Tài liệu Giáo trình Mạng máy tính - Phạm Quốc Hùng: ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
PHẠM QUỐC HÙNG
Mạng máy tính
ĐẠI HỌC
TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH ..................................................... 5 BÀI 1.
Giới thiệu chung về mạng ........................................................................... 5 1.1
Giao thức mạng ........................................................................................... 6 1.2
Sơ đồ mạng .................................................................................................. 7 1.3
Phân loại mạng máy tính ............................................................................. 9 1.4
MÔ HÌNH OSI VÀ TCP/IP ...................................................................... 11 BÀI 2.
Kiến trúc phân tầng ................................................................................... 11 2.1
Mô hình OSI .............................................................................................. 12 2.2
Mô hình TCP/IP...
148 trang |
Chia sẻ: putihuynh11 | Lượt xem: 725 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Giáo trình Mạng máy tính - Phạm Quốc Hùng, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
PHẠM QUỐC HÙNG
Mạng máy tính
ĐẠI HỌC
TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH ..................................................... 5 BÀI 1.
Giới thiệu chung về mạng ........................................................................... 5 1.1
Giao thức mạng ........................................................................................... 6 1.2
Sơ đồ mạng .................................................................................................. 7 1.3
Phân loại mạng máy tính ............................................................................. 9 1.4
MÔ HÌNH OSI VÀ TCP/IP ...................................................................... 11 BÀI 2.
Kiến trúc phân tầng ................................................................................... 11 2.1
Mô hình OSI .............................................................................................. 12 2.2
Mô hình TCP/IP ........................................................................................ 17 2.3
So sánh mô hình OSI và TCP/IP ............................................................... 18 2.4
Một số thiết bị mạng cơ bản ...................................................................... 19 2.5
TẦNG VẬT LÝ ........................................................................................ 25 BÀI 3.
Giới thiệu về môi trường truyền dẫn ......................................................... 25 3.1
Đường truyền hữu tuyến ........................................................................... 25 3.2
Đường truyền vô tuyến.............................................................................. 31 3.3
TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU .................................................................... 35 BÀI 4.
Điều khiển luồng dữ liệu ........................................................................... 35 4.1
Phương pháp kiểm tra sửa sai (CRC) ........................................................ 35 4.2
Giao thức CSMA/CD ................................................................................ 38 4.3
Giao thức Token ring, Token Bus ............................................................. 39 4.4
Cơ bản về Ethernet .................................................................................... 41 4.5
Truyền fullduplex và halfduplex ............................................................... 42 4.6
Công nghệ Ethernet 10 Mbps, 100 Mbps ................................................. 43 4.7
GigaEthernet.............................................................................................. 44 4.8
TẦNG MẠNG – GIAO THỨC IP ............................................................ 45 BÀI 5.
Giao thức IP (Internet Protocol) ................................................................ 45 5.1
Địa chỉ mạng ............................................................................................. 47 5.2
Địa chỉ mạng IPv4 ..................................................................................... 48 5.3
Địa chỉ mạng con và cách chia mạng con ................................................. 51 5.4
TẦNG VẬN CHUYỂN ............................................................................ 57 BÀI 6.
Giới thiệu về tầng vận chuyển ................................................................... 57 6.1
Giao thức TCP ........................................................................................... 57 6.2
Mạng máy tính
4
Giao thức UDP .......................................................................................... 61 6.3
TẦNG ỨNG DỤNG ................................................................................. 63 BÀI 7.
Giới thiệu về tầng ứng dụng ..................................................................... 63 7.1
SMTP, POP3 và IMAP ............................................................................. 63 7.2
HTTP ......................................................................................................... 70 7.3
FTP ............................................................................................................ 72 7.4
Telnet ........................................................................................................ 73 7.5
DNS ........................................................................................................... 74 7.6
KẾT NỐI MẠNG LAN ............................................................ 81 THỰC HÀNH 1.
CẤU HÌNH MODEM ADSL VÀ ACCESS POINT ............... 87 THỰC HÀNH 2.
CẤU HÌNH TCP/IP CHO MẠNG LAN .................................. 93 THỰC HÀNH 3.
KHAI THÁC MẠNG LAN ...................................................... 97 THỰC HÀNH 4.
KIỂM TRA THỰC HÀNH 1 ................................................. 111 THỰC HÀNH 5.
KẾT NỐI MẠNG LAN SỬ DỤNG CÁC THIẾT BỊ THỰC HÀNH 6.
SWITCH, ACCESS POINT ........................................................................................ 112
CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG MÁY IN TRONG LAN ............... 116 THỰC HÀNH 7.
SỬ DỤNG MÁY ẢO TẠO VLAN (VMWARE) .................. 126 THỰC HÀNH 8.
SỬ DỤNG MÁY ẢO TẠO VLAN (VIRTUALBOX) .......... 131 THỰC HÀNH 9.
SỬ DỤNG PACKET TRACER ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỰC HÀNH 10.
THỐNG MẠNG 136
KIỂM TRA THỰC HÀNH 2 ............................................... 148 THỰC HÀNH 11.
Mạng máy tính
5
TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH BÀI 1.
Giới thiệu chung về mạng 1.1
1.1.1 Khái niệm và các thành phần của mạng máy tính
Mạng máy tính là tập hợp các thiết bị được kết nối với nhau bằng các phương tiện
truyền vật lý và tuân theo một kiến trúc mạng nhất định.
Mạng máy tính gồm ba thành phần chính:
Các thiết bị: Gồm có hai loại chính là thiết bị đầu cuối (bao gồm PC, Printer,
Fax...) và thiết bị mạng (bao gồm Hub, Switch, Router...)
Phương tiện truyền vật lý: Còn được gọi là môi trường truyền dẫn. Có 2 loại môi
trường truyền dẫn chính là hữu tuyến và vô tuyến
Kiến trúc mạng: Là tập hợp các giao thức mà các thực thể mạng cần phải tuân
theo khi tham gia vào hệ thống mạng
1.1.2 Lợi ích của mạng máy tính
Ngày nay với một lượng lớn về thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng cao.
Mạng máy tính hiện nay trở nên quá quen thuộc đối với chúng ta, trong mọi lĩnh vực
như khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục... Hiện nay ở nhiều
nơi mạng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được. Người ta thấy được việc kết
nối các máy tính thành mạng cho chúng ta những khả năng mới to lớn như:
- Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên của mạng (như thiết bị,
chương trình, dữ liệu) khi được trở thành các tài nguyên chung thì mọi thành
viên của mạng đều có thể tiếp cận được mà không quan tâm tới những vị trí
của tài nguyên đó.
- Tăng độ tin cậy của hệ thống: Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc và
lưu trữ (backup) các dữ liệu chung và khi có trục trặc trong hệ thống thì
chúng có thể được khôi phục nhanh chóng. Trong trường hợp có trục trặc trên
một trạm làm việc thì người ta cũng có thể sử dụng những trạm khác thay thế
và hệ thống vẫn hoạt động bình thường.
- Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin: Khi thông tin có thể
được sữ dụng chung thì nó mang lại cho người sử dụng khả năng tổ chức lại
các công việc với những thay đổi về chất như:
- Ðáp ứng những nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại.
- Cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu.
- Tăng cường năng lực xử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán.
- Tăng cường truy nhập tới các dịch vụ mạng khác nhau đang được cung cấp
trên thế giới.
Với nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội nên vấn đề kỹ thuật trong mạng là
mối quan tâm hàng đầu của các nhà tin học. Ví dụ như làm thế nào để truy xuất thông
tin một cách nhanh chóng và tối ưu nhất, trong khi việc xử lý thông tin trên mạng quá
nhiều đôi khi có thể làm tắc nghẽn trên mạng và gây ra mất thông tin một cách đáng
tiếc. Hiện nay việc làm sao có được một hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an toàn với
Mạng máy tính
6
lợi ích kinh tế cao đang rất được quan tâm. Một vấn đề đặt ra có rất nhiều giải pháp về
công nghệ, một giải pháp có rất nhiều yếu tố cấu thành, trong mỗi yếu tố có nhiều cách
lựa chọn. Như vậy để đưa ra một giải pháp hoàn chỉnh, phù hợp thì phải trải qua một
quá trình chọn lọc dựa trên những ưu điểm của từng yếu tố, từng chi tiết rất nhỏ.
Ðể giải quyết một vấn đề phải dựa trên những yêu cầu đặt ra và dựa trên công nghệ
để giải quyết. Nhưng công nghệ cao nhất chưa chắc là công nghệ tốt nhất, mà công
nghệ tốt nhất là công nghệ phù hợp nhất.
Giao thức mạng 1.2
1.2.1 Khái niệm
Các thực thể của mạng muốn trao đổi thông tin với nhau phải bắt tay, đàm phán về
một số thủ tục, quy tắc... Cùng phải “nói chung một ngôn ngữ”. Tập quy tắc hội thoại
được gọi là giao thức mạng (Protocols). Các thành phần chính của một giao thức bao
gồm:
- Cú pháp: định dạng dữ liệu, phương thức mã hoá và các mức tín hiệu.
- Ngữ nghĩa: thông tin điều khiển, điều khiển lưu lượng và xử lý lỗi..
Trao đổi thông tin giữa hai thực thể có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp. Trong hai hệ
thống kết nối điểm - điểm, các thực thể có thể trao đổi thông tin trực tiếp không có sự
can thiệp của các thực thể trung gian. Trong cấu trúc quảng bá, hai thực thể trao đổi dữ
liệu với nhau phải thông qua các thực thể trung gian. Phức tạp hơn khi các thực thể
không chia sẻ trên cùng một mạng chuyển mạch, kết nối gián tiếp phải qua nhiều
mạng con.
1.2.2 Các chức năng của giao thức mạng
Đóng gói: Trong quá trình trao đổi thông tin, các gói dữliệu được thêm vào một
sốthông tin điều khiển, bao gồm địa chỉnguồn và địa chỉ đích, mã phát hiện lỗi, điều
khiển giao thức... Việc thêm thông tin điều khiển vào các gói dữ liệu được gọi là quá
trình đóng gói (Encapsulation). Bên thu sẽ được thực hiện ngược lại, thông tin điều
khiển sẽ được gỡ bỏ khi gói tin được chuyển từ tầng dưới lên tầng trên.
Phân đoạn và hợp lại: Mạng truyền thông chỉchấp nhận kích thước các gói dữ
liệu cố định. Các giao thức ở các tầng thấp cần phải cắt dữliệu thành những gói có kích
thước quy định. Quá trình này gọi là quá trình phân đoạn. Ngược với quá trình phân
đoạn bên phát là quá trình hợp lại bên thu. Dữ liệu phân đoạn cần phải được hợp lại
thành thông điệp thích hợp ở tầng ứng dụng (Application). Vì vậy vấn đề đảm bảo thứ
tự các gói đến đích là rất quan trọng. Gói dữ liệu trao đổi giữa hai thực thể qua giao
thức gọi là đơn vị giao thức dữ liệu PDU (Protocol Data Unit).
Điều khiển liên kết: Trao đổi thông tin giữa các thưc thểcó thểthực hiện theo hai
phương thức: hướng liên kết (Connection - Oriented) và không liên kết
(Connectionless). Truyền không liên kết không yêu cầu có độtin cậy cao, không yêu
cầu chất lượng dịch vụ và không yêu cầu xác nhận. Ngược lại, truyền theo phương
thức hướng liên kết, yêu cầu có độtin cậy cao, đảm bảo chất lượng dịch vụ và có xác
nhận. Trước khi hai thực thể trao đổi thông tin với nhau, giữa chúng một kết nối được
thiết lập và sau khi trao đổi xong, kết nối này sẽ được giải phóng.
Mạng máy tính
7
Giám sát: Các gói tin PDU có thể lưu chuyển độc lập theo các con đường khác
nhau, khi
đến đích có thể không theo thứ tự như khi phát. Trong phương thức hướng liên kết,
các gói tin phải được yêu cầu giám sát. Mỗi một PDU có một mã tập hợp duy nhất và
được đăng ký theo tuần tự. Các thực thể nhận sẽ khôi phục thứ tựcác gói tin như thứ tự
bên phát.
Điều khiển lưu lượng: liên quan đến khả năng tiếp nhận các gói tin của thực thể
bên thu và số lượng hoặc tốc độ của dữ liệu được truyền bởi thực thể bên phát sao cho
bên thu không bị tràn ngập, đảm bảo tốc độ cao nhất. Một dạng đơn giản của của điều
khiển lưu lượng là thủ tục dừng và đợi (Stop-and Wait), trong đó mỗi PDU đã phát cần
phải được xác nhận trước khi truyền gói tin tiếp theo. Có độ tin cậy cao khi truyền một
số lượng nhất định dữ liệu mà không cần xác nhận. Kỹ thuật cửa sổ trượt là thí dụ cơ
chế này. Điều khiển lưu lượng là một chức năng quan trọng cần phải được thực hiện
trong một số giao thức.
Điều khiển lỗi: là kỹ thuật cần thiết nhằm bảo vệ dữ liệu không bị mất hoặc bị
hỏng trong quá trình trao đổi thông tin. Phát hiện và sửa lỗi bao gồm việc phát hiện lỗi
trên cơ sở kiểm tra khung và truyền lại các PDU khi có lỗi. Nếu một thực thể nhận xác
nhận PDU lỗi, thông thường gói tin đó sẽ phải được phát lại.
Đồng bộ hoá:Các thực thể giao thức có các tham số về các biến trạng thái và định
nghĩa trạng thái, đó là các tham sốvề kích thước cửa sổ, tham sốliên kết và giá trịthời
gian. Hai thực thể truyền thông trong giao thức cần phải đồng thời trong cùng một
trạng thái xác định. Ví dụ cùng trạng thái khởi tạo, điểm kiểm tra và huỷ bỏ, được gọi
là đồng bộ hoá. Đồng bộ hoá sẽ khó khăn nếu một thực thể chỉ xác định được trạng
thái của thực thể khác khi nhận các gói tin. Các gói tin không đến ngay mà phải mất
một khoảng thời gian đểlưu chuyển từnguồn đến đích và các gói tin PDU cũng có thể
bị thất lạc trong quá trình truyền.
Địa chỉ hoá: Hai thực thể có thể truyền thông được với nhau, cần phải nhận dạng
được
nhau. Trong mạng quảng bá, các thực thể phải nhận dạng định danh của nó trong
gói tin. Trong các mạng chuyển mạch, mạng cần nhận biết thực thể đích để định tuyến
dữ liệu trước khi thiết lập kết nối.
Sơ đồ mạng 1.3
1.3.1 Sơ đồ logic
Là sơ đồ chỉ về nguyên lý hoạt động của hệ thống mạng. Khi nhìn vào sơ đồ logic
ta có thể thấy được các dịch vụ được triển khai trong mạng, phương thức di chuyển
của luồng dữ liệu trong hệ thống mạng
Mạng máy tính
8
Hình 1-1: Sơ đồ logic mạng
1.3.2 Sơ đồ vật lý
Là sơ đồ chỉ về vị trí và phương thức đấu nối các thiết bị thông qua môi trường
truyền dẫn. Sơ đồ vật lý hay còn được gọi là sơ đồ đi dây, sơ đồ này thường được sử
dụng khi thi công trực tiếp hệ thống mạng.
Hình 1-2: Sơ đồ vật lý
Mạng máy tính
9
Phân loại mạng máy tính 1.4
1.4.1 Theo khoảng cách
a) Mạng cục bộ LAN (Local Area Networks):
Mạng cục bộ LAN: kết nối các máy tính đơn lẻ thành mạng nội bộ, tạo khả năng
trao đổi
thông tin và chia sẻtài nguyên trong cơ quan, xí nhiệp... Có hai loại mạng LAN
khác nhau: LAN nối dây (sửdụng các loại cáp) và LAN không dây (sử dụng sóng cao
tần hay tia hồng ngoại).
