Luận Văn Thạc Sĩ: Đánh Giá Hiệu Suất Giao Thức TCP Trong Mạng Sử Dụng Đường Truyền XDSL

Luận văn thạc sĩ đánh giá hiệu suất giao thức TCP trong mạng sử dụng đường truyền xDSL, cung cấp cái nhìn sâu sắc về công nghệ thông tin.

• Tác giả: Phùng Văn Minh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đình Việt
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Đánh Giá Hiệu Suất Giao Thức TCP Trong Mạng XDSL
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET
• 1.2. SỰ RA ĐỜI CỦA MẠNG INTERNET
• 1.3. CÁC MÔ HÌNH THAM CHIẾU
• 1.4. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN
• 1.5. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG GIAO THỨC TCP
• 1.6. CÁC CƠ CHẾ CẢI THIỆN HIỆU SUẤT TCP TRONG MẠNG KHÔNG ĐỒNG NHẤT
• 1.7. CÁC CƠ CHẾ CẢI THIỆN HIỆU SUẤT TCP TRONG MẠNG CÓ ĐƯỜNG TRUYỀN KHÔNG DÂY
• 1.8. CƠ CHẾ CẢI THIỆN HIỆU SUẤT TCP TRONG MẠNG BẤT ĐỐI XỨNG
• 1.9. CÔNG NGHỆ XDSL VÀ ỨNG DỤNG TRÊN INTERNET
• 1.10. CÔNG NGHỆ ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ BẤT ĐỐI XỨNG ADSL
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ XDSL
• 2.1. MẠNG ĐIỆN THOẠI VÀ MẠNG SỐ LIỆU
• 2.2. SỰ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA HAI MẠNG
• 2.3. ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO
• 2.4. TẠI SAO PHẢI CẦN ĐẾN KỸ THUẬT DSL
• 2.5. ĐẶC ĐIỂM CỦA XDSL
• 2.6. CƠ SỞ KỸ THUẬT ADSL
• 2.6.1. KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN TRONG ADSL
• 2.6.2. ĐẶC TRƯNG LỖI CỦA ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL
• 2.6.3. ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG ADSL
• 2.6.4. CÁC KỸ THUẬT KIỂM SOÁT LỖI TRONG ADSL
• 2.7. SỬ DỤNG ĐƯỜNG THUÊ BAO SỐ TRONG MẠNG MÁY TÍNH
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT MẠNG VÀ MÔ PHỎNG MẠNG BẰNG CHƯƠNG TRÌNH NS
• 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT MẠNG
• 3.2. SƠ LƯỢC VỀ BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 (NETWORK SIMULATOR 2)
• 3.2.1. GIỚI THIỆU BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2
• 3.2.2. CẤU TRÚC PHẦN MỀM NS-2 VÀ CÁCH DÙNG NÓ TRONG MÔ PHỎNG
• 3.3. CÁCH TẠO KỊCH BẢN VỚI MẠNG CÓ ĐƯỜNG TRUYỀN BẤT ĐỐI XỨNG
• 3.4. CÁCH TẠO KỊCH BẢN MÔ PHỎNG MẠNG HỖN HỢP CÓ DÂY VÀ KHÔNG DÂY VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN BẤT ĐỐI XỨNG
• 4. CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT GIAO THỨC TCP TRÊN MẠNG CÓ ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL
• 4.1. THIẾT LẬP CẤU HÌNH MẠNG MÔ PHỎNG
• 4.1.1. MẠNG MÔ PHỎNG VỚI MÁY CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG KẾT NỐI INTERNET BẰNG ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL
• 4.1.2. MẠNG MÔ PHỎNG VỚI MÁY CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG KẾT NỐI INTERNET QUA ACCESS POINT NỐI VỚI ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL
• 4.2. CÁC MÔ HÌNH LỖI VÀ SỬ DỤNG MÔ HÌNH LỖI TRÊN ĐƯỜNG TRUYỀN
• 4.2.1. CÁC ĐẶC TRƯNG LỖI CỦA ĐƯỜNG TRUYỀN KHÔNG DÂY
• 4.2.2. MÔ HÌNH LỖI MARKOV
• 4.3. MÔ PHỎNG VỚI MẠNG MÀ MÁY CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG NỐI TRỰC TIẾP VỚI INTERNET QUA ADSL
• 4.4. MÔ PHỎNG VỚI MẠNG MÀ MÁY CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG KẾT NỐI INTERNET QUA ACCESS POINT Ở NỐI VỚI ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đánh Giá Hiệu Suất Giao Thức TCP Trong Mạng XDSL

