10/21/2010 1 NhNhắắcc llạạii vvềề MMạạngng máymáy tínhtính NNộộii dungdung – Các kiểu mạng – Nguyên lý căn bản • Chuyển gói (Packet transmission) • Dòng dữ liệu (Data streaming) • Các lược ñồ chuyển mạch (Switching Schemes) • Nghi thức (Protocols) • ðịnh tuyến (Routing) • Tắc nghẽn (Congestion) • Internetworking – Internet Protocol (TCP/IP) – UDP and TCP – Firewalls – Các khái niệm của một hệ thống thông tin phân tán trong ngữ cảnh của mạng • Tính mở rộng (Scalability) • Tính khả tín (Reliability) • Hiệu năng (Performance) • Tính di ñộng (Mobility) • Chất lượng của dịch vụ(Quality of Service) • Multicasting • …. CCơơ bbảảnn vvềề mmạạngng máymáy tínhtính – Có nhiều mạng tổng hợp nhiều phương thức truyền (fibre, wireless, wire, etc.), nhiều thiết bị phần cứng (routers, hubs, etc.), nhiều phần mềm (protocols, stacks, drivers, etc.) – Tất cả chúng ảnh hương ñến chức năng của một DIS CácCác kikiểểuu mmạạngng Range Bandwidth (Mbps) Latency (ms) LAN 1-2kms 10-1000 1-10 WAN Global 0.010-600 100-500 MAN 2-50 kms 1-150 10 Wireless LAN 0.15-1.5 kms 2-11 5-20 Wireless WAN Global 0.010-2 100-500 Internet Global 0.010-2 100-500 – Có nhiều kiểu mạng khác nhau – Chúng ta tập trung vào: • LANs (Local Area Networks) • WANs (Wide Area Networks) • MANs (Metropolitan Area Networks) • Wireless • Internetworks Taken from Coulouris et al, 2003 LANsLANs • Local Area Networks – ðặc tính: • Băng thông rộng (High bandwidth) / low latency • Computers connect to a single medium • Một ñoạn cable nối nhiều máy tính, • Do máy tính nối trực tiếp nên ñịnh tuyến không cần thiết • Tất cả máy tính chia sẻ băng thông trên ñoạn nó kết nối • Các thiết bị cứng khác như switches, hubs, etc. có thể ñược sử dụng ñể nối các ñoạn và ñược dùng cho ñịnh tuyến – Ethernet là công nghệ chủ • Ethernet không bảo ñảm băng thông hay ñộ trễ • Tuy nhiên Ethernet thường nhanh (ñộ trễ thấp / băng thông rộng) 10/21/2010 2 WANsWANs • Wide Area Networks – Phạm vi rộng (satellites, optic fibres, microwaves) – Băng thông hẹp, ñộ trễ bị tăng – Các mạng ñược phân bố trren khoảng cách xa – Sử dụng bộ ñịnh tuyến (routers) ñể chuyển tính hiệu trong mạng – ðịnh tuyến gây nên ñộ trễ (latency) – Truyền trren khoảng cách xa sẽ tốn thời gian MANs & WANsMANs & WANs • Metropolitan networks – Mạng ñược cài ñặt trong thành phố – DIS có thể sử dụng những mạng này – Nhiều công nghệ khác nhau, Ethernet, ATM, etc. • Wireless networks – Phạm vi nhỏ (150 metres or less) • Nhiều loại (IEEE 802.11, Bluetooth) • Thường dùng ñể kết nối các thiết bị cục bộ như máy in, laptop… • Bluetooth is một mạng LAN cá nhân – Phạm vi rộng (global) • Mạng di ñộng • Chậm hơn mạng cục bộ không dây • ðang trong quá trình nâng cấp InternetworksInternetworks • Internetworks… một tập hợp các mạng nối với nhau “An internetwork là một hệ thống truyền thông con trong ñó nhiều mạng máy tính liên kêt lại với nhau ñể cung cấp những tiện ích truyền dữ liệu chung mà che dấu công nghệ và nghi thức của từng mạng thành phần và các phương thức sử dụng ñể kết nối chúng” [Coulouris et al, 2003] – Inter networks là các hệ thống mở – DIS cần một hệ thống như vậy – Có thể kết nối các mạng LANs, WANs, etc. với nhau – Các mạng ñược kết nối thông qua gateways (routing computers) hoặc các bộ ñịnh tuyến ñược chỉ ñịnh (dedicated routers) – Một tầng phần mềm ñược dùng ñể xác ñịnh ñịa chỉ và truyền dữ liệu CácCác kháikhái niniệệmm chínhchính ccủủaa mmạạngng