Đặc trưng cơbản của mạng cục bộ: Quy mô của mạng nhỏ, phạm vi hoạt động vào
khoảng vài km. Các máy trong một tòa nhà, một cơ quan hay xí nghiệp.. nối lại với
nhau. Quản trị và bảo dưỡng mạng đơn giản.
Công nghệ truyền dẫn sử dụng trong mạng LAN thường là quảng bá (Broadcast),
bao gồm một cáp đơn nối tất cả các máy. Tốc độ truyền dữ liệu cao, từ10÷100 Mbps
đến hàng trăm Gbps, thời gian trễ nhỏ (cỡ10μs), độ tin cậy cao.
b) Mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Networks)
Mạng đô thị MAN hoạt động theo kiểu quảng bá, LAN to LAN. Mạng cung cấp
các dịch vụ thoại và phi thoại và truyền hình cáp. Mạng MAN là một mạng máy tính
có quy mô trong phạm vi trong một thành phố
c) Mạng diện rộng WAN (Wide Area Networks)
Mạng diện rộng WAN là một hệ thống mạng hoạt động trên phạm vi một quốc gia
hoặc trên toàn cầu. Đặc điểm của hệ thống mạng WAN là tốc độ truyền dữ liệu thấp so
với mạng cục bộ và lỗi truyền cao.
1.4.2 Theo phương thức chuyển mạch
a) Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Switched Networks)
- Trước khi trao đổi thông tin, hệ thống sẽ thiết lập kết nối giữa 2 thực thể bằng
một đường truyền vật lý. Thực thể đích nếu bận, kết nối này sẽ bị huỷ bỏ.
- Duy trì kết nối trong suốt quá trình 2 thực thểtrao đổi thông tin.
- Giải phóng kết nối: Sau khi truyền xong dữ liệu, kết nối sẽ được huỷ bỏ, giải
phóng các tài nguyên đã bị chiếm dụng để sẵn sàng phục vụ cho các yêu cầu kết nối
khác.
Nhược điểm là cần nhiều thời gian để thiết lập kênh truyền, vì vậy thời gian thiết
lập kênh chậm và xác suất kết nối không thành công cao. Khi cả hai không còn thông
tin để truyền, kênh bị bỏ không trong khi các thực thể khác có nhu cầu.
b) Mạng chuyển mạch gói (Packet Switched)
Nguyên lý chuyển mạch gói: Thông điệp (Message) của người sử dụng được chia
thành nhiều gói nhỏ (Packet) có độ dài quy định. Độ dài gói tin cực đại (Maximum
Transfer Unit) MTU trong các mạng khác nhau là khác nhau. Các gói tin của một
thông điệp có thể truyền độc lập trên nhiều tuyến hướng đích và các gói tin của nhiều
thông điệp khác nhau có thể cùng truyền trên một tuyến liên mạng. Tại mỗi node, các
gói tin được tiếp nhận, lưu trữ, xử lý tại bộ nhớ, không cần phải lưu trữtạm thời trên bộ
nhớ ngoài (như đĩa cứng) và được chuyển tiếp đến node kế tiếp. Định tuyến các gói tin
qua mạng nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Mạng máy tính
10
Kỹ thuật chuyển mạch gói có nhiều ưu điểm hơn so với chuyển mạch kênh:
- Các gói tin lưu chuyển hướng đích độc lập, trên một đường có thể chia sẻ cho
nhiều gói
tin. Vì vậy hiệu suất đường truyền cao hơn.
- Các gói tin được xếp hàng và truyền qua tuyến kết nối.
- Hai thực thểcó tốc độ dữ liệu khác nhau có thểtrao đổi các gói với tốc độ phù hợp.
- Trong mạng chuyển mạch kênh, khi lưu lượng tăng thì mạng từ chối thêm các
yêu cầu kết nối (do nghẽn) cho đến khi giảm xuống. Trong mạng chuyển mạch gói,
các gói tin vẫn được chấp nhận, nhưng trễ phân phát gói tin có thể tăng lên.
Mạng máy tính
11
MÔ HÌNH OSI VÀ TCP/IP BÀI 2.
Kiến trúc phân tầng 2.1
Các mạng máy tính được thiết kế và cài đặt theo quan điểm có cấu trúc đa tầng.
Mỗi một thành phần của mạng được xem như một hệ thống gồm nhiều tầng và mỗi
một tầng bao gồm một số chức năng truyền thông. Các tầng được chồng lên nhau, số
lượng và chức năng của các tầng phụ thuộc vào các nhà sản xuất và thiết kế. Tuy nhiên
quan điểm chung là trong mỗi tầng có nhiều thực thể(các tiến trình) thực hiện một số
chức năng nhằm cung cấp một số dịch vụ, thủ tục cho các thực thể tầng trên hoạt động.
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO quy định các quy tắc phân tầng như sau:
- Không định nghĩa quá nhiều tầng, số lượng tầng, vai trò và chức năng của các
tầng trong mỗi hệ thống của mạng là như nhau, không quá phức tạp khi xác định và
ghép nối các tầng. Chức năng các tầng độc lập với nhau và có tính mở.
- Trong mỗi hệ thống, cần xác định rõ mối quan hệ giữa các tầng kề nhau, mối
quan hệ này gọi là giao diện tầng (Interface). Mối quan hệ này quy định những thao
tác và dịch vụ cơ bản mà tầng kề dưới cung cấp cho tầng kề trên và số các tương tác
qua lại giữa hai tầng kề nhau là nhỏ nhất.
- Xác định mối quan hệ giữa các đồng tầng để thống nhất về các phương thức hoạt
động trong quá trình truyền thông, mối quan hệ đó là tập các quy tắc và các thoả thuận
trong hội thoại giữa các hệ thống, gọi là giao thức tầng.
- Dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ thống phát sang tầng thứ
i của hệ thống nhận (trừ tầng thấp nhất- tầng vật lý) mà được chuyển từ tầng cao
xuống tầng thấp nhất bên hệ thống phát và qua đường truyền vật lý, dữ liệu là chuỗi bit
không cấu trúc được truyền sang tầng thấp nhất của hệ thống nhận và từ đó dữ liệu
được chuyển ngược lên các tầng trên. Giữa các đồng tầng xác định liên kết logic, giữa
các tầng vật lý có liên kết vật lý.
Hình 2-1: Ví dụ về phân tầng
Hình 2.1. minh họa chi tiết về kiến trúc phân tầng trong hệ thống vận chuyển hàng
không, ở đây các công việc được phân chia theo từng tầng, mỗi tầng thực hiện một
nhiệm vụ cụ thể trong hệ thống.
Mạng máy tính
12
Mô hình OSI 2.2
2.2.1 Giới thiệu
Mô hình OSI (Open System Interconnection)là mô hình được tổ chức ISO đề
xuất từ 1977 và công bố lần đầu vào 1984. Để các máy tính và các thiết bị mạng có
thể truyền thông với nhau phải có những qui tắc giao tiếp được các bên chấp nhận.
Mô hình OSI là một khuôn mẫu giúp chúng ta hiểu dữ liệu đi xuyên qua mạng như
thế nào đồng thời cũng giúp chúng ta hiểu được các chức năng mạng diễn ra tại mỗi
tầng.
Trong mô hình OSI có bảy tầng, mỗi tầng mô tả một phần chức năng độc lập.
Sự tách tầng của mô hình này mang lại những lợi ích sau:
- Chia hoạt động thông tin mạng thành những phần nhỏ hơn, đơn giản hơn
giúp chúng ta dễ khảo sát và tìm hiểu hơn.
- Chuẩn hóa các thành phần mạng để cho phép phát triển mạng từ nhiều nhà
cung cấp sản phẩm.
- Ngăn chặn được tình trạng sự thay đổi của một tầng làm ảnh hưởng đến
các tầng khác, như vậy giúp mỗi tầng có thể phát triển độc lập và nhanh
chóng hơn.
- Mô hình tham chiếu OSI định nghĩa các qui tắc cho các nội dung sau:
- Cách thức các thiết bị giao tiếp và truyền thông được với nhau.
- Các phương pháp để các thiết bị trên mạng khi nào thì được truyền dữ liệu,
khi nào thì không được.
- Các phương pháp để đảm bảo truyền đúng dữ liệu và đúng bên nhận.
- Cách thức vận tải, truyền, sắp xếp và kết nối với nhau.
- Cách thức đảm bảo các thiết bị mạng duy trì tốc độ truyền dữ liệu thích hợp.
- Cách biểu diễn một bit thiết bị truyền dẫn.
Mô hình tham chiếu OSI được chia thành bảy tầng với các chức năng sau:
- Application (ứng dụng): giao diện giữa ứng dụng và mạng (Tầng 7)
- Presentation (trình bày): thoả thuận khuôn dạng trao đổi dữ liệu (Tầng 6)
- Session (phiên): cho phép người dùng thiết lập các kết nối (Tầng 5)
- Transport (vận chuyển): đảm bảo truyền thông giữa hai hệ thống. (Tầng 4)
- NetWork (mạng):định hướng dữ liệu truyền trong liên mạng.(Tầng 3)
- Data Link (liên kết dữ liệu): xác định việc truy xuất đến thiết bị. (Tầng 2)
- Physical (vật lý): chuyển đổi dữ liệu thành các bit và truyền đi. (Tầng 1)
Mạng máy tính
13
Hình 2-2: Chức năng của mỗi tầng trong OSI
Hình 2-3: Ba tầng phần ứng dụng
Mạng máy tính
14
Hình 2-4: Bốn tầng phần luồng dữ liệu
Hình 2-5: Các thiết bị tương ứng tại các tầng
2.2.2 Chức năng của các tầng trong mô hình tham chiếu OSI
a) Tầng ứng dụng (Application Layer):
Tầng này là giao diện giữa các chương trình ứng dụng của người dùng và
mạng. Tầng Application xử lý truy nhập mạng chung, kiểm soát luồng và phục
hồi lỗi. Tầng này không cung cấp các dịch vụ cho tầng nào mà nó cung cấp dịch vụ
cho các ứng dụng như: truyền file, gởi nhận E-mail, Telnet, HTTP, FTP, SMTP
b) Tầng trình bày (Presentation Layer):
Tầng này chịu trách nhiệm thương lượng và xác lập dạng thức dữ liệu được trao
đổi. Nó đảm bảo thông tin mà tầng ứng dụng của một hệ thống đầu cuối gởi đi,
tầng ứng dụng của hệ thống khác có thể đọc được. Tầng trình bày thông dịch giữa
nhiều dạng dữ liệu khác nhau thông qua một dạng chung, đồng thời nó cũng nén và
giải nén dữ liệu. Thứ tự byte, bit bên gởi và bên nhận qui ước qui tắc gởi nhận một
Mạng máy tính
15
chuỗi byte, bit từ trái qua phải hay từ phải qua trái. Nếu hai bên không thống nhất
thì sẽ có sự chuyển đổi thứ tự các byte bit vào trước hoặc sau khi truyền. Tầng
presentation cũng quản lý các cấp độ nén dữ liệu nhằm giảm số bit cần truyền. Ví
dụ: JPEG, ASCCI, EBCDIC....
c) Tầng phiên (Session Layer):
Tầng này có chức năng thiết lập, quản lý, và kết thúc các phiên thông tin giữa
hai thiết bị truyền nhận. Tầng phiên cung cấp các dịch vụ cho tầng trình bày. Tầng
Session cung cấp sự đồng bộ hóa giữa các tác vụ người dùng bằng cách đặt
những điểm kiểm tra vào luồng dữ liệu. Bằng cách này, nếu mạng không hoạt
động thì chỉ có dữ liệu truyền sau điểm kiểm tra cuối cùng mới phải truyền lại.
Tầng này cũng thi hành kiểm soát hội thoại giữa các quá trình giao tiếp, điều chỉnh
bên nào truyền, khi nào, trong bao lâu. Ví dụ như: RPC, NFS,... Tầng này kết nối
theo ba cách: Haft-duplex, Simplex, Full-duplex.
d) Tầng vận chuyển (Transport Layer):
Tầng vận chuyển phân đoạn dữ liệu từ hệ thống máy truyền và tái thiết lập dữ
liệu vào một luồng dữ liệu tại hệ thống máy nhận đảm bảo rằng việc bàn giao các
thông điệp giữa các thiết bị đáng tin cậy. Dữ liệu tại tầng này gọi là segment. Tầng
này thiết lập, duy trì và kết thúc các mạch ảo đảm bảo cung cấp các dịch vụ sau:
- Xếp thứ tự các phân đoạn: khi một thông điệp lớn được tách thành nhiều
phân đoạn nhỏ để bàn giao, tầng vận chuyển sẽ sắp xếp thứ tự các phân đoạn
trước khi ráp nối các phân đoạn thành thông điệp ban đầu.
- Kiểm soát lỗi: khi có phân đoạn bị thất bại, sai hoặc trùng lắp, tầng vận
chuyển sẽ yêu cầu truyền lại.
- Kiểm soát luồng: tầng vận chuyển dùng các tín hiệu báo nhận để xác nhận.
Bên gửi sẽ không truyền đi phân đoạn dữ liệu kế tiếp nếu bên nhận chưa gởi
tín hiệu xác nhận rằng đã nhận được phân đoạn dữ liệu trước đó đầy đủ.
e) Tầng mạng (Network Layer):
Tầng mạng chịu trách nhiệm lập địa chỉ các thông điệp, diễn dịch địa chỉ và tên
logic thành địa chỉ vật lý đồng thời nó cũng chịu trách nhiệm gởi packet từ mạng
nguồn đến mạng đích. Tầng này quyết định đường đi từ máy tính nguồn đến máy
tính đích. Nó quyết định dữ liệu sẽ truyền trên đường nào dựa vào tình trạng, ưu
tiên dịch vụ và các yếu tố khác. Nó cũng quản lý lưu lượng trên mạng chẳng hạn
như chuyển đổi gói, định tuyến, và kiểm soát sự tắc nghẽn dữ liệu. Nếu bộ thích ứng
mạng trên bộ định tuyến (router) không thể truyền đủ đoạn dữ liệu mà máy tính
nguồn gởi đi, tầng Network trên bộ định tuyến sẽ chia dữ liệu thành những đơn vị
nhỏ hơn, nói cách khác, nếu máy tính nguồn gởi đi các gói tin có kích thước là
20Kb, trong khi Router chỉ cho phép các gói tin có kích thước là 10Kb đi qua, thì
lúc đó tầng Network của Router sẽ chia gói tin ra làm 2, mỗi gói tin có kích
thước là 10Kb. Ở đầu nhận, tầng Network ráp nối lại dữ liệu. Ví dụ: một số giao
thức tầng này: IP, IPX,... Dữ liệu ở tầng này gọi packet hoặc datagram.
f) Tầng liên kết dữ liệu (Data link Layer):
Mạng máy tính
16
Cung cấp khả năng chuyển dữ liệu tin cậy xuyên qua một liên kết vật lý. Tầng
này liên quan đến:
- Địa chỉ vật lý.
- Mô hình mạng.
- Cơ chế truy cập đường truyền.
- Thông báo lỗi.
- Thứ tự phân phối frame.
- Điều khiển dòng.
Tại tầng data link, các bít đến từ tầng vật lý được chuyển thành các frame dữ
liệu bằng cách dùng một số nghi thức tại tầng này. Tầng data link được chia thành
hai tầng con:
- Tầng con LLC (logical link control): Tầng con LLC là phần trên so với các
giao thức truy cập đường truyền khác, nó cung cấp sự mềm dẻo về giao tiếp.
Bởi vì tầng con LLC hoạt động độc lập với các giao thức truy cập đường
truyền, cho nên các giao thức tầng trên hơn (ví dụ như IP ở tầng mạng) có
thể hoạt động mà không phụ thuộc vào loại phương tiện LAN. Tầng con
LLC có thể lệ thuộc vào các tầng thấp hơn trong việc cung cấp truy cập
đường truyền.
