CHƯƠNG 1 1. Nêu một vài ứng dụng của mạng trong cuộc sống 2. So sánh mạng LAN, mạng MAN và mạng WAN 10 CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH MẠNG Mã chương: CCN233 - 02 Giới thiệu: Trong chương này sẽ trình bày về các lớp (tầng) của mô hình OSI và TCP/IP. Mục tiêu: Kết thúc chương này cung cấp học viên kiến thức về giao thức, nguyên tắc hoạt động của từng lớp trong mô hình OSI và TCP/IP Nội dung chính: 1.
Mô hình OSI Khái niệm giao thức (protocol): Là quy tắc giao tiếp (tiêu chuẩn giao tiếp) giữa hai hệ thống giúp chúng hiểu và trao đổi dữ liệu được với nhau. 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 lớp.
Trong mô hình OSI có bảy lớp, mỗi lớp mô tả một phần chức năng độc lập. Sự tách lớp 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 lớp làm ảnh hưởng đến các lớp khác, như vậy giúp mỗi lớp 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. 11 - 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 lớp với các chức năng sau: - Application Layer (lớp ứng dụng): giao diện giữa ứng dụng và mạng - Presentation Layer (lớp trình bày): thoả thuận khuôn dạng trao đổi dữ liệu. - Session Layer (lớp phiên): cho phép người dùng thiết lập các kết nối.
- Transport Layer (lớp vận chuyển): đảm bảo truyền thông giữa hai hệ thống. - Network Layer (lớp mạng): định hướng dữ liệu truyền trong môi trường liên mạng. - Data link Layer (lớp liên kết dữ liệu): xác định việc truy xuất đến các thiết bị. - Physical Layer (lớp vật lý): chuyển đổi dữ liệu thành các bit và truyền đi.
Mô hình OSI 1. Lớp Vật Lý (Physical Layer) 12 Tầng vật lý định nghĩa tất cả các đặc tả về điện và vật lý cho các thiết bị như : - Bố trí của các chân cắm (pin) - Các hiệu điện thế - Các đặc tả về cáp nối (cable) Các thiết bị tầng vật lý bao gồm : - Hub, bộ lặp (repeater) - Thiết bị chuyển đổi tín hiệu(Converter) - Thiết bị tiếp hợp mạng (network adapter) - Thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ Chức năng được thực hiện bởi tầng vật lý : - Chuyển đổi dữ liệu thành các bit - Truyền dòng các bit giữa các máy với nhau bằng đường truyền vật lý Yêu cầu khi thiết kế: - Nếu bên phát gửi bít 1 thì bên thu cũng phải nhận bít 1 chứ không phải bít 0 - Tầng này phải quy định rõ mức điện áp biểu diễn dữ liệu 1 và 0 là bao nhiêu von trong vòng bao nhiêu giây - Chiều truyền tin là 1 hay 2 chiều, cách thức kết nối và huỷ bỏ kết nối. Lớp Liên Kết Dữ Liệu (Data Link Layer) Tầng nối kết dữ liệu nhận các gói dữ liệu có tên là khung [frames] từ các tầng phía trên. Nhiệm vụ: - Xác định truy xuất dữ liệu:Tháo rời các khung này thành các bít để truyền đi và ngược lại.
- Phát hiện và có thể sửa chữa các lỗi trong tầng vật lý nếu có. Các bước tầng liên kết dữ liệu thực hiện: 13 - Chia nhỏ thành các khối dữ liệu frame (vài trăm bytes), ghi thêm vào đầu và cuối của các frame những nhóm bít đặc biệt để làm ranh giới giữa các frame. - Trên các đường truyền vật lý luôn có lỗi nên tầng này phải giải quyết vấn đề sửa lỗi (do bản tin bị hỏng, mất và truyền lại). - Giữ cho sự đồng bộ tốc độ giữa bên phát và bên thu.
Lớp Mạng (Network Layer) Tầng mạng cung cấp các chức năng và qui trình cho việc truyền các chuỗi dữ liệu có độ dài khác nhau, từ một nguồn tới một đích, thông qua một hoặc nhiều mạng, trong khi vẫn duy trì chất lượng dịch vụ (quality of service) mà tầng giao vận yêu cầu, chịu trách nhiệm xây dựng các tuyến đường đi tốt nhất cho dữ liệu. Nhiệm vụ: - Lập địa chỉ các thông điệp, diễn dịch địa chỉ và tên logic thành địa chỉ vật lý. - Kiểm soát, điều khiển đường truyền: Định rõ các bó tin được truyền đi theo con đường nào từ nguồn tới đích. Các con đường đó có thể là cố định đối với những mạng ít thay đổi, cũng có thể là các con đường chỉ được xác định trước khi bắt đầu cuộc nói chuyện.
Các con đường đó có thể thay đổi tuỳ theo trạng thái tải tức thời. - Quản lý lưu lượng trên mạng: chuyển đổi gói, định tuyến, kiểm soát sự tắc nghẽn dữ liệu(nếu có nhiều gói tin cùng được gửi đi trên đường truyền thì có thể xảy ra tắc nghẽn ) - Kiểm soát luồng dữ liệu và cắt hợp dữ liệu (nếu cần) 1. Lớp Vận Chuyển (Transport Layer) Lớp vận chuyển hay còn gọi là giao vận cung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại đầu cuối, nhờ đó các tầng trên không phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả. Lớp giao vận kiểm soát độ tin cậy của một kết nối được cho trước.
