Bài giảng Mạng máy tính - Chương I: Computer networking

ñó nhận dịch vụ từ server
 Ví dụ WWW client (browser)/ 
server; email client/server

 Mô hình ñồng ñẳng (peer-
peer) :
 Các thiết bị ñầu cuối có vai trò
tương ñương
 Ví dụ : teleconferencing
1: Introduction 9
Lớp Rìa - Dịch vụ Hướng nối
Mục tiêu: Truyền dữ liệu
giữa các thực thể ñầu cuối.

 Bắt tay: Thiết lập (chuẩn
bị trước) cho quá trình
truyền dữ liệu
 Ví dụ : Chào hỏi trước khi
trò chuyện
 Thiết lập “trạng thái” ở hai
phía ñầu cuối

 TCP - Transmission 
Control Protocol 
 Dịch vụ Hướng nối của
Internet
Dịch vụ TCP [RFC 793]

 Chuyển dữ liệu là một luồng
byte tin cậy, ñúng thứ tự
 Mất dữ liệu: Biên nhận và
Truyền lại

 ðiều khiển lưu lượng:
 Tốc ñộ Nhận thấp hơn Tốc ñộ
Gửi

 Kiểm soát tắc nghẽn:
 Phía Gửi sẽ giảm tốc ñộ khi
Mạng bị tắc nghẽn
1: Introduction 10
Lớp Rìa - Dịch vụ Không Hướng nối
Mục tiêu : Truyền dữ liệu
giữa các thực thể ñầu cuối
 Giống Hướng nối !

 UDP - User Datagram 
Protocol [RFC 768]: Dịch
vụ Không Hướng nối của
Internet
 Không tin cậy
 Không ñiều khiển lưu lượng
 Không kiểm soát tắc nghẽn
Ứng dụng sử dụng TCP:

 HTTP (WWW), FTP (file 
transfer), Telnet (remote 
login), SMTP (email)
Ứng dụng sử dụng UDP:

 ða phương tiện theo luồng, 
Hội thảo từ xa, ðiện thoại
Internet
1: Introduction 11
“Lõi” của Mạng

 Hệ thống các Thiết bị ðịnh
tuyến kết nối với nhau

 Vấn ñề cơ bản: Làm thế nào
ñể chuyển dữ liệu qua mạng?
 Chuyển mạch ảo: Mạch
dùng riêng cho mỗi cuộc
truyền: Mạng ñiện thoại
 Chuyển gói: Dữ liệu ñược
truyền theo từng cụm
1: Introduction 12
Quảng bá (Broadcast) và Chuyển
(Switched)

 Mạng Quảng bá
 Tất cả các nút chia nhau kênh
truyền chung; thông tin ñược
một nút truyền sẽñược tất cả các
nút khác nhận ñược
 Ví dụ: TV, radio

 Mạng Chuyển
 Thông tin phải chuyển qua nhiều
chặng mớiñến ñượcñích
Mạng truyền
thông
Mạng Chuyển Mạng Quảng bá
1: Introduction 13

 Chuyển mạch ảo: Mạch dùng riêng cho mỗi phiên truyền thông: 
 Ví dụ : ðiện thoại, GSM High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), 
Integrated Services Digital Networks (ISDN) 

 Chuyển gói: Dữ liệu ñược gửi ñi theo từng cụm
 Ví dụ : Internet, General Packet Radio Service (GPRS), Asynchronous 
Transfer Mode (ATM)
Phân loại Mạng Chuyển
Mạng truyền
thông
Mạng Chuyển Mạng Quảng bá
Chuyển Mạch
(ví dụ telephone, 
ISDN)
Chuyển Gói
(ví dụ Internet, 
ATM)
1: Introduction 14
“Lõi”: Chuyển mạch ảo
Tất cả tài nguyên trên
ñường truyền ñược cấp
phát cho kết nối