- Tầng con MAC (media access control): Tầng con MAC cung cấp tính thứ tự
truy cập vào môi trường LAN. Khi nhiều trạm cùng truy cập chia sẻ môi
trường truyền, để định danh mỗi trạm, tầng cho MAC định nghĩa một trường
địa chỉ phần cứng, gọi là địa chỉ MAC address. Địa chỉ MAC là một con số
đơn nhất đối với mỗi giao tiếp LAN (card mạng).
g) Tầng vật lý (Physical Layer):
Định nghĩa các qui cách về điện, cơ, thủ tục và các đặc tả chức năng để kích
hoạt, duy trì và dừng một liên kết vật lý giữa các hệ thống đầu cuối. Một số các đặc
điểm trong tầng vật lý này bao gồm:
- Mức điện thế.
- Khoảng thời gian thay đổi điện thế.
- Tốc độ dữ liệu vật lý.
- Khoảng đường truyền tối đa.
- Các đầu nối vật lý.
Quá trình xử lý và vận chuyển của một gói dữ liệu trong mô hình OSI
Mạng máy tính
17
Hình 2-6: Mỗi tầng trong mô hình OSI đều thêm một đầu đề vào khung dữ liệu
Mô hình TCP/IP 2.3
Nếu như mô hình OSI được sử dụng như mô hình tham chiếu thì mô hình TCP/IP
là mô hình đã được triển khai ở các hệ điều hành và được sử dụng cho các máy tính
tham gia kết nối mạng.
Vai trò của mô hình TCP/IP
Các bộ phận, văn phòng của Chính phủ Hoa Kỳ đã nhận thức được sự quan
trọng và tiềm năng của kĩ thuật Internet từ nhiều năm trước, cũng như đã cung cấp
tài chánh cho việc nghiên cứu, để thực sự có được một mạng Internet toàn cầu. Sự
hình thành kĩ thuật Internet là kết quả nghiên cứu dưới sự tài trợ của
Defense/Advanced Research Projects Agency (ARPA/DARPA). Kĩ thuật
ARPA bao gồm một tập hợp của các chuẩn mạng, đặc tả chi tiết cách thức mà
các máy tính thông tin liên lạc với nhau, cũng như các quy ước cho các mạng
interconnecting và định tuyến giao thông. Tên chính thức là TCP/IP Internet
Protocol Suite và thường được gọi là TCP/IP, có thể dùng để thông tin liên lạc
qua tập hợp bất kỳ các mạng interconnected. Nó có thể dùng để liên kết mạng
trong một công ty, không nhất thiết phải nối kết với các mạng khác bên ngoài.
Các tầng của mô hình TCP/IP
Mạng máy tính
18
Hình 2-7: Mô hình tham chiếu TCP/IP
Mô hình tham chiếu TCP/IP tương tự như kiến trúc OSI, sau đây là một số tính
chất của các tầng trong mô hình tham chiếu TCP/IP:
- Tầng Application: quản lý các giao thức, như hỗ trợ việc trình bày, mã
hóa, và quản lý cuộc gọi. Tầng Application cũng hỗ trợ nhiều ứng
dụng, như: FTP (File Transfer Protocol), HTTP (Hypertext Transfer
Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), DNS (Domain
Name System), TFTP (Trivial File Transfer Protocol).
- Tầng Transport: đảm nhiệm việc vận chuyển từ nguồn đến đích. Tầng
Transport đảm nhiệm việc truyền dữ liệu thông qua hai nghi thức: TCP
(Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol).
- Tầng Internet: đảm nhiệm việc chọn lựa đường đi tốt nhất cho các gói tin.
Nghi thức được sử dụng chính ở tầng này là nghi thức IP (Internet
Protocol).
- Tầng Network Interface: có tính chất tương tự như hai tầng Data Link và
Physical của kiến trúc OSI.
So sánh mô hình OSI và TCP/IP 2.4
Hình 2-8: So sánh mô hình OSI và TCP/IP
Các điểm giống nhau:
Mạng máy tính
19
- Cả hai đều theo phương pháp kiến trúc phân tầng.
- Đều có tầng Application, mặc dù các dịch vụ ở mỗi tầng khác nhau.
- Đều có các tầng Transport và Network.
- Sử dụng kĩ thuật chuyển mạch gói (packet-switched).
Các điểm khác nhau:
- Mô hình TCP/IP kết hợp tầng Presentation và tầng Session vào trong tầng
Application.
- Mô hình TCP/IP kết hợp tầng Data Link và tầng Physical vào trong một tầng
netwỏk acces
- Nghi thức TCP/IP được chuẩn hóa và được sử dụng phổ biến trên toàn thế
giới.
Một số thiết bị mạng cơ bản 2.5
2.5.1 Card mạng (NIC)
Card mạng dùng để kết nối các máy tính trong mạng với nhau thông qua hệ thống
cáp. Card điều hợp khớp với một khe cắm trên PC (PCI), nó có một hoặc nhiều đường
truy cập để người sử dụng kết nối mạng. Trên Card có mạch điện cho phép tiếp nhận
hoặc phát tín hiệu trên mạng. Trên Card mạng có thể có nhiều đường giao tiếp như RJ
– 45, BNC, hoặc AUI (Attachment Unit Interface) giúp cho các host có thể nối kết
với mạng. NIC làm việc tại tầng 2 của mô hình OSI (Datalink).
Hình 2-9: Tầng hoạt động của NIC
2.5.2 HUB
Hub được sử dụng làm điểm trung tâm của mạng, để liên kết mạng topo hình sao
giữa các máy tính tham gia trong một phân đoạn mạng. Hub nhận tín hiệu, phục hồi và
gửi chuyển tiếp chúng tới tất cả các cổng, và gửi chúng trở lại trạm nguồn. Hub là thiết
bị thuộc tầng vật lý
Mạng máy tính
20
Hình 2-10: Tầng hoạt động của HUB
Một số loại Hub
- Passive Hub (Hub thụ động)
- Active Hub (Hub tích cực)
- Intelligent Hub (Hub thông minh)
2.5.3 Repeater
Là thiết bị dùng để khuếch đại tín hiệu trên các đoạn cáp dài. Khi truyền dữ liệu
trên các đoạn cáp dài tín hiệu điện sẽ yếu đi, nếu chúng ta muốn mở rộng kích
thước mạng thì chúng ta dùng thiết bị này để khuếch đại tín hiệu và truyền đi tiếp.
Nhưng chúng ta chú ý rằng thiết bị này hoạt động ở tầng vật lý trong mô hình
OSI, nó chỉ hiểu tín hiệu điện nên không lọc được dữ liệu ở bất kỳ dạng nào, và
mỗi lần khuếch đại các tín hiệu điện yếu sẽ bị sai do đó nếu cứ tiếp tục dùng nhiều
Repeater để khuếch đại và mở rộng kích thước mạng thì dữ liệu sẽ ngày càng sai
lệch.
Hình 3.25: Thiết bị Repeater
2.5.4 Bridge (cầu nối)
Là thiết bị cho phép nối kết hai nhánh mạng, có chức năng chuyển có chọn lọc
các gói tin đến nhánh mạng chứa máy nhận gói tin. Trong Bridge có bảng địa chỉ
MAC, bảng địa chỉ này sẽ được dùng để quyết định đường đi của gói tin (cách
thức truyền đi của một gói tin sẽ được nói rõ hơn ở trong phần trình bày về thiết bị
Switch). Bảng địa chỉ này có thể được khởi tạo tự động hoặc phải cấu hình bằng
tay. Bridge hoạt động ở tầng hai (tầng Data link) trong mô hình OSI.
Ưu điểm của Bridge là: cho phép mở rộng cùng một mạng logic với nhiều kiểu
cáp khác nhau. Chia mạng thành nhiều phân đoạn khác nhau nhằm giảm lưu lượng
trên mạng.
Mạng máy tính
21
Nhược điểm: chậm hơn Repeater vì phải xử lý các gói tin, chưa tìm được
đường đi tối ưu trong trường hợp có nhiều đường đi. Việc xử lý gói tin dựa trên
phần mềm.
Hình 2-11: Mô hình mạng sử dụng Bridge
2.5.5 Switch
Là thiết bị giống như bridge nhưng nhiều port hơn cho phép ghép nối nhiều
đoạn mạng với nhau. Switch cũng dựa vào bảng địa chỉ MAC để quyết định gói
tin nào đi ra port nào nhằm tránh tình trạng giảm băng thông khi số máy trạm
trong mạng tăng lên. Switch cũng hoạt động tại tầng hai trong mô hình OSI. Việc
xử lý gói tin dựa trên phần cứng (chip).
Khi một gói tin đi đến Switch (hoặc Bridge), Switch (hoặc Bridge) sẽ thực hiện
như sau:
- Kiểm tra địa chỉ nguồn của gói tin đã có trong bảng MAC chưa, nếu chưa có
thì nó sẽ thêm địa chỉ MAC này và port nguồn (nơi gói tin đi vào Switch
(hoặc Bridge)) vào trong bảng MAC.
- Kiểm tra địa chỉ đích của gói tin đã có trong bảng MAC chưa:
o Nếu chưa có thì nó sẽ gởi gói tin ra tất cả các port (ngoại trừ port gói
tin đi vào).
o Nếu địa chỉ đích đã có trong bảng MAC:
o Nếu port đích trùng với port nguồn thì Switch (hoặc Bridge) sẽ loại bỏ
gói tin.
o Nếu port đích khác với port nguồn thì gói tin sẽ được gởi ra port đích
tương ứng.
Chú ý:
- Địa chỉ nguồn và địa chỉ đích được nói ở trên đều là địa chỉ MAC.
- Port nguồn là Port mà gói tin đi vào (số hiệu port của ứng dụng gửi yêu cầu
thường được sinh ra bởi thiết bị gửi hoặc tuân theo các qui định sẵn có ví dụ
HTTP thì port là 80,...) .
Mạng máy tính
22
- Port đích là Port mà gói tin đi ra (Số hiệu port của ứng dụng sẽ nhận yêu cầu
thường được qui định hoặc lập trình sẵn ví dụ SMTP có port là 25).
Do cách hoạt động của Switch (hoặc Bridge) như vậy, nên mỗi Port của
Switch là một Collision Domain, và toàn bộ Switch được xem là một
Broadcast Domain.
Hình 2-12: Mô hình mạng sử dụng Switch
Ngoài các tính năng cơ sở, Switch còn các tính năng mở rộng như tạo LAN ảo
(VLAN), chuyển mạch theo nhiều chế độ khác nhau, có thể định tuyến gói tin.
2.5.6 Router
Là thiết bị dùng nối kết các mạng logic với nhau, kiểm soát và lọc các gói tin
nên hạn chế được lưu lượng trên các mạng logic (thông qua cơ chế Access-
list). Các Router dùng bảng định tuyến
(Routing table) để lưu trữ thông tin về mạng dùng trong trường hợp tìm đường
đi tối ưu cho các gói tin. Bảng định tuyến chứa các thông tin về đường đi, thông tin
về ước lượng thời gian, khoảng cách Bảng này có thể cấu hình tĩnh hay tự
động. Router hiểu được địa chỉ logic IP nên thông thường Router hoạt động ở
tầng mạng (network) hoặc cao hơn.
Người ta cũng có thể thực hiện firewall ở mức độ đơn giản trên Router thông
qua tính năng Access-list (tạo một danh sách truy cập hợp lệ), thực hiện việc
ánh xạ địa chỉ thông qua tính năng NAT(chuyển đổi địa chỉ).
Khi một gói tin đến Router, Router sẽ thực hiện các việc kiểm tra địa chỉ IP
đích của gói tin:
- Nếu địa chỉ mạng của IP đích này có trong bảng định tuyến của Router,
Router sẽ gởi ra port tương ứng.
- Nếu địa chỉ mạng của IP đích này không có trong bảng định tuyến, Router
sẽ kiểm tra xem trong bảng định tuyến của mình có khai báo Default
Gateway hay không:
Mạng máy tính
23
Hình 3.30: Hoạt động của Router trong liên mạng
- Nếu có khai báo Default Gateway thì gói tin sẽ được Router đưa đến Default
Gateway tương ứng.
- Nếu không có khai báo Default Gateway thì gói tin sẽ bị loại bỏ.
2.5.7 Modem
Là thiết bị dùng để nối hai máy tính hay hai thiết bị ở xa thông qua mạng điện
thoại. Modem thường có hai loại: internal (là loại được gắn bên trong máy tính
giao tiếp qua khe cắm ISA hoặc PCI), external (là loại thiết bị đặt bên ngoài CPU
và giao tiếp với CPU thông qua cổng COM theo chuẩn RS-232). Cả hai loại trên
đều có cổng giao tiếp RJ11 để nối với dây điện thoại.
Chức năng của Modem là chuyển đổi tín hiệu số (digital) thành tín hiệu tương
tự (analog) để truyền dữ liệu trên dây điện thoại. Tại đầu nhận, Modem chuyển dữ
liệu ngược lại từ dạng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để truyền vào máy tính.
Thiết bị này giá tương đối thấp nhưng mang lại hiệu quả rất lớn. Nó giúp nối các
mạng LAN ở xa với nhau thành các mạng WAN, giúp người dùng có thể hòa vào
mạng nội bộ của công ty một cách dễ dàng dù người đó ở nơi nào.
Mạng máy tính
24
Hình 2-13: Mô hình truyền dữ liệu thông qua Modem
2.5.8 Wireless Access Point.
Hình 2-14: Thiết bị Wireless Access Point
Wireless Access Point là thiết bị kết nối mạng không dây được thiết kế theo
chuẩn IEEE802.11b, cho phép nối LAN to LAN, dùng cơ chế CSMA/CA để giải
quyết tranh chấp, dùng cả hai kiến trúc kết nối mạng là Infrastructure và AdHoc,
mã hóa theo 64/128 Bit. Nó còn hỗ trợ tốc độ truyền không dây lên 11/54 Mbps
trên băng tần 2,4GHz ISM dùng công nghệ radio DSSS (Direct Sequence
Spread Spectrum)
Mạng máy tính
25
TẦNG VẬT LÝ BÀI 3.
Giới thiệu về môi trường truyền dẫn 3.1
3.1.1 Khái niệm
Phương tiện truyền vật lý là vật truyền tải các tín hiệu điện tử giữa các thành phần
mạng với nhau, bao gồm các loại cáp và các phương tiện vô tuyến.
3.1.2 Các dạng truyền dẫn:
- Đơn công (Simplex): trong kiểu truyền dẫn này, thiết bị phát tín hiệu và thiết bị
nhận tín hiệu được phân biệt rõ ràng, thiết bị phát chỉ đảm nhiệm vai trò phát tín
hiệu, còn thiết bị thu chỉ đảm nhiệm vai trò nhận tín hiệu. Truyền hình là một ví
dụ của kiểu truyền dẫn này.
- Bán song công (Half-Duplex): trong kiểu truyền dẫn này, thiết bị có thể là thiết
bị phát, vừa là thiết bị thu. Nhưng tại một thời điểm thì chỉ có thể ở một trạng
thái (phát hoặc thu). Bộ đàm là thiết bị hoạt động ở kiểu truyền dẫn này.
- Song công (Full-Duplex): trong kiểu truyền dẫn này, tại một thời điểm, thiết bị
có thể vừa phát vừa thu. Điện thoại là một minh họa cho kiểu truyền dẫn này.
Đường truyền hữu tuyến 3.2
3.2.1 Cáp đôi dây xoắn
Hiện nay loại cáp này đang được sử dụng một cách rộng rãi trong các hệ thống
mạng LAN, vì giá thành rẻ và lắp đặt tiện lợi.
Mỗi sợi cáp soắn đôi gồm 2 sợi lõi đồng soắn vào nhau có tác dụng chống nhiễu
cho nhau, bớt bức xạ khi chạy gần các đường dây và thiết bị điện tử khác.