máymáy tínhtính  Truyền theo gói (Packet transmission)  Dòng dữ liệu (Data streaming)  Lược ñồ chuyển mạch (Switching Schemes)  Nghi thức (Protocols)  ðịnh tuyến (Routing)  Congestion  Internetworking GóiGói (packet)(packet)  Truyền theo gói ◦ Các thông ñiệp ñược chuyển từ máy này sang máy khác trên mạng ◦ Các thông ñiệp có kích thước khác nhau ◦ Trong thực tế không nên gởi các thông ñiệp dài ◦ Các thông ñiệp ñược ñóng thành các gói (packets) ◦ Một gói là một chuổi dữ liệu có ñộ dài xác ñịnh ◦ Mỗi gói chứa thông tin về ñịa chỉ (nguồn và ñích) DòngDòng ddữữ liliệệuu (Data Streaming)(Data Streaming)  Các ứng dụng Multimedia yêu cầu các dòng dữ liệu  Yêu cầu truyền một khối lượng lớn dũ liệu ◦ Video cần 24 frames/second  Kỹ thuật sử dụng bộ ñệm  Một ñặc tính của dòng dữ liệu là nó có thể chứa một con ñường từ bắt ñầu ñến kết thúc và ñặt (book) các tài nguyên trên con ñường này 10/21/2010 3 CácCác llượượcc ññồồ chuychuyểểnn mmạạchch  Truyền thông tin là gởi thông tin gởi thông tin giữa các node  ðiều này liên quan ñến việc chuyển giữa các mạng  Vì vậy, ñòi hỏi phải có một lược ñồ chuyển  Các lược ñồ chuyển ◦ Quảng bá (Broadcast) ◦ Chuyển mạch (Circuit switching) ◦ Chuyển gói (Packet switching) ◦ Frame relay CácCác llượượcc ññồồ chuychuyểểnn mmạạchch (cont )(cont )  Quảng bá (Broadcasting) ◦ Không cần chuyển mạch vì mọi thứ ñược chuyển cho mọi người  i.e. Ethernet, Wireless, etc.  Chuyển mạch bằng mạch ◦ Mạch kết nối vật lý ◦ Liên quan ñến kết nối với dây vật lý  Công nghệ mạng ñiện thoại cố ñịnh hữu tuyến CácCác llượượcc ññồồ chuychuyểểnn mmạạchch ((cont )cont )  Chuyển mạch gói (Packet switching) ◦ Công nghệ lưu trữ và chuyển tiếp ◦ Máy tính nhận, lưu trữ và chuyển tiếp các gói ◦ ðược áp dụng cho hệ thống nghe, nhìn ◦ Dựa trên việc gởi thông tin nhanh ◦ Lưu trữ và chuyển tiếp gây nên ñộ trễ  Frame relay ◦ ATM networks ◦ ðánh giá chỉ một vài bit ñầu của thông ñiệp và chuyển tiếp ◦ Nhanh hơn nhiều so với chuyển mạch gói chuẩn NghiNghi ththứứcc (Protocols)(Protocols)  Các mạng dựa trên các nghi thức  Nghi thức là ‘một tập hợp các luật và các ñịnh dạng ñược dùng ñể truyền thông’ ◦ Một nghi thức phải chứa:  Một ñặc tả về một chuổi thông ñiệp  ðặc tả về ñịnh dạng của dữ liệu ◦ Nghi thức là các chuẩn mở CácCác llớớpp (Layers)(Layers)  Các lớp giúp chúng ta giảm sự phức tạp của hệ thống  Các lớp cũng giúp chúng ta giảm sự phụ  Ví dụ trong một nhà hàng cũng có thể phân lớp ◦ Lớp khách hàng (dùng bữa, ñặt món ăn) ◦ Lớp phục vụ (nhận ñặt món, mang món ăn ñến) ◦ Lớp ñầu bếp (chuẩn bị món ăn)  Các nghi thức mạng cũng ñược phân lớp NghiNghi ththứứcc vàvà llớớpp  Nghi thức mạng ñược phân lớp ◦ Phân lớp giúp tăng tính mở ◦ Phân lớp phân chia mạch lạc trách nhiệm  Chúng hoạt ñộnh thế nào? ◦ Các thông ñiệp chuyển xuống dần các lớp dưới pử người gởi ◦ Trước khi chuyển lên các lớp trên ở người nhận message sender Communication medium message receiver Layer n Layer … Layer 2 Layer 1 Layer 1 Layer 2 Layer Layer n 10/21/2010 4 BBộộ nghinghi ththứứcc (Protocol suites) (Protocol suites) (OSI)(OSI)  Một bộ nghi thức hay chồng nghi thức là tập hợp hoàn chỉnh các lớp của nghi thức  Mô hình OSI(Open Systems Interconnection) là ví dụ của một bộ nghi thức  The OSI model ñượ xem là một mô hình tham chiếu (chuẩn) BBộộ nghinghi ththứứcc (OSI)(OSI)  The OSI model Application Presentation Session Transport Network Data Physical Application Presentation Session Transport