Mạng Máy Tính: Tổng Quan và Các Khái Niệm Cơ Bản

Tài liệu nghiên cứu Mạng máy tính, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Người hướng dẫn: Giảng Viên: Bùi Trọng Tùng
• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính
• Đề tài: Tìm Hiểu Về Mạng Máy Tính: Khái Niệm, Phân Loại và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG
• 1.1. Cơ bản về mạng máy tính
• 1.1.1. Các khái niệm cơ bản
• 1.2. Lịch sử Internet
• 1.3. Đặt vấn đề
• 1.4. Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
• 1.5. Các thông số cơ bản
• 1.6. Kiến trúc phân tầng
• 1.7. Truyền thông trong kiến trúc phân tầng

Tóm tắt

I. Tìm Hiểu Về Mạng Máy Tính Khái Niệm Cơ Bản

Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính kết nối với nhau để trao đổi dữ liệu. Các máy tính này có thể là máy trạm, máy chủ hoặc thiết bị mạng. Kết nối giữa chúng được thực hiện thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp quang, cáp đồng hoặc sóng vô tuyến. Mạng máy tính không chỉ giúp chia sẻ tài nguyên mà còn tạo điều kiện cho việc giao tiếp giữa các thiết bị.

1.1. Khái Niệm Mạng Máy Tính

Mạng máy tính là hệ thống cho phép các máy tính kết nối và giao tiếp với nhau. Điều này giúp chia sẻ tài nguyên và thông tin một cách hiệu quả.

1.2. Các Thành Phần Của Mạng Máy Tính

Các thành phần chính của mạng máy tính bao gồm máy tính, thiết bị mạng và phương tiện truyền dẫn. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động của mạng.

II. Phân Loại Mạng Máy Tính Từ LAN Đến WAN

Mạng máy tính được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên phạm vi kết nối và số lượng người dùng. Mạng LAN (Local Area Network) phục vụ cho các khu vực nhỏ như văn phòng hoặc gia đình, trong khi mạng WAN (Wide Area Network) kết nối các khu vực rộng lớn hơn, thậm chí toàn cầu. Mỗi loại mạng có những đặc điểm và ứng dụng riêng.

2.1. Mạng LAN Đặc Điểm và Ứng Dụng

Mạng LAN thường được sử dụng trong các văn phòng hoặc trường học, cho phép kết nối nhanh chóng và chia sẻ tài nguyên giữa các thiết bị trong cùng một khu vực.

2.2. Mạng WAN Kết Nối Toàn Cầu

Mạng WAN kết nối các mạng LAN ở khoảng cách xa, cho phép giao tiếp và chia sẻ dữ liệu giữa các khu vực khác nhau trên toàn cầu.

III. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mạng Máy Tính Trong Cuộc Sống

Mạng máy tính có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày, từ việc truy cập Internet, gửi email đến các dịch vụ trực tuyến như mạng xã hội và thương mại điện tử. Các ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả công việc.

3.1. Mạng Máy Tính Trong Doanh Nghiệp

Trong doanh nghiệp, mạng máy tính giúp kết nối các phòng ban, chia sẻ tài nguyên và thông tin, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc.

3.2. Mạng Máy Tính Trong Giáo Dục

Mạng máy tính hỗ trợ việc học tập trực tuyến, cho phép sinh viên truy cập tài liệu học tập và tham gia các khóa học từ xa.

IV. Thách Thức Trong Quản Lý Mạng Máy Tính Hiện Nay

Quản lý mạng máy tính hiện nay đối mặt với nhiều thách thức như bảo mật, hiệu suất và khả năng mở rộng. Các mối đe dọa từ virus, malware và các cuộc tấn công mạng ngày càng gia tăng, yêu cầu các biện pháp bảo mật mạnh mẽ hơn.

4.1. Vấn Đề Bảo Mật Mạng

Bảo mật mạng là một trong những thách thức lớn nhất, yêu cầu các tổ chức phải đầu tư vào các giải pháp bảo mật để bảo vệ dữ liệu và thông tin.

