H ố ĐẮC PHƯƠNG

G I Á O T R Ì N H

N H Á P M Ô N

N H À X U Ấ T B Ả N G I Á O D ự c V I Ệ T N A M

M Ụ C L Ụ C • •

C h ư ơ n g 1. GIỚI THIỆU CHUNG 7

1.1. MẠNG TRUYỀN THÔNG VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG 7 1.1.1. Giới thiệu chung 7 1.1.2. Mạng máy tính 9 1.1.3. Phân loại mạng máy tính 12 1.1.4. Địa chỉ mạng, định tuyến, tính tin cậy, tính liên tác

và an ninh mạng 15 1.1.5. Chuẩn mạng 17

1.2. MÔ HlNHOSI 19 1.2.1. Mô hình 20 1.2.2. Chức năng các tầng 24 1.2.3. Bộ giao thưc TCP/IP - Mô hình Internet 35

Chương 2. TÀNG ỨNG DỤNG 37

2.1. GIAO THỨC TẰNG ỨNG DỤNG 37 2.1.1. Giao thức tầng ứng dụng 38 2.1.2. Các yêu cầu của ứng dựng 41 2.1.3. Dịch vụ của các giao thức giao vận Internet 43 2.1.4. Một số ứng dụng phổ biến 46

2.2. VVORỊD VVIDE WEB: HTTP 46 2.2.1. Tổng quan về HTTP 47

2.2.2. Kết nối liên tục và không liên tục 49 2.2.3. Khuôn dạng thông điệp HTTP 51 2.2.4. Tương tác giữa người dùng và HTTP server 55 2.2.5. GET có điều kiện 57

2.3. THƯ TÍN ĐIỆN TỬ (e-mail) TRÊN INTERNET 59 2.3.1. SMTP 60 2.3.2. So sánh SMTP với HTTP 63 2.3.3. Giao thức truy nhập mail 64

3

2.4. DỊCH VỤ TÊN MIÊN - DNS 69 2.4.1. Các dịch vụ của DNS 70 2.4.2. Cơ chế hoạt động cùa DNS 72 2.4.3. Bản ghi DNS. 78 2.4.4. Thông điệp DNS 79

2.5. LẠP TRINH SOCKET 80

Chương 3. TÀNG GIAO VẬN 86

3.1. DỊCH VỤ VÀ NGUYÊN TẮC CỦA TẰNG GIAO VẬN 86 3.1.1. Quan hệ giữa tầng giao vận và tầng mạng 88 3.1.2. Tổng quan về tầng giao vận trong Internet 89

3.2. DỊCH VỤ DỒN KÊNH, PHÂN KÊNH 91

3.3. UDP - GIAO THỨC KHÔNG HƯỚNG NỐI 95 3.3.1. Cấu trúc UDP segment 99 3.3.2. UDP checksum 99

3.4. CÁC NGUYÊN TÁC TRUYỀN DỮ LIỆU TIN CẬY 100 3.4.1. Xây dựng giao thức truyền dữ liệu tin cậy 102 3.4.2. Giao thức truyền dữ liệu tin cậy liên tục 112 3.4.3. Go-back-N (GBN) I . . . . l l l l " . l i l 4 3.4.4. Giao thức lặp lại có lựa chọn 119

3.5. TCP - GIAO THỨC GIAO VẬN HƯỚNG NỐI 121 3.5.1. Kết nổi TCP .. . . . . .".„". '""".""""."".121 3.5.2. Cáu trúc TCP Segment .Z . . . . l . . . . . . . " . ' . " l23 3.5.3. Số thứ tự và số biên nhận 125 3.5.4. Truyền dữ liệu tin cậy 127 3.5.5. Kiểm soát lưu lượng 129 3.5.6. Quản lý kết nối TCP. -131