Hình 3-1: Cặp dây xoắn
Có hai loại cáp đôi dây xoắn: cáp xoắn bọc và cáp xoắn trần
a) Cáp có vỏ bọc trống nhiễu STP (Shield Twisted Pair):
Gồm nhiều cặp xoắn được phủ bên ngoài một lớp vỏ làm bằng dây đồng bện. Lớp
vỏ này có tác dụng chống EMI từ ngoài và chống phát xạ nhiễu bên trong. Lớp vỏ bọc
chống nhiễu này được nối đất để thoát nhiễu. Cáp xoắn đôi có bọc ít bị tác động bởi
nhiễu điện và có tốc độ truyền qua khoảng cách xa cao hơn cáp xoắn đôi trần.
- Chi phí: đắt tiền hơn Thinnet và UTP nhưng lại rẻ tiền hơn Thicknet và
cáp quang.
- Tốc độ: tốc độ lý thuyết 500Mbps, thực tế khoảng 155Mbps, với đường
chạy 100m. Tốc độ phổ biến 16Mbps (Token Ring).
- Độ suy dần: tín hiệu yếu dần nếu cáp càng dài, thông thường ngắn hơn
100m.
Mạng máy tính
26
Loại cáp này lắp đặt khó khăn cần phải có người có tay nghề vững.
Hình 3-2: Cáp STP (Shielded Twisted Pair)
b) Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc chống nhiễu UTP(Unshielded Twisted
Pair)
Cáp UTP cáp không có vỏ bọc chống nhiễu, bù lại nó có tính linh hoạt và độ bền
cao.Gồm nhiều cặp xoắn như cáp STP nhưng không có lớp vỏ đồng chống nhiễu. Cáp
xoắn đôi trần sử dụng chuẩn 10BaseT hoặc 100BaseT. Do giá thành rẻ nên đã nhanh
chóng trở thành loại cáp mạng cục bộ được ưu chuộng nhất. Độ dài tối đa của một
đoạn cáp là 100 mét. Không có vỏ bọc chống nhiễu nên dễ bị nhiễu khi đặt gần các
thiết bị và cáp khác do đó thông thường dùng để đi dây trong nhà. -- Đầu nối dùng đầu
RJ-45. Cáp UTP có 5 loại:
- Loại 1: truyền âm thanh, tốc độ <4Mbps
- Loại 2: cáp này gồm 4 dây xoắn đôi, tốc độ 4Mbps
- Loại 3: truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 10 Mbps. Cáp này gồm 4 dây xoắn đôi
với 3 mắt xoắn trên mỗi foot. (foot là đơn vị đo chiều dài, 1foot = 0.3048mét).
- Loại 4: truyền dữ liệu, 4 cặp xoắn đôi, tốc độ đạt được 16 Mbps
- Loại 5: truyền dữ liệu, 4 cặp xoắn đôi, tốc độ 100Mbp
Mạng máy tính
27
Hình 3-3: Cáp UTP(Unshielded Twisted Pair)
Tuy nhiên trong 4 cặp này người ta mới chỉ sử dụng có 2 cặp, 2 cặp còn lại phục vụ
cho các nhu cầu trong tương lai. Mỗi đôi đều có màu đặc trưng với một sợi có màu sợi
còn lại là màu pha lẫn giữa màu trắng và màu của dây kia.
Cặp 1: Xanh da trời (Blue + WhiteBlue)
Cặp 2: Cam (Orange + WhiteOrange)
Cặp 3: Xanh lục (Green + WhiteGreen)
Cặp 4: Nâu (Brown + WhiteBrown)
Bạn có thể sử dụng bất kỳ 2 trong 4 cặp kể trên, chú ý có sự khác nhau về cách đặt
dây trong trường hợp hai host liên kết trực tiếp và thông qua thiết bị trung tâm như là
HUB chẳng hạn.
Đầu nối:
Loại cáp đôi dây xoắn sử dụng đầu nối RJ 45 (giắc cho điện thoại là RJ 11)
Hình 3-4: Đầu nối RJ - 45
Mạng máy tính
28
Hình 3-5: Mặt cắt ngang của đầu nối RJ - 45
Quy định số hiệu chân:
Để xác định vị trí chân, ta đặt jack lên bàn sao cho phần tiếp điểm đồng (pin)
quay lên trên, đầu có sợi cable (phần cắm cable vào) hướng về phía người quan sát.
Chân (pin) số 1 là chân tận cùng phía tay trái, chân số 8 là chân tận cùng phía tay phải
(hình 3.16 a).
Tương ứng với đầu jack RJ45 là phần ổ cắm cable được thiết kế trên NIC hay HUB
hoặc một thiết bị kết nối khác (ổ cái) cũng có quy định số hiệu chân tương ứng.
Để xác định vị trí chân của ổ cái, ta xoay ổ cắm sao cho phần gài đầu cable
quay xuống dưới, khi đó chân tận cùng bên trái là chân số 1, chân tận cùng bên phải là
chân số 8.
Quy định các cặp dây được sắp xếp theo trật tự sau:
Hình 3-6: Sơ đồ kẹp dây trên đầu jack RJ45
Cable nối thẳng (STRAIGHT THROUGH CABLE):
Loại cable này được dùng để nối máy tính với Hub/Switch hoặc patch
panel với Hub/Switch. Có thể sử dụng chuẩn T568A hoặc T568B để kẹp đầu
cable.
Mạng máy tính
29
Hình 3-7: Sơ đồ chân cable nối thẳng
Cable nối chéo:
Đấu chéo giúp cho 2 máy tính có thể liên kết trực tiếp với nhau, khi đấu chú ý
nếu một đầu đã đấu theo chuẩn T568B thì đầu còn lại đấu theo chuẩn T568A.
3.2.2 Cáp quang
Trong mọi trường hợp cáp quang đều có khả năng truyền tải rất xa tới vài cây số,
không bị nhiễu âm và có độ bền rất cao dải thông rất rộng. Đây là một phương tiện
truyền dẫn lý tưởng tuy nhiên giá thành của nó lại rất đắt và khó lắp đặt.
Lõi cáp làm bằng nhựa hoặc thủy tinh, đã được tinh chế để truyền tín hiệu ánh
sáng, ít bị thất thoát vì được tráng một tầng phản chiếu bên ngoài để tín hiệu dội về lõi,
bên ngoài có vỏ bảo vệ.
Hiện nay có hai loại cáp quang lỏng và chặt
Cấu trúc lỏng có một khoảng cách liên kết giữa vỏ bọc lõi và bao nhựa làm vỏ bọc,
khoảng cách được kết hợp bằng chất gel (trong như thạch đặc quánh).
Cấu trúc ôm chặt các sợi kim loại bền chắc vào giữa dây dẫn truyền.
Vỏ bao của hai loại cáp nhằm giữ độ bền cho cáp, còn chất gel thì bảo vệ sợi quang
vì nó rất dễ bị bẻ gãy.
Cáp quang không truyền tín hiệu điện mà truyền ánh sáng do vậy nó hoàn toàn
miễn trừ nhiễu âm, tuy nhiên tại cuối đường truyền phải có thiết bị để biến đổi ánh
sáng sang tín hiệu điện. Cáp quang do không có tín hiệu điện do vậy độ an toàn rất cao
chống được các thiết bị nghe lén.
Cáp quang có đường kính từ 8.3 - 100 micron, do đường kính lõi sợi thuỷ tinh có
kích thước rất nhỏ nên rất khó khăn cho việc đấu nối, nó cần công nghệ đặc biệt với kỹ
thuật cao đòi hỏi chi phí cao.
Dải thông của cáp quang có thể lên tới 2Gbps (2 tỷ bít /s)
Mạng máy tính
30
Hình 3-8: Cáp quang
Hình 3-9: Hai cơ chế truyền tín hiệu trong cáp quang
Hai phương pháp truyền tín hiệu cơ bản trong cáp quang.
Các loại cáp quang:
- Loại lõi 8.3 micron, tầng lót 125 micron, chế độ đơn (Single-Mode).
- Loại lõi 62.5 micron, tầng lót 125 micron, đa chế độ (MultiMode).
- Loại lõi 50 micron, tầng lót 125 micron, đa chế độ.
- Loại lõi 100 micron, tầng lót 140 micron, đa chế độ.
Các loại đầu nối cáp quang
Mạng máy tính
31
Hình 3-10: Đầu nối quang
Đường truyền vô tuyến 3.3
Khi dùng các loại cáp ta gặp một số khó khăn như cơ sở cài đặt cố định, khoảng
cách không xa, vì vậy để khắc phục những khuyết điểm trên người ta dùng đường
truyền vô tuyến. Đường truyền vô tuyến mang lại những lợi ích sau:
- Cung cấp nối kết tạm thời với mạng cáp có sẵn.
- Những người liên tục di chuyển vẫn nối kết vào mạng dùng cáp.
- Lắp đặt đường truyền vô tuyến ở những nơi địa hình phức tạp không thể đi
dây được.
- Phù hợp cho những nơi phục vụ nhiều kết nối cùng một lúc cho nhiều khách
hàng. Ví dụ như:
o Dùng đường vô tuyến cho phép khách hàng ở sân bay kết vào mạng để
duyệt Internet.
o Dùng cho những mạng có giới hạn rộng lớn vượt quá khả năng cho
phép của cáp đồng và cáp quang.
o Dùng làm kết nối dự phòng cho các kết nối hệ thống cáp.
Tuy nhiên, đường truyền vô tuyến cũng có một số hạn chế:
- Tín hiệu không an toàn.
- Dễ bị nghe lén.
- Khi có vật cản thì tín hiệu suy yếu rất nhanh.
- Băng thông không cao.
Mạng máy tính
32
3.3.1 Sóng vô tuyến (radio)
Hình 3-11: Truyền dữ liệu qua sóng vô tuyến
Sóng radio nằm trong phạm vi từ 10 KHz đến 1 GHz, trong miền này ta có rất
nhiều dải tần ví dụ như: sóng ngắn, VHF (dùng cho tivi và radio FM), UHF (dùng
cho tivi). Tại mỗi quốc gia, nhà nước sẽ quản lý cấp phép sử dụng các băng tần để
tránh tình trạng các sóng bị nhiễu. Nhưng có một số băng tần được chỉ định là
vùng tự do có nghĩa là chúng ta dùng nhưng không cần đăng ký (vùng này thường
có dải tần 2,4 Ghz). Tận dụng lợi điểm này các thiết bị Wireless của các hãng như
Cisco, Compex đều dùng ở dải tần này. Tuy nhiên, chúng ta sử dụng tần số
không cấp phép sẽ có nguy cơ nhiễu nhiều hơn.
3.3.2 Sóng viba
Truyền thông viba thường có hai dạng: truyền thông trên mặt đất và các nối kết
với vệ tinh. Miền tần số của viba mặt đất khoảng 21-23 GHz, các kết nối vệ tinh
khoảng 11-14 Mhz. Băng thông từ 1-10 MBps. Sự suy yếu tín hiệu tùy thuộc vào
điều kiện thời tiết, công suất và tần số phát. Chúng dễ bị nghe trộm nên thường
được mã hóa.
Mạng máy tính
33
Hình 3-12: Truyền dữ liệu thông qua vệ tinh
Hình 3-13: Truyền dữ liệu trực tiếp giữa hai thiết bị
3.3.3 Hồng ngoại
Tất cả mạng vô tuyến hồng ngoại đều hoạt động bằng cách dùng tia hồng ngoại
để truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị. Phương pháp này có thể truyền tín hiệu ở tốc
độ cao do dải thông cao của tia hồng ngoại. Thông thường mạng hồng ngoại có thể
truyền với tốc độ từ 1-10 Mbps. Miền tần số từ 100 Ghz đến 1000 GHz. Có bốn loại
mạng hồng ngoại:
- Mạng đường ngắm: mạng này chỉ truyền khi máy phát và máy thu có một
đường ngắm rõ rệt giữa chúng.
- Mạng hồng ngoại tán xạ: kỹ thuật này phát tia truyền dội tường và sàn nhà rồi
mới đến máy thu. Diện tích hiệu dụng bị giới hạn ở khoảng 100 feet (35m) và
có tín hiệu chậm do hiện tượng dội tín hiệu.
Mạng máy tính
34
- Mạng phản xạ: ở loại mạng hồng ngoại này, máy thu-phát quang đặt gần máy
tính sẽ truyền tới một vị trí chung, tại đây tia truyền được đổi hướng đến máy
tính thích hợp.
Broadband optical telepoint: Loại mạng cục bộ vô tuyến hồng ngoại cung cấp
các dịch vụ dải rộng. Mạng vô tuyến này có khả năng xử lý các yêu cầu đa phương
tiện chất lượng cao, vốn có thể trùng khớp với các yêu cầu đa phương tiện của mạng
cáp.
Hình 3-14: Truyền dữ liệu giữa 2 máy tính thông qua hồng ngoại
Mạng máy tính
35
TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU BÀI 4.
Điều khiển luồng dữ liệu 4.1
Điều khiển lưu lượng (flow control) là qui trình quản lý tốc độ truyền dữ liệu giữa
hai đầu kết nối của mạng lưới. Chúng ta cần phân biệt khái niệm này với điều khiển
tắc nghẽn (congestion control) - điều khiển luồng dữ liệu khi tắc nghẽn đã xảy ra . Các
cơ chế điều khiển lưu lượng có thể được phân loại tùy theo việc máy nhận có gửi
thông tin phản hồi (feedback) lại cho máy gửi hay không.
Điều khiển lưu lượng có vai trò quan trọng, vì tình trạng một máy tính gửi thông
tin tới một máy tính khác, với một tốc độ cao hơn tốc độ mà máy tính đích có thể nhận
và xử lý có thể xảy ra. Tình huống này có thể xảy ra nếu các máy tính nhận phải chịu
tải giao thông về dữ liệu cao hơn máy tính nhận, hoặc nếu máy tính nhận có năng lực
xử lý kém hơn máy tính gửi.
Điều khiển lưu lượng truyền được áp dụng khi dữ liệu được truyền từ thiết bị đầu
cuối (terminal equipment - DTE) sang một trung tâm chuyển mạch (switching center)
nào đấy, hoặc được truyền thông giữa hai thiết bị DTE với nhau. Tần số truyền tin phải
được khống chế vì các yêu cầu của mạng lưới hoặc của các thiết bị truyền tin (DTE).
Điều khiển lưu lượng truyền có thể được áp dụng biệt lập trên mỗi chiều mà tín
hiệu được truyền thông, cho phép tần số truyền tin trên mỗi chiều khác nhau. Phương
pháp điều khiển lưu lượng truyền có hai cách, hoặc là dùng chế độ "ngưng-và-truyền"
(stop-and-go) hoặc dùng hình thức cửa sổ di động (sliding window).
Điều khiển lưu lượng truyền có thể được thực hiện thông qua các đường điều khiển
trong một giao diện truyền thông dữ liệu (xem cổng serial port và RS 232), hoặc bằng
cách dành riêng một số ký hiệu cho việc điều khiển (in-band control characters) nhằm
báo hiệu cho lưu lượng truyền bắt đầu hoặc ngừng lại (chẳng hạn các mã ASCII cho
giao thức XON/XOFF). Các đường điều khiển thông dụng của RS 232 bao gồm:
RTS (Request To Send - Máy địa phương sẵn sàng nhận dữ liệu, yêu cầu gửi dữ
liệu sang).
CTS (Clear To Send - Máy ở xa sẵn sàng nhận dữ liệu).
DSR (Data Set Ready - Bộ điều chế dữ liệu (như modem) sẵn sàng để liên lạc (gọi
hoặc nhận cuộc gọi) với máy ở xa.
DTR (Data Terminal Ready - Thiết bị nhận dữ liệu tại địa phương (như PC) sẵn
sàng nhận dữ liệu, cho phép bộ điều chế dữ liệu (modem) liên lạc (gọi hoặc nhận cuộc
gọi) với máy ở xa.
Phương pháp điều khiển trên thường được gọi là "điều khiển lưu lượng bằng phần
cứng" (hardware flow control). Còn XON/XOFF thường được coi là "điều khiển lưu
lượng bằng phần mềm" (software flow control).