4.2. Hiệu Suất Mạng Tối Ưu Hóa và Quản Lý

Đảm bảo hiệu suất mạng ổn định là rất quan trọng, đòi hỏi các biện pháp tối ưu hóa và quản lý tài nguyên hiệu quả.

V. Tương Lai Của Mạng Máy Tính Xu Hướng và Công Nghệ Mới

Tương lai của mạng máy tính hứa hẹn sẽ có nhiều đổi mới với sự phát triển của công nghệ như 5G, IoT và AI. Những công nghệ này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc kết nối và giao tiếp.

5.1. Công Nghệ 5G Tốc Độ và Kết Nối

Công nghệ 5G sẽ mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn, giúp cải thiện trải nghiệm người dùng và mở rộng khả năng kết nối.

5.2. Internet Vạn Vật IoT Kết Nối Mọi Thứ

IoT sẽ kết nối hàng triệu thiết bị, tạo ra một hệ sinh thái thông minh, từ nhà thông minh đến thành phố thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mạng máy tính Giảng viên: Bùi Trọng Tùng Khoa Kỹ thuật máy tính Trường Công nghệ thông tin và Truyền thông Đại học Bách khoa Hà Nội 1 1 Về môn học này  Mã HP: IT3080  Tên học phần: Mạng máy tính  Khối lượng: 3(3-0-1-6)  Đánh giá:  Quá trình (50%):  Thực hành(30%)  Kiểm tra giữa kỳ(20%)  Cuối kỳ (50%): thi trắc nghiệm  Website: https://users.vn/tungbt/it3080 2 2 Quy định điểm chuyên cần  Tham gia Google Classroom và làm bài tập trắc nghiệm  Đạt điểm tuyệt đối tất cả các bài tập trắc nghiệm: +1  Không hoàn thành 1-2 bài: 0  Không hoàn thành 3-4 bài: -1  Không hoàn thành ≥5 bài: -2 3 3 Tài liệu tham khảo [KR] Networking: a top-down approach featuring the Internet, 6th Edition, James F. Ross, Addison Wesley 2012 [PB] TCP/IP tutorial and technical overview, Lydia Parziale, David T.Britt, IBM Redbooks 2006 [WS] Data and Computer Communications, 8th Edition William Stallings, Pearson Prentice Hall 2007 4 4 Giảng viên Bùi Trọng Tùng, Trường CNTT&TT - BK HN Email : [e-mail] Địa chỉ : phòng 405 – nhà B1 – BKHN Website: https://users.vn/tungbt FB: https://www.hust Group: https://www.com/groups/FAQ.TungBT/ 5 5 Chương 1. Tổng quan về mạng máy tính và truyền thông 6 6 1. Cơ bản về mạng máy tính 7 7 1. Các khái niệm cơ bản 8 8 Mạng máy tính là gì?  Tập hợp các máy tính kết nối với nhau dựa trên một kiến trúc nào đó để có thể trao đổi dữ liệu  Máy tính: máy trạm, máy chủ, thiết bị mạng  Kết nối bằng một phương tiện truyền  Theo một kiến trúc mạng 9 9 Mô hình truyền thông Ví dụ: 10 10 Đường truyền vật lý  Là các phương tiện vật lý có khả năng truyền dẫn tín hiệu  Phân loại:  Hữu tuyến: cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang,…  Vô tuyến: sóng radio, viba, sóng hồng ngoại,…  Một số thông số đặc trưng:  Băng tần: Độ rộng tần số tín hiệu có thể truyền đi  fmin: tần số nhỏ nhất, fmax: tần số lớn nhất  Băng tần = fmax - fmin  Tỉ lệ lỗi bit khi truyền(BER – Bit Error Rate/Ratio)  Độ suy hao: mức suy giảm tín hiệu khi truyền 11 11 BER  BER = Số bit lỗi / Tổng số bit truyền  Ví dụ: với mạng Internet thì BER ~ 10-9 12 12 Kiến trúc mạng  Các nút mạng kết nối với nhau như thế nào? (Hình trạng – Topology)  Topology vật lý: hình trạng dựa trên cáp kết nối Bus Ring (Vòng) Star (Sao) Mesh (Lưới)  Topology logic: hình trạng dựa trên cách thức truyền tín hiệu: điểm-điểm, điểm-đa điểm (quảng bá)  …và trao đổi dữ liệu với nhau như thế nào? (Giao thức – Protocol) 13 13 Một vài ví dụ  Mạng Internet  Mạng nội bộ cơ quan, trường học  Mạng gia đình  Hệ thống ATM của ngân hàng  Mạng điện thoại  . 