3.6. KIÊM SOÁT TÁC NGHẼN TRONG TCP 135

Chương 4. TÀNG MẠNG 139

4.1. CÁC MÔ HÌNH DỊCH v ụ CỦA TẰNG MẠNG 139 4.1.1. Mô hình dịch vụ mạng 1 4 1

4.1.2. Nguồn gốc của dịch vụ chuyển mạch gói và chuyền mạch ảo 1 4 g

4.2. CÁC NGUYÊN LÝ ĐỊNH TUYẾN 147

4.2.1. Thuật toán định tuyến link state 150

4.2.2. Thuật toán Distance vector ĩ c l

4

4.3. ĐỊNH TUYÊN PHÁN CẮP 158

4.4. INTERNET PROTOCOL 161 4.4.1. Địa chỉlPv4 163 4.4.2. Chuyển datagram từ nguồn tới đích: vấn đề địa chỉ

và định tuyến 169

4.4.3. Khuôn dạng gói dữ liệu IP 172 4.4.4. Phân mảnh (Fragmentation) và hợp nhất (Reassembly)

gói tin IP 175 4.4.5. Giao thức kiểm soát lỗi ICMP 178

4.5. ĐỊNH TUYÊN TRÊN INTERNET 180 4.5.1. Định tuyến trong một miền (Intra-AS routing)

(Định tuyến nội miền) 181

4.5.2. Định tuyến giữa các miền (Inter-AS routing)

(Định tuyến liên miền) 184

4.6. CẤU TẠO CỦA THIẾT Bị ĐỊNH TUYÊN (ROUTER) 185 4.6.1. Cổng vào 186 4.6.2. Kết cấu chuyển 188 4.6.3. Cổng ra 189 4.6.4. Hàng đợ i ở router 190

4.7. IPv6 192

4.8. C ơ CHÉ DỊCH CHUYÊN ĐỊA CHỈ (NÁT) 195

Chương 5. TÀNG LIÊN KÉT DỮ LIỆU 201

5.1. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG, DỊCH v ụ CỦA TẰNG DATA LINK....201

5.1.1. Những dịch vụ của tầng liên kết dữ liệu 202

5.1.2. Bộ điều hợp 205

5.2. KỸ THUẬT PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI .....207

5.2.1. Kiểm tra tính chẵn lẻ 208

5.2.2. Phương pháp tính tổng kiểm tra 210

5.2.3. Kiểm tra dư thừa vòng (CRC) 211

5.3. GIAO THỨC ĐA TRUY CẬP VÀ MẠNG c ụ c B ộ 213

5.3.1. Giao thức phân chia kênh truyền 216

5.3.2. Giao thức truy cập ngẫu nhiên 218

5.3.3. Giao thức truy cập lần lượt 224

5.3.4. Mạng cục bộ LAN 225

5

5.4. ĐỊA CHỈ LAN VÀ ARP 227 5.4.1. Địa chỉ LAN 227 5.4.2. Giao thức giải mã địa chỉ (ARP) 229

5.5. ETHERNET 233 5.5.1. Những khái niệm cơ bản của Ethernet 234 5.5.2. CSMA/CD - Giao thức đa truy cập của Ethernet 238 5.5.3. Những công nghệ Ethernet 241

5.6. HUB, BRIDGE VÀ SVVITCH 245 5.6.1. Hub 245 5.6.2. Bridge 247 5.6.3. Svvitch 256

5.7. MẠNG LAN KHÔNG DÂY 259 5.7.1. Giới thiệu chung 259 5.7.2. Lớp giao thức IẼEE 802.11 261

5.7.3. Một số vấn đề hay gặp đối với mạng không dây 264

5.8. ppp - GIAO THỨC DIÊM NỐI ĐIỂM 266 5.8.1. Khuôn dạng gói dữ liệu (Frame PPP) 268 5.8.2. Giao thức điều khiển đường truyền p p p (LCP)

và kiểm soát mạng 271

TẢI LIỆU THAM KHẢO 274

6

C h ư ơ n g 1

G I Ớ I T H I Ệ U C H U N G •

1 . 1 . M Ạ N G T R U Y Ề N T H Ô N G V À C Ô N G N G H Ệ M Ạ N G • • •

1 . 1 . 1 . G i ớ i t h i ệ u c h u n g

Truyền thông mảy tính (computer communications) là q u á t r ình t ruyền

dữ l i ệ u từ th iế t bị này sang th iế t bị khác . Trước đây , n g ư ờ i ta t hường h i ể u

thiết bị là m á y t ính , n h ư n g n g à y nay th iế t bị (end system, device) k h ô n g chi

