Tổng quan về mạng máy tính và mạng cục bộ - Môn Mạng Máy Tính

BÀI GIẢNG MÔN: MẠNG CĂN BẢN GV: VÕ THỊ HƯỜNG [email protected] GIỚI THIỆU MÔN HỌC • Mục đích của môn học – Kiến thức cơ bản về mạng máy tính – Mô hình tham khảo OSI – Mô hình TCP/IP • Thời lượng: 60 giờ • Số bài kiểm tra: 2 bài KTđịnh kỳ + 1 bài KT hết môn 3 GIỚI THIỆU MÔN HỌC • Nội dung môn học – Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính và mạng cục bộ – Chương 2: Giao thức TCP/IP – Bài tập lớn 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ MẠNG CỤC BỘ 1. Mạng máy tính 1.1. Giới thiệu mạng máy tính 1.2. Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính 1.3. Phân loại mạng máy tính 1.4. Giới thiệu các mạng máy tính thông dụng nhất 1.5. Mạng cục bộ và kiến trúc mạng cục bộ 1.6. Chuẩn hóa mạng máy tính và mô hình OSI 1.7. Các chuẩn kết nối thông dụng 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MÁY TÍNH 6 1.1.1. Lịch sử mạng máy tính 7 • Câu chuyện về nguồn gốc của Internet được bắt đầu từ sự ra đời của chiếc máy tính điện tử đầu tiên vào năm 1946 – ANIAC, trường đại học Pennsylvania, Mĩ 8 • Sự ra đời của Internet gắn với sự kiện Liên xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên có tên gọi Sputnik vào năm 1957. • Mĩ đã thành lập Cơ quan dự án nghiên cứu các vấn đề cao cấp (Advanced Research Projects Agency – ARPA) thuộc Bộ Quốc phòng Mĩ (DOD) nhằm phát triển khoa học và công nghệ cao phục vụ cho quân sự 9 • Năm 1969, Bộ Quốc phòng Mĩ đã xây dựng dự án ARPANET để nghiên cứu lĩnh vực mạng, theo đó các máy tính được liên kết với nhau và có khả năng tự định đường truyền tin ngay sau khi một phần mạng đã bị phá huỷ trong một cuộc chiến tranh. 10 • Mạng ARPANET chính là tiền thân của mạng Internet hiện nay. Cơ quan quản lý dự án nghiên cứu phát triển ARPA thuộc Bộ Quốc phòng Mĩ đã liên kết 4 địa điểm đầu tiên vào tháng 7 năm 1969, bao gồm: Viện nghiên cứu Stanford, Đại học California (Los Angeles), Đại học Utah và Đại học California (Santa Barbara). Đây chính là mạng liên khu vực (Wide Area Network – WAN) đầu tiên được xây dựng trên thế giới. 11 • Vào năm 1972 đã diễn ra hội nghị quốc tế về truyền thông máy tính. Tại đó, Bob Kahn đã trình diễn mạng ARPANET, liên kết 40 máy thông qua các bộ xử lí giao tiếp giữa các trạm cuối (Terminal Interface Processor-TIP). 12 • Năm 1972 cũng là năm mà Ray Tomlinson đã phát minh ra E-mail để gửi thông điệp trên mạng và ngày càng trở nên phổ biến. Cho đến ngày nay, E-mail vẫn là một trong những dịch vụ được dùng nhiều nhất. 13 • Vào khoảng năm 1974, thế giới lần đầu biết đến thuật ngữ “Internet”. Lúc đó, mạng vẫn được gọi là ARPANET • Năm 1982 các giao thức TCP (Transmission Control Protocol) và IP (Internet Protocol) được DAC và ARPA dùng đối với mạng ARPANET.Sau đó, TCP/IP chính thức được coi như một chuẩn đối với ngành quân sự Mĩ và tất cả các máy tính nối với ARPANET phải sử dụng chuẩn mới này. 14 • Năm 1983, được đánh dấu là một mốc quan trọng bởi ARPANET được tách ra thành hai phần: phần thứ nhất – ARPANET, dành cho việc nghiên cứu và phát triển; phần thứ hai là MILNET, mạng dùng cho các mục đích quân sự 15 • Thời kỳ bùng nổ thứ nhất của Internet được xác lập vào giữa thập niên 1980 khi tổ chức khoa học quốc gia Mỹ NSF thành lập mạng liên kết các trung tâm máy tính lớn với nhau gọi là NSFNET. Nhiều doanh nghiệp đã chuyển từ ARPANET sang NSFNET. 