Một số giao thức có định hướng trạng thái và kết nối (state and connection orientated). Có nghĩa là tầng giao vận có thể theo dõi các gói tin và truyền lại các gói bị thất bại. Nhiệm vụ: - Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút (end – to – end). 14 - Thực hiện kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu từ máy → máy.
Đảm bảo gói tin truyền không phạm lỗi, theo đúng trình từ, không bị mất mát hay sao chép. - Thực hiện việc ghép kênh, phân kênh cắt hợp dữ liệu (nếu cần). Đóng gói thông điệp, chia thông điệp dài thành nhiều gói tin và gộp các gói nhỏ thành một bộ. Tầng này tạo ra một kết nối cho mỗi yêu cầu của tầng trên nó.
Khi có nhiều yêu cầu từ tầng trên với thông lượng cao thì nó có thể tạo ra nhiều kết nối và cùng một lúc có thể gửi đi nhiều bó tin trên đường truyền. Lớp Phiên (Session Layer) Tầng phiên kiểm soát kết nối: cung cấp phương tiện truyền thông giữa các ứng dụng: cho phép người sử dụng trên các máy khác nhau có thể thiết lập, duy trì, hủy bỏ và đồng bộ hoá các phiên truyền thông giữa họ với nhau. Tầng phiên làm việc thường có ít nhất 3 giai đoạn: Thiết lập tuyến liên kết: Bên yêu cầu dịch vụ sẽ yêu cầu bắt đầu 1 dịch vụ.Trong tiến trình xác lập ,phiên truyền thông được thiết lập và các quy tắc được xác lập. Chuyển giao dữ liệu: Các quy tắc được thỏa thuận trong khi xác lập, mỗi bên của phiên làm việc sẽ biết được nội dung mong đợi.
Phiên truyền thông sẽ hữu hiệu và các lỗi cũng dễ phát hiện. Ngoài việc trao đổi dữ liệu điều khiển khác quản lý cuộc làm việc.Tầng phiên làm việc cũng có thể liên kết các giao thức để bắt đầu lại các cuộc làm việc bị gián đoạn. Giải phóng tuyến kết: đây là tiến trình tự để đóng phiên truyền thông và giải phóng các tài nguyên của bên cung cấp dịch vụ. Lớp Trình bày (Presentation Layer) Quyết định dạng thức trao đổi dữ liệu giữa các máy tính mạng.
Người ta có thể gọi đây là bộ dịch mạng. - Ở bên gửi: tầng này chuyển đổi cú pháp dữ liệu từ dạng thức do tầng ứng dụng gửi xuống sang dạng thức trung gian mà ứng dụng nào cũng có thể nhận biết. - Ở bên nhận: tầng này chuyển các dạng thức trung gian thành dạng thức thích hợp cho tầng ứng dụng của máy nhận Nhiệm vụ: 15 Phiên dịch dữ liệu: Thứ tự bit, thứ tự byte, mã kí tự và cú pháp nhập tin. - Thứ tự bit: Khi số nhị phân truyền thông qua 1 mạng chúng được gửi theo từng bit một.
Máy tính truyền có thể bắt đầu từ 1 trong 2 con số(tùy thuộc vào MSD, LSD). - Thứ tự byte: Các giá trị phức hợp thường phải được biểu thị bằng nhiều byte,ta cũng xét như phần thứ tự bit. - Mã kí tự :ASCII (Hoa kỳ,8bit), UNICODE (thế giới,16bit), EBCDIC, Shift- JIS… - Cú pháp tập tin: Khi các dạng thức tập tin khác nhau giữa các máy tính đòi hỏi phải phiên dịch. Mã hóa và nén dữ liệu: nhằm làm giảm bớt số bít cần truyền.
Lớp Ứng Dụng (Application Layer) Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán. Tầng này đóng vai trò như cửa sổ dành cho hoạt động xử lý các trình ứng dụng nhằm truy nhập các dịch vụ mạng. Nó biểu diễn những dịch vụ hỗ trợ trực tiếp các ứng dụng người dùng, chẳng hạn như: phần mềm chuyển tin, truy nhập cơ sở dữ liệu và email… Tầng ứng dụng liên quan đến tiến trình cung cấp các dịch vụ trên mạng như: dịch vụ tập tin, dịch vụ in, dịch vụ cơ sở dữ liệu… Nhiệm vụ: Thông báo các dich vụ hiện có: để thông tin cho các khách về dịch vụ sẵn có,tầng địa chỉ loan báo các địa chỉ dịch vụ này với mạng.Các địa chỉ này cung cấp cơ chế cho phép các khách liên lạc với các dịch vụ. Dùng các dịch vụ: các khách có thể truy cập dịch vụ bằng 3 cách: - Ngắt lệnh gọi OS - Tác vụ từ xa - Điện toán công tác Truyền dữ liệu trong mô hình OSI 16 - Hoạt động thực thể trong mô hình OSI Trong mỗi tầng có một hoặc nhiều thực thể hoạt động.