đơn thuôn là m á y t ính m à bao g ô m nh iêu chủng l o ạ i thiêt bị k h á c , ví d ụ :

điện thoại d i động, m á y t ính P A M , . . . (H ình 1.1). s ố lượng các k i ể u th iế t bị

có khả n à n g lây t h ô n g t i n t ừ Internet n g à y c à n g t ăng . M ộ t t ừ p h ô b iên c ó

nghĩa t ư ơ n g t ự n h ư v ậ y là truyền dữ liệu. M ặ c d ù hai c ụ m từ n à y có t h ể sử

dụng thay thê cho nhau, m ộ t sô n g ư ờ i coi thuật ngữ dữ liệu (data) chỉ bao

gồm những sự k i ệ n đ ơ n g iản v à thô ( chưa được x ử lý) , sử dụng thuật n g ữ

thông tin ( informat ion) đ ể chỉ v iệc tổ chức những sự k i ệ n n à y t h à n h dạng

thông t in có nghĩa đ ố i v ớ i con n g ư ờ i .

Hình 1.1. Các thiết bị có khả năng kết nối Internet

7

K h á i n i ệ m mạng (nétvvorking) chỉ khá i n i ệ m k ế t n ố i c á c t h i ế t bị l ạ i vớ i

nhau, nhằm mục đ í ch chia sẻ t h ô n g t i n . K h á i n i ệ m mạng' l iên quan đ ế n nhiều

v ấ n đề , bao g ồ m :

Giao t h ứ c t r u y ề n t h ô n g (protocol): M ô tả những n g u y ê n tắc m à

tấ t cả c á c thành phần mạng cần t uân t h ủ để c ó t h ể trao đ ổ i được

v ớ i nhau.

"* T o p o ( m ô h ì n h g h é p n ố i m ạ n g / h ì n h t r ạ n g m ạ n g ) : M ô t ả cách

thức n ố i c á c t h iế t bị v ớ i nhau.

* • Đ ị a ch ỉ : M ô tả cách thức đ ịnh v ị m ộ t đ ố i t ượng t rên mạng .

Đ ị n h t u y ế n (routing): M ô tả cách thức d ữ l i ệ u t r u y ề n t ừ t h iế t bị

này sang th iế t bị k h á c t rên mạng.

T í n h t i n cậy (rel iabi l i ty) : G i ả i quyết t ính t oàn v ẹ n của d ữ l i ệ u , đ ả m

bảo d ữ l i ệ u nhận được ch ính x á c n h ư d ữ l i ệ u gử i đi.

•** K h ả n ă n g l iên t á c (interoperability): Chỉ mức đ ộ các sản phẩm • X * ỉ ĩ ' *

p h â n m è m v à p h â n cứng của các h ã n g sản xuấ t k h á c nhau c ó thê l à m v iệc c ù n g nhau.

«" A n n i n h (security): Đ ả m bảo an toàn , hoặc bảo v ệ tấ t cả c á c thành

phần của mạng.

« • C h u ẩ n (standard): Th iế t l ập các quy tắc v à luậ t l ệ cụ t h ể cần phải

tuân theo.

T r ê n thực tể , khá i n i ệ m mạng xuấ t h i ệ n v ớ i nh i ều k i ể u ứng dụng khác

nhau. V í dụ , trong c ô n g nghiệp g i ả i tr í , các c ô n g ty t r u y ề n thanh, t ruyền

hình, . . . đ ê u có những mạng độc lập r i êng của m ì n h , v ớ i n h i ề u t r ạ m phát .

