Giáo trình Mạng Máy tính Phần 1: Tổng quan, mô hình OSI, TCP/IP, các tầng

Tài liệu học tập mạng máy tính phần 1 cung cấp kiến thức nền tảng về cấu trúc, giao thức và nguyên lý hoạt động. Bắt đầu tìm hiểu mạng máy tính.

• Trường học: Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp
• Chuyên ngành: Mạng máy tính
• Đề tài: Tài liệu Mạng Máy tính Phần 1: Kiến thức cơ bản, giao thức
• Loại tài liệu: Tài liệu học tập

Tóm tắt

I. Tổng quan về mạng máy tính và giao thức

Mạng máy tính là hệ thống kết nối các thiết bị máy tính nhằm chia sẻ tài nguyên, dữ liệu và thông tin. Sự hình thành mạng máy tính bắt nguồn từ nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa các máy tính cá nhân vào những năm 1960. Các thành phần cơ bản bao gồm thiết bị đầu cuối (máy tính, điện thoại), thiết bị kết nối (bộ định tuyến, switch) và đường truyền dữ liệu. Đường truyền vật lý xác định phương thức truyền tín hiệu, bao gồm môi trường hữu tuyến (cáp đồng, cáp quang) và vô tuyến (sóng radio, vi sóng). Kiến trúc mạng bao gồm mô hình phân tầng, giao thức và chuẩn hóa, đảm bảo tính tương thích giữa các hệ thống. Giao thức là tập hợp quy tắc điều khiển việc truyền dữ liệu, trong đó TCP/IP và OSI là hai mô hình tiêu chuẩn. Phân loại mạng dựa trên khoảng cách (LAN, MAN, WAN), topology (sao, bus, vòng) và kỹ thuật chuyển mạch (gói, mạch).

1.1. Thành phần cơ bản của mạng máy tính

Thiết bị đầu cuối bao gồm máy tính, điện thoại thông minh, máy in và máy chủ, là nguồn phát sinh hoặc tiêu thụ dữ liệu. Thiết bị kết nối như bộ định tuyến, switch và modem chịu trách nhiệm định tuyến, chuyển mạch và điều khiển luồng dữ liệu. Đường truyền vật lý gồm cáp đồng (UTP, STP), cáp quang (sợi đơn, sợi đa) và không dây (Wi-Fi, Bluetooth). Môi trường truyền dẫn xác định tốc độ, khoảng cách và độ tin cậy. Các tiêu chuẩn vật lý như Ethernet (IEEE 802.3) và Wi-Fi (IEEE 802.11) quy định đặc tả kỹ thuật cho các thiết bị. Sự tương tác giữa các thành phần này tạo nên hạ tầng mạng hoạt động hiệu quả.

1.2. Phân loại mạng máy tính theo tiêu chuẩn

Mạng LAN (Local Area Network) kết nối các thiết bị trong phạm vi nhỏ như văn phòng, trường học, có tốc độ cao và độ trễ thấp. Mạng MAN (Metropolitan Area Network) phủ sóng khu vực đô thị, kết nối nhiều LAN thông qua ISP. Mạng WAN (Wide Area Network) mở rộng phạm vi toàn cầu, sử dụng đường truyền của nhà cung cấp dịch vụ. Topology mạng bao gồm topology sao (star), bus, vòng (ring), hỗn hợp (mesh) và cây (tree), mỗi loại có ưu nhược điểm riêng. Kỹ thuật chuyển mạch gồm chuyển mạch gói (packet switching) và chuyển mạch mạch (circuit switching), trong đó TCP/IP sử dụng chuyển mạch gói để tối ưu hiệu suất truyền tải.

II. Phân tích vai trò tầng vật lý trong truyền dữ liệu

Tầng vật lý chịu trách nhiệm truyền các bit dữ liệu qua môi trường vật lý, bao gồm đặc tả điện, cơ, quang và thủ tục kết nối. Môi trường truyền thông gồm hữu tuyến (cáp đồng, cáp quang) và vô tuyến (sóng vô tuyến, vệ tinh). Kênh truyền hữu tuyến sử dụng cáp xoắn đôi (Cat5, Cat6) cho tốc độ 100Mbps đến 10Gbps, trong khi cáp quang cung cấp băng thông lên đến 100Gbps. Kênh truyền vô tuyến hoạt động ở dải tần 2.4GHz (Wi-Fi) và 5GHz (Wi-Fi 6), cho phép kết nối không dây linh hoạt. Truyền tín hiệu số sử dụng phương pháp điều chế như PCM (Pulse Code Modulation) để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số. Thiết bị tầng vật lý gồm repeater, hub, modem và transceiver, đảm bảo tín hiệu được khuếch đại và chuyển tiếp chính xác.

2.1. Các phương pháp truyền tín hiệu

Truyền tín hiệu tương tự sử dụng sóng liên tục, dễ bị nhiễu nhưng phù hợp với truyền dẫn dài. Truyền tín hiệu số sử dụng các xung nhị phân, có khả năng khôi phục tín hiệu tốt hơn. Điều chế xung mã (PCM) chuyển đổi tín hiệu tương tự thành chuỗi bit nhị phân thông qua ba bước: lấy mẫu, lượng tử hóa và mã hóa. Hệ thống điện thoại truyền thống sử dụng PCM cho chất lượng âm thanh rõ ràng. Truyền dẫn số yêu cầu đồng bộ hóa giữa thiết bị phát và thu để tránh mất dữ liệu. Các chuẩn như DS1 (T1) và E1 quy định tốc độ truyền dẫn 1.544Mbps và 2.048Mbps, tương ứng.