14 14 Phân loại mạng máy tính  Mạng cá nhân (PAN – Personal Area Network)  Phạm vi kết nối: vài chục mét  Số lượng người dùng: một vài người dùng  Thường phục vụ cho cá nhân  Công nghệ điển hình: Bluetooth, NFC, Transfer Jet,  Mạng cục bộ (LAN – Local Area Network):  Phạm vi kết nối: vài ki-lô-mét  Số lượng người dùng: một vài đến hàng trăm nghìn  Thường phục vụ cho cá nhân, hộ gia đình, tổ chức  Công nghệ điển hình: Ethernet, WiFi 15 15 Phân loại mạng máy tính  Mạng đô thị (MAN – Metropolitian Area Network)  Phạm vi kết nối: hàng trăm ki-lô-mét  Số lượng người dùng: hàng triệu  Phục vụ cho thành phố, khu vực  Mạng diện rộng (WAN – Wide Area Network)  Phạm vi kết nối: vài nghìn ki-lô-mét  Số lượng người dùng: hàng tỉ  GAN – Global Area Network: phạm vi toàn cầu (Ví dụ: Internet)  Công nghệ điển hình: 3G/4G/5G, Wimax, GPON 16 16 Mạng Internet PC  Nhiều chục tỉ thiết bị kết mobile network server nối wireless  4.66 tỉ người dùng(59.5%) global ISP The picture can't be display ed. The picture can't be display ed. laptop The picture can't be display ed. smartphone Đường truyền: cáp quang, The picture can't cáp đồng, 3G/4G/5G… home  Truyền tải ~Nx109 TB network regional ISP wireless mỗi ngày links  Dịch vụ: Web, email, mạng wired links xã hội, Zalo… router institutional network 17 17 Internet of things 18 18 Mạng Internet  Mạng của các mạng (Network of networks) access access network access network network access Internet network Làm thế nào để kết nối hàng triệu hệ thống access mạng với nhau? 19 network 19 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Kết nối một mạng với tất cả các mạng khác? access access net net access net access access net net access access net net Không có khả năng access net mở rộng: Số lượng access net access kết nối O(n2) net access net access net access net access access net access net net 20 20 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Kết nối mỗi mạng vào một trạm chuyển tiếp của một nhà cung cấp toàn cầu (global ISP – Internet Service Provider) access access net net access net access access net net access access net net global access net ISP access net access net access net access net access net access access net access net 21 net 21 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Thêm nhiều ISP. access access Trạm trung chuyển Internet net net access net access access net net access IXP access net net ISP A access IXP access net ISP B net access ISP C net access net access Kết nối ngang hàng net access net access access net access net net 22 22 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Thêm các mạng khu vực (regional network). access access net net access net access access net net access IXP access net net ISP A access IXP access net ISP B net access ISP C net access net access net regional net access net access access net access net net 23 23 Kiến trúc Internet: Mạng của các mạng  Mạng lõi và mạng biên access access net net access net access access net net access IXP access net net ISP A access IXP access net ISP B net access ISP C net access net access net regional net access net access access net access net net 24 24 Kiến trúc mạng  Mạng biên (network edge): mobile network  Nút mạng đầu cuối (end- system, host): PC, điện thoại, global ISP máy chủ, máy tính nhúng.  