Đặt vấn đề Kết nối điểm-điểm giữa 2 host A B Thông số của kết nối: Băng thông (bandwith - R): lượng dữ liệu truyền tối đa trong một đơn vị thời gian (bps – bit per second) Trễ (Latency): thời gian truyền dữ liệu từ A đến B Trễ truyền tải: Kích thước dữ liệu / Băng thông Trễ truyền dẫn: Độ dài liên kết / Tốc độ tín hiệu (~2x108 m/sec) 43 43 Kết nối điểm-điểm giữa 2 host Thời gian để lan Truyền 100B từ A đến B truyền tín hiệu: 1ms A B 1Mbps, AB = 200km time=0 Thời gian truyền Thời điểm bit 1 bit = 1/106s đầu tiên tới B Thời gian truyền 100Byte packet 800 bits=800x1/106s = 1/106+1/103s Thời điểm bit cuối cùng tới B Time (800x1/106)+1/103s = 1.8ms 44 44 Kết nối giữa nhiều host Điểm-điểm giữa mọi cặp Hạn chế? 45 45 Kết nối giữa nhiều nút mạng Điểm-đa điểm: Sử dụng 1 đường truyền chung cho tất cả truyền thông “quảng bá” Hạn chế? 46 46 Kết nối giữa nhiều nút mạng Giải pháp: mạng chuyển mạch(switching network) Mỗi host kết nối với 1 thiết bị chuyển mạch Các thiết bị chuyển mạch kết nối điểm-điểm và thực hiện chuyển tiếp dữ liệu tới đích Chia sẻ tài nguyên đường truyền G D Câu hỏi: Làm thế A nào để xác định 3 được tuyến đường? 1 Trả lời: Định tuyến C 5 B 2 E F 4 47 47 2. Chuyển mạch kênh Circuit switching network: cấp phát tài nguyên đường truyền (kênh) dành riêng cho từng kết nối logic giữa 2 nút mạng 10Mb/s? A 10Mb/s? 3 10Mb/s? 10Mb/s? 1 C 5 B 2 E 4 (1) A phát yêu cầu xin thiết lập kênh (2) Các thiết bị chuyển mạch thiết lập kênh (3) A bắt đầu truyền dữ liệu (4) A truyền xong: phát yêu cầu hủy kênh 48 48 Ghép kênh/Phân kênh Ghép kênh(Multiplexing): gửi dữ liệu của nhiều kênh khác nhau trên cùng một liên kết vật lý Phân kênh(Demultiplexing): phân dữ liệu nhận được trên liên kết vật lý vào các kênh tương ứng và chuyển đến đúng đích Bộ ghép kênh Bộ phân kênh 1 liên kết N kênh DEMUX MUX 49 49 Một số kỹ thuật ghép kênh Ghép kênh theo thời Ghép kênh theo tần gian(TDM): mỗi kết nối số(FDM): mỗi kết nối sử dụng tài nguyên trong sử dụng một băng tần khe thời gian được phân tín hiệu riêng f t t 50 50 Giản đồ thời gian A Sw1 Sw2 B Thiết lập kênh Truyền dữ liệu Information t Hủy kênh 51 51 Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm: Kênh được thiết lập sẵn Trễ khi chuyển mạch rất thấp Tài nguyên dành riêng cho kênh và không đổi trong quá trình truyền đảm bảm chất lượng dịch vụ Nhược điểm? 52 52 Nhược điểm Sw1 Sw2 Thiết lập kênh Truyền Transfer dữ liệu Information t Hủy kênh 53 53 Nhược điểm Sw1 Sw2 Thiết lập kênh Truyền dữ liệu Information Hủy kênh t 54 54 Nhược điểm A 3 1 5 B 2 4 Bắt đầu lại quá trình nếu lỗi trên thiết bị chuyển mạch khi truyền 55 55 2. Chuyển mạch gói Packet switching network Dữ liệu được chia thành các gói tin (packet) Phần tiêu đề (header): địa chỉ, số thứ tự Phần dữ liệu (payload) Thiết bị chuyển mạch chuyển tiếp gói tin dựa trên tiêu đề Data Header