2.2. Thiết bị và chuẩn hóa tầng vật lý

Thiết bị tầng vật lý gồm repeater (khuếch đại tín hiệu), hub (kết nối nhiều thiết bị), modem (chuyển đổi giữa tín hiệu số và tương tự) và transceiver (truyền nhận tín hiệu). Chuẩn hóa đảm bảo tương thích giữa các thiết bị, như chuẩn IEEE 802.3 cho Ethernet, IEEE 802.11 cho Wi-Fi. Cáp quang sử dụng chuẩn TIA/EIA-568 cho hệ thống cáp nội bộ, trong khi cáp đồng tuân thủ chuẩn Cat5e trở lên. Môi trường truyền dẫn vô tuyến phải tuân thủ quy định của ITU-R, đảm bảo không gây nhiễu cho các hệ thống khác. Sự phát triển của 5G và Wi-Fi 6 mở rộng băng thông và giảm độ trễ cho truyền dữ liệu.

III. Giải pháp tầng liên kết dữ liệu và quản lý truy cập

Tầng liên kết dữ liệu cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu giữa các nút mạng liền kề, bao gồm phát hiện lỗi, kiểm soát luồng và quản lý truy cập. Dịch vụ tầng liên kết gồm truyền không đảm bảo (connectionless) và truyền đảm bảo (connection-oriented). Kỹ thuật phát hiện lỗi sử dụng phương pháp kiểm tra bit chẵn lẻ, checksum và CRC (Cyclic Redundancy Check). CRC là phương pháp mạnh mẽ nhất, phát hiện được hầu hết lỗi burst. Đa truy cập đường truyền gồm phương pháp chia kênh (FDM, TDM), truy cập ngẫu nhiên (CSMA/CD) và phân lựa truy cập (token ring). Giao thức truy cập ngẫu nhiên như Ethernet (CSMA/CD) phát hiện xung đột và thực hiện lại truyền. Chuyển mạch trong LAN sử dụng switch để kết nối các thiết bị, hỗ trợ VLAN (Virtual LAN) phân đoạn mạng ảo.

3.1. Giao thức truy cập đường truyền

Phương pháp chia kênh phân chia băng thông theo tần số (FDM) hoặc thời gian (TDM), phù hợp cho truyền dẫn liên tục. Truy cập ngẫu nhiên như CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) yêu cầu các thiết bị lắng nghe đường truyền trước khi truyền. Nếu xảy ra xung đột, thiết bị ngừng truyền và thực hiện lại sau thời gian ngẫu nhiên. Phương pháp phân lựa truy cập sử dụng token (thẻ truyền) để điều khiển quyền truy cập, đảm bảo không xung đột. Ethernet sử dụng CSMA/CD cho mạng có dây, trong khi Wi-Fi sử dụng CSMA/CA (Collision Avoidance) để giảm xung đột trong môi trường không dây.

3.2. Chuyển mạch LAN và VLAN

Switch lớp liên kết chuyển mạch dữ liệu dựa trên địa chỉ MAC, hoạt động ở tầng 2 của mô hình OSI. Switch hỗ trợ VLAN, cho phép phân đoạn mạng ảo theo chức năng, phòng ban hoặc ứng dụng. Liên kết ảo (Trunk) cho phép truyền tải nhiều VLAN qua một liên kết vật lý. ARP (Address Resolution Protocol) dịch địa chỉ IP sang địa chỉ MAC, trong khi RARP thực hiện ngược lại. Switch có thể cấu hình VLAN tĩnh hoặc động, nâng cao bảo mật và hiệu suất mạng. Công nghệ PoE (Power over Ethernet) cung cấp nguồn điện qua cáp Ethernet, đơn giản hóa triển khai thiết bị như camera IP.

IV. Kết luận ứng dụng giao thức trong thực tế

Giao thức mạng là nền tảng cho hoạt động của Internet, đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy giữa các thiết bị toàn cầu. Mô hình TCP/IP chia thành bốn tầng: ứng dụng, giao vận, mạng và liên kết, mỗi tầng có chức năng chuyên biệt. Tầng ứng dụng cung cấp dịch vụ như HTTP, FTP, DNS, trong khi tầng giao vận đảm bảo truyền dữ liệu không lỗi qua giao thức TCP (hướng kết nối) và UDP (không kết nối). Tầng mạng định tuyến dữ liệu bằng giao thức IP, hỗ trợ IPv4 và IPv6. Tầng liên kết quản lý truyền dữ liệu cục bộ. Ứng dụng giao thức bao gồm quản trị mạng, giám sát lưu lượng, phát hiện lỗi và tối ưu hiệu suất. Sự tiến hóa của giao thức như QUIC (HTTP/3) giảm độ trễ, trong khi SDN (Software Defined Networking) tách biệt lớp điều khiển khỏi lớp dữ liệu, tăng tính linh hoạt.