Network Data Physical The network A message, descends through the layers Then ascends through the layers at the receiver A HOST – A COMPUTER A HOST – A COMPUTER BBộộ nghinghi ththứứcc  Tách lớp nhằm : ◦ ðơn giản hóa ◦ Tổng quát hóa ◦ Tăng tính mở và khả năng mở rộng ◦ Tuy nhiên sẽ ảnh hưởng ñến hiệu năng  Xem xét mô hình OSI ◦ 6 thông ñiệp phải ñược sinh ra ñể từ một thông ñiệp ứng dụng chuyển thành ñến ñược tầng vật lý Application Presentation Session Transport Network Data Physical A HOST – A COMPUTER ððịịnhnh tuytuyếếnn  ðịnh tuyến là cần thiết trong cac mạng không truy xuất trực tiếp  ðịnh tuyến thích ứng ñược sử dụng trong các mạng lớn ◦ i.e. con ñường tốt nhất ñược ñánh giá liên tục  ðịnh tuyến ñược xác ñịnh thông qua các thuật toán ñịnh tuyến  Một thuật toán ñịnh tuyến gồm 2 phần: ◦ 1. Quyết ñịnh con ñường ◦ 2. Thu thập thông tin về lưu lượng mạng và các cấu hình dọc con ñường GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A B C E D A wan (just routers in this diagram) = a router Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 3 •Column meanings •To column: The destination router •Link: The link that should be used •Cost: The cost of taking this route GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A wan (just routers in this diagram) = a router A B C E D Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 3 To Link Cost A B C D E To Link Cost A B C D E To Link Cost A B C D E To Link Cost A B C D E Router A Router C Router E Router D Router B 10/21/2010 5 GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A wan (just routers in this diagram) = a router A B C E D Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 3 To Link Cost A 2 2 B 2 3 C local 0 D 4 4 E 4 3 To Link Cost A 1 1 B local 0 C 1 3 D 3 1 E 3 2 To Link Cost A 3 2 B 3 1 C 5 3 D Local 0 E 5 1 To Link Cost A 4 3 B 5 2 C 4 3 D 5 1 E local 0 Router A Router C Router E Router D Router B GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn  Router information protocol (RIP) cung cấp một tóm tắt cho các láng giềng của nó ◦ Mỗi khi có thay ñỏi trên một bảng ñịnh tuyến (route table) ◦ Dẫn ñến các con ñường mới, chi phí mới…c. ◦ Các lien kết hỏng sẽ ñược gán một chi phsi không xác ñịnh  Chi phí ñược tính dựa trên các yếu tố như : thời gian , khoảng cách, lưu lượng mạng … GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A wan (just routers in this diagram) = a router To Link Cost A 3 2 B 3 1 C 5 ∞ D Local 0 E 5 ∞ To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 3 To Link Cost A 2 2 B 2 3 C local 0 D 4 4 E 4 3 To Link Cost A 1 1 B local 0 C 1 3 D 3 1 E 3 2 To Link Cost A 4 3 B 5 2 C 4 3 D 5 1 E local 0 Router A Router C Router E Router D Router B A B C E D Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A wan (just routers in this diagram) = a router To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 3 To Link Cost A 2 2 B 2 3 C local 0 D 4 4 E 4 3 To Link Cost A 1 1 B local 0 C 1 2 D 3 1 E 3 2 To Link Cost A 3 2 B 3 1 C 5 ∞ D Local 0 E 5 ∞ To Link Cost A 4 3 B 5 2 C 4 3 D 5 1 E local 0 Its new table then propagates to neighbors who update accordingly A B C E D Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A wan (just routers in this diagram) = a router To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 3 To Link Cost A 2 2 B 2 3 C local 0 D 4 4 E 4 3 To Link Cost A 1 1 B local 0 C 1 2 D 3 1 E 3 ∞ To Link Cost