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu suất của giao thức TCP trong môi trường mạng XDSL. Hiệu suất mạng là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng. Mạng XDSL cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu với tốc độ cao, tuy nhiên, việc tối ưu hóa giao thức truyền tải là cần thiết để đạt được hiệu suất tối ưu. Các yếu tố như tốc độ truyền tải, độ trễ, và tính ổn định của mạng sẽ được phân tích để đưa ra những nhận định chính xác về hiệu suất của giao thức TCP.

1.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất

Hiệu suất của giao thức TCP trong mạng XDSL chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Đầu tiên, tốc độ truyền tải là yếu tố quyết định, ảnh hưởng đến khả năng truyền tải dữ liệu. Thứ hai, độ trễ trong quá trình truyền tải cũng có tác động lớn đến trải nghiệm người dùng. Cuối cùng, tính ổn định của kết nối là yếu tố không thể thiếu, đảm bảo rằng dữ liệu được truyền tải một cách liên tục và không bị gián đoạn. Việc phân tích các yếu tố này sẽ giúp xác định được những điểm mạnh và điểm yếu của giao thức TCP trong môi trường XDSL.

1.2. Phương Pháp Đánh Giá Hiệu Suất

Để đánh giá hiệu suất của giao thức TCP, nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng mạng thông qua bộ mô phỏng NS-2. Phương pháp này cho phép tạo ra các kịch bản khác nhau để kiểm tra hiệu suất truyền tải trong các điều kiện khác nhau. Các thông số như băng thông, độ trễ, và tình trạng tắc nghẽn sẽ được điều chỉnh để xem xét ảnh hưởng đến hiệu suất giao thức. Kết quả từ mô phỏng sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách mà giao thức TCP hoạt động trong môi trường XDSL.

1.3. Kết Quả và Phân Tích

Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng giao thức TCP có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường XDSL nếu được tối ưu hóa đúng cách. Các thông số như tốc độ truyền tải và độ trễ có thể được cải thiện thông qua các cơ chế điều khiển tắc nghẽn và điều khiển lưu lượng. Việc áp dụng các kỹ thuật như tối ưu hóa giao thức và quản lý băng thông có thể giúp nâng cao hiệu suất mạng. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng thực tiễn trong việc phát triển và cải thiện các dịch vụ mạng hiện tại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh thế kỷ 21, công nghệ thông tin và viễn thông phát triển mạnh mẽ, mạng Internet trở thành hạ tầng quan trọng cho giao tiếp toàn cầu. Giao thức TCP/IP giữ vai trò trung tâm trong việc đảm bảo truyền tải dữ liệu tin cậy trên mạng Internet. Tuy nhiên, với sự gia tăng nhanh chóng của các dịch vụ Internet, yêu cầu về băng thông và chất lượng kết nối ngày càng cao, đặc biệt trong các mạng sử dụng đường truyền xDSL như ADSL. Công nghệ xDSL đã trở thành giải pháp phổ biến để cung cấp dịch vụ băng thông rộng với chi phí hợp lý, tận dụng hạ tầng mạng điện thoại hiện có.

Luận văn tập trung đánh giá hiệu suất giao thức TCP trên mạng sử dụng đường truyền xDSL, đặc biệt là ADSL, nhằm phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tải và đề xuất các giải pháp cải thiện. Nghiên cứu được thực hiện thông qua mô phỏng mạng bằng bộ công cụ NS-2, với các kịch bản mô phỏng mạng LAN và WLAN kết nối Internet qua ADSL. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các đặc điểm kỹ thuật của đường truyền xDSL, cơ chế điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong TCP, cũng như các mô hình lỗi đặc trưng của đường truyền bất đối xứng.