4.1. Tầm quan trọng của mô hình OSI và TCP IP

Mô hình OSI gồm bảy tầng, cung cấp khung lý thuyết cho phát triển giao thức, trong khi TCP/IP gồm bốn tầng, tập trung vào triển khai thực tế. OSI giúp chuẩn hóa giao tiếp giữa các hệ thống, nhưng TCP/IP thống trị Internet nhờ tính đơn giản và hiệu quả. Tầng ứng dụng (OSI) tương ứng với tầng ứng dụng và tầng trình bày (TCP/IP), trong khi tầng mạng (OSI) tương ứng tầng mạng (TCP/IP). Sự khác biệt về tầng trình bày (OSI) được tích hợp vào tầng ứng dụng (TCP/IP). Các giao thức như HTTP, SMTP hoạt động ở tầng ứng dụng, trong khi TCP và UDP hoạt động ở tầng giao vận.

4.2. Xu hướng phát triển giao thức mạng

Giao thức mới như HTTP/3 sử dụng QUIC thay cho TCP, giảm độ trễ bằng cách kết hợp tầng giao vận và tầng ứng dụng. IPv6 giải quyết hạn chế của IPv4 về số địa chỉ, cung cấp 128-bit địa chỉ. SDN tách biệt lớp điều khiển (SDN controller) khỏi thiết bị mạng, cho phép quản trị tập trung. Mạng 5G kết hợp giao thức mạng tiên tiến, hỗ trợ IoT và truyền dữ liệu tốc độ cao. Blockchain ứng dụng trong quản lý mạng phi tập trung, tăng cường bảo mật. Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) hỗ trợ phát hiện lỗi và tối ưu lưu lượng mạng, nâng cao trải nghiệm người dùng.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Tài liệu học tập Mạng máy tính do Khoa Công nghệ Thông tin – Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp (trực thuộc Bộ Công Thương) biên soạn dưới dạng lưu hành nội bộ, phục vụ đào tạo học phần cơ sở ngành cho học sinh, sinh viên bậc Đại học và Cao đẳng thuộc Khối ngành Công nghệ. Học phần đóng vai trò thiết lập nền tảng lý thuyết và kỹ thuật thực hành về hệ thống truyền thông dữ liệu, là điều kiện tiên quyết trước khi người học tiếp cận các chuyên đề chuyên sâu về an toàn thông tin, hệ quản trị mạng và thiết kế hệ thống phân tán.

Mục tiêu học tập của tài liệu tập trung trang bị hệ thống tri thức từ mức độ khái niệm cấu trúc đến cơ chế vận hành chi tiết của các giao thức mạng. Sau khi hoàn thành chương trình học phần, người học có khả năng giải thích nguyên lý truyền dữ liệu qua các môi trường vật lý, phân tích cơ chế phân tầng theo mô hình OSI (Open Systems Interconnection) và TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), tính toán các thông số định tuyến, cấu hình phân đoạn mạng nội bộ và thực hiện giám sát gói tin.

Cấu trúc giáo trình gồm 7 chương (với độ dài 242 trang), được xây dựng theo cách tiếp cận phân tầng từ dưới lên (Bottom-Up) kết hợp mở rộng mạng không dây. Tài liệu đi từ tầng Vật lý, tầng Liên kết dữ liệu, tầng Mạng, tầng Giao vận cho đến tầng Ứng dụng, sau đó mở rộng sang Mạng không dây và di động. Điểm đặc thù của tài liệu là sự kết hợp chặt chẽ giữa mô tả cấu trúc giao thức chuẩn hóa quốc tế (ISO, CCITT/ITU-T, IEEE, IETF) với hệ thống bài tập trắc nghiệm và các bài thực hành phân tích lưu lượng thông qua công cụ bắt gói tin chuyên dụng Wireshark.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

          [TẦNG ỨNG DỤNG (Chương 6)]
            HTTP, FTP, SMTP/POP, DNS
          [TẦNG GIAO VẬN (Chương 5)]
               TCP / UDP, 3-Way
            [TẦNG MẠNG (Chương 4)]
             IP, ICMP, ARP, OSPF/RIP
      [TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU (Chương 3)]
           Frame, CRC, CSMA/CD, VLAN
            [TẦNG VẬT LÝ (Chương 2)]
         Cáp, Điều chế, PCM, DTE/DCE

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giảng dạy được tổ chức thành 7 chương nối tiếp theo tiến trình kỹ thuật:

• Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính: Khảo sát quá trình phát triển từ hệ thống máy tính trung tâm nối trạm đầu cuối (Terminal) qua bộ tiền xử lý và bộ tập trung đến mạng truyền tin phân tán. Phân loại mạng theo địa lý (LAN, MAN theo chuẩn DQDB IEEE 802.6, WAN, GAN); phân loại theo hình trạng topo (Bus, Star, Ring, kết hợp); phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch (kênh, thông báo, gói); phân loại theo khai thác (Peer-to-Peer, Client/Server); giới thiệu mô hình phân tầng OSI 7 lớp và TCP/IP 4 tầng cùng định hướng tích hợp dịch vụ băng rộng ISDN/B-ISDN và ATM.
• Chương 2: Tầng vật lý: Định nghĩa giao tiếp giữa DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Circuit-terminating Equipment); các chuẩn giao tiếp vật lý như V.24/RS-232-C, RS-449/422-A/423-A, X.21; môi trường truyền dẫn hữu tuyến (cáp xoắn đôi UTP/STP Cat 2 đến Cat 6, cáp đồng trục mỏng RG-58AU, đồng trục dày RG-11, cáp quang Single-mode/Multi-mode) và vô tuyến (Radio, Viba vệ tinh/mặt đất, Hồng ngoại); thiết bị phần cứng (Repeater, Passive/Active/Intelligent Hub); mạng thoại PSTN; các phương pháp điều chế số AM, FM, PM và kỹ thuật điều chế xung mã PCM trên các tuyến truyền dẫn số chuẩn T-Carrier (T1, T2, T3) dựa theo định lý lấy mẫu Nyquist.
• Chương 3: Tầng liên kết dữ liệu: Các liên kết, truy cập mạng và các LAN: Nhiệm vụ đóng khung (Framing), kiểm soát lỗi (Bit chẵn lẻ 1 chiều, 2 chiều, Checksum, mã dư thừa vòng CRC); các giao thức đa truy cập đường truyền (FDMA, Pure ALOHA, Slotted ALOHA, Token Ring, Token Bus, CSMA/CD Ethernet); cấu trúc địa chỉ MAC; cơ chế hoạt động của thiết bị chuyển mạch (LAN Switch), phân đoạn mạng và kỹ thuật mạng LAN ảo (VLAN).
• Chương 4: Tầng mạng: Nguyên lý chuyển mạch gói và mạch ảo; cấu trúc gói tin IP (IPv4, IPv6); cơ chế đánh địa chỉ IP và phân lớp; giao thức thông báo điều khiển mạng ICMP; giao thức phân giải địa chỉ ARP và phân giải địa chỉ ngược RARP; thuật toán và giao thức định tuyến gồm RIP (Distance Vector, kỹ thuật chống lặp vòng Route Poisoning, Poison Reverse, Split Horizon) và OSPF (Link State, cấu trúc phân vùng, bầu chọn Router-ID, DR/BDR, tính toán Path-cost, trao đổi cơ sở dữ liệu trạng thái đường liên kết LSDB).
• Chương 5: Tầng giao vận: Các dịch vụ ghép/phân kênh tầng giao vận; giao thức không liên kết UDP; giao thức hướng liên kết tin cậy TCP; cấu trúc tiêu đề TCP Segment; tiến trình thiết lập và giải phóng liên kết ba bước (3-way handshake); cơ chế kiểm soát lỗi và kiểm soát tắc nghẽn.
• Chương 6: Tầng ứng dụng: Các mô hình ứng dụng mạng (Client/Server, Peer-to-Peer, Hybrid); dịch vụ Web và giao thức HTTP (thông điệp yêu cầu, trả lời, bộ nhớ đệm Cache, liên kết TCP liên tục và không liên tục); giao thức truyền tệp tin FTP; hệ thống thư điện tử (SMTP, POP3, định dạng thư điện tử); dịch vụ tên miền phân cấp DNS (cơ chế phân giải đệ quy và tương tác giữa máy chủ tên miền).
• Chương 7: Mạng không dây và mạng di động: Cơ sở hạ tầng mạng cục bộ không dây (WLAN IEEE 802.11b/g, CCK, OFDM, PBCC); các mô hình Ad-hoc, BSS, ESS; thiết bị Access Point (Root mode, Bridge mode, Repeater mode) và Wireless Router; các giải pháp bảo mật (xác thực MAC, 802.1x, VPN); giới thiệu chuẩn truyền thông băng rộng WiMax và mạng thông tin di động toàn cầu GSM.

Tầng / Khái niệm	Giao thức / Chuẩn kỹ thuật tiêu biểu	Thiết bị & Kỹ thuật cốt lõi
Ứng dụng	HTTP, FTP, SMTP, POP3, DNS, DHCP	Phân giải tên miền, Client/Server, P2P
Giao vận	TCP, UDP	Bắt tay 3 bước, kiểm soát luồng và nghẽn
Mạng	IPv4, IPv6, ICMP, ARP, RARP, RIP, OSPF	Bảng định tuyến, LSDB, Router-ID, Path-cost
Liên kết dữ liệu	CSMA/CD, Token Ring, 802.1Q (VLAN), PPP	Checksum, CRC, Switch, MAC Address
Vật lý	RS-232-C, RS-449, EIA-530, X.21, PCM, T1	UTP/STP, Cáp quang, Repeater, Hub, Modem

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình định hình tư duy thiết kế hệ thống thông qua các nguyên lý nền tảng:

1. Lý thuyết phân tầng và đóng gói dữ liệu (Encapsulation): Mỗi tầng cung cấp dịch vụ cho tầng cao hơn thông qua các đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) và các hàm nguyên thủy (Request, Indication, Response, Confirm).
2. Nguyên lý truyền dẫn và xử lý tín hiệu: Giới hạn băng thông, suy hao tín hiệu (Attenuation), độ nhiễu điện từ (EMI) và tính toán tốc độ lấy mẫu theo định lý Nyquist ($f_s \ge 2f_{max}$).
3. Kỹ thuật phát hiện và xử lý lỗi: Áp dụng thuật toán kiểm tra bit chẵn lẻ hai chiều và mã đa thức CRC để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu ở mức khung tin.
4. Thuật toán định tuyến và điều khiển lưu lượng: Giải thuật định tuyến theo vector khoảng cách và định tuyến theo trạng thái đường liên kết, tối ưu hóa đường đi dựa trên số bước nhảy (Hop count) hoặc chi phí đường truyền (Path-cost).