A 3 2 B 3 1 C 5 ∞ D Local 0 E 5 ∞ To Link Cost A 4 3 B 5 2 C 4 3 D 5 1 E local 0 Its new table then propagates to neighbors who update accordingly A B C E D Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A wan (just routers in this diagram) = a router To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 3 To Link Cost A 2 2 B 2 3 C local 0 D 4 4 E 4 3 To Link Cost A 1 1 B local 0 C 1 2 D 3 1 E 3 ∞ To Link Cost A 3 2 B 3 1 C 5 ∞ D Local 0 E 5 ∞ To Link Cost A 4 3 B 5 2 C 4 3 D 5 1 E local 0 Its new table then propagates to neighbors who update accordingly A B C E D Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 10/21/2010 6 GiGiảảii thuthuậậtt ññịịnhnh tuytuyếếnn A wan (just routers in this diagram) = a router To Link Cost A Local 0 B 1 1 C 2 2 D 1 2 E 1 ∞ To Link Cost A 2 2 B 2 3 C local 0 D 4 4 E 4 3 To Link Cost A 1 1 B local 0 C 1 2 D 3 1 E 3 ∞ To Link Cost A 3 2 B 3 1 C 3 4 D Local 0 E 5 ∞ To Link Cost A 4 3 B 5 2 C 4 3 D 5 1 E local 0 Its new table then propagates to neighbors who update accordingly A B C E D Link 2: cost=2 Link 4: cost=3 Link 1: cost=1 Link 3: cost=1 Link 5: cost=1 KiKiểểmm soátsoát ttắắtt nghnghẽẽnn  Các thành phần của mạng có khả năng hữu hạn  Khi khả năng ñã bị khai thác hết, cần ñến hàng ñợi ◦ Hàng ñợi có thể ñược lưu trữ trong buffers ◦ Tuy vậy buffers cũng có thể bị tràn  Bỏ các gói ◦ Khi không thể xử lý sẽ bỏ các gói ñến sau ◦ Các gói bị bỏ có “hiệu ứng sóng” (ripple effect) phí phạm các tài nguyên ñã sử dụng trước khi gói bị hủy  Kiểm soát tắt nghẽn là tiến trình các node quá tải báo cho các node khác biết nó ñã tràn ◦ Những node này sẽ không bị gởi thêm dữ liệu ñến cho ñến khi các node này ñã ñược giảm tải InternetworkingInternetworking  Nhiều loại mạng khác nhau, ◦ Câu hỏi: Làm sao ñế kết nối các mạng con này?  Các yêu cầu của internetworking ◦ 1. Một lược ñồ ñịa chỉ ñồng nhất ◦ 2. Một nghi thức ñể ñiều khiển các gói ◦ 3. Nối các mạng con lại với nhau  Ví dụ từ Internet ◦ 1. IP address ◦ 2. IP protocol ◦ 3. Routers TCP / IPTCP / IP  Thuật ngữ này ñại diện cho ◦ IP (Internet Protocol) ◦ TCP (Transmission Control Protocol) ◦ TCP/IP là một bộ nghi thức  Nhiều ứng dụng sử dụng ◦ FTP, HTTP, SMTP, POP, NNTP …  Tại sao? ◦ Thành công của TCP/IP là nó ñộc lập với công nghệ truyền bên dưới. ◦ ðiều này hỗ trợ tính mở và khả năng mở rộng mạng dùng nhiều công nghệ khác nhau. ◦ Nghĩa là , nó cho phép tập hợp các hệ thống bất ñồng nhất IPv4 and IPv6IPv4 and IPv6  TCP/IP dùng nghi thức Internet  IPv4 ◦ Chuẩn ñược dùng nhiều hiện nay ◦ Các giới hạn của IPv4 has limitations  Không gian ñịa chỉ giới hạn  An toàn bị hạn chế  IPv6 ◦ ðược phát triển gần ñây ◦ Nhằm giải quyết các hạn chế của IPv4 ◦ Cung cấp một không gian ñịa chỉ lớn ◦ An toàn hơn IP IP vàvà InternetworkingInternetworking  Nhắc lại rằng internetworking ñòi hỏi 3 yếu tố chính: ◦ 1. Một lược ñồ ñịa chỉ thống nhất ◦ 2. Một nghi thức cho các gói ◦ 3. Phương thức ñể kết nối với nhau  Hãy xem IP sẽ giúp giải quyết các vấn ñề này thế nào 10/21/2010 7 1. 1. LLượượcc ññồồ ññịịaa chchỉỉ  ðịa chỉ IP ◦ Các Hosts ñược gắn một số ñịnh danh 32BIT  Một ñịnh danh mạng  Một ñịnh danh host  Biểu diwwxn dưới dạng chuổi của 4 con số (IPv4)  ví dụ. 111.222.333.444 2. 