng bps, Mbps, Gbps
Throughput bị tác động bởi transmission rate (tốc độ truyền) và intervening
traffic (giao thông can thiệp)
40. Layer Architecture
Các lớp (layers): mỗi lớp thực hiện 1 nhiệm vụ
Phối hợp với các lớp bên dưới thi hành một số các chức năng, dịch vụ
Phụ thuộc vào các dịch vụ được cung cấp bởi lớp bên dưới
1.42
41. Tại sao phải phân lớp?
1.43
Nhằm xử lý với các hệ thống phức tạp:
cấu trúc rõ ràng nhằm xác định quan hệ giữa các mảnh của hệ thống
đó
Thảo luận phân lớp mô hình tham chiếu
Mô-đun hóa làm dễ dàng việc bảo trì, cập nhật hệ thống
Thay đổi việc hiện thực các dịch vụ của lớp và trong suốt với phần còn
lại của hệ thống
Ví dụ: thay đổi thủ tục kiểm tra ở cổng không ảnh hưởng đến các phần
còn lại của hệ thống
Khảo sát những điều có hại của việc phân lớp?
43. OSI model
1.45
Tầng ứng dụng (Application layer): cung cấp các phương tiện cho
người sử dụng sử dụng các dịch vụ của mạng.
Tầng trình bày (Presentation layer): quy định biểu diễn dữ liệu
Tầng phiên (Session layer): quản lý các phiên của ứng dụng
Tầng vận chuyển (Transport layer): quy định kết nối end-to-end
Tầng mạng (Network layer): quy định địa chỉ mạng, truyền dữ liệu.
Tầng liên kết (Data link layer): điều khiển liên kết, truy xuất đường truyền
Tầng vật lý (Phisical layer): đường truyền vật lý, các chuẩn về điện, dây
cáp, đầu nối..
44. TCP/IP model
Application: cung cấp các dịch vụ cho các ứng dụng mạng
FTP, SMTP, HTTP
Transport: xử lý dữ liệu truyền
TCP, UDP
Network: dẫn đường cho các gói tin từ nguồn đến đích
IP, các giao thức dẫn đường
Link: dữ liệu truyền giữa các lớp lân cận
PPP, Ethernet
Physical: các bit “trên đường dây”
1.46
47. 1961-1972: Thời kỳ có các nguyên lý chuyển gói
1961: Kleinrock – chứng minh hiệu quả của chuyển gói
1964: Baran – chuyển gói trong các mạng quân đội
1967: ARPAnet hình thành từ Advanced Research Projects Agency
1969: nút ARPAnet đầu tiên hoạt động
1972:
ARPAnet phổ biến rộng rãi
NCP (Network Control Protocol) giao thức host-host đầu tiên
chương trình e-mail đầu tiên
ARPAnet có 15 nút
1.49
48. 1970: ALOHAnet- mạng vệ tinh
ở Hawaii
1974: Cert và Karn- Kiến trúc
sư mạng toàn cầu
1976: Ethernet tại Xerox PARC
Những năm 70: kiến trúc
DECnet, SNA, XNA
Cuối những năm 70: chuyển
các gói độ dài cố định (tiền
thân của ATM)
1979: ARPAnet có 200 nút
1.50
n Nguyên lý mạng toàn cầu của
Cert và Kahn:
l Yêu cầu tối thiểu, tự quản-
không thay đổi bên trong nào
được đòi hỏi
l Mô hình dịch vụ tốt nhất l Định
tuyến phi trạng thái l Điều khiển
tập trung
n Định nghĩa kiến trúc của Internet
ngày nay
n 1972-1980: Internetworking, các mạng riêng và mới
49. 1980-1990: các giao thức mới, sự gia tăng phát triển
1983: xuất bản TCP/IP
1982: định nghĩa giao thức email SMTP
1983: DNS định nghĩa cách chuyển đổi tên-địa chỉ IP
1985: giao thức FTP được định nghĩa
1988: điều khiển tắc nghẽn TCP
Các mạng quốc gia mới: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel
100,000 hosts được kết nối vào liên minh các mạng
1.51
50. 1990, những năm 2000: thương mại hóa, Web, các ứng dụng mới
Những năm đầu 1990: ARPAnet ngừng hoạt động
1991: NSF chấm dứt những hạn chế của NSFnet (ngừng hoạt động,
1995)
Những năm đầu 1990: Web
hypertext [Bush 1945, Nelson 1960’s]
HTML, HTTP: Berners-Lee
1994: Mosaic, Netscape
Những năm cuối 1990: thương mại hóa Web
cuối những năm 1990 – những năm 2000:
Nhiều ứng dụng ra đời: tin nhắn nhanh, chia sẻ file P2P
Bảo mật mạng
Ướ lượng khoảng 50 triệu host, hơn 100 triệu người dùng
Liên kết backbone chạy với tốc độ Gbps
1.52
52. LÀM SAO KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI VÀO ROUTER?
Thông qua các mạng khu dân cư
Thông qua các mạng truy cập cơ quan (trường, công ty)
Thông qua các mạng di động
Lưu ý:
Băng thông (bandwidth) của các mạng truy cập?