Việc đánh giá hiệu suất TCP trên mạng xDSL có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ Internet, đặc biệt tại Việt Nam, nơi công nghệ thuê bao số đang được triển khai rộng rãi cả ở thành thị và nông thôn. Kết quả nghiên cứu góp phần hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ và nhà phát triển mạng trong việc tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu, giảm thiểu tắc nghẽn và cải thiện trải nghiệm người dùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai mô hình tham chiếu mạng chính là mô hình OSI và mô hình TCP/IP. Mô hình OSI gồm 7 tầng từ vật lý đến ứng dụng, trong đó tầng giao vận (Transport Layer) chịu trách nhiệm truyền dữ liệu tin cậy và điều khiển lưu lượng. Mô hình TCP/IP gồm 4 tầng, trong đó tầng giao vận bao gồm giao thức TCP và UDP, với TCP là giao thức hướng kết nối, đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và điều khiển tắc nghẽn.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm:

• Điều khiển lưu lượng (Flow Control): Quản lý lượng dữ liệu gửi đi để tránh tràn bộ đệm bên nhận.
• Điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control): Giữ cho mạng không bị quá tải, tránh hiện tượng mất gói và giảm thông lượng.
• Cửa sổ tắc nghẽn (Congestion Window): Tham số động điều chỉnh lượng dữ liệu TCP được phép gửi.
• Mô hình lỗi Markov: Mô hình hai trạng thái dùng để mô phỏng lỗi trên đường truyền không dây trong mạng hỗn hợp.
• Cơ chế cải thiện hiệu suất TCP trên mạng bất đối xứng: Bao gồm lọc biên nhận (ACK Filtering), điều khiển tắc nghẽn dòng ACK (ACK Congestion Control), thích nghi với biên nhận (Sender Adaptation) và tái tạo biên nhận (ACK Reconstruction).

Ngoài ra, luận văn trình bày chi tiết về công nghệ xDSL, đặc biệt là ADSL, với các kỹ thuật điều chế, kiểm soát lỗi và ứng dụng thực tế trong mạng Internet.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng mạng với bộ công cụ NS-2 (Network Simulator 2), một phần mềm phổ biến trong nghiên cứu mạng máy tính. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm các kịch bản mạng LAN và WLAN kết nối Internet qua đường truyền ADSL bất đối xứng.

Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng theo kịch bản thực tế, sử dụng mô hình lỗi Markov để tái hiện đặc điểm lỗi trên đường truyền không dây. Các thông số hiệu suất được đo gồm thông lượng chuẩn hóa, thời gian trễ trung bình và jitter trung bình.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian mô phỏng đủ để thu thập dữ liệu ổn định, đảm bảo tính đại diện cho các điều kiện mạng khác nhau. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng cách so sánh các chỉ số hiệu suất giữa các mô hình mạng và các cơ chế điều khiển lưu lượng khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của đường truyền bất đối xứng đến hiệu suất TCP:
   Thông lượng TCP giảm đáng kể khi băng thông kênh gửi lớn hơn nhiều so với kênh nhận (ACK). Ví dụ, trong mô phỏng mạng LAN qua ADSL, thông lượng chuẩn hóa giảm khoảng 30% so với mạng đối xứng. Nguyên nhân chính là do các gói ACK bị trì hoãn hoặc mất mát tại kênh có băng thông thấp, làm tăng thời gian chờ và kích hoạt phát lại không cần thiết.

2. Hiệu quả của cơ chế lọc biên nhận (ACK Filtering):
   Việc áp dụng lọc biên nhận tại các bộ định tuyến đầu vào kênh ACK giúp giảm tải cho hàng đợi, giảm độ trễ trung bình khoảng 20% và jitter trung bình khoảng 15% so với mô hình không sử dụng lọc. Điều này làm giảm khả năng mất gói ACK và cải thiện thông lượng TCP lên đến 25%.

3. Tác động của điều khiển tắc nghẽn dòng ACK (ACK Congestion Control):
   Cơ chế này làm chậm việc gửi biên nhận, gom nhiều gói ACK thành một biên nhận tổng hợp, giúp giảm lưu lượng ACK trên kênh thấp băng thông. Kết quả mô phỏng cho thấy độ trễ trung bình giảm khoảng 18%, đồng thời jitter cũng được cải thiện đáng kể, giúp TCP hoạt động ổn định hơn.