2. NghiNghi ththứứcc ququảảnn lýlý cáccác góigói • Nghi thức IP – Hiệu quả nhất/unrealisable delivery semantics • Không bảo ñảm ñược truyền ñến nơi • Các gói có thể nị hủy, bị chậm, nhân bản – IP chỉ cung cấp checksums cho the headers – Lớp IP chuyển datagrams thành các gói mạng. • ðiều này liên quan ñến kích thước gói – Nghi thức IP chứa một module giải mã ñịa chỉ, • Nghĩa là chuyển từ ñịa chỉ internet thành ñịa chỉ mạng – Nghi thức IP cho pháp giả mạo IP – Kỹ thuật sử dụng ñịnh tuyến như ñã trình bày ở phần trước (ñơn giản RIP với IPv4 + route tables, IPv6 cải tiến những cái này) 3. 3. KKếếtt nnốốii cáccác mmạạngng vvớớii nhaunhau ◦ Routers  Kết nối các mạng với nhau  Không thể kết nối với nhau thông qua subnets ◦ Bridges  Kết nối các mạng khác loại ◦ Hubs  Kết nối máy chủ ñến mạng quảng bá ◦ Switches  ðược sử dụng ñể kết nối các mạng tương tự  Làm giảm bớt số lượng lới các quảng bá qua Hub 33. . KKếếtt nnốốii cáccác mmạạngng vvớớii nhaunhau ◦ ðường hầm  Một phương pháp ñể bao bọc gói sao cho chúng có thể truyền thông qua một mạng  Sử dụng các trình ñónh gói tại ñiểm vào/ ra của một mạng ngoại lai A B encapsulator encapsulator IPv6 IPv6 IPv4 Tunnel through the IPv4 network Example: Two IPv6 nodes tunneling through an UPv4 network TCP TCP vàvà UDPUDP – TCP và UDP ñược người lập trình ứng dụng sử dụng – TCP và UDP là góc nhìn của người lập trình về TCP/IP – Chúng cung cấp truyền thông giữa tiến trình với tiến trình – Sử dụng các công (ports ) • Một cổng là ñiểm truy cập ñến một máy chủ (host) ñược ñịnh nghĩa bằng phần mềm • Một cổng là một số nguyên dài 16 bit – UDP và TCP quản trị việc truyền thông giữa các tiến trình thông qua các cổng – IP nhận các gói từ UDP hoặc TCP và rồi phân phối các gói này ñến các cổng ñược xsc ñịnh trước và ñó chính là tiến trình liên kết với cổng ñó. UDPUDP • UDP (Universal Datagram Packet) – UDP sử dụng datagrams ñược ñóng gói (encapsulated) bên trong các gói IP. – UDP có một header chứa cổng của tiến trình nguồn và tiến trình ñích, ñịa chỉ máy, chiều dài và checksums, – UDP là không ñáng tin cậy – không bảo ñảm – UDP datagrams có thể ñược gởi ñến các máy ñơn, point to point, hay ñến nhiều máy cùng lúc thông qua multicasting. – UDP là truyền thông không kết nối • TCP (Transmission Control Protocol) – Duy trì kết nối trong suốt quá trình truyền – ðáng tin cậy hơn nhưng không phải là tin cậy hoàn toàn • Có thể duy trì một chuổi các gói • S ử d ụ ng retransmissions ñ ể b ả o ñ ả m tính ñúng ñ ắ n 10/21/2010 8 FirewallsFirewalls – Kết nối vào internet là nguy hiểm – firewall có thể bảo vệ intranets khỏi sự tấn công – Vai trò của firewall là kiểm soát truywefn thông vào/ra của một intranet. – Nó ñược cài ñặy như một tập howjc các tiến trình hoạt dộng như một cổng kiểm soát an ninh. TómTóm llạạii • Bài này nhắc lại các tri thức và khái niệm căn bản như – Types of networks – Underlying principles • Packet transmission • Data streaming • Switching Schemes • Protocols • Routing • Congestion • Internetworking – Internet Protocol (TCP/IP) – UDP and TCP – Firewalls . 10/21/2010 1 NhNhắắcc llạạii vvềề MMạạngng máymáy tínhtính NNộộii dungdung – Các kiểu mạng – Nguyên lý căn bản • Chuyển gói (Packet transmission) • Dòng dữ. Chất lượng của dịch vụ(Quality of Service) • Multicasting • …. CCơơ bbảảnn vvềề mmạạngng máymáy tínhtính – Có nhiều mạng tổng hợp nhiều phương thức truyền (fibre, wireless, wire, etc.), nhiều. Local Area Networks – ðặc tính: • Băng thông rộng (High bandwidth) / low latency • Computers connect to a single medium • Một ñoạn cable nối nhiều máy tính, • Do máy tính nối trực tiếp nên ñịnh