Phương pháp kiểm tra sửa sai (CRC) 4.2
Để đảm bảo thông tin truyền (frame) tới đích không bị sai, chúng ta cần sử dụng
các phương pháp kiểm soát lỗi như:
Mạng máy tính
36
- Dùng Timer, nghĩa là nếu quá thời gian quy định bên gửi không nhận được tín
hiệu trả lời, xem như lỗi, phát lại gói tin hỏng.
- Đánh số Frame gửi đi, nếu không nhận đúng thứ tự khung là lỗi, yêu cầu phát lại
- Để kiểm tra thu đúng gói tin gởi đi thường khi phát tin có kèm theo trường kiểm
soát lỗi (FCS) bằng cách sử dụng các phương pháp sau:
+ Phương pháp bit chẵn lẻ
+ Phương pháp mã đa thức
+ Phương pháp mã sửa sai dùng nguyên lý cân bằng parity để chỉ ra các bit lỗi
Phát hiện lỗi theo đa thức: Cyclic redundancy Check (CRC):
Mô tả:
Khối dữ liệu k bit
Mẫu n+1 bit (n<k)
Tạo ra dãy n bit gọi là dãy kiểm tra khung tin-FCS, Frame Check Sequence
Tao ra một khung tin k+n bit
Bên nhận khi nhận được khung tin sẽ chia cho mẫu, nếu kết quả là chia hết, việc
truyền khung tin này là không có lỗi
Phát hiện lỗi: CRC dưới dạng module của 2
M: Khối tin k bit
F: FCS n bit, n bit cuối của T
T: khung tin k+n bit
P: Mẫu n+1 bit, đây là một số chia được chọn trước.
Mục tiêu: xác định F để T chia hết cho P
T = 2nM + F
Phát hiện lỗi: Các bước tạo và kiểm tra CRC
Các bước tạo CRC
Dịch trái M đi n bit
Chia kết quả cho P
Số dư tim được là F
Các bước kiểm tra CRC
Lấy khung nhận được (n+k) bit
Chia cho P,
Kiểm tra số dư, nếu số dư khác 0, khung bị lỗi, ngươc lại là không lỗi
Phát hiện lỗi: CRC- Dạng đa thức nhị phân
Coi dòng bit như là các biểu diễn của các đa thức với các hệ số chỉ là 0 và 1.
Một frame k bit được xem là một danh sách các hệ số của một đa thức có k số
hạng, từ xk-1 đến x0. Một đa thức như vậy được gọi là có bậc k-1.
Bit bậc cao nhất (bên trái nhất) là hệ số của xk-1, bên cạnh là hệ số của xk-2 v.v.
Thí dụ, 110001 có 6 bit và như thế biểu diễn một đa thức có 6 số hạng với các hệ
số 1, 1, 0, 0, 0, 1: x5+x4+x0.
Các phép tính số học đa thức được thực hiện theo modulo 2, theo các quy tắc của
Lý thuyết trường đại số. Không có các số nhớ cho phép cộng và số mượn cho phép
Mạng máy tính
37
trừ. Cả hai phép tính cộng và trừ đều hoàn toàn giống phép tính OR có loại trừ
(EXCLUSIVE OR).
Ví dụ
Khi phương pháp mã đa thức được sử dụng, người gửi và người nhận phải đồng ý
trước với nhau về đa thức sinh (generator polynomial) G(x). Cả bit cao lẫn bit thấp
của G(x) phải bằng 1.
Để tính checksum cho một frame nào đó có m bit, tương ứng với đa thức M(x),
frame phải dài hơn đa thức sinh. Ý tưởng là gắn một checksum vào cuối frame sao cho
đa thức được biểu diễn bởi frame đã được tính checksum chia hết cho G(x). Khi người
nhận nhận được frame đã được tính checksum, nó sẽ chia frame đó cho G(x). Nếu như
còn dư, thì biết đã có lỗi truyền.
Gọi T(X), M(X),Q(X),P(X),R(X), là các đa thức tương ứng với các số nhị phân T,
M, Q, P, R đã trình bày ở trên, khi đó CRC được biểu thị:
Một số đa thức P(X) tiêu biểu:
CRC-12: X12+X11+X3+X2+X+1
CRC-16: X16+X15+X2+1
CRC-CCITT: X16+X12+X5+1
CRC32:
X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10
+X8+X7+X5+X4+X2+X+1
Ví dụ 2:
Tạo CRC:
1. Cho tin M=1010001101 (10 bit)
Mẫu P:110101 (6 bit)
FCS R: được tính theo phương pháp CRC và sẽ có độ dài la 5 bit
2. Nhân M với 25 ta được:
M25=101000110100000
3. Chia kết quả cho P:
4. Số dư là: 01110, được đưa vào sau tin M.
Ta có tin T, được truyền đi là: 101000110101110
Kiểm tra CRC:
Mạng máy tính
38
Giả sử bên thu nhận được T, khi đó để kiểm tra là phép truyền có lỗi không ta chia
T ch P, số dư là 00000, vậy ta kết luân phép truyền tin M, không có lỗi.
Giao thức CSMA/CD 4.3
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Phương pháp
đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột.
Phương pháp này sử dụng cho topo dạng tuyến tính, trong đó tất cả các trạm của
mạng đều được nối trực tiếp vào bus. Mọi trạm đều có thể truy nhập vào bus chung (đa
truy nhập) một cách ngẫu nhiên và do vậy có thể dẫn đến xung đột (hai hoặc nhiều
trạm đồng thời truyền dữ liệu). Dữ liệu được truyền trong mạng theo một khuôn dạng
đã định sẵn trong đó có một vùng thông tin điều khiển chứa địa chỉ trạm đích.
Phương pháp CSMA/CD được cải tiến từ phương pháp CSMA hay còn gọi là LBT
(Listen Before Talk - Nghe trước khi nói). Tư tưởng của nó là: một trạm cần truyền dữ
liệu trước hết phải “nghe” xem đường truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi thì truyền dữ
liệu đi theo khuôn dạng đã quy định trước. Ngược lai, nếu bận (tức là đã có dữ liệu
khác) thì trạm phải thực hiện một trong 3 giải thuật sau (gọi là giải thuật “kiên nhẫn”)
- Tạm “rút lui” chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi lại bắt đầu nghe
đường truyền (Non persistent - không kiên trì)
- Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất = 1
- Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền đi với xác suất p xác định
trước (0 < p <1)
Với giải thuật 1: có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền khi
thấy đường truyền bận sẽ cùng “rút lui” chờ đợi trong các thời đoạn ngẫu nhiên khác.
Nhược điểm có thể có thời gian chết sau mỗi cuộc truyền
Giải thuật 2: khắc phục nhược điểm có thời gian chết bằng cách cho phép một trạm
có thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc. Tuy nhiên nhược điểm là: Nếu
lúc đó có hơn một trạm đang đợi thì khả năng xảy ra xung đột là rất cao.
Giải thuật 3: Trung hoà giữa hai giải thuật trên. Với giá trị p lựa chọn hợp lý có thể
tối thiểu hoá được cả khả năng xung đột lẫn thời gian chết của đường truyền. Xảy ra
xung đột là do độ trễ của đường truyền dẫn: một trạm truyền dữ liệu đi rồi nhưng do
Mạng máy tính
39
độ trễ đường truyền nên một trạm khác lúc đó đang nghe đường truyền sẽ tưởng là rỗi
và cứ thể truyền dữ liệu đi, từ đó có xung đột. Nguyên nhân xảy ra xung đột của
phương pháp này là các trạm chỉ “nghe trước khi nói” mà không “nghe trong khi nói”
do vậy trong thực tế có xảy ra xung đột mà không biết, vẫn cứ tiếp tục truyền dữ liệu
đi và gây ra chiếm dụng đường truyền một cách vô ích.
Để có thể phát hiện xung đột, cải tiến thành phương pháp CSMA/CD (LWT -
Listen While Talk - nghe trong khi nói) tức là bổ xung thêm các quy tắc:
- Khi một trạm đang truyền, nó vẫn tiếp tục nghe đường truyền.
- Nếu phát hiện thấy xung đột thì nó ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục
gửi sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả các trạm trong
mạng đều có thể nghe được sự kiện xung đột đó.
- Sau đó trạm chờ đợi một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo các
quy tắc của CSMA
Giao thức Token ring, Token Bus 4.4
4.4.1 Token ring
Phương pháp này dựa trên nguyên lý dùng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập
đường truyền. Thẻ bài lưu chuyển theo vòng tròn vật lý.
Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đó có một bít biểu diễn trạng thái sử
dụng của nó (bận hoặc rôĩ). Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận
được một thẻ bài rỗi. Khi đó nó sẽ đổi bít trạng thái thành bận và truyền một đơn vị dữ
liệu cùng với thẻ bài đi theo chiều của vòng. Giờ đây không còn thẻ bài rỗi trên vòng
nữa, do đó các trạm có dữ liệu cần truyền buộc phải đợi. Dữ liệu đến trạm đích sẽ
được sao lại, sau đó cùng với thẻ bài đi tiếp cho đến khi quay về trạm nguồn. Trạm
nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu, đổi bít trạng thái thành rỗi cho lưu chuyển tiếp trên vòng để
các trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu.
Sự quay về trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo một cơ chế nhận từ nhiên:
trạm đích có thể gửi vào đơn vị dữ liệu các thông tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của
mình.
- Trạm đích không tồn tại hoặc không hoạt động
- Trạm đích tồn tại nhưng dữ liệu không sao chép được
- Dữ liệu đã được tiếp nhận
- Phương pháp này cần phải giải quyết hai vấn đề có thể gây phá vỡ hệ thống:
- Mất thẻ bài: trên vòng không còn thẻ bài lưu chuyển nữa
- Một thẻ bài bận lưu chuyển không dừng trên vòng
Giải quyết: Đối với vấn đề mất thẻ bài, có thể quy định trước một trạm điều khiển
chủ động. Trạm này sẽ phát hiện tình trạng mất thẻ bài bằng cách dùng cơ chế ngưỡng
thời gian (time out) và phục hồi bằng cách phát đi một thẻ bài “rỗi” mới.
Đối với vấn đề thẻ bài bận lưu chuyển không dừng, trạm monitor sử dụng một bit
trên thẻ bài (gọi là monitor bit) để đánh dấu đặt giá trị 1 khi gặp thẻ bài bận đi qua nó.
Nếu nó gặp lại một thẻ bài bận với bít đã đánh dấu đó thì có nghĩa là trạm nguồn đã
không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài “bận” cứ quay vòng mãi. Lúc
đó trạm monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ thành rỗi và chuyển tiếp trên vòng. Các
Mạng máy tính
40
trạm còn lại trên trạm sẽ có vai trò bị động: chúng theo dõi phát hiện tình trạng sự cố
của trạm monitor chủ động và thay thế vai trò đó. Cần có một giải thuật để chọn trạm
thay thế cho trạm monitor hỏng.
4.4.2 Token bus
Phương pháp truy nhập có điểu khiển dùng kỹ thuật “chuyển thẻ bài” để cấp phát
quyền truy nhập đường truyền.
Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và có chứa các thông
tin điều khiển trong các khuôn dạng
Nguyên lý: Để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho các trạm đang có nhu
cầu truyền dữ liệu,một thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logic thiết lập bởi các
trạm đó. Khi một trạm nhận được thẻ bài thì nó có quyền sử dụng đường truyền trong
một thời gian định trước. Trong thời gian đó nó có thể truyền một hoặc nhiều đơn vị
dữ liệu. Khi đã hết dữ liệu hay hết thời đoạn cho phép, trạm phải chuyển thẻ bài đến
trạm tiếp theo trong vòng logic. Như vậy công việc phải làm đầu tiên là thiết lập vòng
logic (hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu được
xác định vị trí theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cùng của chuỗi sẽ tiếp liền sau bởi
trạm đầu tiên. Mỗi trạm được biết địa chỉ của các trạm kề trước và sau nó. Thứ tự của
các trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý. Các trạm không hoặc chưa có
nhu cầu truyền dữ liệu thì không được đưa vào vòng logic và chúng chỉ có thể tiếp
nhận dữ liệu.
Hình 4-1: Vòng tròn logic trong mạng BUS
Trong hình vẽ trên, các trạm A, E nằm ngoài vòng logic, chỉ có thể tiếp nhận dữ
liệu dành cho chúng.
Vấn đề quan trọng là phải duy trì được vòng logic tuỳ theo trạng thái thực tế của
mạng tại thời điểm nào đó. Cụ thể cần phải thực hiện các chức năng sau:
Các giải thuật cho các chức năng trên có thể làm như sau:
Bổ sung một trạm vào vòng logic, mỗi trạm trong vòng có trách nhiệm định kỳ tạo
cơ hội cho các trạm mới nhập vào vòng. Khi chuyển thẻ bài đi, trạm sẽ gửi thông báo
“tìm trạm đứng sau” để mời các trạm (có địa chỉ giữa nó và trạm kế tiếp nếu có) gửi
yêu cầu nhập vòng. Nếu sau một thời gian xác định trước mà không có yêu cầu nào thì
Mạng máy tính
41
trạm sẽ chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nó như thường lệ. Nếu có yêu cầu thì trạm gửi
thẻ bài sẽ ghi nhận trạm yêu cầu trở thành trạm đứng kề sau nó và chuyển thẻ bài tới
trạm mới này. Nếu có hơn một trạm yêu cầu nhập vòng thì trạm giữ thẻ bài sẽ phải lựa
chọn theo giải thuật nào đó.
Loại bỏ một trạm khỏi vòng logic: Một trạm muốn ra khỏi vòng logic sẽ đợi đến
khi nhận được thẻ bài sẽ gửi thông báo “nối trạm đứng sau” tới trạm kề trước nó yêu
cầu trạm này nối trực tiếp với trạm kề sau nó
Quản lý lỗi: Để giải quyết các tình huống bất ngờ. Chẳng hạn, trạm đó nhận được
tín hiệu cho thấy đã có các trạm khác có thẻ bài. Lập tức nó phải chuyển sang trạng
thái nghe (bị động, chờ dữ liệu hoặc thẻ bài). Hoặc sau khi kết thúc truyền dữ liệu,
trạm phải chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nó và tiếp tục nghe xem trạm kề sau đó có
hoạt động hay đã bị hư hỏng. Nếu trạm kề sau bị hỏng thì phải tìm cách gửi các thông
báo để vượt qua trạm hỏng đó, tìm trạm hoạt động để gửi thẻ bài.
Khởi tạo vòng logic: Khi một trạm hay nhiều trạm phát hiện thấy đường truyền
không hoạt động trong một khoảng thời gian vượt quá một giá trị ngưỡng (time out)
cho trước - thẻ bài bị mất (có thể do mạng bị mất nguồn hoặc trạm giữ thẻ bài bị
hỏng). Lúc đó trạm phát hiện sẽ gửi đi thông báo “yêu cầu thẻ bài” tới một trạm được
chỉ định trước có trách nhiệm sinh thẻ bài mới và chuyển đi theo vòng logic.
Cơ bản về Ethernet 4.5
Đầu tiên, Ethernet được phát triển bởi các hãng Xerox, Digital, Intel vào đầu
những năm 1970. Phiên bản đầu tiên của Ethernet được thiết kế như một hệ thống
2,94 Mbps để nối hơn 100 máy tính vào một sợi cáp dài 1 Km. Sau đó các hãng
lớn đã thảo luận và đưa ra chuẩn dành cho Ethernet 10 Mbps. Ethernet chuẩn
thường có cấu hình bus, truyền với tốc độ 10Mbps và dựa vào CSMA/CD
(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) để điều chỉnh lưu thông
trên đường cáp chính. thingxngx đặc điểm cơ bản của Ethernet như sau
- Cấu hình: bus hoặc star.
- Phương pháp chia sẻ môi trường truyền: CSMA/CD.
- Quy cách kỹ thuật IEEE 802.3
- Vận tốc truyền: 10 – 100 Mbps.
- Cáp: cáp đồng trục gầy, cáp đồng trục béo, cáp UTP.