4. Khả năng thích nghi của bên gửi với biên nhận ít (Sender Adaptation):
   Khi áp dụng cơ chế thích nghi, bên gửi tăng cửa sổ tắc nghẽn tương ứng với lượng dữ liệu được biên nhận tổng hợp, giúp tăng thông lượng TCP lên khoảng 20% so với trường hợp không thích nghi. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc điều chỉnh thuật toán TCP để phù hợp với đặc điểm mạng bất đối xứng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm hiệu suất TCP trên mạng xDSL bất đối xứng là do sự tắc nghẽn và mất mát gói ACK trên kênh có băng thông thấp. Các cơ chế lọc và điều khiển dòng ACK giúp giảm thiểu hiện tượng này bằng cách giảm lưu lượng ACK không cần thiết và gom các biên nhận lại, từ đó giảm độ trễ và jitter.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng phù hợp với báo cáo của ngành về ảnh hưởng của băng thông bất đối xứng đến TCP. Việc áp dụng các cơ chế cải tiến TCP như lọc biên nhận và thích nghi với biên nhận đã được chứng minh là hiệu quả trong việc nâng cao thông lượng và giảm độ trễ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thông lượng chuẩn hóa, thời gian trễ trung bình và jitter trung bình cho từng kịch bản mô phỏng, giúp minh họa rõ ràng sự cải thiện hiệu suất khi áp dụng các cơ chế điều khiển lưu lượng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai cơ chế lọc biên nhận tại các bộ định tuyến đầu vào kênh ACK:
   Giảm lưu lượng ACK không cần thiết, giảm độ trễ và jitter, nâng cao thông lượng TCP. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: Nhà cung cấp dịch vụ mạng và các nhà sản xuất thiết bị mạng.

2. Áp dụng điều khiển tắc nghẽn dòng ACK trong giao thức TCP:
   Tối ưu hóa việc gửi biên nhận, giảm tắc nghẽn trên kênh băng thông thấp. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể thực hiện: Các nhà phát triển phần mềm TCP/IP và nhà cung cấp dịch vụ Internet.

3. Phát triển thuật toán thích nghi cửa sổ tắc nghẽn cho bên gửi TCP:
   Điều chỉnh động cửa sổ tắc nghẽn dựa trên lượng biên nhận tổng hợp, tăng hiệu suất truyền tải. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng. Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu và phát triển giao thức TCP.

4. Khuyến khích sử dụng mô hình mô phỏng NS-2 trong đánh giá hiệu suất mạng:
   Hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp tối ưu cho mạng xDSL. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP):
   Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất TCP trên mạng xDSL, từ đó tối ưu cấu hình mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ cho khách hàng.

2. Nhà phát triển phần mềm và thiết bị mạng:
   Áp dụng các cơ chế cải tiến TCP và thiết kế thiết bị hỗ trợ lọc biên nhận, điều khiển tắc nghẽn dòng ACK để nâng cao hiệu suất mạng.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thông tin, viễn thông:
   Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về giao thức TCP, công nghệ xDSL và phương pháp mô phỏng mạng, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.

4. Doanh nghiệp sử dụng mạng xDSL trong hoạt động kinh doanh:
   Hiểu được các vấn đề về hiệu suất mạng, từ đó phối hợp với nhà cung cấp dịch vụ để cải thiện trải nghiệm người dùng và hiệu quả công việc.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hiệu suất TCP giảm trên mạng xDSL bất đối xứng?
   Do băng thông kênh gửi và nhận không cân bằng, các gói ACK bị trì hoãn hoặc mất mát trên kênh có băng thông thấp, dẫn đến phát lại không cần thiết và giảm thông lượng.

2. Lọc biên nhận (ACK Filtering) hoạt động như thế nào?
   Bộ lọc loại bỏ các biên nhận tích lũy cho các gói tin có số thứ tự nhỏ hơn, chỉ giữ lại biên nhận cho gói tin có số thứ tự lớn nhất trong hàng đợi, giảm lưu lượng ACK và độ trễ.

3. Điều khiển tắc nghẽn dòng ACK có lợi ích gì?
   Giúp giảm lưu lượng ACK bằng cách gom nhiều biên nhận thành một, giảm tắc nghẽn trên kênh băng thông thấp, cải thiện độ trễ và jitter, từ đó nâng cao hiệu suất TCP.

4. Phương pháp mô phỏng NS-2 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
   NS-2 cho phép mô phỏng chi tiết các kịch bản mạng với các mô hình lỗi thực tế, giúp đánh giá chính xác hiệu suất giao thức TCP trên mạng xDSL trong nhiều điều kiện khác nhau.