Kỹ năng phát triển

Tài liệu hướng đến việc hình thành các năng lực kỹ thuật:

• Kỹ năng phân tích gói tin: Sử dụng phần mềm phân tích giao thức (Wireshark) để giải mã các trường thông tin trong tiêu đề gói tin ICMP, IP, TCP, UDP, DNS, HTTP và DHCP.
• Kỹ năng tính toán và phân bổ địa chỉ: Thiết lập không gian địa chỉ IPv4/IPv6, ánh xạ địa chỉ IP và địa chỉ vật lý MAC bằng ARP/RARP.
• Kỹ năng phát hiện và khắc phục sự cố mạng: Xác định nguyên nhân xung đột địa chỉ, lỗi suy hao trên cáp truyền, vòng lặp định tuyến (Routing Loop) và thiết lập các biện pháp chống lặp trên router.
• Kỹ năng thiết kế phân đoạn mạng: Lựa chọn cấu trúc liên kết mạng (Topology), môi trường truyền dẫn thích hợp, cấu hình chia mạng LAN ảo (VLAN) và thiết lập mạng không dây WLAN.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình triển khai phương pháp kết hợp giữa tiếp cận lý thuyết giải thích cơ chế (Mechanistic Approach) và thực hành quan sát trực tiếp dòng dữ liệu:

• Kết cấu bài giảng lý thuyết: Đi kèm mỗi nội dung lý thuyết là các sơ đồ minh họa quy trình (Sequence Diagrams) mô tả tương tác giữa các trạm phát - trạm nhận (như quá trình thiết lập liên kết TCP 3 bước, quá trình bắt tay tín hiệu DTE-DCE qua các cổng giao tiếp cơ điện).
• Hệ thống câu hỏi và bài tập ứng dụng: Cuối mỗi chương đều có phần tóm tắt nội dung cốt lõi và hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan nhằm kiểm tra mức độ nắm bắt khái niệm (ví dụ: xác định cấu trúc topo mạng chia sẻ môi trường truyền, nhận diện đầu nối cáp UTP, khoảng cách truyền tối đa của cáp xoắn đôi và cáp đồng trục).
• Hệ thống phòng thực hành mô phỏng (Wireshark Labs): Tích hợp trực tiếp các bài lab vào chương trình học, bao gồm:
  1. Wireshark Lab : ICMP – Khảo sát bản tin Ping, Echo Request/Reply.
  2. Wireshark Lab : IP – Quan sát phân đoạn dữ liệu và các trường nhận dạng trong IP Header.
  3. Wireshark Lab : TCP – Bắt gói tin và phân tích quá trình bắt tay 3 bước SYN, SYN-ACK, ACK, số hiệu thứ tự (Sequence Number).
  4. Wireshark Lab : UDP – Phân tích tiêu đề gói tin không hướng kết nối.
  5. Wireshark Lab : DNS / HTTP / DHCP – Phân tích các bản tin truy vấn tầng ứng dụng và quá trình cấp phát địa chỉ IP động.
• Hướng dẫn tự học: Tài liệu yêu cầu người học đọc trước danh mục thuật ngữ viết tắt (IT, DTE, DCE, PDU, CSMA/CD, OSPF, VLAN...), kết hợp đối chiếu sơ đồ hình vẽ với nội dung văn bản để hiểu rõ cơ chế chuyển dịch dữ liệu qua 7 lớp OSI trước khi tiến hành thực nghiệm trên phần mềm.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tính chuẩn hóa theo các khuyến nghị quốc tế: Nội dung kế thừa và dẫn chiếu trực tiếp các tiêu chuẩn từ ISO (ISO 7498 về mô hình OSI), CCITT/ITU-T (khuyến nghị dòng V, dòng X như V.24, X.21), EIA (RS-232-C, RS-422-A, RS-423-A, RS-449), IEEE (chuẩn LAN/MAN 802.3, 802.6 DQDB, 802.11b/g).
• Trực quan hóa cấu trúc giao thức: Cung cấp đầy đủ sơ đồ trường bit của các cấu trúc dữ liệu quan trọng như khung Ethernet, gói tin IP, TCP Segment, UDP Datagram, giúp người học nắm bắt trực tiếp định dạng nhị phân trong xử lý mạng.
• Tích hợp định hướng chứng chỉ công nghiệp: Bảng thuật ngữ và nội dung chương trình liên kết với các khái niệm trong hệ thống chứng chỉ mạng quốc tế của Cisco (CCNA, CCNP) và Microsoft (MCP, MCSA, MCSE), hỗ trợ sinh viên định hình yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp.
• Khảo sát chuyển tiếp công nghệ: Trình bày tiến trình chuyển đổi từ mạng chuyển mạch tương tự sang chuyển mạch số, phân tích sự phát triển từ IPv4 sang IPv6, tích hợp mạng dịch vụ số đa phương tiện băng rộng (B-ISDN, ATM) và mạng truyền thông di động (GSM, WiMax).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