- Tên của chuẩn Ethernet thể hiện 3 đặc điểm sau:
o Con số đầu tiên thể hiện tốc độ truyền tối đa.
o Từ tiếp theo thể hiện tín hiệu dải tần cơ sở được sử dụng (Base hoặc
Broad).
o Các ký tự còn lại thể hiện loại cáp được sử dụng.
Dạng thức khung trong Ethernet: Ethernet chia dữ liệu thành nhiều khung
(frame). Khung là một gói thông tin được truyền như một đơn vị duy nhất. Khung
trong Ethernet có thể dài từ 64 đến 1518 byte, nhưng bản thân khung Ethernet đã
sử dụng ít nhất 18 byte, nên dữ liệu một khung Ethernet có thể dài từ 46 đến 1500
byte. Mỗi khung đều có chứa thông tin điều khiển và tuân theo một cách tổ chức
cơ bản.
Mạng máy tính
42
Truyền fullduplex và halfduplex 4.6
Trên một môi trường truyền dẫn (ví dụ trên một sợi cáp đồng) thông tin lan
truyền giữa các thiết bị mạng có thể được thực hiện theo nhiều dạng thức khác nhau
như: Chỉ cho phép truyền một chiều (quá trình t1) từ thiết bị mạng này tới thiết bị
mạng khác trong một đơn vị thời gian, quá trình t2 chỉ được thực hiện khi t1 kết
thúc. Dạng thức này được gọi là bán song công (half-full duplex gọi tắt là
halfduplex). Trong trường hợp môi trường truyền và các thiết bị mạng có thể hoạt
động song song cùng lúc để quá trình t1 và t2 xảy ra đồng thời ta có dạng thức
truyền toàn song công ( full duplex).
- Truyền bán song công (half duplex): giữa hai đường truyền dữ liệu và luồng
tin, chỉ truyền theo một hướng tại một thời điểm khi một thiết bị hoàn thành
việc truyền dẫn, nó phải chuyển môi trường truyền đến thiết bị khác. Một
thiết bị có thể đóng vai trò Thu và Phát tín hiệu nhưng tại một thời điểm nó
chỉ có thể thực hiện một vai trò duy nhất. Ví dụ hoạt động của bộ tọa đàm
điện thoại, mạng LAN có sử dụng các thiết bị trung tâm là thiết bị tầng 1 thì
luôn sử dụng không thể sử dụng dạng thức fullduplex.
- Truyền toàn song công ( full duplex): cho phép dữ liệu truyền đồng thời trên
cả hai đường, mỗi thiết kế có một kênh riêng. Một thiết bị có thể đồng thời
vừa Phát lại vừa Thu tín hiệu. Các modem máy tính đều hoạt động theo
phương thức này, mạng LAN sử dụng toàn thiết bị tập trung tầng 2 hoặc 2
máy tính kết nối trực tiếp với nhau có thể sử dụng dạng thức fullduplex.
- Bên cạnh đó còn có thể áp dụng dạng thức truyền đơn công (simple mode):
Thông tin chỉ truyền theo một chiều qui định trước, một thiết bị chỉ đóng một
vai trò Thu hoặc Phát cố định. Hệ thống báo cháy sử dụng phương thức này.
Hình 4-2: Minh họa các phương thức truyền thông
Mạng máy tính
43
Công nghệ Ethernet 10 Mbps, 100 Mbps 4.7
Nhìn chung khi nhắc đến Ethernet người ta có thể nghĩ đến hệ thống mạng cục bộ
LAN (2 khái niệm này khác nhau) với các tốc độ như 10/100/1000 MBps. Mỗi chuẩn
đều có tên gọi và ký hiệu riêng liên quan đến một loạt các vấn đề như tốc độ đường
truyền, phương tiện truyền truyền dẫn....
Sau đây chúng ta sẽ giới thiệu một số công nghệ Ethernet điển hình:
Hình 4-3: Một số chuẩn của Ethernet
a) 10Base5 (Thicknet) (ngoài ra còn có 10Base2 – Thinnet)
- Sơ đồ Bus.
- Cáp đồng trục béo
- Phương thức truyền Half-duplex
- Khoảng cách tối đa 500m
- Tuân theo qui tắc 5-4-3-2-1.
- Mã hóa Manchester
b) 10BASE-T:
- Sơ đồ Star
- Cáp UTP
- Đầu nối RJ-45
- Truyền Half-duplex hoặc full-duplex
- Khoảng cách tối đa 100m(90 + 10)
- Mã hóa Manchester
- Dễ dàng mở rộng mạng bởi HUB, Switch hoặc Repeater.
100BASE-TX (FX) – đặc điểm chung:
- Sơ đồ Star
- Cáp UTP (cáp quang)
Mạng máy tính
44
- Đầu nối RJ-45
- Truyền Half-duplex hoặc full-duplex
- Khoảng cách tối đa 100m(90 + 10)
- Mã hóa Manchester
- Dễ dàng mở rộng mạng bởi HUB, Switch hoặc Repeater.
- Băng thông 100 MBps – còn gọi là FastEthernet.
GigaEthernet 4.8
Hiện nay một số hệ thống đã được trang bị các công nghệ GigaEthernet như
1000BaseX. Chữ X nói lên đặc tính mã hoá đường truyền ( chuẩn này dựa trên kiểu
mã hoá 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel được phát triển
bởi ANSI).
- Chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại:
- 1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn.
- 1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài.
- 1000Base-CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng.
- 1000BaseT. Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5
trở lên. Sử dụng kiểu mã hoá đường truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại
cáp này.
Mạng máy tính
45
TẦNG MẠNG – GIAO THỨC IP BÀI 5.
Giao thức IP 5.1
5.1.1 Khuôn dạng gói tin
Là giao thức thuộc tầng mạng của mô hình OSI. Nhiệm vụ chính của giao thức IP
là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên kết mạng để truyền dữ liệu, vai
trò của IP là vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình OSI. Giao thức IP là một
giao thức kiểu không liên kết (connectionlees) có nghĩa là không cần có giai đoạn thiết
lập liên kết trước khi truyền dữ liệu.
Như đã đề cập trước đây khi dòng thông tin được chuyển qua các tầng của mô hình
OSI, thông tin đều được đóng gói và ngoài phần dữ liệu mỗi gói tin đều được thêm vào
một phần tiêu đề (Hp, Hs,). Tại tầng mạng của TCP/IP gói tin được bổ xung vào một
header do IP xác định. Một header IP bao gồm một số trường như hình vẽ dưới đây.
Hình 5-1: Cấu trúc gói tin IP
Ý nghĩa của các trường như sau:
VERS (4 bits): chỉ version hiện hành của giao thức IP hiện được cài đặt, Việc có
chỉ số version cho phép có các trao đổi giữa các hệ thống sử dụng version cũ và hệ
thống sử dụng version mới.
HLEN (4 bits): chỉ độ dài phần đầu (Internet header Length) của gói tin datagram,
tính theo đơn vị từ ( 32 bits). Trường này bắt buột phải có vì phần đầu IP có thể có độ
dài thay đổi tùy ý. Độ dài tối thiểu là 5 từ (20 bytes), độ dài tối đa là 15 từ hay là 60
bytes.
Type of service (8 bits): đặc tả các tham số về dịch vụ nhằm thông báo cho mạng
biết dịch vụ nào mà gói tin muốn được sử dụng, chẳng hạn ưu tiên, thời hạn chậm trễ,
năng suất truyền và độ tin cậy.
Mạng máy tính
46
Total Length (16 bits): chỉ độ dài toàn bộ gói tin, kể cả phần đầu tính theo đơn vị
byte với chiều dài tối đa là 65535 bytes. Hiện nay giới hạn trên là rất lớn nhưng trong
tương lai với những mạng Gigabit thì các gói tin có kích thước lớn là cần thiết.
Identification (16 bits): cùng với các tham số khác (như Source Address và
Destination Address) tham số này dùng để định danh duy nhất cho một datagram trong
khoảng thời gian nó vẫn còn trên liên mạng.
Flags (3 bits): liên quan đến sự phân đoạn (fragment) các datagram, Các gói tin khi
đi trên đường đi có thể bị phân thành nhiều gói tin nhỏ, trong trường hợp bị phân đoạn
thì trường Flags được dùng điều khiển phân đoạn và tái lắp ghép bó dữ liệu. Tùy theo
giá trị của Flags sẽ có ý nghĩa là gói tin sẽ không phân đoạn, có thể phân đoạn hay là
gói tin phân đoạn cuối cùng.
Fragment Offset (13 bits): chỉ vị trí của đoạn (fragment) ở trong datagram tính
theo đơn vị 8 bytes, có nghĩa là phần dữ liệu mỗi gói tin (trừ gói tin cuối cùng) phải
chứa một vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bytes. Điều này có ý nghĩa là phải
nhân giá trị của Fragment offset với 8 để tính ra độ lệch byte.
Time to Live (8 bits): qui định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của gói tin trong
mạng để tránh tình trạng một gói tin bị quẩn trên mạng. Thời gian này được cho bởi
trạm gửi và được giảm đi (thường qui ước là 1 đơn vị) khi datagram đi qua mỗi router
của liên mạng. Thời lượng này giảm xuống tại mỗi router với mục đích giới hạn thời
gian tồn tại của các gói tin và kết thúc những lần lặp lại vô hạn trên mạng.
Protocol (8 bits): chỉ giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích
(hiện tại thường là TCP hoặc UDP được cài đặt trên IP). Ví dụ: TCP có giá trị trường
Protocol là 6, UDP có giá trị trường Protocol là 17.
Header Checksum (16 bits): Mã kiểm soát lỗi của header gói tin IP.
Source Address (32 bits): Địa chỉ của máy nguồn.
Destination Address (32 bits): Địa chỉ của máy đích
Options (độ dài thay đổi): khai báo các lựa chọn do người gửi yêu cầu (tuỳ theo
từng chương trình).
Padding (độ dài thay đổi): Vùng đệm, được dùng để đảm bảo cho phần header
luôn kết thúc ở một mốc 32 bits.
Data (độ dài thay đổi): Chứa thông tin tầng trên gửi xuống tối đa 64 Kb.
Source Address và Destination Address là một địa chỉ IP với độ dài 32 bít ở phần
sau chúng ta sẽ phân tích kỹ lưỡng về địa chỉ IP.
5.1.2 Hoạt động của giao thức IP
Khi giao thức IP được khởi động nó trở thành một thực thể tồn tại trong máy tính
và bắt đầu thực hiện những chức năng của mình, lúc đó thực thể IP là cấu thành của
tầng mạng, nhận yêu cầu từ các tầng trên nó và gửi yêu cầu xuống các tầng dưới nó.
Đối với thực thể IP ở máy nguồn, khi nhận được một yêu cầu gửi từ tầng trên, nó
thực hiện các bước sau đây:
Bước 1: Tạo một IP datagram dựa trên tham số nhận được.
Bước 2: Tính checksum và ghép vào header của gói tin.
Mạng máy tính
47
Bước 3: Ra quyết định chọn đường: hoặc là trạm đích nằm trên cùng mạng hoặc
một gateway sẽ được chọn cho chặng tiếp theo.
Bước 4: Chuyển gói tin xuống tầng dưới để truyền qua mạng.
Đối với router, khi nhận được một gói tin đi qua, nó thực hiện các động tác sau:
Bước 1: Tính chesksum, nếu sai thì loại bỏ gói tin.
Bước 2: Giảm giá trị tham số Time - to Live. nếu thời gian đã hết thì loại bỏ gói
tin.
Bước 3: Ra quyết định chọn đường.
Bước 4: Phân đoạn gói tin, nếu cần.
Bước 5: Kiến tạo lại IP header, bao gồm giá trị mới của các vùng Time - to -Live,
Fragmentation và Checksum.
Bước 6: Chuyển datagram xuống tầng dưới để chuyển qua mạng.
Cuối cùng khi một datagram nhận bởi một thực thể IP ở trạm đích, nó sẽ thực hiện
bởi các công việc sau:
Bước 1: Tính checksum. Nếu sai thì loại bỏ gói tin.
Bước 2: Tập hợp các đoạn của gói tin (nếu có phân đoạn)
Bước 3: Chuyển dữ liệu và các tham số điều khiển lên tầng trên.
Trong quá trình hoạt động giao thức IP có sử dụng một số giao thức ARP (Address
Resolution Protocol) – Giao thức phân giải địa chỉ (tìm địa chỉ vật lý từ địa chỉ IP khi
cần thiết); RARP (Reverse Address Resolution Protocol) – Giao thức có cong dụng
ngược với ARP (tìm ra địa chỉ IP khi có địa chỉ vật lý); ICMP (Internet Control
Message Protocol) – Giao thức làm nhiệm vụ chuyển các thông báo điều khiển và
thông báo lỗi giữa gateway hoặc một nút trên liên mạng.
Địa chỉ mạng 5.2
Như phần trình bày về giao thức IP một gói tin muốn truyền qua mạng phải có
thông tin về địa chỉ trạm nguồn và địa chỉ trạm đích của nơi gói tin được chuyển đi và
nơi gói tin được nhận lại, mỗi địa chỉ này là một trường với độ dài 32 bit. Người ta gọi
nó là địa chỉ IP. Địa chỉ IP sẽ phân biệt một cách duy nhất cá thiết bị khi kết nối vào
một mạng, để từ đó giúp cho việc quản lý và phân phối các thông tin trong mạng được
đúng cách. Hiện nay người ta sử dụng 2 thế hệ địa chỉ IP là IPv4 và IPv6.
IPv4 có 32 bít địa chỉ với khả năng lý thuyết có thể cung cấp một không gian địa
chỉ là 232 = 4 294 967 296 địa chỉ. Người ta còn đưa ra một loại địa chỉ thế hệ mới
IPv6 có 128 bit địa chỉ dài hơn 4 lần so với IPv4 nhưng khả năng lý thuyết có thể cung
cấp một không gian địa chỉ là 2128 = 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768
211 456 địa chỉ, nhiều hơn không gian địa chỉ của IPv4 là khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần vì 232
lấy tròn số là 4.10 9 còn 2128 lấy tròn số là 340. 10 36 (khoảng 340 tỷ tỷ tỷ tỷ địa chỉ).
Số địa chỉ này nếu rải đều trên bề mặt quả đất thì mỗi mét vuông có khoảng 665 570 tỷ
tỷ địa chỉ (665 570.10 18) vì diện tích bề mặt quả đất khoảng 511 263 tỷ mét vuông.
Đây là một không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn
cho tất cả các mạng máy tính, hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và thậm chí
cho từng vật dụng trong gia đình. Người ta nói rằng từng chiếc điều hoà, tủ lạnh, máy
giặt hay nồi cơm điện v.v... của từng gia đình một cũng sẽ mang một điạ chỉ IPv6 để
Mạng máy tính
48
chủ nhân của chúng có thể kết nối và ra lệnh từ xa. Nhu cầu hiện tại chỉ cần 15%
không gian địa chỉ IPv6 còn 85% dự phòng cho tương lai.
Địa chỉ mạng IPv4 5.3
Địa chỉ IP được biểu diễn bởi các số thập phân và được chia thành 4 octer mỗi
octer phân cách nhau bởi một dấu chấm. Mỗi octer tương ứng với 8 bit do vậy con số
thập phân lớn nhất mà một octer nhận được là 255. Cụ thể một địa chỉ IP có khuôn
dạng như sau:
Trong đó X, Y, Z, T nằm trong miền 0..255.
Ví dụ về một địa chỉ IP : 192.168.1.1
Trong 32 bit dùng để đánh địa chỉ IP người ta sử dụng 32 bit để chia một địa chỉ IP
làm 2 thành phần một thành phần là địa chỉ mạng (Network ID)và phần còn lại là địa
chỉ thiết bị được kết nối vào mạng (Host ID), trong đó 1,2 hay 3 octer có thể được sử
dụng cho Network ID hoặc Host ID.