5. Làm thế nào để bên gửi TCP thích nghi với việc có ít biên nhận?
   Bên gửi tăng cửa sổ tắc nghẽn tương ứng với lượng dữ liệu được biên nhận tổng hợp, thay vì tăng theo từng biên nhận đơn lẻ, giúp tận dụng tối đa băng thông và nâng cao thông lượng.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá chi tiết hiệu suất giao thức TCP trên mạng sử dụng đường truyền xDSL, đặc biệt là ADSL, qua mô phỏng mạng với NS-2.
• Phát hiện chính là hiệu suất TCP giảm do băng thông bất đối xứng và tắc nghẽn dòng ACK trên kênh băng thông thấp.
• Các cơ chế lọc biên nhận, điều khiển tắc nghẽn dòng ACK và thích nghi cửa sổ tắc nghẽn được chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện thông lượng, giảm độ trễ và jitter.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và chính sách triển khai nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ Internet trên mạng xDSL.
• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng các cơ chế điều khiển lưu lượng và áp dụng trong các mạng hỗn hợp có dây và không dây để đáp ứng nhu cầu phát triển mạng trong tương lai.

Các nhà cung cấp dịch vụ và nhà phát triển thiết bị nên phối hợp triển khai các cơ chế cải tiến TCP đã đề xuất để nâng cao hiệu suất mạng xDSL, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng mô phỏng NS-2 trong các môi trường mạng phức tạp hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của mạng Internet 1.1 Sự ra đời của mạng Internet Ba thế kỷ trước mỗi thế kỷ có một công nghệ phát triển vượt trội. Thế kỷ 18 là kỷ nguyên cách mạng của các hệ thống máy móc công nghiệp. Thế kỷ 19 là thế kỷ của các dây chuyền máy móc. Trong thế kỷ 20, công nghệ then chốt là thu thập, xử lý và phân phát thông tin nhờ vào sự ra đời và phát triển của công nghiệp máy tính.

Để đáp ứng nhu cầu chia sẽ thông tin nhanh chóng bằng máy tính, công nghệ ghép nối các máy tính lại với nhau xuất hiện, gọi là mạng máy tính. Sự xuất hiện của mạng máy tính đã làm thay đổi lớn diện mạo của thế giới. Mặt dù công nghiệp máy tính vẫn còn trẻ so với các ngành công nghệp khác (như ô tô, máy bay), máy tính có sự phát triển thần kỳ trong thời gian ngắn. Trong hai thập kỷ đầu tồn tại, các hệ thống máy tính có sự tập trung cao, thường trong phòng đơn lớn.

Một công ty trung bình, một trường đại học có thể có một hoặc hai máy, trong khi các cơ quan lớn chỉ có nhiều nhất là vài tá máy tính. Sự kết hợp máy tính và truyền thông tạo ra một động lực mạnh mẽ trong cách tổ chức một hệ thống máy tính. Khái niệm "máy tính trung tâm" như một phòng với một máy tính lớn cho các người dùng sử dụng chung hiện nay đã lỗi thời. Mô hình cũ của máy tính đơn phục vụ tất cả việc tính toán cần thiết của tổ chức được thay bằng một lượng lớn các máy tính được kết nối để thực hiện công việc.

Những hệ thống này được gọi là mạng máy tính. Từ khi ra đời mạng máy tính đã phát triển mạnh mẽ, theo nhiều hướng khác nhau, với nhiều công nghệ và quy mô khác nhau. Một nhu cầu cần thiết z 16 tiếp theo là làm sao để các mạng có công nghệ và quy mô khác nhau có thể liên hệ, chia sẽ thông tin với nhau một cách dễ dàng và hiệu quả, các liên mạng ra đời từ đòi hỏi khách quan đó. Các liên mạng phát triển trên phạm vi toàn thế giới và hợp thành một liên mạng lớn, gọi là mạng Internet.

Hiện nay, mạng Internet là mạng rất hữu ích của xã hội loài người. Đáp ứng được phần lớn nhu cầu trao đổi thông tin của toàn xã hội. Internet là không phải chỉ là một mạng, nó là một tập rất lớn các mạng khác nhau sử dụng chung bộ giao thức TCP/IP và cung cấp các dịch vụ thông dụng có tính chắc chắn. Nó là một hệ thống đặc biệt, nó không được lập kế hoạch trước bởi bất kỳ ai và cũng không chịu sự điều khiển của bất kỳ ai.

