Lập trình mạng - Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính và các giao thức mạng

3/7/2014 1 Chương 1: Tổng Quan Về Mạng Máy Tính & Các Giao Thức Mạng GIẢNG VIÊN : THS . NGUYỄN MINH THÀNH EMAIL : THANHNM@ITC.EDU.VN Nội Dung 1. Tổng quan về mạng máy tính 2. Mô hình phân tầng OSI 3. Các giao thức mạng 2TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG Tổng quan về Mạng Máy Tính  Mạng máy tính là tập hợp các máy tính hoặc các thiết bị được nối với nhau bởi các đường truyền vật lý và theo một kiến trúc nào đó. 3TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG Vì Sao Phải Sử Dụng Mạng Máy Tính  Chia sẻ thông tin  Chia sẻ phần cứng  Hỗ trợ quản lý tập trung 4TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 1. Tổng quan về Mạng Máy Tính Các Thành Phần Cơ Bản Của Mạng Máy Tính  Thiết bị phần cứng và môi trường truyền  Các thiết bị đầu cuối : máy tính các nhân, máy chủ  Môi trường truyền : cáp mạng, cáp điện thoại, cáp quang, sóng điện từ,  Thiết bị kết nối các mạng : Hub, Swicth  Thiết bị chuyển mạch dữ liệu : Router, Gateway, Switch  Phần mềm mạng  Các giao thức truyền nhận dữ liệu giữa 2 tiến trình, 2 máy tính  Các nền tảng : PPP, Frame Relay, TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI  Các phần mềm mạng : Browser, Email, . 5TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 1. Tổng quan về Mạng Máy Tính Kiến Trúc Mạng Máy Tính  Là cấu trúc hình học không gian của mạng, là cách bố trí vật lý các node để chúng liên kết với nhau.  Có nhiều loại kiến trúc mạng :  Kiến trúc BUS  Kiến trúc STAR  Kiến trúc RING  Kiến trúc GRID  Kiến trúc mạng kết hợp Hydrid 6TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 1. Tổng quan về Mạng Máy Tính 3/7/2014 2 Kiến Trúc Mạng Máy Tính(tt)  7TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 1. Tổng quan về Mạng Máy Tính Qui Mô của Hệ Thống Mạng  Qui mô của các hệ thống mạng có thể rất khác nhau, có những hệ thống mạng nhỏ và cũng có những hệ thống mạng rất lớn như Internet  Để phân loại qui mô của các hệ thống mạng, có 4 mức độ  Mạng LAN (Local Area Network)-mạng cục bộ: kết nối các nút trên một phạm vi giới hạn. Phạm vi này có thể là một công ty, hay một tòa nhà.  Mạng WAN (Wide Area Network): nhiều mạng LAN kết nối với nhau tạo thành mạng WAN.  Mạng MAN (Metropolitan Area Network), tương tự như WAN, nó cũng kết nối nhiều mạng LAN. Tuy nhiên, một mạng MAN có phạm vi là một thành phố hay một đô thị nhỏ.  Mạng Internet (Mạng toàn cầu) : có phạm vi trên toàn thế giới, là sự kết hợp của các hệ thống mạng của các quốc gia, các thành phố 8TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 1. Tổng quan về Mạng Máy Tính Qui Mô của Hệ Thống Mạng  Các hệ thống mạng WAN và MAN thường ở rất xa nhau (như 2 thành phố), do đó việc kết nối các hệ thống WAN thường thông qua các đường truyền tốc độ cao như : leased line hoặc các đường chuyển mạch (POTS, ISDN, DSL) 9TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 1. Tổng quan về Mạng Máy Tính Mô Hình Hệ Thống Mạng  Tất cả các hệ thống mạng có thể được triển khai theo 2 mô hình :  Mô hình ngang hàng : Peer to Peer  Mô hình khách chủ : Server-based 10TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 1. Tổng quan về Mạng Máy Tính Mô Hình Truyền Thông Mạng OSI & Giao Thức Mạng 11TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Lý do xuất hiện mô hình OSI  Hoạt động gởi dữ liệu đi trong một mạng từ máy trạm đến máy đích là hết sức phức tạp cả mức vật lý lẫn logic.  Nhiều vấn đề đặt ra như vấn đề biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự, tránh xung đột giữa các gói tin (phân biệt các gói tin), phát hiện và kiểm tra lỗi gói tin, định tuyến gói tin đi tới đích, ...  