payload 01000111100010101001110100011001 header 56 56 Chuyển tiếp gói tin NEU tới FTU switch#4 switch#2 switch#1 Forwarding Table 111010010 FTU Destination Next Hop NEU 4 HUST NUCE 5 FTU 2 HUBT 3 NUCE switch#5 tới HUBT switch#3 57 57 Chuyển mạch gói Mỗi gói tin có thể được xử lý độc lập Các gói tin có thể tới đích theo các đường khác nhau, không còn đúng thứ tự Tài nguyên dùng chung cho tất cả các kết nối Nếu còn tài nguyên, bất kỳ nút nào cũng có thể sử dụng 58 58 Giản đồ thời gian Thiết bị chuyển mạch A Sw B sẽ chuyển tiếp khi payl h nhận được toàn bộ d oad r gói tin (store and forward) Thiết bị chuyển mạch cần thời gian để xử lý gói tin (dproc): dproc Kiểm tra lỗi trên gói tin Quyết định gói tin gửi đến đâu Thường rất nhỏ so với t trễ truyền tin 59 59 Chuyển mạch gói vs Chuyển mạch kênh Ví dụ: Băng thông đi 10 Mb/s Mỗi kết nối của người dùng N tới: users • Được cấp phát 1 Mb/s 10 Mbps • Thời gian sử dụng để truyền dữ liệu: 10% tổng thời gian Mạng chuyển mạch kênh: Tối đa 10 người dùng đồng thời xin cấp phát • Phân phối nhị thức: Mạng chuyển mạch gói: P(x = k) = Cnk pk (1-p)n-k Giả sử có 30 người dùng sử dụng chung • Nếu số người dùng tăng Xác suất để >10 người dùng lên? đồng thời truyền dữ liệu là bao nhiêu? (~0.0001) 60 60 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 1 Mbps 61 61 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 1 1 62 62 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 2 2 1 1 63 63 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 2 2 1 1 64 64 Hàng đợi Hàng đợi (FIFO) 65 65 Mất gói tin Kích thước hàng đợi có hạn Gói tin tới khi hàng đợi đã đầy sẽ bị mất 66 66 Các thông số cơ bản Băng thông ≡ Tốc độ truyền tin ≡ Dung lượng Thông lượng MTU(Maximum Transmission Unit): kích thước lớn nhất của gói tin Độ trễ Trễ trên thiết bị đầu cuối Trễ trên thiết bị trung gian Trễ truyền tin Trễ lan truyền Độ mất gói tin = Số gói bị mất/Tổng số gói truyền 67 67 Thông lượng (throughput) Thông lượng: tốc độ (bits/sec) truyền tin qua một điểm nào đó trong mạng Tức thời: thông lượng tại một thời điểm Trung bình: thông lượng tính trung bình trong một khoảng thời gian Bên gửi: gửi dữ Kênh có Kênh có liệu lên kênh khả năng truyền khả năng truyền Rs bits/sec Rc bits/sec 68 68 Thông lượng (tiếp) Rs < Rc Thông lượng trung bình là bao nhiêu? Rs bits/sec Rc bits/sec Rs > Rc Thông lượng trung bình là bao nhiêu? Rs bits/sec Rc bits/sec Nút thắt cổ chai (bottleneck) Là điểm tại đó làm giới hạn thông lượng trên đường truyền 69 69 Nút thắt cổ chai Xác định nút thắt cổ chai? 70 70 Độ trễ truyền tin A lan truyền B xử lý tại nút đợi trong hàng đợi dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dtrans: trễ truyền tin: dprop: trễ lan truyền (truyền dẫn) L: kích thước dữ liệu (bits) d: độ dài đường truyền R: băng thông (bps) s: tốc độ lan truyền tín hiệu (~2x108 