16 • Thời kỳ bùng nổ thứ hai với sự xuất hiện của WWW (World Wide Web) • Năm 1991 Tim Berners Lee ở trung tâm nghiên cứu nguyên tử châu Âu CERN phát minh ra World Wide Web (WWW) dựa theo ý tưởng về siêu văn bản được Ted Nelson đưa ra từ năm 1985. 17 • Năm 1994, kỉ niệm lần thứ 25 ra đời ARPANET, NIST (National Institute of Standards and Technology – Viện các tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia) đề nghị thống nhất dùng giao thức TCP/IP.WWW trở thành dịch vụ phổ biến thứ hai sau dịch vụ FTP. Những hình ảnh video đầu tiên được truyền đi trên mạng internet. WWW vượt trội hơn FTP và trở thành dịch vụ có số lưu thông lớn nhất căn cứ trên số lượng gói tin truyền và số byte truyền. 18 • Tháng 10 năm 1994, phiên bản beta của trình duyệt Navigator 1.0 được Tập đoàn truyền thông Netscape cho ra đời nhưng còn cồng kềnh và chạy rất chậm. Tập đoàn Microsoft cũng không đứng ngoài cuộc chạy đua về trình duyệt mạng. Hai công ti trở thành đối thủ của nhau, cạnh tranh thị trường trình duyệt. 19 • Năm 1997, chỉ vài tháng sau khi Netscape công bố phiên bản trình duyệt 4.0, Microsoft đã đưa ra câu trả lời bằng trình duyệt • Cũng trong năm đó, triển lãm internet 1996 World Exposition là triển lãm thế giới đầu tiên trên mạng internet được diễn ra. của mình với phiên bản 4.0. 20 Một số trình duyệt web phổ biến (tính đến năm 2006): • • • • • • • • Internet Explorer Mozilla và Mozilla Firefox của Tập đoàn Mozilla Nestcape Navigator của Tập đoàn Nestcape Opera của Opera Software Safari trong Mac OS X, của Apple Computer Maxthon của MySoft Technology Avant Browser của Avant Force (Ý). Google Chrome của Google 21 • Mạng không dây ngày càng phổ biến Năm 1985, Cơ quan quản lí viễn thông của Mĩ đã quyết định mở cửa một số băng tần của giải phóng không dây, cho phép người sử dụng chúng mà không cần giấy phép của chính phủ. Đây là bước mở đầu cho các mạng không dây ra đời và phát triển rất nhanh. 22 • Năm 1997, một tiểu ban đã tiến hành thương lượng hợp nhất các chuẩn và đã ban hành chuẩn chính thức IEE 802.11.Sau đó là chuẩn 802.11b và chuẩn 802.11a lần lượt được phê duyệt vào các năm 1999 và năm 2000. • Tháng 8 năm 1999, sáu công ty gồm Intersil, 3Com, Nokia, Aironet, Symbol và Lucent liên kết tạo thành liên minh tương thích Ethernet không dây VECA.Thuật ngữ Wi-Fi ra đời, là tên gọi thống nhất để chỉ công nghệ kết nối cục bộ không dây đã được chuẩn hóa. 23 History ? 1970 1983 ARPANet 1980 24 Mô hình ARPANet 25 2. Giới thiệu về mạng máy tính • Mạng máy tính hay hệ thống mạng (tiếng Anh: Computer Network hay Network System), là một tập hợp các máy tính tự hoạt được kết nối nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn để nhằm cho phép chia sẻ tài nguyên: máy in, máy fax, tệp tin, dữ liệu.... 26 2.1. Định nghĩa mạng máy tính và mục đích kết nối mạng • Một tập hợp của các máy tính độc lập (autonomous) được kết nối với nhau thông qua các đường truyền vật lý và tuân theo các quy ước truyền thông nào đó nhằm mục đích chia sẻ tài nguyên giữa các máy tính. 27 - Máy tính độc lập là các máy tính có khả năng khởi động, vận hành hoặc tắt máy mà không cần có sự điều khiển hay chi phối bởi 1 máy tính khác. - Đường truyền vật lý là các môi trường truyền tín hiệu vật lý (có thể là hữu tuyến hoặc vô tuyến) - Các quy ước truyền thông là cơ sở để các máy tính có thể nói chuyện được với nhau và là một yếu tố quan trọng hàng đầu khi nói về công nghệ mạng máy tính. 