Mạng truy nhập (access home network): đường truyền, thiết bị network kết nối (router, switch, hub, tổng regional ISP đài.)  Mạng lõi (network core): đường truyền, thiết bị kết nối  Mạng của các mạng  Mới chỉ đề cập đến khía cạnh “Kết nối như thế nào?” institutional network 25 25 1. Lịch sử Internet 26 26 1. Lịch sử Internet  Bắt đầu từ một thí nghiệm của dự án của ARPA  Một liên kết giữa hai nút mạng (IMP tại UCLA và IMP tại SRI) ARPA: Advanced Research Project Agency UCLA: University California Los Angeles SRI: Stanford Research Institute IMP: Interface Message Processor 27 Source: http://www.org/atlas/historical.html 27 3 tháng sau, 12/1969 SRI UTAH UCSB UCLA Một mạng hoàn chỉnh với 4 nút, 56kbps UCSB:University of California, Santa Barbara UTAH:University of Utah 28 source: http://www.org/atlas/historical.html 28 ARPANET thời kỳ đầu, 1971 Source: http://www.org/ atlas/historical.html Mạng phát triển với tốc độ thêm mỗi nút một tháng 29 29 Thập niên 70: Kết nối liên mạng, kiến trúc mạng mới và các mạng riêng 30 30 Sự mở rộng của ARPANET, 1974 source: 31 http://www.org/ atlas/historical.html Lưu lượng mỗi ngày vượt quá 3.000 gói tin 31 Thập niên 70  Từ đầu 1970 xuất hiện các mạng riêng:  ALOHAnet tại Hawaii  DECnet, IBM SNA, XNA  1974: Cerf & Kahn – nguyên lý kết nối các hệ thống mở (Turing Awards)  1976: Ethernet, Xerox PARC  Cuối 1970: ATM 32 32 Thập niên 80: Các giao thức mới, kết nối thêm mạng mới 33 33 1981: Xây dựng mạng NSFNET NSF: National Science Foundation Phục vụ cho nghiên cứu khoa học, do sự quá tải của ARPANET 34 34 1986: Nối kết USENET& NSFNET 35 Source: http://www.org/atlas/historical.html 35 Thêm nhiều mạng và giao thức mới  Thêm nhiều mạng mới nối vào: MFENET, HEPNET (Dept. Energy), SPAN (NASA), BITnet, CSnet, NSFnet, Minitel …  TCP/IP được chuẩn hóa và phổ biến vào 1980  Berkeley tích hợp TCP/IP vào BSD Unix  Dịch vụ: FTP, Mail, DNS … 36 36 Thập niên 90: Web và thương mại hóa Internet 37 37 Thập niên 90  Đầu 90: ARPAnet chỉ là Cuối 1990’s – 2000’s: một phần của Internet  Nhiều ứng dụng mới: chat,  Đầu 90: Web chia sẻ file P2P…  E-commerce, Yahoo,  HTML, HTTP: Amazon, Google… Berners-Lee  > 50 triệu máy trạm, > 100  1994: Mosaic, triệu NSD Netscape  Vấn đề an toàn an ninh  Cuối 90: Thương mại thông tin!  Internet dành cho tất cả mọi hóa Internet người  Tất cả các dịch vụ phải quan tâm tới vấn đề này 38 38 Lược sử Internet Việt Nam  1991: Nỗ lực kết nối Internet không thành.  (Vì một lý do nào đó)  1996: Giải quyết các cản trở, chuẩn bị hạ tầng Internet  ISP: VNPT  64kbps, 1 đường kết nối quốc tế, một số NSD  1997: Việt Nam chính thức kết nối Internet  1 IXP: VNPT  4 ISP: VNPT, Netnam (IOT), FPT, SPT  2007: “Mười năm Internet Việt Nam”  20 ISPs, 4 IXPs  19 triệu NSD, 22.04% dân số 39 39 Thống kê gần đây  2021: 68.72 triệu người dùng (70.3% dân số) Biểu đồ tăng trưởng người dùng Internet 80 68.72 70 64 64 60 50 50 40 30 20 10 0 2017 2018 2019 2020 2021 Số người dùng 40 Source: https://datareportal.com 40 Băng thông kết nối đi quốc tế Tốc độ tăng trưởng băng thông(Gbps) 16000 13633 14000 12000 10000 7796 8000 5581 6000 3816 4000 1678 2000 0 2015 2016 2017 2018 2019 41 Source: Vnnic, http://www. Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Chuyển tiếp dữ liệu qua các kết nối như thế nào? 42 42 2. 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?