dtrans = L/R m/sec) dprop = d/s 71 71 Độ trễ (tiếp) truyền tin A lan truyền B xử lý tại nút đợi trong hàng đợi dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dproc: trễ xử lý dqueue: trễ hàng đợi Kiểm tra lỗi bit Phụ thuộc vào số lượng Xác định liên kết ra dữ liệu trong hàng đợi Thường < μsec 72 72 Trễ hàng đợi Trễ trung bình trong hàng đợi R: băng thông (bps) L: kích thước gói tin (bits) a: tốc độ đến của gói tin La/R La/R ~ 0: trễ hàng đợi nhỏ La/R ~ 0 La/R 1: trễ hàng đợi lớn La/R -> 1 La/R > 1: trễ vô cùng (mất gói tin) 73 73 Round Trip Time RTT: Trễ khứ hồi (2 chiều) = t3 – t0 A B T = t0 T = t1 B xử lý T = t2 T = t3 Trễ 1 chiều: t1 – t0 74 74 MTU Maximum Transmission Unit: Kích thước tối đa của gói tin có thể truyền trên đường truyền Ví dụ: Mạng Ethernet có MTU = 1526 byte Tại sao? Lý do 1: Giảm tỉ lệ gói tin bị lỗi bit BER = Số bit lỗi / Tổng số bit truyền thường là hằng số Ví dụ: BER = 10-3 truyền 1000 bit sẽ lỗi 1 bit Nếu gói tin kích thước L = 1000 bit xác suất gói tin có lỗi bit? Nếu L = 100 bit xác suất gói tin có lỗi bit? Lý do 2: Giảm xác suất (kích thước dữ liệu) phải truyền lại do mất gói tin Kích thước hàng đợi: N byte Nếu gói tin có kích thước L = 1000 byte: hàng đợi đã đầy gói tin bị mất truyền lại gói tin kích thước dữ liệu cần truyền lại: 1000 byte Nếu gói tin có kích thước L = 100 byte: hàng đợi đầy ? Kết luận: MTU làm giảm lượng dữ liệu phải truyền lại 75 75 Tại sao MTU không nên quá nhỏ? MTU quá nhỏ làm giảm hiệu suất truyền Giải thích: Gói tin gồm: tiêu đề (header) + phần thân (payload) Kích thước header: hằng số Hiệu suất truyền: H= = =1 − 76 76 3. Kiến trúc phân tầng Tiếp tục với chủ đề “Làm thế nào để các nút mạng trao đổi thông tin?” 77 77 Nguyên tắc “chia để trị” Xác định các nhiệm vụ cần thực hiện Tổ chức, điều phối thứ tự thực hiện các nhiệm vụ Phân định ai làm nhiệm vụ gì Ví dụ: Giám đốc công ty A gửi công văn cho Giám đốc của công ty B Giám đốc A: viết công văn và chuyển cho thư ký Thư ký: Cho thư vào bì thư và điền tên đầy đủ Giám đốc B và địa chỉ Đem đến bưu điện VNPT Bưu điện VNPT: Đóng gói bưu kiện Ghi địa chỉ bưu cục nhận Chuyển bưu kiện lên xe thư Đưa bưu kiện đến bưu cục nhận 78 78 Bức thư được gửi và nhận như thế nào? Các bộ phận đồng cấp: Phương tiện và cách thức trao đổi thông tin giống nhau Công ty A Công ty B Công văn Giám đốc Giám đốc Ngôn ngữ tự nhiên Phong thư Thư ký Thư ký Địa chỉ Bưu kiện VNPT VNPT Mã bưu cục 79 79 Trao đổi thông tin giữa các nút mạng Dữ liệu được tổ chức như thế nào? Định danh – đánh địa chỉ: Phân biệt các máy với nhau trên mạng? Tìm đường đi cho dữ liệu qua hệ thống mạng như thế nào? Làm thế nào để phát hiện lỗi dữ liệu (và sửa)? Làm thế nào để dữ liệu gửi đi không làm quá tải đường truyền, quá tải máy nhận? Làm thế nào để chuyển dữ liệu thành tín hiệu? Làm thế nào để biết dữ liệu đã tới đích?.