1. Sinh viên Đại học và Cao đẳng khối ngành Công nghệ: Tài liệu được thiết kế làm giáo trình chính khóa cho sinh viên năm thứ hai hoặc năm thứ ba chuyên ngành Công nghệ thông tin, Kỹ thuật phần mềm, Hệ thống thông tin, Mạng máy tính và Viễn thông.
2. Điều kiện tiên quyết: Người học cần có kiến thức cơ sở về Tin học đại cương, Kiến trúc máy tính và Hợp ngữ, Hệ điều hành và hiểu biết cơ bản về cấu trúc dữ liệu, đại số logic nhị phân.
3. Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng tài liệu làm khung đề cương chi tiết để biên soạn bài giảng, xây dựng ngân hàng câu hỏi đánh giá kết thúc học phần và thiết kế kịch bản thực hành bắt gói tin tại phòng máy.
4. Kỹ sư vận hành và quản trị hệ thống: Dùng làm tài liệu tra cứu các tham số vật lý của cáp truyền, cấu trúc mã lỗi CRC, cơ chế phân giải bảng định tuyến OSPF/RIP và cấu hình phân mạng cơ bản.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ học sinh, sinh viên bậc Cao đẳng và Đại học thuộc khối ngành Công nghệ thông tin và Công nghệ kỹ thuật, được áp dụng làm học phần nền tảng chung theo chương trình đào tạo của Nhà trường.

2. Cần trang bị kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận giáo trình?

Người học cần nắm vững các kiến thức về kiến trúc máy tính (CPU, RAM, BUS, biểu diễn số nhị phân), các khái niệm cơ bản của hệ điều hành và các phép toán logic để dễ dàng tiếp cận nguyên lý chuyển mạch và mã hóa dữ liệu.

3. Điểm khác biệt trong cách trình bày của giáo trình là gì?

Tài liệu kết hợp chặt chẽ giữa việc mô tả kiến trúc phân tầng OSI/DoD với việc phân tích chi tiết các tiêu chuẩn vật lý, kỹ thuật phần cứng (RS-232-C, PCM, T-carrier) và bổ sung các bài thực hành Wireshark Lab trực tiếp cho từng tầng mạng.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học nên kết hợp đọc lý thuyết từng chương, tự giải các câu hỏi trắc nghiệm củng cố ở cuối chương và sử dụng phần mềm Wireshark bắt các gói tin thực tế trên máy tính để đối chiếu cấu trúc header được mô tả trong sách.

5. Giáo trình có tích hợp các nội dung thực hành không?

Giáo trình có hệ thống bài tập ứng dụng liên hệ thực tế ở cuối các chương và tích hợp trực tiếp các bài thực hành Wireshark Lab (Wireshark Lab cho ICMP, IP, TCP, UDP, DNS, HTTP, DHCP).

---

Kết luận

Tài liệu học tập Mạng máy tính của Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và chuẩn mực về lý thuyết mạng truyền thông dữ liệu. Thông qua việc phân tích chuyên sâu 7 chương từ tầng vật lý đến tầng ứng dụng và mạng không dây, tài liệu định hình rõ ràng lộ trình học tập từ việc hiểu cấu trúc phần cứng, nắm vững cơ chế phân tầng đến khả năng phân tích lưu lượng giao thức mạng. Đây là tài liệu học tập cốt lõi giúp người học xây dựng nền tảng vững chắc trước khi tiến tới các môn học chuyên ngành như An toàn thông tin, Quản trị mạng và Thiết kế hệ thống mạng doanh nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TÀI LIỆU HỌC TẬP MẠNG MÁY TÍNH Đối tƣợng: HSSV trình độ Đại học, Cao đẳng Ngành đào tạo: Dùng chung cho Khối ngành Công nghệ Lƣu hành nội bộ MỤC LỤC MỤC LỤC. 1 DANH MỤC HÌNH. 6 DANH MỤC VIẾT TẮT. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH.

Sự hình thành và phát triển Mạng máy tính. Các thành phần mạng máy tính. Đƣờng truyền vật lý. Kiến trúc mạng.

Giao thức mạng. Phân loại mạng máy tính.1 Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý. Phân loại mạng theo topology. Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch.

Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI. Kiến trúc phân tầng. Các tổ chức tiêu chuẩn hóa mạng máy tính. Mô hình OSI.

Mô hình TCP/IP. Xu hƣớng phát triển Mạng máy tính. Vai trò chức năng tầng vật lý. Môi trƣờng truyền thông.

Kênh truyền hữu tuyến .2 Kênh truyền vô tuyến .3 Một số thiết bị cơ bản của lớp vật lý .3 Truyền tin tƣơng tự. Hệ thống điện thoại. Truyền tín hiệu số. Điều chế xung mã -PCM (Pulse Code Modulation).

TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU: CÁC LIÊN KẾT, TRUY CẬP MẠNG VÀ CÁC LAN .1 Giới thiệu về tầng Liên kết dữ liệu. Các dịch vụ tầng liên kết. Vị trí triển khai ở tầng liên kết. Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi.

Kiểm tra Bit chẵn lẻ. Phƣơng pháp kiểm tra (checksum). Phƣơng pháp kiểm tra theo chu kỳ (CRC). Đa liên kết truy cập và Các giao thức.

Phƣơng pháp chia kênh. Giao thức truy cập ngẫu nhiên. Phƣơng pháp phân lƣợt truy cập đƣờng truyền. Chuyển mạch trong LAN.

Địa chỉ liên kết và ARP .3 Chuyển mạch trong LAN (LAN SWITCH). Mạng LAN ảo VLAN. Liên kết ảo. Giới thiệu về Tầng mạng.

Mạch ảo và mạng gói dữ liệu. Các vấn đề về Định tuyến. Giao thức Internet: Chuyển tiếp và đánh địa chỉ trên Internet. Giao thức mạng IP (Internet Protocol).