Để dễ dàng trong việc quản lý nguồn tài nguyên địa chỉ IP thì người ta đã tiến hành
phân địa chit IP thành các lớp khác nhau. Trên thực tế địa chỉ IP được phân thành 5
lớp khác nhau đó là A, B, C, D, E nhưng chỉ có 3 lớp đầu tiên được đưa vào sử dụng
một cách rộng dãi do đó ở đây chúng ta chỉ tiến hành nghiên cứu 3 lớp đầu tiên của địa
chỉ IP là A, B, C.
Tổ chức American Registry for Internet Numbers (viết tắt là ARIN) đã tiến hành
sắp xếp và phân bổ 3 lớp địa chỉ đầu tiên, các địa chỉ lớp A dành cho các Tổ chức
chính phủ trên thế giới, địa chỉ lớp B dành cho các công ty trung bình và địa chỉ lớp C
cho các đối tượng khác.
Cấu trúc địa chỉ IP của các lớp như sau:
Hình 5-2: Các lớp địa chỉ IP
Mạng máy tính
49
Lớp A:
Trong lớp A người ta sử dụng 8 bit (X) đầu tiên để đánh địa chỉ mạng, 24 bit
(Y.Z.T) còn lại dùng để đánh địa chỉ các thiết bị khi nối vào mạng này. Với 8 bit đầu
tiên thì bit thứ nhất có giá trị là 0. Như vậy còn lại 7 bit để đánh địa chỉ cho mạng và
số mạng của lớp A được hình thành từ 7 bit còn lại sẽ là 27 = 128 nhưng có hai địa chỉ
địa chỉ được dùng cho các mục đích đặc biệt.
Số mạng của lớp A sẽ là: 27 - 2 = 126
Số Host trong mỗi mạng sẽ là: 224 – 2 = 16.777.214
Vùng địa chỉ lý thuyết của lớp A: 0.0.0.0 đến 127.0.0.0
(0 ≤ X ≤ 127 )
Vùng địa chỉ sử dụng: 1..0.0.1 đến 126.255.255.254
Ví dụ về địa chỉ lớp A:
120.122.1.2
1.2.3.4
Lớp B:
Trong địa chỉ IP lớp B người ta sử dụng 16 bit ( X.Y ) để đánh địa chỉ mạng, 16
bit ( Z.T ) còn lại để đánh địa chỉ cho các Host. Trong 16 bit đầu thì 2 bit dùng để nhận
dạng ra địa chỉ lớp B có giá trị là 10.
Số lượng mạng của lớp B sẽ là 214 – 2 = 16.382
Số Host trong một mạng sẽ là: 216 – 2 = 65.534
Vùng địa chỉ lý thuyết của lớp B: 128.0.0.0 đến 191.255.0.0
(128 ≤ X ≤ 191 )
Vùng địa chỉ sử dụng: 128.1.0.1 đến 191.254.255.254
Ví dụ về địa chỉ lớp B:
140.108.2.2
191.222.2.10
Lớp C:
Mạng máy tính
50
Trong địa chỉ IP lớp C người ta sử dụng 24 bit ( X.Y.Z ) để đánh địa chỉ mạng,
8 bit ( T ) còn lại để đánh địa chỉ cho các Host. Trong 24 bit đầu thì 3 bit dùng để nhận
dạng ra địa chỉ lớp C có giá trị là 110.
Số lượng mạng của lớp C sẽ là: 221 – 2 = 2.097.150
Số Host trong một mạng sẽ là: 28 – 2 = 254
Vùng địa chỉ lý thuyết của lớp C: 192.0.0.0 đến 223.255.255.0
(192 ≤ X ≤ 223 )
Vùng địa chỉ sử dụng: 192.0.1.1 đến 223.255.254.254
Ví dụ về địa chỉ lớp C:
192.168.1.1
204.66.165.10
Các vấn khác đề liên quan đến địa chỉ IP
Sau khi xem xét việc phân chia các lớp địa chỉ IP một câu hỏi đặt ra là tại sao
trong mỗi lớp số mạng lại phải trừ đi 2
A: 27 - 2 = 126
B: 214 – 2 = 16.382
C: 221 – 2 = 2.097.150
Một lý do rất đơn giản là các mạng khi các bit đánh chỉ số mạng đều là 0 hay là
một thì đều không được phân bổ, do đó trong lớp A ta có hai địa chỉ mạng không thể
được phân bổ là 0.Y.Z.T và 127.Y.Z.T, đối với lớp B ta có hai địa chỉ không được
phân bổ là 128.0.Z.T và 191.255.Z.T, tương tự đối với lớp C ta có 2 địa chỉ sau
192.0.0.T và 223.255.255.T.
Tương tự ta cũng thấy rằng trong số các địa chỉ của các host trên mỗi mạng thì
đều phải trừ đi 2 địa chỉ đó là lý do tại sao?
A: 224 – 2 = 16.777.214
B: 216 – 2 = 65.534
C: 28 – 2 = 254
Để trả lời cho câu hỏi này ta đặt ra tình huống như sau: Trong trường hợp máy
tính của bạn muốn gửi thông tin đến tất cả các máy tính trên một mạng nào đó. Ví dụ
tôi muốn gửi thông tin đến tất cả các máy tính trên 1 mạng của lớp C 192.168.1.0
chẳng hạn (192.168.1 là một địa chỉ mạng cảu lớp C), điều đó có nghĩa là tất cả các
máy tính có địa chỉ IP từ 192.168.1.0 đến 192.168.1.255 đều phải nhận được thông tin
này. Liệu rằng ta có thể viết vào phần header IP một thông tin về địa chỉ đích
(Destination Address ) như 192.168.1.0 – 192.168.1.255? Câu trả lời là không thể
được chính vì vậy các nhà quản lý đã giúp cho chúng ta trong tình huống này bằng
cách không phân bổ địa chỉ IP 192.168.1.255 mà dùng nó để khi một gói tin có chứa
địa chỉ đích 192.168.1.255 thì gói tin đó sẽ được gửi cho toàn bộ các host trong mạng
192.168.1.0. Địa chỉ 192.168.1.255 được gọi là địa chỉ quảng bá.
Như vậy địa chỉ quảng bá là địa chỉ IP mà trong đó tất cả các bit thuộc phần
Host ID đều có giá trị là 1.
Mạng máy tính
51
Một số ví dụ về địa chỉ quảng bá: 130.108.255.255 địa chỉ quảng bá lớp B của
mạng 130.108.0.0; 22.255.255.255 địa chỉ quảng bá lớp A của mạng 22.0.0.0.
Ngoài ra để đánh dấu việc bắt đầu một mạng trong một lớp thì khi tất cả các bit
dành cho phần Host ID của một mạng có giá trị là 0 thì địa chỉ IP này cũng không
được phân bổ và địa chỉ đó người ta gọi là địa chỉ dành riêng cho địa chỉ mạng. Ví dụ
192.168.1.0 là một địa chỉ dành riêng cho mạng 192.168.1 của lớp C; 130.108.0.0 là
địa chỉ dành riêng cho mạng 130.108 của lớp B.
Đến đây ta có thể hiểu tại sao trong mỗi mạng của các lớp ta lại bỏ ra 2 địa chỉ
mạng không được dùng vì nó đã được dùng cho các mục đích khác: địa chỉ quảng bá
và địa chỉ dành riêng cho mạng.
Địa chỉ mạng con và cách chia mạng con 5.4
Như chúng ta đã thấy trong một mạng của lớp A có tới 16.777.214 host vậy
việc quản lý và phân chia địa chỉ cho các host sẽ vô cùng khó khăn để giải quyết vấn
đề này người quản trị có thể tiến hành phân chia mạng của họ thành nhiều mạng nhỏ
hơn các mạng nhỏ hơn này được gọi là các mạng con (SubnetWork), có thể gọi ngắn
gọn là Subnet. Việc phân chia một mạng thành các Subnet còn giúp giảm kích thước
của miền quảng bá, khi miền quảng bá quá rộng sẽ dẫn tới việc lãng phí dải thông làm
cho hiệu xuất của mạng bị giảm.
Để tạo ra một mạng con người quản trị mạng sẽ tiến hành mượn các bit cao
nhất trong phần bit dành cho Host ID và gán chúng như là Subnet ID, số bit tối thiểu
có thể mượn là 2 bit và tối đa là 6 bit.
Network ID Host ID
Network ID
Sub
net ID
Host ID
IP với 32 bit
Để có được một mạng con người quản trị ngoài việc sử dụng địa chỉ IP thì cần
phải sử dụng một địa chỉ gọi là địa chỉ Subnet Mask. Subnet mask cũng là số thập với
độ dài 32 bit và có 4 octer.
Sau đây là các Subnet mask mặc định của các lớp A, B, C.
A : 255 .0 .0 .0
B : 255 .255 .0 .0
C : 255 .255 .255 .0
Một Subnet mask được tạo ra từ Subnet mask mặc định thì được gọi là Subnet
mask tùy biến, trong thực tế người ta thường sử dụng Subnet mask tùy biến, bằng cách
thêm vào Subnet mask mặc định các bit có giá trị bằng 1 được mượn từ các bit cao
nhất trong phần địa chỉ dành cho Host ID.
Ví dụ một Subnet mask tùy biến của lớp A với 4 bit được mượn từ phần địa chỉ
cho Host ID có giá trị như sau:
Mạng máy tính
52
1111116.11110000.00000000.00000000 – 255.240.0.0
Với lớp B trong trường hợp này ta có
1111116.1111116.11110000.00000000 – 255.255.240.0
Để xác định một mạng con ta làm theo các bước sau:
- Biểu diễn địa chỉ IP mạng dưới dạng nhị phân.
- Thay thế phần mạng bằng các bit 1.
- Xác định số lượng bit mượn từ phần Host ID.
- Thay các giá trị 0 vào phần còn lại của Host ID sau khi đã mượn bit.
- Tiến hành tạo các Subnet bằng cách thay thế các giá trị 0 hoặc 1 vào các bit đã mượn.
- Loại các Subnet không hợp lệ (hay các địa chỉ mạng con không được phân bổ).
- Một mạng con cũng có các khái niệm địa chỉ dành riêng và địa chỉ quảng bá.
- Sau đây ta sẽ lấy một ví dụ về việc phân chia một địa chỉ lớp C thành các mạng
con khác nhau.
VD: Ta có địa chỉ mạng lớp C: 192.168.1.1
Người quản trị muốn mượn 2 bit của Host ID để làm SubNet ID khi đó ta có số
bit cho Host ID sẽ là 6 bit. Câu hỏi đặt ra là các mạng con có địa chỉ là bao nhiêu và
các Host trong mỗi mạng con sẽ có địa chỉ như thế nào, Subnet mask có giá trị như thế
nào.
Ta thấy phần địa chỉ mạng là 192.168.1
Với 2 bit để làm Subnet ta có các khả năng sau của một subnet:
- 192.168.1.0 ( 2 bit đầu trong 8 bit dành cho Host ID là 00 )
- 192.168.1.64 ( 2 bit đầu trong 8 bit dành cho Host ID là 01 )
- 192.168.1.128 ( 2 bit đầu trong 8 bit dành cho Host ID là 10 )
- 192.168.1.192 ( 2 bit đầu trong 8 bit dành cho Host ID là 11 )
Với 2 bit được mượn thì địa chỉ Subnet mask sẽ là: 255.255.255.192
Vậy với 2 bit mượn được từ phần dành cho Host ID ta có 4 Subnet như trên,
nhưng 2 trong số 4 Subnet đó không được sử dụng khi cả 2 bit mượn đều có giá trị là 0
hoặc 1. Vậy sau khi chia ta có 2 mạng con là
192.168.1.64
192.168.1.128
Địa chỉ của các Host trong mỗi m ạng con sẽ được xác định bằng sự thay đổi
giá trị của 6 bit còn lại trong mỗi địa chỉ mạng con kể trên và bỏ ra các địa chỉ khi cả 6
bit đều có giá trị 0 hay 1.
Với mạng con thứ nhất 192.168.1.64 ta có các địa chỉ host như sau:
192.168.1.64 (8 bit cuối có giá trị : 01 000000 - Loại)
192.168.1.65 (8 - : 01 000001)
Mạng máy tính
53
192.168.1.66 (8 - : 01 000010)
192.168.1.67 (8 - : 01 000011)
.
192.168.1.126 (8 - : 01 111110)
192.168.1.127 (8 - : 01 111111 - Loại)
Với mạng con thứ hai 192.168.1.128 ta có các địa chỉ Host như sau:
192.168.1.128 (8 bit cuối có giá trị : 10 000000 - Loại)
192.168.1.129 (8 - : 10 000001)
192.168.1.130 (8 - : 10 000010)
192.168.1.131 (8 - : 10 000011)
.
192.168.1.190 (8 - : 10 111110)
192.168.1.191 (8 - : 10 111111 - Loại)
Như vậy nếu gọi n là số bit được mượng từ Host ID để gán cho Subnet mask (n
từ 2 đến 6) thì số mạng con được tạo ra sẽ là: 2n – 2 mạng con và số lượng các host
trên mỗi m ạng con sẽ là: 28-n – 2
Khi có Subnet mask giúp cho bạn quản lý được dễ dàng hơn thì, việc định
tuyến gói tin trong mạng sẽ diễn ra như thế nào. Bởi vì các thiết bị định tuyến trong
mạng ngoài việc sử dụng địa chỉ MAC nó còn cần đến cả địa chỉ IP. Trong địa chỉ IP
các thiết bị định tuyến gói tin sẽ lấy phần địa chỉ mạng (Network ID) để chuyển gói tin
đến phân đoạn mạng tương ứng, sau đó tại phân đoạn mạng đích thiết bị liên mạng tại
đó sẽ tiến hành gửi gói tin đến thiết bị trên phân đoạn mạng đó dựa vào phần địa chỉ
Host ID có trong phần địa chỉ IP của gói tin. Khi xuất hiện Subnet mask thì thiết bị
định tuyến sẽ tiến hành tìm địa chỉ mạng bằng cách lấy phần địa chỉ IP của gói tin
(được chuyển sang dạng nhị phân) và thực hiện phép AND logic từng bit của địa chỉ
IP với địa chỉ Subnet mask để xác định phân đoạn mạng con mà gói tin cần đến.
Như vậy với tư cách một người quản trị viên mạngđể quản trị mạng sau khi bạn
đã đăng ký với JSP để có được một địa chỉ IP mạng bạn phải tiến hành làm các bước
sau đây:
1. Chọn mặt nạ mạng con
2. Gán địa chỉ cho các mạng con
3. Gán địa chỉ cho các thiết bị trên mạng.
Chọn mặt nạ mạng con
Chọn Subnet mask liên quan đến việc bạn muốn chia mạng của mình thành bao
nhiêu mạng con, từ số lượng mạng con bạn sẽ xác định được số bit sẽ mượn từ phần
Host ID và từ đó bạn sẽ hình thành được Subnet mask.
Mạng máy tính
54
Bài toán: Cần phân chia địa chỉ mạng lớp B 162.199.0.0 thành 10 mạng con. Giá trị
của mặt nạ mạng con là bao nhiêu?
Trong thí dụ này, chúng ta có một địa chỉ lớp B cần phải chia thành 10 mạng
con. Để xác định mặt nạ mạng con tuỳ biến, cần thực hiện các bước sau đây:
Bước 1: Trước hết, lấy số mạng con cần thiết và chuyển số đó thành dạng nhị phân.
Trong trường hợp này, nếu bạn cần 10 mạng con, hãy chuyển 10 sang dạng nhị phân
và được 1010
Bước 2: Chuyển tất cả các bit trong giá trị nhị phân vừa tính đó thành 1. Ta sẽ chuyển
tất cả các bit của 1010 thành 1 và thêm các số 0 vào sau kết quả để được trọn vẹn 1
octet. Kết quả ta sẽ có 11110000. Chuyển giá trị nhị phân này thành dạng thập phân,
được 240. Đây chính là phần mở rộng (ngoài phần thuộc mặt nạ mạng con mặc định)
của mặt nạ mạng con tuỳ biến. Để được mặt nạ mạng con tuỳ biến, ta chỉ việc bổ sung
giá trị này vào sau phần mặt nạ mạng con mặc định 255255.0.0 và được
255.255.240.0.