T h ô n g qua những mạng này , các c h ư ơ n g t r ình t i n tức, t h ể thao, đ i ệ n ảnh

ph im truyện, . . . được d ù n g chung giữa các t r ạ m phá t . M ạ n g t r u y ề n t h ô n g ra

đ ờ i sớm nhấ t v à phổ b i ến nhất là mạng đ i ệ n thoạ i . K h i nó i đ ế n m ạ n g đ iện

thoại , n g ư ờ i ta m u ố n nhắc đ ế n h ệ thống đ i ệ n thoạ i k i ể u cũ (p la in old

telephone system - POTS), hoặc mạng đ i ệ n thoạ i chuyển m ạ c h c ô n g cộng

(PSTN - public svvitched telephone netvvork). M ạ n g P S T N m ô t ả h ệ thống

đ i ệ n thoại t ruyền thống dựa t rên t ín h i ệ u t ư ơ n g tự , được sử dụng đ ể t r uyền

t i êng nó i . M ộ t mạng t ruyền t h ô n g k h á quen thuộc n g à y nay là m ạ n g m á y

t ính Internet - là m ộ t tập hợp các mạng, hay mạng mạng.

8

1 .1 .2 . M ạ n g m á y t í n h

M ạ n g bao g ồ m n h i ề u t h à n h phần, các t h à n h phần được n ố i v ớ i nhau

theo m ộ t c á c h thức n à o đ ó v à c ù n g sử dụng chung m ộ t n g ô n ngữ:

«° C á c t h i ế t b ị đầu / cuố ỉ (end system) k ế t n ố i v ớ i nhau tạo t hành

mạng có t h ể là các m á y t ính (computer), hoặc các th iế t bị khác . * / ĩ f.

N g à y c à n g có n h i ê u l oạ i thiêt bị có k h ả n ă n g ké t nô i v à o mạng m á y t ính n h ư đ iện thoạ i d i động, P D A , t i v i , . . .

«° M ô i t r ư ờ n g t r u y ề n (media) thực h i ệ n v iệc t r uyền dẫn các t ín h i ệ u

vậ t lý. M ô i t rường t ruyền có t hể là các l o ạ i d â y dẫn (cáp) , s ó n g ( đ ố i

v ớ i các mạng k h ô n g d â y ) .

«•* Giao t h ứ c (protocol) là quy tắc quy đ ịnh c á c h thức trao đ ổ i d ữ l i ệ u

giữa các thực thể .

N ó i chung, ba khá i n i ệ m t rên đ ư a đ ế n m ộ t đ ịnh nghĩa chuẩn v ề mạng

máy t ính n h ư sau:

Mạng máy tính là tập hợp các máy tỉnh và các thiết bị phụ trợ khác sử

dụng chung một nhóm giao thức để chìa sẻ tài nguyên thông qua các

phương tiện truyền thông mạng.

à) Các thành phần mạng (thiết bị, nút, máy tính)

Theo nghĩa chung nhấ t , thuật ngữ thiết bị (device) chỉ bấ t cứ m ộ t thực

thể phần cứng n à o . Chẳng hạn, các th iế t bị đầu/cuối , m á y i n , m á y t ính , hoặc

mộ t th iế t bị phần cứng đặc b iệ t l iên quan đ ế n mạng, ví dụ : m á y chủ (server),

repeater (bộ lặp) , bridge (câu) , switch, router (bộ đ ịnh tuyên ) v à rát n h i ê u

th iế t bị đặc b iệ t k h á c . T ấ t cả các k i ể u th iế t bị này sẽ được t r ình bày ở c ác

chương sau.