Tổng quan về giáo trình
Giáo trình học phần Mạng máy tính (Mã học phần: IT3080) do giảng viên Bùi Trọng Tùng (Khoa Kỹ thuật máy tính, Trường Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Bách khoa Hà Nội) biên soạn, giữ vị trí học phần cơ sở ngành bắt buộc trong khung chương trình đào tạo kỹ sư và cử nhân ngành Công nghệ thông tin và Kỹ thuật máy tính. Học phần có khối lượng học tập định mức là 3 tín chỉ theo cơ cấu 3(3-0-1-6), tương ứng với 3 giờ lý thuyết, 0 giờ bài tập, 1 giờ thực hành trên phòng thí nghiệm và 6 giờ tự học mỗi tuần.
Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho người học hệ thống tri thức toàn diện về nguyên lý truyền thông dữ liệu, cấu trúc phân cấp mạng máy tính, cơ chế định tuyến và chuyển tiếp gói tin, cũng như cách thức vận hành của các giao thức trong mô hình kiến trúc phân tầng. Kết thúc học phần, người học nắm được các phương pháp tính toán tham số hiệu năng mạng (độ trễ, thông lượng, tỉ lệ lỗi bit, dung lượng truyền tải cực đại), hiểu rõ bản chất kiến trúc mạng Internet từ mạng biên đến mạng lõi, và làm chủ các kỹ thuật phân tầng trên hai mô hình chuẩn: mô hình tham chiếu OSI 7 tầng và mô hình thực tế TCP/IP 4 tầng.
Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết hệ thống mở và các số liệu kỹ thuật thực tế, xây dựng kiến thức tuần tự từ phương tiện truyền dẫn vật lý, kỹ thuật chuyển mạch, cho đến các giao thức ứng dụng. Điểm đặc sắc của tài liệu là sự tích hợp giữa các mô hình toán học giải tích xác thực hiệu năng mạng (mô hình trễ nút mạng, phân phối nhị thức trong chuyển mạch gói) với lược sử phát triển hạ tầng kết nối quốc tế và dữ liệu phát triển Internet Việt Nam được trích xuất từ Trung tâm Internet Việt Nam (VNNIC) và DataReportal.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương/chủ đề chính
Nội dung trọng tâm trong học phần được triển khai qua hệ thống các chủ đề kỹ thuật có tính liên kết chặt chẽ:
- Tổng quan về mạng máy tính và truyền thông: Định nghĩa mạng máy tính như một tập hợp các thiết bị (máy trạm, máy chủ, thiết bị mạng) kết nối thông qua phương tiện truyền dẫn theo một kiến trúc xác định. Phân tích các môi trường truyền dẫn gồm hữu tuyến (cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang) và vô tuyến (sóng radio, vi ba, sóng hồng ngoại) cùng các tham số vật lý: dải thông/băng tần ($f_{max} - f_{min}$), tỉ lệ lỗi bit ($BER = \text{Số bit lỗi} / \text{Tổng số bit truyền}$), và độ suy hao tín hiệu.
- Hình trạng mạng và Phân loại mạng: Phân tích hình trạng vật lý (Bus, Ring, Star, Mesh) và hình trạng logic (truyền thông điểm - điểm, truyền thông điểm - đa điểm/quảng bá). Phân loại mạng theo phạm vi địa lý và số lượng người dùng: PAN (vài chục mét, công nghệ Bluetooth, NFC), LAN (vài kilomet, công nghệ Ethernet, WiFi), MAN (hàng trăm kilomet), WAN (vài nghìn kilomet) và GAN/Internet (quy mô toàn cầu, công nghệ 3G/4G/5G, GPON, WiMAX).
- Kiến trúc hạ tầng mạng Internet: Mô hình hóa Internet dưới dạng "mạng của các mạng" (Network of networks) có cấu trúc thứ bậc, giải quyết bài toán độ phức tạp kết nối $O(n^2)$ thông qua hệ thống phân cấp gồm: mạng biên (nút mạng đầu cuối/host, mạng truy nhập access network), mạng chuyển tiếp khu vực (Regional ISP), mạng toàn cầu (Global ISP) và các điểm trung chuyển Internet (IXP - Internet Exchange Point).