Ta có sơ đồ và tóm tắt các bước thực hiện như sau:
Gán địa chỉ mạng con
Sau khi đã xác định mặt nạ mạng con phù hợp với yêu cầu về số mạng con cần
thiết lập, bạn cần phải xác định các địa chỉ sẽ được gán cho mỗi mạng con
Bài toán: Hãy liệt kê tất cả các địa chỉ mạng con hợp lệ cho một mạng lớp B có địa chỉ
162.199.0.0 với mặt nạ mạng con là 255.255.240.0
Trong thí dụ này, bạn đã được cấp một địa chỉ lớp B là 162.199.0.0, và bạn đã
chọn 255.255.240.0 làm mặt nạ mạng con. Để tính toán các địa chỉ mạng con hợp lệ,
trước hết hãy chuyển giá trị mặt nạ sang dạng nhị phân. Tìm bit 1 tận cùng bên phải và
chuyển đổi bit đó sang dạng thập phân. Trong thí dụ này, bit 1 tận cùng bên phải có
giá trị thập phân tương ứng là 16. Đây được gọi là giá trị luỹ tiến
Mạng máy tính
55
Tiếp theo, hãy tạo danh sách địa chỉ mạng con bằng cách cộng giá trị luỹ tiến
vào địa chỉ mạng đã được cấp. Bạn cần chú ý rằng danh sách sẽ dừng ở số bằng với
giá trị mặt nạ mạng con.
162.199.0.0
Loại
162.199.128.0
162.199.16.0 162.199.144.0
162.199.32.0 162.199.160.0
162.199.48.0 162.199.176.0
162.199.64.0 162.199.192.0
162.199.80.0 162.199.208.0
162.199.96.0 162.199.224.0
162.199.112.0 162.199.240.0
Loại
Gán địa chỉ thiết bị
Bước cuối cùng trong công việc quản trị địa chỉ IP là xác định các địa chỉ IP có thể
gán cho các thiết bị trong mỗi mạng con. Bạn cần biết mặt nạ mạng con, địa chỉ mạng
con, giá trị luỹ tiến để tính toán địa chỉ đầu tiên và địa chỉ cuối cùng trên mỗi mạng
con. Phạm vi địa chỉ IP hợp lệ trong mỗi mạng con được xác định như sau:
- Địa chỉ bắt đầu: Bằng địa chỉ mạng con cộng 1
- Địa chỉ kết thúc. Bằng địa chỉ mạng con kế tiếp trừ 2 (bằng địa chỉ mạng con hiện
thời + số luỹ tiến - 2).
Bài toán: Xác định phạm vi địa chỉ cho các máy trạm trong mạng con
162.199.32.0 của mạng lớp B có địa chỉ 162.199.0.0 và có mặt nạ mạng con là
255.255.240.0.
Trong trường hợp này, bạn đã được gán một địa chỉ lớp B 162.199.0.0 và chọn
mặt nạ mạng con 255.255.240.0 để phân chia mạng lớp B này thành các mạng con
khác nhau. Bạn muốn xác định phạm vi địa chỉ cho các máy trạm trong mạng con
162.199.32.0.
Địa chỉ thiết bị đầu tiên sẽ là 162.199.32.1. Trong thí dụ này, địa chỉ mạng con
tiếp theo sẽ là 162.199.48.0. Trừ đi 2 từ giá trị này sẽ được giá trị cuối cùng
162.199.47.254 trong phạm vi địa chỉ của mạng con 162.199.32.0.
Như vậy các thiết bị (host) trong mạng con 162.199.32.0 có địa chỉ trong vùng
giá trị: 162.199.32.1 đến 162.199.47.254. (mạng này có 4094 thiết bị).
Lợi ích của phân chia mạng thành mạng con
Ngoài việc thêm các địa chỉ mạng, phân chia thành mạng con còn có những lợi ích
dưới đây:
Mạng máy tính
56
- Giảm nghẽn mạng bằng cách tái định hướng các giao vận và giới hạn phạm vi của
các thông điệp quảng bá.
- Giới hạn trong phạm vi từng mạng con các trục trặc có thể xảy ra (không ảnh
hưởng tới toàn mạng LAN)
- Giảm % thời gian sử dụng CPU do giảm lưu lượng của các giao vận quảng bá
- Tăng cường bảo mật (các chính sách bảo mật có thể áp dụng cho từng mạng con)
- Cho phép áp dụng các cấu hình khác nhau trên từng mạng con.
Mạng máy tính
57
TẦNG VẬN CHUYỂN BÀI 6.
Giới thiệu về tầng vận chuyển 6.1
Tầng giao vận cung cấp dịch vụ vận chuyển dữ liệu giữa các máy chủ (hosts) với
nhau.
Chịu trách nhiệm sửa lỗi (error recovery), điều khiển lưu lượng dữ liệu, đảm bảo
dữ liệu được chuyển tải một cách trọn vẹn.
Trong Bộ giao thức liên mạng - TCP/IP, chức năng này thường được thực hiện bởi
giao thức định hướng kết nối TCP. Giao vận kiểu datagram, UDP - Giao thức
Datagram người dùng, không cung cấp dịch vụ sửa lỗi hay điều khiển lưu lượng dữ
liệu mà dành nhiệm vụ này cho phần mềm ứng dụng.
Lớp giao vận sử dụng hai giao thức chính TCP và UDP. Giao thức TCP
(Tramsmission Control Protocol) đảm bảo độ tin cậy giữa thiết bị gửi và thiết bị nhận
(end-to-end) thông qua cơ chế điều khiển biên nhận.
Giao thức UDP(User Datagram Protocol): cung cấp dịch vụ trao đổi dữ liệu không
kết nối (connectionless), không tin cậy, không cần thiết lập kết nối logic giữa các thực
thể sử dụng UDP
Giao thức TCP 6.2
6.2.1 Khuôn dạng gói tin TCP
Hình 6-1: Khuôn dạng gói tin TCP
Ý nghĩa các trường
Source Port và Destination Port: số hiệu cổng TCP. Cùng với địa chỉ IP ngồn và
địa chỉ IP đích trong gói số liệu IP, số hiệu cổng TCP định danh duy nhất hai tiến trình
ở hai đầu kết nối cổng TCP.
Mạng máy tính
58
Sequence number: số tuần tự phát, định danh byte đầu tiên của phần số liệu thuộc
gói số liệu TCP trong dòng số liệu từ thực thể TCP gửi đến thực thể TCP nhận. Số
tuần tự phát là khoảng cách tương đối của byte đầu tiên phần số liệu với phần đầu của
dòng byte; là số không dấu 32bit, có giá trị từ 0 đến 232-1.
Nếu ta coi dòng byte là luồng số liệu một chiều từ một ứng dụng này tới ứng dụng
kia thì TCP đánh số tất cả các byte với giá trị gọi là số tuần tự sequence number.
Khi một kết nối được thiết lập, trường số tuần tự chứa giá trị khởi tạo ISN (Initial
Seqence Number) được thực thể TCP chọn cho kết nối này.
Byte số liệu đầu tiên sẽ có số tuần tự bằng ISN+1.
Acknowlegement: vị trí tương đối của byte cuối cùng đã nhận đúng bởi thực thể
gửi gói ACK cộng thêm 1. Giá trị của trường này còn được gọi là số tuần tự thu. Giá
trị trường này đúng khi bit cờ ACK = 1.
Data Offset: khoảng cách tường đối của trường số liệu với phần tiêu đề của TCP
(TCP Header) tính theo từ 32bit. Thông thường, trường này có giá trị bằng 5 vì độ dài
thông thường của phần tiêu đề TCP là 20 byte.
Reserved: luôn được đặt là 0, để dùng cho tương lai.
FLAGs: có 6 bit cờ trong phần tiêu đề TCP. Một hay nhiều cờ có thể được thiết
lập tại cùng một thời điểm.
URK=1: thông báo giá trị trường Urgent Pointer đúng
ACK=1: thông báo giá trị trường Acknowledgement đúng.
PSH=1: thực thể nhậ phải chuyển số liệu này cho ứng dụng tức thời.
RST=1: tái khởi tạo kết nối, dùng để kết thúc kết nối.
SYN=1: đồng bộ trường đánh số thứ tự, dùng để thiết lập kết nối TCP.
FIN=1: thông báo thực thể gửi đã kết thúc gửi số liệu.
Window size: độ lớn cửa sổ, qui định tổng số byte số liệu mà thực thể thu có thể
nhận được (đồng nghĩa với độ lớn bộ đệm thu), tính khởi đầu từ giá trị trường số tuần
tự thu (Acknowlegement number).
Checksum: Byte kiểm tra, là giá trị bù 1 của tổng các 16bit trong phần đầu và số
liệu TCP. Giá trị này tính cả 12byte tiêu đề giả của TCP.
Urgent pointer: vị trí tương đối của byte trong trường số liệu TCP cần được xử lý
đầu tiên. Giá trị trường này đúng khi bit cờ URG=1.
Options: tuỳ chọn. Tuỳ chọn duy nhất được dùng hiện nay là qui định về độ dài
lớn nhất MSS (Maximum Segment Size) của một gói số liệu TCP.
Pad: vá thêm vào phần tiêu đề để độ lớn của nó là bội của 4byte.
Data: số liệu của ứng dụng TCP.
6.2.2 Hoạt động của giao thức TCP
a) Cơ chế cửa sổ động
Mạng máy tính
59
Cơ chế cửa số là một trong các phương pháp điều khiển lưu lượng trong mạng
thông tin máy tính. Độ lớn của cửa sổ chính là số gói số liệu được gửi liên tục mà
không cần chờ thông báo trả lời về kết quả nhận các gói số liệu đó.
Độ lớn cửa sổ quyết định hiệu suất trao đổi số liệu trong mạng. Nếu chọn độ lớn
của sổ cao thì có thể gửi được nhiều số liệu trong cùng một đơn vị thời gian. Một khi
việc truyền số liệu có lỗi, trong trường hợp này rõ ràng số liệu phải gửi lại là lớn và vì
vậy hiệu quả sử dụng đường truyền thấp.
Giao thức TCP cho phép thay đổi độ lớn cửa sổ hoạt động một cách động, phụ
thuộc vào độ lớn bộ đệm thu thực thể TCP nhận. Để thực hiện cơ chế cửa sổ động,
TCP đảm bảo:
Trả lời về số tuần tự thu tiếp theo trong trường ACK, nghĩa là khẳng định tổng số
Byte nhận đúng cho đến thời điểm gửi gói trả lời này.
Thông báo về tổng số Byte có thể nhận được, tương ứng với độ lớn bộ đệm thu.
b) Cơ chế phát lại thích nghi
Để đảm bảo kiểm tra phát hiện và khắc phục lỗi trong việc trao đổi số liệu qua
mạng WAN, được kết nối từ nhiều mạng khác nhau, TCP phải có cơ chế đồng hồ kiểm
tra phát và cơ chế phát lại mềm dẻo, thay đổi phụ thuộc vào thời gian trễ thực của môi
trường truyền dẫn cụ thể. Thời gian trễ toàn phần RTT (Round trip time) được xác
định từ thời điểm bắt đầu phát gói số liệu cho đến khi nhận được trả lời về kết quả
nhận của thực thể đối tác, là yếu tố quyết định giá trị của đồng hồ kiểm tra phát Tout.
Rõ ràng Tout RTT.
Cơ chế phát lại thích nghi dựa trên việc xác định RTT theo thời gian. Bằng việc sử
dụng các hàm xác định thời gian của hệ điều hành, hoàn toàn xác định được thời gian
trễ toàn phần của một kết nối TCP tại các mốc thời gian nhất định. Có thể tính RTT
theo công thức sau:
RTT = *Old_RTT + (1-)*New_RTT, trong đó 0<1
Từ đó ta có thể tính Tout theo công thức: Tout = *RTT, với = 2
c) Khởi tạo và đóng kết nối.
TCP sử dụng phương pháp bắt tay ba bước (three-way handshake) để khởi tạo
kết nối và phương pháp tắt tay 2 bước để đóng một kết nối (two-way handshake). Quá
trình bắt tay ba bước thiết lập các số sequence ban đầu cho mỗi đầu cuối của kết nối.
Một yêu cầu kết nối luôn luôn được khởi tạo bởi một client. Client gởi một gói tin với
cờ SYN được lập và số sequence của client. Số sequence tăng (theo module 232 )mỗi
lần có yêu cầu thiết lập một kết nối mới.
Mạng máy tính
60
Hình 6-2: Khởi tạo kết nối
Mỗi đầu cuối của kết nối TCP có một số sequence khởi đầu mới. Số này
thường là một hàm theo thời gian trong ngày và tăng theo thời gian. Bởi vì một kết nối
TCP với cùng số cổng và địa chỉ IP có thể được sử dụng nhiều lần, việc thay đổi số
sequence ban đầu sẽ ngăn cản được việc lẫn lộn dữ liệu giữa kết nối cũ và mới có cùng
địa chỉ.
Khi TCP nhận (server) kiểm tra thấy gói SYN, nó gửi một SYN message với số
sequence ban đầu của riêng nó và lập cờ ACK. Message đó cũng chứa số sequence ban
đầu của client trong trường acknowledgement chi ra rằng server đã nhận được giá trị
sequence khởi đầu của client. Tiếp theo, client ACKs lại cho server một ACK
message. Bằng cách này, client và server đã trao đổi xong giá trị sequence khởi đầu và
có thể bắt đầu trao đổi dữ liệu. Chú ý: cả 3 message trên đều không chứa dữ liệu, tất cả
thông tin truyền đi được chứa trong TCP header.
Hình 6-3: Ngắt kết nối
Đóng một kết nối được thực hiện bằng bắt tay hai bước. Khi một bên kết nối đã
hoàn tất việc truyền dữ liệu, nó gửi một thông báo với cờ FIN. Bởi vì kết nối là song
công, đầu bên kia vẫn có thể gửi dữ liệu tới khi nó gửi một thông báo cung với cờ FIN.
Thuật toán kết thúc một kết nối rất phức tạp do cả hai bên kết nối có thể gửi FIN cùng
một lúc.
d) Quá trình trao đổi dữ liệu
Mạng máy tính
61
Hình 6-4: Quá trình trao đổi dữ liệu TCP
W=maximun Segment size (W>N)
2W=Windows limit
Giao thức UDP 6.3
UDP là dịch vụtruyền dữliệu dạng không nối kết. Không có thiết lập nối kết giữa
hai bên truyền nhận, do đó gói tin UDP (segment) có thểxuất hiện tại nút đích bất
kỳlúc nào. Các segment UDP tựthân chứa mọi thông tin cần thiết đểcó thểtự đi đến
đích.
Khuôn dạng gói tin UDP
Hình 6-5: Khuôn dạng gói tin TCP
SrcPort: Địa chỉcổng nguồn, là sốhiệu của tiến trình gởi gói tin đi.
DstPort: Địa chỉcổng đích, là sốhiệu của tiến trình sẽnhận gói tin.
Mạng máy tính
62
Length: Tổng chiều dài của segment, tính luôn cảphần header.
Checksum:Là phần kiểm tra lỗi. UDP sẽtính toán phần kiểm tra lỗi tổng hợp trên
phần
header, phần dữliệu và cảphần header ảo. Phần header ảo chứa 3 trường trong IP
header: địa chỉIP nguồn, địa chỉIP đích, và trường chiều dài của UDP.
Data: Phần dữliệu hai bên gởi cho nhau
UDP hoạt động không tin cậy cho lắm, vì: Không có báo nhận dữ liệu từ trạm đích;
không có cơ chế đểphát hiện mất gói tin hoặc các gói tin đến không theo thứ tự; không
có cơ chế tự động
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 01200031_9605_1983569.pdf