Giao thức thông báo điều khiển mạng ICMP. Giao thức phân giải địa chỉ ARP. Giao thức phân giải địa chỉ ngƣợc RARP. Giao thức IPv6 (Internet Protocol Version Number 6).

Các thuật toán định tuyến. Định tuyến trên Internet. Giao thức định tuyến RIP. Tổng kết và bài tập ứng dụng.

Wireshark Lab : ICMP .2 Wireshark Lab : IP. TẦNG GIAO VẬN. Giới thiệu và các dịch vụ tầng Giao vận. Các giao thức chuẩn cho Tầng Vận chuyển.

Các giao thức đa truy cập. Phƣơng pháp chia kênh. Phƣơng pháp truy cập đƣờng truyền ngẫu nhiên .Phƣơng pháp phân lƣợt truy cập đƣờng truyền. Giao thức vận chuyện không liên kết: UDP.

Nguyên tắc truyền dữ liệu tin cậy. Giao thức vận chuyển hƣớng kết nối:TCP. Nguyên tắc điều khiển xung đột. Tổng kết và bài tập ứng dụng.

Wireshark Lab : TCP .Wireshark Lab : UDP. TẦNG ỨNG DỤNG. Nguyên tắc của các ứng dụng mạng. Mô hình khách/chủ.

Mô hình ngang hàng (Peer to peer). Mô hình lai (Hybrid). Web và HTTP. Các thông điệp trả lời.

Các kết nối TCP. Bộ lƣu trữ đệm. Giao thức truyền file: FTP. Giao thức FTP.

Thƣ điện tử trên Internet. Các thành phần của hệ thống email. Khuôn dạng của một email. Phân phát thƣ.

Dịch vụ phân giải tên miền –DNS. Miền phân cấp. Các server phục vụ tên. Phƣơng pháp phân tích tên.

Ứng dụng mạng ngang hang.7 Tổng kết và bài tập ứng dụng .1 Wireshark Lab : DNS .2 Wireshark Lab : HTTP .3 Wireshark Lab : DHCP. MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MẠNG DI ĐỘNG. Mạng cục bộ không dây (WLAN - Wireless LAN). Giới thiệu về WLAN.

Lịch sử hình thành và phát triển. Cơ sở hạ tầng WLAN. Các mô hình WLAN. Các giải pháp bảo mật WLAN.

Các Chuẩn không dây. Không dây dải tần rộng. Giới thiệu WiMax. Những vấn đề ở lớp Vật lý.

Những vấn đề ở lớp MAC. Hệ thống GMS. 235 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 242 -5- DANH MỤC HÌNH Hình 1.

1 Mô hình mạng tổng quát. 2 Cấu trúc mạng LAN cơ bản. 3 Cấu trúc mạng MAN. 4 Cấu trúc mạng WAN.

5 Mạng hình sao. 6 Mạng tuyến tính. 8 Mô hình chuyển mạch kênh. 9 Mô hình chuyển mạch thông báo.

10 Mô hình chuyển mạch gói. 11 Mô hình kiến trúc phân tầng. 12 Mô hình OSI. 13 Mô hình OSI và TCP/IP.

1 Môi trƣờng thực của tầng vật lý. 4 Cấu trúc cáp quang. 6 Thiết bị Repeater. 7 Bộ tập trung Hub.

8 (a) Mạng kết nối đầy đủ. (b) Công tắc tập trung. (c) Hệ thống phân cấp hai cấp. 9 Một tuyến đƣờng điển hình cho một cuộc gọi khoảng cách trung bình.

10 Bộ điều chế. 1 Sáu bƣớc nhảy liên kết giữa máy chủ và thiết bị không dây. 2 Bộ điều phối. 3 Chẵn lẻ một bit.

4 Bít chẵn lẻ hai chiều. 5 Ví dụ về FDMA. 6 Ví dụ về Slotted ALOHA. 7 Ví dụ về Pure ALOHA.

8 Thời gian cần thiết để truyền một khung. 9 Mô tả các chu kỳ hoạt động của hệ thống thăm dò phân tán. 10 Mô hình hoạt động của mạng Token Ring. 11 Nhả Token Ring.

12 Sử dụng rơle. 13 Hệ thống kết nối mạng. 14 Địa chỉ MAC. 15 Giao thức ARP.

16 Các chuẩn Ethernet 100 Mbps. 17 Phân đoạn Mạng. 18 Mô hình mạng VLAN. 1 Mạng chuyển mạch gói.

2 Cấu trúc gói tin IP. 3 Cấu trúc các lớp địa chỉ IP. 4 Minh họa quá trình tìm địa chỉ MAC bằng ARP. 5 Minh họa quá trình tìm địa chỉ IP bằng giao thức RARP.

6 Bầu chọn router – id. 7 Bầu chọn router – id. 8 Các router gửi gói tin hello. 9 Kiến trúc phân vùng trong OSPF.

10 Trao đổi LSDB với kết nối point – to – point. 12 Hoạt động trao đổi thông tin thông qua DR. 13 Đây là môi trƣờng Multi – access dù chỉ có 02 router. 14 Sơ đồ ví dụ tính path – cost.

15 Tổng path – cost là 66 hay 129. 16 Các cổng tham gia vào tiến trình tính toán path – cost với OSPF. 17 Sơ đồ ví dụ cấu hình. 19 R3 gửi cho R2 bảng định tuyến của nó.