ISO (tổ chức các tiêu chuẩn quốc tế) đã định nghĩa một mô hình truyền thông dữ liệu cho tất cả các mạng nhằm cung cấp cho các nhà sản xuất phần cứng và các nhà thiết kế giao thức một tiêu chuẩn chung để sản xuất các thiết bị mạng và thiết kế giao thức ở các lớp mạng khác nhau, tránh sự xung đột dữ liệu. Mô hình OSI 7 lớp. 12TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng 3/7/2014 3 Mô Hình OSI Mô hình OSI  Mô hình OSI bao gồm 7 lớp, mỗi lớp thực hiện một chức năng riêng biệt của hoạt động kết nối mạng, nó mô tả các ứng dụng mạng có thể truyền tin như thế nào. 13TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Mô Hình OSI Tầng vật lý (Physical)  Tầng vật lý bao gồm môi trường vật lý như yêu cầu về cáp nối, các thiết bị kết nối, các đặc tả giao tiếp, hub và các repeater,... Tầng liên kết dữ liệu (Data link)  Địa chỉ là địa chỉ của tầng 2. Các nút trên LAN gửi thông điệp cho nhau bằng cách sử dụng các địa chỉ IP, và các địa chỉ này phải được chuyển đổi sang các địa MAC tương ứng.  Giao thức phân giải địa chỉ (ARP: Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ MAC.Một vùng nhớ cache lưu trữ các địa chỉ MAC tăng tốc độ xử lý này. 14TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Mô Hình OSI Tầng mạng (network) Tầng mạng là tầng nằm phía trên tầng liên kết. Trong tầng 3, địa chỉ logic được sử dụng để kết nối tới các nút khác. Các địa chỉ MAC của tầng 2 chỉ có thể được sử dụng trong một mạng LAN, và chúng ta phải sử dụng cách đánh địa chỉ của tầng 3 khi truy xuất tới các nút trong mạng WAN. Internet Protocol là giao thức tầng 3; nó sử dụng các địa chỉ IP để định danh các nút trên mạng. Các router ở tầng 3 được sử dụng để định đường đi trong mạng. Tầng giao vận (Transport)  Tầng mạng định danh các host bởi các địa chỉ logic. Tầng ứng dụng nhận biết một ứng dụng thông qua cái gọi là điểm cuối (endpoint). Với giao thức TCP, endpoint được nhận biết bởi một số hiệu cổng và địa chỉ IP. Tầng giao vận được phân loại theo cách truyền tin với độ tin cậy hay không. 15TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Mô Hình OSI Tầng phiên (session) Với mô hình OSI, tầng phiên xác định các dịch vụ cho một ứng dụng, như đăng nhập và đăng xuất một ứng dụng. Tầng phiên biểu diễn một liên kết ảo giữa các ứng dụng. Các liên kết tầng giao vận được yêu cầu cho một liên kết ở tầng phiên. Tầng trình diễn (presentation)  Tầng trình diễn được sử dụng để định dạng dữ liệu theo các yêu cầu của ứng dụng. Mã hóa, giải mã, và nén dữ liệu thường diễn ra ở tầng này.. Tầng ứng dụng (Application)  Tầng ứng dụng là tầng cao nhất của mô hình OSI. Tầng này bao gồm các ứng dụng sử dụng các tiện ích mạng. Các ứng dụng này có thể thực hiện các tác vụ như truyền tệp tin, in ấn, e-mail, duyệt web, 16TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Mô Hình OSI Trao đổi thông tin trong mô hình OSI 17TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Giao Thức Mạng  Giao thức mạng (Protocol) :  Là tập hợp các qui tắc, qui ước truyền thông (trao đổi dữ liệu) của mạng mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông phải tuân theo.  Các giao thức biểu diễn khuôn dạng thông tin dữ liệu tại mỗi mức giao tiếp trong mạng. Giao thức thường được phân loại theo mức độ áp dụng tại mỗi tầng trong mô hình mạng.  Các bộ giao thức : PPP, Frame relay, TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI. 18TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng 3/7/2014 4 Giao Thức Mạng  Thao tác đóng gói dữ liệu giữa các lớp mạng  Giao thức ở mỗi lớp sẽ quy định cách thức đóng gói và mở gói khi nhận dữ liệu tại lớp đó. 19TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Bộ Giao Thức TCP/IP  Trong thực tế, mô hình OSI ít được sử dụng nhiều trong thực tế do tính chất phức tạp và khó áp dụng, gây tốn chi phí  Xây dựng các linh kiện thuộc 1 lớp => lãng phí  Mỗi lớp mạng một giao thức => phức tạp và chậm Mô hình TCP/IP  Ra đời trước mô hình OSI  Đơn giản và thích hợp cho mô hình mạng Internet  Mô hình gồm 4 tầng  Chứa một tập các giao thức trao đổi dữ liệu trong mạng 20TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Bộ Giao Thức TCP/IP  Mô hình TCP/IP  Tầng ứng dụng: các phần mềm ứng dụng mạng  Tầng vận chuyển: đảm bảo vận chuyển gói tin tin cậy bằng cách sử dụng giao thức TCP hoặc UDP.  Tầng Internet: cho phép định tuyến để gởi gói tin tới đích trên mạng bằng cách sử dụng giao thức IP.  