Để dễ hiểu hơn về nó, chúng ta bắt đầu từ đầu và xem xét chúng phát triển như thế nào và tại sao. Qua quá trình nghiên cứu phát triển cuối những năm 60 mạng ARPANET ra đời ở đại học Berkely, bang Califonia (Mỹ). Mạng này bao gồm nhiều máy tính cỡ trung được gọi là các IMP (Interface Message Processors), chúng được nối với nhau qua các đường truyền có tốc độ 56- kbps. Để tạo được tính tin cậy cao mỗi IMP được nối tới ít nhất hai IMP khác.

Mạng này là mạng sử dụng cơ chế truyền theo gói (datagram), do đó nếu một số đường nối bị hỏng thì các thông điệp có thể tự động định tuyến lại theo đường khác. Mỗi nút của mạng bao gồm một IMP và host, thường đặt trong cùng phòng, được nối bằng cáp ngắn. Một host có thể gửi thông điệp lên đến 8063 bit tới IMP của nó, sau đó thông điệp được chia nhỏ thành các gói nhỏ hơn, mỗi gói lớn nhất là 1008 bit và chuyển chúng đến đích một cách độc lập. Mỗi gói được nhận tại bên nhận một cách đúng đắn sau khi được chuyển tiếp qua các nút trung gian.

Như vậy, mạng này là mạng điện tử đầu tiên sử dụng chuyển mạch gói theo kiểu lưu-và-chuyển tiếp (store-and-forward). z 17 Phần mềm được chia thành hai phần: cho mạng và cho các host. Phần mềm dành cho mạng được cài đặt cho đầu cuối phía IMP của kết nối host- IMP, cho giao thức IMP-IMP và cho giao thức trao đổi giữa một IMP nguồn và một IMP đích theo hướng hoàn thiện dần tính tin cậy. Phần mềm dành cho các host được cài đặt cho đầu cuối phía host của kết nối host-IMP, cho giao thức host-host và các phần mềm ứng dụng.1 là sơ đồ thiết kế của mạng ARPANET lúc mới ban đầu.1 Mạng ARPANET lúc thiết kế Trong quá trình phát triển, ARPA cho nghiên cứu sử dụng mạng vệ tinh và mạng di động sử dụng sóng radio, kết nối vào ARPANET.

Các thí nghiệm cho thấy giao thức ARPANET không thích hợp cho việc chạy trên các mạng phức hợp. Qua nhiều nghiên cứu về giao thức, năm 1974 Cerf và Kahn đã phát minh ra mô hình TCP/IP và các giao thức hoạt động trên nó. TCP/IP được thiết kế đặc biệt cho việc liên lạc thông qua liên mạng. Số lượng các mạng, các máy và người dùng nối đến ARPANET tăng trưởng rất nhanh sau khi TCP/IP trở thành giao thức chính thức vào ngày 1 tháng 1 năm 1983.

Nhiều mạng vùng khác kết nối với ARPANET, các kết nối không còn trên phạm vi nước Mỹ nữa mà nối sang Canada, Châu Âu,. Khoảng giữa những năm 1980, mọi người mới xem tập hợp các mạng này như là một liên mạng, và sau đó như là Internet. Mô hình tham chiếu TCP/IP z 18 và chồng giao thức TCP/IP trở thành "keo dán" gắn kết các mạng để trở thành liên mạng Internet. Mỗi máy tính trên Internet chạy bằng chồng giao thức TCP/IP, có một địa chỉ IP, và có thể gửi các gói IP đến tất cả các máy khác trên Internet.

Để có thể kết nối hàng triệu máy tính cá nhân vào Internet các nhà cung cấp dịch vụ Internet sử dụng modem, mỗi modem được gán một địa chỉ IP tạm thời, và gửi gói các IP đến máy các host trên Internet. Chúng được xem như các máy trên Internet khi chúng còn kết nối đến bộ định tuyến của nhà cung cấp dịch vụ. Như vậy chúng ta có thể kết nối Internet bằng các máy tính cá nhân thông qua nhà cung cấp dịch vụ Internet. Các ứng dụng truyền thống trên Internet đã được khai thác ngay từ thời kỳ đầu (trước năm 1990), gồm có bốn ứng dụng chính: 1.

Cho phép soạn, gửi và nhận các thư điện tử trong mạng, nó xuất hiện trong những ngày đầu của ARPANET và được nhiều người ưa chuộng. Các nhóm thiết kế diễn đàn đăng các thông tin công cộng và có thể trao đổi các thông điệp. Đăng nhập từ xa. Sử dụng các chương trình telnet, rlogin, ssh, người sử dụng ở bất kỳ đâu trên Internet cũng có thể đăng nhập đến các máy tính khác khi có một tài khoản.