20 Bảng định tuyến của R2. 21 R2 gửi bảng định tuyến của nó cho R1. 22 Bảng định tuyến của R1. 23 Kết quả hội tụ cuối cùng của ví dụ 1.

25 Bảng định tuyến của R3. 26 Bảng định tuyến của R2. 27 Loop trong định tuyến. 28 R2 sẽ không gửi ngƣợc thông tin nó học đƣợc từ R3 về cho R3.

29 Route poisoning và Poison reverse. 32 Sơ đồ xảy ra loop. 1 Ví dụ về FDMA. 2 Ví dụ về Slotted ALOHA.

3 Ví dụ về Pure ALOHA. 4 Thời gian cần thiết để truyền một khung. 5 Mô tả các chu kỳ hoạt động của hệ thống thăm dò phân tán. 6 Mô hình hoạt động của mạng Token Ring.

7 Nhả Token Ring. 8 Sử dụng rơle. 9 Cấu trúc gói tin UDP. 10 Cấu trúc gói tin TCP (TCP Segment).

11 Quá trình thiết lập và kết thúc liên kết TCP 3 bƣớc. 1 Trình duyệt Web Internet Explorer. 2 Truyền dữ liệu. 3 Hệ thống Email.

4 Quá trình phân giải tên trong thực tế, các số 1 đến 8chỉ ra trình tự thực hiên189 Hình 7. 1 Cấu trúc cơ bản của WLAN. 2 Thiết bị Wireless accesspoint. 3AP hoạt động ở root mode.

4 Chế độ cầu nối của AP. 5 Chế độ Repeater của AP. 6 Thiết bị Wireless Router. 8 Mô hình mạng Ad-hoc.

9 Mô hình mạng BSS chuẩn. 10 Mô hình mạng ESS. 11 Mô hình WLAN VPN. 12 Mô hình hoạt động xác thực 802.

13 Tiến trình xác thực MAC. 14 Lọc giao thức. 16 CCK và OFDM trong 802.11g; CCK – OFDM và PBCC. 17 Lƣợc đồ điều biến 802.11g và tƣơng ứng với tốc độ dữ liệu.

226 -9- DANH MỤC VIẾT TẮT Tên viết tắt Nội dung IT (Information Technology) Công nghệ về máy tính. PC (Personal Computer) Máy tính cá nhân. ICT( Information Communication Ngành công nghệ thông tin - truyền thông. Technology) CPU (Central Processing Unit) Đơn vị xử lý trung tâm trong máy tính.

OS (Operating System) Hệ điều hành máy tính. BPS (Bits Per Second) Số bít truyền trên mỗi giây. ROM (Read Only Memory) Bộ nhớ chỉ đọc, không thể ghi - xóa. RAM (Random Access Memory) Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên.

HDD (Hard Disk Drive) Ổ Đĩa cứng - là phƣơng tiện lƣu trữ chính. Modem (Modulator/Demodulator) Điều chế và giải điều chế - chuyển đổi qua lại giữa tín hiệu Digital và Analog. DAC (Digital to Analog Converted) Bộ chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu Analog. NTFS (New Technology File System) Hệ thống tập tin theo công nghệ mới - công nghệ bảo mật hơn dựa trên nền tảng là Windows NT.

FAT (File Allocation Table) Một bảng hệ thống trên đĩa để cấp phát File. SAM (Security Account Manager) Nơi quản lý và bảo mật các thông tin của tài khoản ngƣời dùng. HT (Hyper Threading) Công nghệ siêu phân luồng. S/P (Supports) Sự hỗ trợ.

PNP (Plug And Play) Cắm và chạy. IEEE (Institute of Electrical and Viện kỹ thuật Điện và Điện Tử. Electronics Engineers) OSI (Open System Interconnection) Mô hình liên kết hệ thống mở - chuẩn hóa quốc tế. Wi - Fi (Wireless Fidelity) Kỹ thuật mạng không dây.

- 10 - Tên viết tắt Nội dung LAN (Local Area Network) Mạng máy tính cục bộ. WAN (Wide Area Network) Mạng máy tính diện rộng. NIC (Network Interface Card) Card giao tiếp mạng. UTP (Unshielded Twisted Pair) Cáp xoắn đôi - dùng để kết nối mạng thông qua đầu nối RJ45.

STP (Shielded Twisted Pair) Cáp xoắn đôi có vỏ bọc. BNC (British Naval Connector) Đầu nối BNC dùng để nối cáp đồng trục. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Đƣờng thuê bao bất đối xứng - kết nối Line) băng thông rộng. TCP/IP (Transmission Control Giao thức điều khiển truyền/ giao thức Protocol/Internet Protocol) Internet IP (Internet Protocol) Giao thức giao tiếp mạng Internet.

DHCP (Dynamic Host Configuration Hệ thống giao thức cấu hình IP động. Protocol) DNS (Domain Name System) Hệ thống phân giải tên miền thành IP và ngƣợc lại. RIS (Remote Installation Service) Dịch vụ cài đặt từ xa thông qua LAN. ARP (Address Resolution Protocol) Giao thức chuyển đổi từ địa chỉ Logic sang địa chỉ vật lý.

ICS (Internet Connection Sharing) Chia sẻ kết nối Internet.