- Lược sử công nghệ mạng và Internet: Tiến trình phát triển từ thí nghiệm kết nối của dự án ARPA (1969 nối 4 nút IMP tại UCLA, SRI, UCSB, UTAH ở tốc độ 56 kbps), chuẩn hóa Ethernet (Xerox PARC 1976), mạng nghiên cứu NSFNET (1981), chuẩn hóa bộ giao thức TCP/IP (1980 và tích hợp vào BSD Unix), sự ra đời của World Wide Web (giao thức HTTP, ngôn ngữ HTML do Tim Berners-Lee phát triển) và các trình duyệt Mosaic, Netscape (1994). Đồng thời, tài liệu tích hợp tiến trình Internet Việt Nam từ các thử nghiệm đầu thập niên 1990, kết nối chính thức năm 1997 (1 IXP qua VNPT và 4 ISP: VNPT, Netnam, FPT, SPT), đến quy mô 68.72 triệu người dùng năm 2021 (chiếm 70.3% dân số) và số liệu tăng trưởng băng thông quốc tế đạt 13,633 Gbps năm 2019 theo VNNIC.
- Kỹ thuật chuyển tiếp dữ liệu: Chuyển mạch kênh và Chuyển mạch gói:
- Chuyển mạch kênh (Circuit switching): Cấp phát tài nguyên đường truyền riêng biệt cho từng kết nối logic qua ba giai đoạn (thiết lập kênh, truyền dữ liệu, hủy kênh) với các kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) và theo tần số (FDM).
- Chuyển mạch gói (Packet switching): Phân chia dữ liệu thành các gói tin (Packet) gồm tiêu đề (Header) và tải trọng (Payload); thiết bị chuyển mạch thực hiện chuyển tiếp dựa trên bảng chuyển tiếp (Forwarding table) theo cơ chế "lưu và chuyển tiếp" (Store and forward). Áp dụng phân phối nhị thức $P(x = k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k}$ để chứng minh hiệu quả chia sẻ tài nguyên vượt trội của chuyển mạch gói so với chuyển mạch kênh.
- Mô hình trễ, thông lượng và dung lượng truyền cực đại (MTU):
- Công thức tính độ trễ tổng thể tại một nút mạng: $$d_{nodal} = d_{proc} + d_{queue} + d_{trans} + d_{prop}$$ Trong đó $d_{proc}$ là trễ xử lý, $d_{queue}$ là trễ hàng đợi (phụ thuộc tỉ số tải lưu lượng $La/R$), $d_{trans} = L/R$ là trễ truyền tải ($L$ là kích thước gói tin, $R$ là băng thông), và $d_{prop} = d/s$ là trễ lan truyền ($d$ là chiều dài liên kết, $s \approx 2 \times 10^8 \text{ m/s}$ là tốc độ lan truyền tín hiệu).
- Đo lường trễ khứ hồi RTT (Round Trip Time).
- Định nghĩa thông lượng (Throughput) và nhận diện nút thắt cổ chai (Bottleneck).
- Xác định đơn vị truyền tải cực đại MTU (Maximum Transmission Unit, ví dụ MTU của mạng Ethernet là 1526 byte) và mối quan hệ giữa MTU với hiệu suất truyền tải của gói tin: $H = \frac{L - h}{L} = 1 - \frac{h}{L}$ (với $h$ là kích thước header cố định).
- Kiến trúc phân tầng và Mô hình tham chiếu: Nguyên lý thiết kế mô hình phân tầng theo phương pháp "chia để trị", tính độc lập giữa các tầng, điểm truy cập dịch vụ (SAP - Service Access Point) và giao diện lập trình ứng dụng (API). Cơ chế đóng gói (Encapsulation) tại bên gửi và giải đóng gói (Decapsulation) tại bên nhận thông qua các đơn vị dữ liệu giao thức (PDU). So sánh mô hình tham chiếu lý thuyết OSI 7 tầng (Physical, Data link, Network, Transport, Session, Presentation, Application) với mô hình thực tế TCP/IP 4 tầng. Phân tích kiến trúc "đồng hồ cát" (Hourglass model) với tầng mạng dùng duy nhất giao thức IP làm trung tâm liên mạng.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Giáo trình thiết lập hệ thống tri thức nền tảng dựa trên các trụ cột:
- Lý thuyết truyền thông dữ liệu: Cơ chế biến đổi dữ liệu thành tín hiệu, các yếu tố gây suy hao, biến dạng tín hiệu, mô hình xác suất lỗi bit $BER$ và nguyên lý ghép kênh phân chia tần số/thời gian.