Sử dụng chương trình FTP, người dùng có thể sao chép các tập tin từ một máy trên Internet đến máy khác. Vào đầu thập niên 90 của thế kỷ trước, Internet đã được sử dụng rộng rãi trong các trường học, các tổ chức chính quyền và trong cộng đồng các nhà nghiên cứu khoa học. Các ứng dụng mới trên Internet cũng phát triển, đặc biệt là ứng dụng WWW (World Wide Web). Sau khi ra đời, ứng dụng này làm z 19 thay đổi nhiều về khả năng ứng dụng Internet trong đời sống xã hội.

Dịch vụ WWW không làm thay đổi gì về cơ bản của mạng nhưng làm cho người dùng dễ sử dụng hơn. Nó cho phép một nơi (site) có thể đặt nhiều trang thông tin chứa văn bản, hình ảnh, âm thanh, và cả video bằng cách nhúng vào các liên kết đến các trang khác. Sự tăng trưởng nhanh chóng của dịch vụ WWW trong những năm 90 của thế kỷ trước có sự đóng góp của những công ty dịch vụ Internet - ISP (Internet Service Provider). Đây là các công ty cung cấp cho người dùng kết nối đến Internet và khả năng truy cập các dịch vụ e-mail, WWW và nhiều dịch vụ khác.

Những công ty này ký hợp đồng với hàng chục triệu người dùng mới mỗi năm, ở thời điểm những năm cuối thập niên 90 thế kỷ trước, đã làm thay đổi hoàn toàn tính chất của mạng từ phục vụ cho nghiên cứu và quân sự trở thành phục vụ lợi ích công cộng, giống như hệ thống điện thoại. Hiện nay số lượng người sử dụng Internet trên toàn thế giới là rất lớn, khoảng hàng trăm triệu người đến hàng tỷ người.2 Các mô hình tham chiếu Các mạng máy tính hiện đại được thiết kế bằng cách phân chia cấu trúc ở mức độ cao nhằm làm giảm độ phức tạp của việc thiết kế; mạng được chia thành các tầng (layer), hay còn gọi là các mức hoặc lớp, mỗi tầng xây dựng dựa trên tầng bên dưới nó. Trong các mạng khác nhau, số tầng, tên các tầng, nội dung của các tầng và chức năng của các tầng có thể khác nhau; tuy nhiên, mục đích của mỗi tầng là sử dụng các dịch vụ do các tầng bên dưới cung cấp, để cung cấp những dịch vụ nhất định cho tầng cao hơn, sao cho tầng này khi sử dụng các dịch vụ của nó, không cần phải quan tâm tới các thao tác chi tiết mà các dịch vụ phải thực hiện. z 20 Việc truyền thông trên mạng ngày càng phát triển mạnh.

Vì vậy, việc chuẩn hóa cơ chế truyền thông là nhiệm vụ cần thiết. Chính vì thế các chuẩn truyền thông mạng ra đời, chúng còn được gọi là mô hình tham chiếu, làm cơ sở chung cho các nhà thiết kế dựa vào khi thiết kế mạng. Hai mô hình tham chiếu quan trọng nhất là ISO OSI và TCP/IP sẽ được trình bày dưới đây.1 Mô hình tham chiếu ISO OSI Mô hình OSI (Open Systems Interconnection), được minh họa trên hình 1.2, dựa trên đề xuất của tổ chức chuẩn quốc tế ISO (International Standards Organization), năm 1983, là bước đầu của sự chuẩn hóa các giao thức sử dụng nhiều tầng, nó được điều chỉnh lại vào năm 1995. Mô hình này được gọi là mô hình tham chiếu ISO OSI bởi vì nó xử lý kết nối các hệ thống mở, là các hệ thống cho phép mở trong việc liên lạc với các hệ thống khác.

Thường gọi tắt là mô hình OSI.2 Mô hình tham chiếu OSI Mô hình OSI có bảy tầng. Những nguyên tắc chính được áp dụng để xây dựng bảy tầng này có thể được tổng quát như sau:  Một tầng có thể được tạo ra khi cần phải có một sự trừu tượng mới.  Mỗi tầng có thể tương ứng với một chức năng nào đó.  Chức năng của mỗi tầng có thể được chọn theo hướng các giao thức chuẩn hóa quốc tế.