Tầng Host to Network: vận chuyển dữ liệu thông qua thiết bị vật lý như dây cáp quang đến tần Host to Network của hệ thống ở xa.  21TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Bộ Giao Thức TCP/IP  So sánh với mô hình OSI 22TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Bộ Giao Thức TCP/IP  Quy trình đóng gói dữ liệu 24TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng TẦNG INTERNET TRONG TCP/IP  Trong mô hình TCP/IP, mỗi thiết bị sẽ có một địa chỉ IP (Internet Protocol) để giao tiếp với nhau. Tầng Internet thực hiện đóng gói dữ liệu và gắn vào đó địa chỉ IP của thiết bị nguồn, tìm và gắn địa chỉ thiết bị đích cần gửi đến, cũng như xác lập kênh truyền để gửi dữ liệu đi.  Internet Protocol (IP) là nền tảng của mô hình TCP/IP. 25TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng 3/7/2014 5 Địa Chỉ IPv4  Mỗi nút trong các được định danh bởi một địa chỉ IP 32bit, được gọi là địa chỉ IP của host.  Khi gửi một thông điệp, giao thức IP nhận thông điệp từ các giao thức tầng trên như TCP hay UDP và đưa vào trường header chứa thông tin của host đích.  Một địa chỉ IPv4 được biểu diễn bởi bộ bốn x.x.x.x, vd :192.168.0.1 . Mỗi số trong bốn số này biểu diễn một byte của địa chỉ IP.  Địa chỉ IP gồm hai phần: phần mạng và phần host. Tùy thuộc vào lớp mạng, phần mạng bao gồm một, hoặc hai hoặc ba byte đầu tiên. 26TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Địa Chỉ IPv4 (tt)  Các giao thức ở tầng Internet giúp xác định và lưu trữ các địa chỉ IP trong mạng :  IP, ARP, RARP, ICMP  Địa chỉ Subnet  Trong một hệ thống mạng LAN có thể có nhiều mạng con, để các thiết bị dễ dàng phần biệt các thiết bị nào cùng subnet, mỗi máy tính sẽ có thêm 1 địa chỉ subnet  Subnet mask có tất cả các bit network và subnet đều bằng 1, các bit host đểu bằng 0  Để phân biệt được các subnet (mạng con) khác nhau, bộ định tuyến dùng phép logic AND 27TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Các Giao Thức Trong TCP/IP  Nằm ở tầng ứng dụng và tầng vận chuyển  Bao gồm  Tầng ứng dụng : POP/SMTP, Telnet, Http, Ftp, DNS, NTS,..  Tầng vận chuyển : TCP, UDP  Các giao thức ở tầng ứng dụng luôn sử dụng một giao thức ở tầng vận chuyển để thực thi.  Mỗi giao thức ở tầng ứng dụng tương ứng với một port khác nhau khi giao tiếp ở tầng vận chuyển với thiết bị khác. 28TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 2. Mô hình OSI và Giao thức mạng Chương trình mạng & Lập trình mạng  Chương trình mạng  Cho phép người sử dụng khai thác thông tin được lưu trữ trên các máy tính trong hệ thống mạng  Trao đổi thông tin giữa các máy tính trong hệ thống mạng  Huy động nhiều máy tính cùng thực hiện để giải quyết một bài toán hoặc giám sát hoạt động mạng.  Lập Trình Mạng  Sử dụng phổ biến mô hình TCP/IP  Sử dụng tất cả các giao thức của tầng ứng dụng và vận chuyển. 29TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG Ví dụ : Hệ thống thư tín điện tử  Hệ thống thư tín  được xây dựng năm 1982  dựa trên các giao thức : SMTP, POP3, IMAP. 30TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG Ví dụ : Hệ thống thư tín điện tử (tt)  Chuyển thư  Trên Internet, email được chuyển bằng cách máy nguồn thiết lập một cầu nối TCP qua port 25 của máy đích. Chương trình được chạy trên port này là SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)  Nó sẽ lắng nghe tại port 25 và cho phép thiết lập các cầu nối để từ đó đọc các message và chuyển đến các địa chỉ tương ứng. Nhận message từ mail server đến mail client  Trên Internet, email được nhận bằng cách máy nguồn thiết lập một cầu nối TCP qua port 110 của máy mail server. Chương trình được chạy trên port này là POP3 (Post Office Protocol Ver 3)  Nó sẽ lắng nghe tại port 110 và cho phép thiết lập các cầu nối để từ đó đọc các message và chuyển đến các mail client. 31TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 3/7/2014 6 Ví dụ : Hệ thống website  Hệ thống website  Hệ thống truy cập các văn bản đặt khắp nơi trên toàn thế giới  Sử dụng giao thức Http và port 80  32TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG Hết Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH & CÁC GIAO THỨC MẠNG 33