28 Các thành phần của mạng máy tính - Các thiết bị đầu cuối (end system): Là các thiết bị có khả năng kết nối vào mạng máy tính như máy tính, PDA,... -Môi trường truyền dẫn (media): Là môi trường mà các thao tác truyền thông được thực hiện qua đó. Môi trường truyền dẫn có thể là các loại dây dẫn (dây cáp), sóng điện từ (kết nối không dây). - Giao thức truyền thông (protocol): Là các quy tắc, quy định cách trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng máy tính. 29 2.2. Mục đích kết nối mạng máy tính. - Có rất nhiều công việc về bản chất là phân tán hoặc về thông tin, hoặc về xử lý hoặc cả hai đòi hỏi có sự kết hợp truyền thông với xử lý hoặc sử dụng phương tiện từ xa. - Chia sẻ các tài nguyên trên mạng cho nhiều người sử dụng tại một thời điểm (ổ cứng, máy in, ổ CD ROM...) 30 - Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ phương tiện máy tính. - Các ứng dụng phần mềm đòi hòi tại một thời điểm cần có nhiều người sử dụng, truy cập vào cùng một cơ sở dữ liệu. 31 Nảy sinh các vần đề xã hội ??? – Lạm dụng hệ thống mạng để làm điều phi pháp hay thiếu đạo đức – Mạng càng lớn thì nguy cơ lan truyền các phần mềm ác tính càng dễ xảy ra – Hệ thống buôn bán trở nên khó kiểm soát hơn nhưng cũng tạo điều kiện cho cạnh tranh gay gắt hơn – Không kiểm soát được nhân viên làm việc – Vấn đề giáo dục thanh thiếu niên cũng trở nên khó khăn hơn vì các em có thể tham gia vào các việc trên mạng mà cha mẹ khó kiểm soát nổi. – Hơn bao giờ hết với phương tiện thông tin nhanh chóng thì sự tự do ngôn luận hay lạm dụng quyền ngôn luận cũng có thể ảnh hưởng sâu rộng hơn trước đây như là các trường hợp của các 32 phần mềm quảng cáo và các thư rác . 1. Mạng máy tính là gì? a. Là tập hợp các máy tính độc lập, kết nối với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn b. Là tập hợp các máy tính phụ thuộc nhau, kết nối với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn c. Là nhóm các máy tính đặt gần nhau d. Là mạng internet 33 3. Đặc trưng kỹ thuật của mạng máy tính 3.1. Đường truyền Là thành tố quan trọng của một mạng máy tính, là phương tiện dùng để truyền các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. 34 3.1. Đường truyền • Các tín hiệu điệu tử đó chính là các thông tin, dữ liệu được biểu thị dưới dạng các xung nhị phân (ON_OFF), mọi tín hiệu truyền giữa các máy tính với nhau đều thuộc sóng điện từ, tuỳ theo tần số mà ta có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau. • Đặc trưng cơ bản của đường truyền là giải thông nó biểu thị khả năng truyền tải tín hiệu của đường truyền. 35 3.1. Đường truyền • Thông thường người ta hay phân loại đường truyền theo hai loại: - Đường truyền hữu tuyến (các máy tính được nối với nhau bằng các dây cáp mạng). - Đường truyền vô tuyến: các máy tính truyền tín hiệu với nhau thông qua các sóng vô tuyền với các thiết bị điều chế/giải điều chế ớ các đầu mút. 36 3.2. Kỹ thuật chuyển mạch. Là đặc trưng kỹ thuật chuyển tín hiệu giữa các nút trong mạng, các nút mạng có chức năng hướng thông tin tới đích nào đó trong mạng, hiện tại có các kỹ thuật chuyển mạch như sau: - Kỹ thuật chuyển mạch kênh: Khi có hai thực thể cần truyền thông với nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho tới khi hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu chỉ truyền đi theo con đường cố định đó. 37 3.2. Kỹ thuật chuyển mạch. - Kỹ thuật chuyển mạch thông báo: thông báo là một đơn vị dữ liệu của người sử dụng có khuôn dạng được quy định trước. Mỗi thông báo có chứa các thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích cần truyền tới của thông báo. Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp trên con đường dẫn tới đích của thông báo 38 3.2. Kỹ thuật chuyển mạch - Kỹ thuật chuyển mạch gói: ở đây mỗi thông báo được chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (packet) có khuôn dạng qui định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của gói tin. Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gởi đi qua mạng tới đích theo nhiều con đường khác nhau. 39 1.2.3. Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối các máy tính với nhau và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. Khi nói đến kiến trúc của mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề là hình trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network protocol) 40 3.3. Kiến trúc mạng - Network Topology: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng. Các hình trạng mạng cơ bản đó là: hình sao, hình bus, hình vòng - Network Protocol: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng. Các giao thức thường gặp nhất là : TCP/IP, NETBIOS, IPX/SPX,... 41 3.4. Hệ điều hành mạng Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức năng sau: - Quản lý tài nguyên của hệ thống, các tài nguyên này gồm: + Tài nguyên thông tin (về phương diện lưu trữ) hay nói một cách đơn giản là quản lý tệp. Các công việc về lưu trữ tệp, tìm kiếm, xoá, copy, nhóm, đặt các thuộc tính đều thuộc nhóm công việc này. + Tài nguyên thiết bị. Điều phối việc sử dụng CPU, các ngoại vi... để tối ưu hoá việc sử dụng 42 3.4. Hệ điều hành mạng - Quản lý người dùng và các công việc trên hệ thống. Hệ điều hành đảm bảo giao tiếp giữa người sử dụng, chương trình ứng dụng với thiết bị của hệ thống. - Cung cấp các tiện ích cho việc khai thác hệ thống thuận lợi (ví dụ FORMAT đĩa, sao chép tệp và thư mục, in ấn chung ...) Các hệ điều hành mạng thông dụng nhất hiện nay là các hệ điều hành của Microsoft, Unix, Linus, Novell,... 43 4. Phân loại mạng máy tính • Cách phân loại mạng máy tính được sử dụng phổ biến nhất là dựa theo khoảng cách địa lý của mạng: Lan, Man, Wan. • Theo kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo, mạng chuyển mạch gói. • Theo cấu trúc mạng: hình sao, hình tròn, tuyến tính… • Theo hệ điều hành mà mạng sử dụng: Windows, Unix, Novell… 44 4.1. Phân loại theo khoảng cách địa lý Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố phân loại mạng thì ta có mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu. 45 Phân loại mạng máy tính theo phạm vị địa lý Đường kính mạng Vị trí của các máy tính Loại mạng 1m Trong một mét vuông Mạng khu vực cá nhân 10 m Trong 1 phòng Mạng cục bộ, gọi tắt là mạng LAN (Local Area Network) 100 m Trong 1 tòa nhà 1 km Trong một khu vực 10 km Trong một thành phố Mạng thành phố, gọi tắt là mạng MAN (Metropolitan Area Network) 100 km Trong một quốc gia Mạng diện rộng, gọi tắt là mạng WAN (Wide Area Network) 1000 km Trong một châu lục 10000 km Cả hành tinh 1-46 4.1. Phân loại theo khoảng cách địa lý - Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network): là mạng được cài đặt trong phạm vi tương đối nhỏ hẹp như trong một toà nhà, một xí nghiệp...với khoảng cách lớn nhất giữa các máy tính trên mạng trong vòng vài km trở lại. 47 48