 Băng thông kênh truyền, 
Năng lực xử lý của thiết bị
trung gian

 Không chia sẻ tài nguyên
ñã ñược cấp phát

 ðảm bảo Hiệu suất như
trong Mạch ñiện thoại

 ðòi hỏi thiết lập ñường
truyền
1: Introduction 15
Chuyển mạch ảo

 Mỗi ñường kết nối gồm
nhiều “mạch - circuits”
 “circuit” còn ñược gọi là
channel

 Trong kênh truyền giữa
hai ñầu cuối phải có riêng
một “circuit” tại mỗi
ñường kết nối
Tổng ñài ñiện thoại thương mại ñầu tiên khai trương vào năm
1878 và cho ñến nay vẫn tiếp tục ñược sử dụng ở nhiều nơi
1: Introduction 16
“Lõi”: Chuyển Mạch Ảo
Tài nguyên (băng thông) 
ñược chia thành “phần”

 Mỗi phần ñược cấp phát cho
một kết nối

 “Phần” sẽ rơi vào trạng thái
rỗi nếu kết nối sở hữu
không sử dụng (không chia
sẻ)

 Băng thông ñược chia theo:
 Tần số
 Thời gian
1: Introduction 17
Chuyển Mạch ảo : Quá trình

 Ba giai ñoạn
1. Thiết lập các mạch
2. Truyền Dữ liệu
3. Giải phóng tất cả các mạch

 Nếu không thiết lập ñược một mạch nào ñó: “tín 
hiệu bận”
1: Introduction 18
Thiết lập 
các mạch 
DỮ LiỆU
Truyền dữ liệu
ðóng mạch
Host A Host B
Node 1 Node 2
ðộ trễ lan
tỏa từ A tới Nút 1
ðộ trễ lan tỏa
từ B tới A
ðộ trễ xử lý tại nút 1
Lược ñồ Thời gian Chuyển mạch ảo
1: Introduction 19
Tính toán ðộ trễ trong Mạng Chuyển Mạch ảo
ðộ trễ Truyền:

 R = Băng thông ñịnh trước
(bps)

 L = Kích thước gói dữ liệu
(bits)

 Thời gian ñể truyền = L/R
ðộ trễ lan tỏa:

 d = ðộ dài kênh truyền vật lý

 s = Tốc ñộ lan tỏa trong môi 
trường (~2x105 km/sec)

 ðộ trễ lan tỏa = d/s

 ðộ trễ Lan tỏa: Thời gian ñể bit ñầu 
tiên ñi từ nơi Gửi ñến nơi Nhận

 ðộ trễ Truyền: Thời gian ñể “ñổ” dữ
liệu ra kênh truyền với tốc ñộ ñịnh trước
DATA
d/s
L/R
1: Introduction 20
Ví dụ

 ðộ trễ Lan tỏa
 Giả sử khoảng cách giữa A và B là 4000 km, ðộ trễ lan tỏa một chiều 
sẽ là:

 ðộ trễ Truyền
 Giả sử chúng ta dành một slot HSCSD 
• GSM frame có thể truyền với tốc ñộ 115 kbps
• GSM frame ñược chia thành 8 slots
• Mỗi slot HSCSD có băng thông khoảng 14 Kbps (=115/8)
 ðộ trễ truyền của gói tin 1 Kbits là
msskm
km 20/000,200
4000
=
mskbps
kbits 7014
1
≈
1: Introduction 21
Ví dụ (Tiếp)

 Giả sử Thông ñiệp thiết lập ñường truyền vô cùng nhỏ và Tổng thời gian 
trễ do xử lý thiết lập là 200 ms

 ðộ trễ ñể chuyển gói dữ liệu 1 Kbits từ A ñến B (từ ñầu cho ñến khi bên 
nhận nhận ñược bit cuối cùng của file) là:
ms31070202020020 =++++
DATA
20 + 200
20
20
70
1: Introduction 22
“Lõi”: Chuyển Gói – Tổng quan
Luồng dữ liệu ñược chia thành
các gói tin (packet)