Nó i chung, có nh i ều p h ư ơ n g p h á p gán cho th iế t bị mạng m ộ t đ ịnh danh

duy nhất, t hường thì t h iế t bị được ch ính h ã n g sản xuấ t gắn m ộ t số nhận dạng

duy nhất. V i ệ c n à y t ư ơ n g t ự n h ư in số seri t rên t i v i , hoặc các đ ồ d ù n g đ i ệ n

từ khác . V í dụ , m ỗ i card Ethernet được h ã n g sản xuấ t gán cho m ộ t đ ịa chỉ

duy nhất - đ ịa chỉ n à y k h ô n g t r ùng v ớ i bấ t k ỳ card Ethernet n à o khác .

K h i m ô tả các t h à n h phần mạng, cần p h â n b iệ t giữa khá i n i ệ m th iế t bị

(device) v à m á y t ính (computer). N ế u xé t ở khứa cạnh th iế t bị , m á y t ính

thường được g ọ i là host (hoặc server), hay t r ạ m l à m v iệc (vvorkstation)

9

(cũng c ò n được g ọ i là desktop hay client). Thuật ngữ n à y t h ư ờ n g d ù n g để

chỉ những hệ thống m á y t ính có cài đặ t h ệ đ i ề u h à n h r i ê n g của m ì n h (ví dụ

n h ư Windows, U N I X ) . V ì vậy , vvorkstation có t h ể là m á y t í nh c á n h â n như

m á y Apple Macintosh, hoặc bấ t cứ m á y t ính h ọ Intel n à o ( t h ư ờ n g đ ư ợ c gọi

là I B M - P C ) ; cũng có t hể là m ộ t vvorkstation đ ồ hoa (ví d ụ các vvorkstation

đồ hoa được sản xuấ t bở i Sun Microsystems, Si l icon Graphics, I B M ,

Hevvlett-Packard, Compaq Computer Corporation), m ộ t superminicomputer

như Compaq's V A X , hay một hệ thống I B M AS/400, m ộ t super -

microcomputer n h ư Compaq's Alpha ; hoặc có thể là m ộ t m á y t ính lớn

(main í ra rne) n h ư I B M ES-9000.

b) Phương tiện và các giao thức truyền thông mạng

Đ ể chia sẻ t h ô n g t i n v à sử dụng dịch v ụ t r ên mạng , c á c t h à n h phần của

mạng phả i có k h ả n ă n g t ruyền t h ô n g được v ớ i nhau. Đ e đ á p ứ n g được yêu

cầu này , n g ư ờ i ta phải xét t ớ i hai t iêu chí cụ thể của m ạ n g n h ư khả năng liên

kết (connectivity) v à ngôn ngữ (language). K h ả n ă n g l iên k ế t chỉ đường

t ruyền, hoặc kế t n ố i vật lý giữa các t h à n h phần; n g ô n n g ữ chỉ m ộ t bảng từ

vựng c ù n g các quy tắc t ruyền t h ô n g m à các t h à n h phần phả i t u â n thủ .

c) Phương tiện truyền thông (media)

M ô i t rường vậ t lý sử dụng để kế t n ố i các t h à n h phần của m ạ n g thường

được gọ i là môi trường truyền thông (medium, media). M ô i t r ư ờ n g t ruyền

t hông mạng được chia t h à n h hai l oạ i là cáp (cable) v à không dãy (vvireless).

Ví dụ , cáp t ruyền t h ô n g có thể là c á p xoắn đô i (tvvisted - pair) , c á p đồng

trục (coaxial) v à c á p sợi quang (íĩber - optic cable),... T r u y ề n t h ô n g không

dây có thể là sóng radio ( g ồ m sóng cực ngắn, hay t ruyền t h ô n g qua v ệ t inh),

bức x ạ hồng ngoại . C á c m ô i t rường t ruyền t h ô n g mạng đ ư ợ c thảo luận chi t i ế t trong C h ư ơ n g 5.