- Nguyên lý chuyển mạch và định tuyến: Cơ chế lưu chuyển gói tin trong mạng chuyển mạch gói, cấu trúc bảng định tuyến/chuyển tiếp tại switch/router, và giải thuật quản lý hàng đợi FIFO nhằm xử lý hiện tượng nghẽn mạng và mất gói (Packet loss).
- Mô hình kiến trúc phân tầng mở: Nguyên lý thiết kế mạng mở của Cerf & Kahn (1974), tính trừu tượng hóa dịch vụ giữa các tầng đồng cấp, phân biệt truyền thông hướng liên kết (Connection-oriented) có độ tin cậy cao và truyền thông không liên kết (Connectionless / Best-effort).
Kỹ năng phát triển
Thông qua các nội dung kỹ thuật, học phần hỗ trợ người học hình thành các nhóm năng lực:
- Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Tính toán chính xác các thành phần độ trễ ($d_{proc}, d_{queue}, d_{trans}, d_{prop}$), tính trễ khứ hồi RTT, xác định thông lượng tức thời và thông lượng trung bình trên đường truyền có nút thắt cổ chai, phân tích cấu trúc đơn vị dữ liệu PDU tại từng tầng trong chồng giao thức TCP/IP.
- Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đánh giá định lượng sự khác biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong môi trường đa người dùng bằng công thức phân phối xác suất; phân tích đánh đổi (trade-off) giữa kích thước MTU với tỉ lệ lỗi bit và hiệu suất đóng gói dữ liệu.
- Năng lực thực hành (Practical competencies): Nhận diện thiết bị mạng biên và mạng lõi; khảo sát và đánh giá cấu hình hạ tầng mạng cục bộ (LAN) và mạng diện rộng (WAN); làm việc với các công nghệ tầng ứng dụng, tầng giao vận và tầng liên mạng theo chuẩn TCP/IP.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình IT3080 áp dụng phương pháp tiếp cận sư phạm kết hợp chặt chẽ giữa việc giảng giải lý thuyết nguyên lý và mô hình hóa toán học. Các khái niệm trừu tượng trong kiến trúc phân tầng được làm rõ thông qua phương pháp so sánh tương quan thực tế (ví dụ: mô hình gửi công văn hành chính giữa hai doanh nghiệp thông qua hệ thống bưu điện VNPT để minh họa quy trình đóng gói dữ liệu, phân định chức năng dịch vụ và truyền thông logic giữa các thực thể đồng cấp).
Chương trình học kết hợp các dạng bài tập định lượng và bài thực hành chuyên sâu:
- Bài tập giải tích hiệu năng mạng: Tính toán thời gian lan truyền tín hiệu và thời gian truyền tải bit trên các liên kết vật lý có khoảng cách và băng thông xác định (như bài toán truyền gói tin 100 Byte qua đường truyền 1 Mbps, khoảng cách 200 km); xác định trễ trung bình trong hàng đợi dựa trên thông số tỉ số lưu lượng $La/R$.
- Bài toán mô hình hóa xác suất: Tính toán xác suất quá tải liên kết khi có $N$ người dùng chia sẻ băng thông chung bằng công thức tổ hợp và phân phối nhị thức.
- Hệ thống bài tập thực hành (Lab): Chiếm 30% trong tổng điểm học phần, yêu cầu sinh viên thao tác trực tiếp với các thiết bị mạng, kiểm chứng hoạt động của các giao thức tầng ứng dụng (HTTP, FTP, DNS, DHCP, SMTP), tầng giao vận (TCP, UDP), và tầng mạng (IP, ICMP, ARP).
Quy chế đánh giá kết quả học tập được xác lập theo tỷ trọng minh bạch:
- Đánh giá quá trình (Trọng số 50%): Bao gồm 30% điểm đánh giá từ các bài thực hành và 20% điểm bài kiểm tra giữa kỳ.