Đường truyền chia sẻ hay độc quyền
1.54
53. Mạng khu dân cư: point-to-point
Quay số moderm
Truy cập trực tiếp vào router, tốc độ ~56Kbps
Hạn chế: không thể vừa truy cập vừa gọi điện tại cùng thời điểm
ADSL
Tải lên: 1Mbps (thường <256Kbps)
Tải xuống: 8Mbps (thường <1Mbps)
FDM: 50kHz-1MHz cho tải xuống
4KHz – 50KHz cho tải lên
0KHz – 4KHz cho điện thoại thông thường
1.55
54. Mạng khu dân cư: Cable modems
HFC: hydrid fiber coax
Bất đồng bộ: tải xuống với 30Mbps, tải lên với 2Mbps
Mạng của cáp nối từ nhà đến router của ISP
Chia sẻ tài nguyên với router
Phân phối: sẵn sàng thông qua cáp của các công ty truyền hình cáp
1.56
60. Mạng công ty: LAN (Local Area Network)
LAN của công ty/ trường học nối hệ thống đầu cuối với router
Ethernet:
Liên kết chia sẻ hoặc độc quyền nối hệ thống đầu cuối với router
10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet
1.62
61. Các mạng truy cập không dây
Mạng truy cập không dây chia sẻ kết nối hệ thống đầu cuối với router
Thông qua thiết bị cơ sở gọi là “access point”
LAN không dây (wireless)
802.11b/g (Wifi): 11 hoặc 54 Mbps
Truy cập không dây diện rộng
Hỗ trợ bởi các công ty điện thoại
3G ~ 384Kbps
GPRS ở Châu Âu và Mỹ
1.63
62. Mạng trong nhà
ADSL hoặc cable modem
Router/firewall/NAT
Ethernet
Access point không dây
1.64
63. Đường truyền vật lý
Bit: lan truyền giữa thiết bị truyền và nhận
Liên kết vật lý: à cái gì nằm giữa thiết bị truyền và nhận
Phương tiện dẫn đường: Các tín hiệu lan truyền trên các thiết bị: dây
đồng, cáp quang, cáp đồng trục
Phương tiện không dẫn đường: Tín hiệu lan truyền tự do, ví dụ sóng
radio
Cặp xoắn (TP): 2 dây đồng độc lập
Loại 3: dây điện thoại, 10 Mbps Ethernet
Loại 5: 100Mbps Ethernet
1.65
64. Cáp xoắn cặp (STP và UDP)
‰Đây là loại cáp gồm 4 cặp dây, mỗi cặp có 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.
‰STP: cáp có bọc
‰UDP: Cáp không bọc
‰Ví dụ: Cat5 với 10~100Base-T và gigabit Ethernet
‰Đầu cắm mạng thông dụng: RJ45
1.66
65. Màu các dây trong cáp mạng
Trắng Xanh lá cây – Xanh lá cây
Trắng Cam – Cam
Trắng Canh Dương – Xanh Dương
Trắng Nâu – Nâu
1.67
70. Đường truyền vật lý: cáp đồng trục, cáp quang
Cáp đồng trục
2 dây dẫn bằng đồng cùng
tâm
Tín hiệu truyền 2 chiều
Băng tần cơ sở
Kênh đơn trên cáp
Băng tần rộng
Đa kênh trên cáp
Cáp quang
Sợi thủy tinh mang giao
động ánh sáng, mỗi giao
động là 1 bit
Hoạt động ở tốc độ cao
Truyền point-to-point tốc
độ cao (10-100Gbps)
Tỷ lệ lỗi thấp: truyền được
những khoảng cách rất xa,
không bị nhiễu điện từ
1.72
71. Đường truyền vật lý: sóng radio
1.73
Tín hiệu mang dưới dạng
song điện từ
Không có dây dẫn vật lý
Truyền 2 chiều
Các tác động môi trường
lan truyền
Phản xạ, tán xạ,…
Các chướng ngại vật
Nhiễu
Các kiểu liên kết radio
Vi sóng mặt đất: các kênh
tốc độ đến 45Mbps
LAN (Wifi): 11Mbps,
54Mbps
Cellular: 3G
Vệ tinh
Kênh lên tới 45Mbps
hoặc chia nhiều kênh nhỏ
Độ trễ 270msec giữa 2
thiết bị đầu cuối
Giữ khoảng cách cố định
với mặt đất, độ cao thấp
73. Kiến trúc Internet: mạng của các mạng
Roughly hierarchical không có thứ bậc
Trung tâm: “lớp 1” là các ISP (vd: MCI, Sprint, AT&T, Cable and Wireless),
bao trùm các quốc gia/ toàn thế giới
Đối xử như nhau
1.75
78. TỔNG KẾT
1.80
Nắm vững các vấn đề
Tổng quan về Internet
Giao thức (Protocol) là gì?
Core of network, access network
Chuyển gói và chuyển mạch
Cấu trúc Internet/ISP
Hiệu suất: trễ (delay), mất mát (loss)
Phân lớp và mô hình dịch vụ
Lịch sử Internet