Hình 1.2. Môi trường truyền, sợi cáp quang

10

d) Giao thức (Protocols)

N g ô n n g ữ được sử dụng b ờ i các thực thể mạng, g ọ i là giao thức truyền

thông mạng. C á c b ê n t ruyền t hông "h iểu nhau" do giao thức đ ịnh nghĩa m ộ t

n g ô n n g ữ chung giữa các t h à n h phần mạng. T ừ ý nghĩa khái quá t này , có thể ị \ f

biêu giao thức t ruyên t h ô n g mạng là các thủ tục, quy t ác , hoặc các đặc tả ch ính thức đ ã được chấp nhận, nhằm xác đ ịnh h à n h v i v à n g ô n n g ữ trao đ ổ i

giữa các bên . N ó i chung, trong cuộc sống h à n g ngày , n g ư ờ i ta cũng áp dụng

những quy tắc n à o đ ó . V í dụ , k h i đ i đ ế n những nơ i đòi h ỏ i t ính trang t rọng,

m ọ i n g ư ờ i phả i t uân theo những nghi thức đặc b iệ t v ề ăn mặc. N h ư n g k h i

đến các q u á n ăn b ình dân , thì k h ô n g cần ăn mặc trang t rọng n h ư vậy . Trong

mạng v à t ruyền t h ô n g may t ính , giao thức mạng là bản đặc tả ch ính thức

quy đ ịnh cách thức "ứng x ử " của các thực thể tham gia t ruyền t hông . Ở đây , t y r \ r \

khái n i ệ m thực thê bao g ô m cả thiêt bị p h â n cứng cũng n h ư t iên t r ình p h â n mềm. Giao thức mạng cũng đ ịnh nghĩa k h u ô n dạng d ữ l i ệ u được trao đ ổ i

giữa các bên . N ó i m ộ t c á c h ngắn gọn, giao thức mạng đ ịnh nghĩa bảng từ

vựng v à các quy tắc á p dụng để t ruyền t hông d ữ l i ệ u .

K h ô n g có m ô i t rường t ruyền , k h ô n g thể trao đ ổ i t hông t i n giữa các thực

thể mạng; k h ô n g có n g ô n ngữ chung, k h ô n g thể h i ể u được nhau. Vì vậy ,

đường t ruyền cung c á p m ô i t rường đê thực h i ệ n t ruyên t hông , trong kh i đ ó ,

ngôn ngữ chung đ ả m bảo hai b ê n t ruyền t hông h i ể u được nhau. Đ i ề u này

cũng g iống n h ư cuộc nó i chuyện đ iện thoại giữa m ộ t n g ư ờ i chỉ nói được * * ĩ '

t iêng Y v ớ i m ộ t n g ư ờ i chỉ nói được t iêng Nga. N ê u k h ô n g có đ ư ờ n g đ i ệ n thoại (đường t ruyền mạng) cho cuộc nói chuyện, thì hai n g ư ờ i k h ô n g thể nói

chuyện được v ớ i nhau ( k h ô n g thể trao đ ổ i d ữ l i ệu ) ; kh i đ ã có đ ư ờ n g đ i ệ n \ ì r \

thoại ròi , hai n g ư ờ i có thê nói và nghe thây giọng nói của nhau ( t ruyên d ữ l i ệ u được thực h iện) , n h ư n g h ọ k h ô n g giao t i ếp được vó i nhau, vì k h ô n g ai

trong sô h ọ h i êu được n g ô n ngữ của n g ư ờ i k ia (họ nói chuyện b ă n g hai t h ứ

t iếng khác nhau).

Ví dụ , TCP/IP là m ộ t giao thức mạng quen thuộc - m ộ t trong những

giao thức của b ộ giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet

Protocol), TCP/IP được coi là x ư ơ n g sống của Internet. Tuy tên gọ i TCP/IP

chỉ g ồ m hai giao thức cụ thể là TCP v à IP, n h ư n g thường được sử dụng để

chỉ n h ó m g ồ m nh i ều giao thức khác ngoà i TCP v à IP. T ậ p hợp các giao thức

này được gọ i là bộ giao thức TCP/IP. C ó thể k ể đ ế n m ộ t số giao thức trong

l i