 Gói tin của người A và B chia
sẻ tài nguyên mạng

 Mỗi gói tin có thể sử dụng
toàn bộ băng thông của kênh
truyền

 Tài nguyên ñược sử dụng khi
có nhu cầu
Tranh chấp Tài nguyên

 Tổng lượng tài nguyên yêu
cầu có thể lớn hơn tài
nguyên của mạng

 Tắc nghẽn: Các gói tin 
“xếp hàng” ñợi ñến lượt sử
dụng tài nguyên

 Giữ và Chuyển: Mỗi lần
gói tin di chuyển qua từng
chặng
 Truyền qua một chặng
 ðợi ở một chặng kế tiếp
Băng thông chia thành các “phần”
Cấp phát riêng
Dự trữ tài nguyên cho mỗi kết nối
1: Introduction 23
Tiêu ñề Gói tin
Luồng dữ liệu giữa hai ñầu cuối (chẳng hạn tiến trình Gửi-Nhận) 
ñược chia thành gói tin (packet) Packet có khuôn dạng chung 
sau:
• Header and Trailer chứa thông tin kiểm soát (ñịa chỉ, checksum) 
• Thông tin ñiều khiển cho chuyển mạch ñặt ở ñâu ?

 Mỗi nút trung gian sẽ nhận toàn bộpacket, xử lý (chẳng hạn ñịnh 
tuyến), lưu trữmột thời gian và sau ñó chuyển tiếp packet tới nút 
kế tiếp. Hành vi này còn ñược gọi là Giữ và Chuyển 
Header Data Trailer
1: Introduction 24
Bên trong Bộ ñịnh tuyến Mạng Gói
Thiết bị trung chuyển
ðường vào ðường raNút
BỘ NHỚ
1: Introduction 25
Hành vi Giữ và Chuyển
Chuyển mạch Gói: 
Hành vi Giữ và Chuyển
1: Introduction 26
Chuyển Gói : Datagram

 Ví dụ: Mạng IP

 Mỗi gói tin ñược chuyển ñộc lập
 Tiêu ñề mỗi gói tin chứa ðịa chỉ ñích
 Khi nhận ñược một gói tin, router sẽ nhìn vào ñịa chỉ ñích của gói 
tin và tìm kiếm trên Bảng ñịnh tuyến ñể xác ñịnh nút ñến kế tiếp

 Thảo luận
 Ví dụ nào tương tự trong ñời sống con người ?
 Ưu ñiểm ?
 Vấn ñề phát sinh ?
1: Introduction 27
Host A
Host B
Host E
Host D
Host C
Node 1 Node 2
Node 3
Node 4
Node 5
Node 6 Node 7
Chuyển Gói : Datagram
1: Introduction 28
Packet 1
Packet 2
Packet 3
Packet 1
Packet 2
Packet 3
Packet 1
Packet 2
Packet 3
Thời gian 
Xử lý và
ðộ trễ xếp
hàng của
Packet 1 tại
Nút 2
Nút A Nút B
Nút 1 Nút 2
ðộ trễ lan
tỏa từ A ñến
Nút 1 Thời gian truyền
Packet 1
từ Nút A
Thời gian trong Chuyển gói Datagram
1: Introduction 29
ðộ trễ trong Mạng chuyển mạch Gói
Các gói dữ liệu bị trễ trên
toàn tuyến ñường ñến ñích

 4 nguyên nhân gây trễ tại
mỗi chặng

 Trễ do phải xử lý tại nút: 
 Kiểm tra xem có lỗi bit 
không?
 Xác ñịnh ñường ra

 Trễ do xếp hàng
 ðợi tại cổng ra ñề truyền ñi
tiếp
 Phụ thuộc vào mức ñộ tắc
nghẽn của routerA
B
Lan tỏa
Truyền
Xử lý
tại nút Xếp hàng
1: Introduction 30
ðộ Trễ trong Mạng chuyển mạch Gói
ðộ trễ do truyền:

 R=Băng thông kênh truyền
(bps)

 L=Kích thước gói dữ liệu (bits)

 Thời gian ñề gửi gói tin trên
kênh truyền = L/R
ðộ trễ lan tỏa

 d = ðộ dài kênh truyền

 s = Tốc ñộ lan tỏa trong môi
trường (~2x108 m/sec)

 ðộ trễ lan tỏa = d/s
A
B
Lan tỏa
Truyền
Xử lý
tại nút Xếp hàng
Chú ý: s và R là những ñại lượng
hoàn toàn khác nhau!
1: Introduction 31
ðộ trễ Xếp hàng

 R=Băng thông kênh truyền
(bps)

 L=Kích thước gói dữ liệu (bits)

 a=Tốc ñộ ñến trung bình của
các gói tin
Mật ñộ giao thông = La/R

 La/R ~ 0: ðộ trễ trung bình tại hàng ñợi nhỏ

 La/R -> 1: ðộ trễ lớn dần

 La/R > 1: Lượng dữ liệu ñến nhiều hơn khả năng có
thể phục vụ. ðộ trễ tiến ra vô cùng !
1: Introduction 32
“Lõi”: Chuyển Gói
Chuyển gói khác với Chuyển mạch: ðến Khách sạn có
ñặt chỗ trước ?

 Ví dụ nào khác ?
A
B
C
10 Mbs
Ethernet
1.5 Mbs
45 Mbs
D E
statistical multiplexing
Các gói tin xếp hàng
ñợi ñược gửi ñi
1: Introduction 33
Chuyển Mạch Gói : ðịnh tuyến

 Mục tiêu: Di chuyển gói tin qua các router từ ñiểm ñầu ñến
ñiểm cuối
 Chương 4 : Các thuật toán lựa chọn ñường ñi

 Mạng chuyển mạch gói:
 Sử dụng ðịa chỉ ñích ñể xác ñịnh chặng kế tiếp
 Có thể ñi theo nhiều tuyến ñường khác nhau
 Ví dụ : ði ñến ngã tư, Hỏi ñường chú Công An 

 Chuyển mạch ảo:
 Mỗi gói tin có một thẻ (ðịnh danh mạch ảo), ñược sử dụng ñể xác
ñịnh chặng kế tiếp
 Tuyến ñường cố ñịnh ñược xác ñịnh tại thời ñiểm thiết lập kênh
truyền
 Các routers duy trì trạng thái cho mỗi kênh truyền
1: Introduction 34
So sánh Chuyển Mạch và Chuyển Gói

 1 Mbit link

 Mỗi người dùng: 
 100Kbps khi sử dụng
 Sử dụng trong 10% thời
gian

 Chuyển mạch: 
 10 người sử dụng

 Chuyển gói: 
 Với 35 NSD, xác suất > 10 
người ñồng thời sử dụng là
.004
Chuyển gói cho phép nhiều người sử dụng Mạng !
N NSD
ðường truyền
1 Mbps
1: Introduction 35
So sánh Chuyển Mạch và Chuyển Gói

 Ưu ñiểm khi gửi Khối dữ liệu lớn
 Chia sẻ tài nguyên
 Không cần thiết lập kết nối

 Tắc nghẽn: Gói tin bị mất hoặc ñến trễ
 Cần giao thức ñể truyền tin cậy và kiểm soát tắc nghẽn

 Làm sao ñể cung cấp hành vi giống chuyển mạch ?
 ðảm bảo băng thông cho các ứng dụng truyền thông ña
phương tiện vẫn còn là những vấn ñề chưa giải quyết.
Mạch gói ?
1: Introduction 36
Truy cập vào Mạng và Môi trường Vật lý
Làm thế nào ñể kết nối thiết bị
ñầu cuối vào các Router ?

 Truy cập từ nhà riêng

 Truy cập từ cơ quan, trường
học