- Đánh giá cuối kỳ (Trọng số 50%): Thực hiện bằng hình thức thi trắc nghiệm khách quan bao quát toàn bộ nội dung lý thuyết và bài tập tính toán của học phần.
- Quy định chuyên cần: Giảng viên theo dõi mức độ tham gia học tập thông qua hệ thống Google Classroom và kết quả làm bài tập trắc nghiệm định kỳ. Cơ chế tính điểm chuyên cần quy định: đạt điểm tuyệt đối toàn bộ bài trắc nghiệm được cộng 1 điểm (+1); không hoàn thành 1–2 bài giữ nguyên điểm (0); không hoàn thành 3–4 bài bị trừ 1 điểm (-1); không hoàn thành từ 5 bài trở lên bị trừ 2 điểm (-2).
Về hướng dẫn tự học, sinh viên được yêu cầu dành tối thiểu 6 giờ tự học mỗi tuần cho mỗi 3 giờ lý thuyết trên lớp. Sinh viên truy cập hệ thống tài nguyên số hóa gồm slide bài giảng, đề cương và các thông báo chuyên môn qua website chính thức của giảng viên tại địa chỉ https://users.vn/tungbt/it3080 và kênh hỗ trợ học thuật FAQ.TungBT.
Điểm nổi bật và cập nhật
Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên việc đối chiếu và chuẩn hóa từ ba tài liệu tham khảo kinh điển trong lĩnh vực mạng máy tính quốc tế:
- Computer Networking: A Top-Down Approach, 6th Edition, James F. Kurose và Keith W. Ross, Nhà xuất bản Addison-Wesley, 2012.
- TCP/IP Tutorial and Technical Overview, Lydia Parziale, David T. Britt cùng nhóm tác giả, IBM Redbooks, 2006.
- Data and Computer Communications, 8th Edition, William Stallings, Nhà xuất bản Pearson Prentice Hall, 2007.
Tài liệu cập nhật các thông số phát triển hạ tầng mạng và công nghệ số liệu quy mô lớn:
- Dữ liệu số hóa toàn cầu: Thống kê quy mô Internet với hơn 4.66 tỷ người dùng (đạt tỉ lệ 59.5% dân số toàn cầu), lưu lượng truyền tải đạt mức $N \times 10^9 \text{ TB}$ mỗi ngày, cùng sự mở rộng của kiến trúc mạng Internet vạn vật (Internet of Things - IoT).
- Số liệu hạ tầng mạng Việt Nam: Bổ sung chuỗi dữ liệu thực tế giai đoạn 2015–2021 từ Trung tâm Internet Việt Nam (VNNIC) và DataReportal. Tỉ lệ người dùng Internet tại Việt Nam ghi nhận mức tăng trưởng từ 50 triệu người năm 2017 lên 68.72 triệu người năm 2021 (chiếm 70.3% dân số). Băng thông kết nối quốc tế được cập nhật với tốc độ tăng trưởng liên tục từ 1,678 Gbps (năm 2015), 3,816 Gbps (năm 2016), 5,581 Gbps (năm 2017), 7,796 Gbps (năm 2018) lên đến 13,633 Gbps (năm 2019).
- Tính ứng dụng công nghiệp: Làm rõ kiến trúc "đồng hồ cát" (Hourglass) của TCP/IP, nêu bật ưu thế của việc sử dụng duy nhất giao thức IP tại tầng mạng giúp hệ thống tương thích với mọi công nghệ truyền dẫn bên dưới (cáp đồng, cáp quang, sóng radio, PSTN) và độc lập với các ứng dụng bên trên (Web, VoIP, Email). Đồng thời chỉ rõ thách thức thực tế của công nghiệp mạng hiện nay trong việc chuyển dịch hạ tầng từ IPv4 sang IPv6.
Đối tượng sử dụng giáo trình
Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong đào tạo đại học và nghiên cứu kỹ thuật:
- Sinh viên đại học: Dành cho sinh viên năm thứ hai hoặc năm thứ ba thuộc các chuyên ngành Công nghệ thông tin, Kỹ thuật máy tính, Khoa học máy tính, Hệ thống thông tin, Kỹ thuật truyền thông và Mạng máy tính.
- Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức về Tin học đại cương, Nhập môn lập trình (hiểu khái niệm về hàm, tham số, lời gọi hàm và giao diện lập trình ứng dụng API), cùng kiến thức Toán giải tích và Xác suất thống kê cơ bản (nắm vững các phép toán xác suất rời rạc, phân phối nhị thức để giải quyết các bài toán trễ hàng đợi và phân tích lưu lượng).
- Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Tài liệu cung cấp khung đề cương chuẩn hóa 3 tín chỉ, hệ thống hóa các chủ đề từ tổng quan, chuyển mạch đến phân tầng, hỗ trợ thiết kế bài giảng lý thuyết, xây dựng ngân hàng đề thi trắc nghiệm cuối kỳ và biên soạn các kịch bản thực hành phòng thí nghiệm.
- Tự học và tham khảo kỹ thuật: Là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư phát triển phần mềm, quản trị hệ thống và người học định hướng thi chứng chỉ mạng cần củng cố bản chất hoạt động của bộ giao thức TCP/IP, cấu trúc gói tin và giải thuật phân luồng dữ liệu.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên đại học ngành Công nghệ thông tin và Kỹ thuật máy tính thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội và các trường đại học khối kỹ thuật, đồng thời phục vụ kỹ sư phần mềm cần củng cố kiến thức nền tảng về hạ tầng mạng máy tính.
2. Cần kiến thức nền nào để học?
Người học cần nắm vững kiến thức lập trình cơ bản (cấu trúc dữ liệu, tư duy lập trình hàm và API), nguyên lý vật lý đại cương về tín hiệu/sóng vô tuyến, cùng kiến thức xác suất thống kê để thực hiện các phép tính phân phối nhị thức, tính toán tỉ lệ lỗi bit (BER) và độ trễ tại nút mạng.
3. Điểm khác biệt với giáo trình khác là gì?
Tài liệu kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết định lượng (mô hình tính toán trễ $d_{nodal}$, mô hình hàng đợi $La/R$, phân tích hiệu suất MTU $H = 1 - h/L$) với số liệu lịch sử và hạ tầng Internet Việt Nam thực tế từ VNNIC, bám sát cấu trúc phân cấp ISP/IXP và mô hình "đồng hồ cát" của kiến trúc TCP/IP.
4. Làm sao để tự học hiệu quả?
Người học cần phân bổ đủ 6 giờ tự học mỗi tuần, giải đầy đủ các bài tập tính toán định lượng về trễ và thông lượng, hoàn thành 100% bài tập trắc nghiệm trên Google Classroom để tích lũy điểm chuyên cần, và nghiên cứu song song các tài liệu tham khảo quốc tế của Kurose & Ross và William Stallings.
5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?
Học phần cung cấp hệ thống bài giảng điện tử và bài tập trên website https://users.vn/tungbt/it3080, hệ thống kiểm tra trắc nghiệm Google Classroom, bài thí nghiệm thực hành trên máy tính, cùng 3 bộ giáo trình tham khảo chuẩn quốc tế: Computer Networking: A Top-Down Approach (Kurose & Ross), TCP/IP Tutorial and Technical Overview (IBM Redbooks), và Data and Computer Communications (William Stallings).
Kết luận
Giáo trình học phần Mạng máy tính (IT3080) của Đại học Bách khoa Hà Nội xác lập một hệ thống tri thức hoàn chỉnh, trung thực và chính xác về cấu trúc hạ tầng mạng máy tính, cơ chế chuyển tiếp dữ liệu và nguyên lý phân tầng giao thức. Nội dung giáo trình dẫn dắt người học theo lộ trình khoa học từ việc hiểu rõ các tham số vật lý đường truyền, phân tích toán học hiệu năng chuyển mạch gói, đến việc làm chủ mô hình TCP/IP và kiến trúc mạng Internet hiện đại. Đi kèm với hệ thống bài tập thực hành chiếm 30% trọng số và các nguồn tài liệu quốc tế chuẩn mực, giáo trình là tài liệu học tập và tra cứu nền tảng cho sinh viên khối ngành Công nghệ thông tin và Truyền thông.