Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính
1.4 Mạng truy cập và phương tiện vật lý
1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển mạch gói
1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ
Mạng truy cập và phương tiện vật lý
Kết nối hệ thống cuối tới router thế nào?
Mạng truy cập dân cư
Mạng truy cập cơ quan (trường học, công ty)
Mạng truy cập di động Làm quen với:
Băng thông (bits per second) của mạng truy cập?
Dùng chung hay dành riêng?
Mạng truy cập dân cư: Truy cập điểm tới điểm
Dialup qua modem
56Kbps (thường nhỏ hơn), truy cập trực tiếp tới router
Không thể vừa sử dụng mạng vừa sử dụng điện thoại tại một thời điểm
ADSL: asymmetric digital subscriber line
1 Mbps đường lên (thường < 256 kbps)
8 Mbps đường xuống (thường < 1 Mbps)
FDM: 50 kHz - 1 MHz cho đường xuống
Mạng truy cập dân cư: cable modem
HFC: hybrid fiber coax
Không đối xứng: 30Mbps đường xuống, 2 Mbps đường lên
Mạng cáp và HFC kết nối gia đình tới ISP router
Các gia định chia sẻ truy cập tới router
Triển khai: qua các công ty truyền hình cáp
Mạng truy cập dân cư: cable modem
Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan
Gia đình cable headend
cable distribution network (simplified)
Thường 500 tới 5,000 gia đình
Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan
cable headend
Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan
Gia đình cable headend
cable distribution network server(s)
Kiến trúc mạng cáp: Tổng quan
cable headend
Channels
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
D A T A
D A T A
C O N T R O L
1 2 3 4 5 6 7 8 9
FDM:
Mạng truy cập công ty: Local area network
Mạng LAN của công
ty/trường học kết nối các hệ thống cuối tới edge router
Ethernet:
Đường truyền dùng
chung hoặc dành riêng kết nối các hệ thống cuối và router
10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet
LAN: Chương 5
Mạng truy cập không dây
Mạng truy cập không dây kết nối hệ thống cuối tới router
Qua Base station còn gọi là Access Point
Wireless LAN:
802.11b (WiFi): 11 Mbps
Wider-area wireless access
Được cung cấp bởi nhà cung cấp mạng điện thoại
3G ~ 384 kbps
• Hiện thực??
Base Station
Mobile Host Router
Mạng gia đình
Các thành phần mạng gia đình phổ biến:
ADSL hoặc Cable Modem
Router/Firewall/NAT
Ethernet
Wireless Access Point
Wireless Access
Point Router/
Firewall
Wireless Laptop Cable
Modem Kết nối với
Cable Headend
Ethernet
Phương tiện vật lý
Bit: Lan truyền giữa thiết bị truyền và nhận
Đường truyền vật lý: kết nối giữa thiết bị phát và thu
Guided Media:
Tín hiệu lan truyền trong phương tiện vật lý rắn: cáp Twisted Pair, cáp quang, cáp đồng trục
Unguided Media:
Tín hiệu lan truyền tự do, ví
Twisted Pair (TP)
Hai dây đồng xoắn thành từng cặp
Category 3: dây điện thoại truyền thống, 10 Mbps Ethernet
Category 5:
100Mbps Ethernet
Phương tiện vật lý: cáp đồng trục, cáp quang
Cáp đồng trục:
Hai dây dẫn bằng đồng, đồng trục
Hai chiều
Baseband:
Một kênh trên cáp
Kế thừa Ethernet
Broadband:
Nhiều kênh trên cáp
HFC
Cáp quang:
Mang tín hiệu ánh sáng
Tốc độ cao:
Truyền điểm tới điểm tốc độ cao (ví dụ: 5 Gps)
Tỷ lệ lỗi thấp: không ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ
Phương tiện vật lý: Sóng Radio
Tín hiệu mang trong phổ điện từ
Không có dây dẫn vật lý
Hai chiều
Ảnh hưởng của môi trường lan truyền:
Phản xạ
Vật cản
Nhiễu
Kiểu đường truyền Radio:
Sóng Microwave mặt đất
Đạt tới 45 Mbps
LAN (ví dụ: Wifi)
2Mbps, 11Mbps
Wide-Area (Ví dụ:e.g., cellular)
3G: hàng trăm kbps
Satellite
Đạt tới 50Mbps (hoặc nhiều kênh bandwidth nhỏ hơn)
Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính
1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet 1.2 Network edge
1.3 Network core
1.4 Network access và physical media 1.5 Cấu trúc Internet và ISP
1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển mạch gói
1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ 1.8 Lịch sử
Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng
Phân cấp tương đối
Mức trung tâm: “Tier-1” ISPs (ví dụ: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), phạm vi quốc gia/quốc tế
Đối xử với nhau ngang hàng
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-1 cung cấp kết nối
nội bộ NAP
Tier-1 cũng cung cấp kết nối với public network
access point (NAP)
Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng
“Tier-2” ISP: các ISP nhỏ hơn (thường mức vùng)
Kết nối tới một hoặc nhiều Tier-1 ISP và các Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP trả cho
Tier-1 ISP chi phí kết nối tới phần còn lại của
Internet
Tier-2 ISP là khách hàng của Tier-1 ISP
Tier-2 ISP cũng là ngang hàng với các Tier-2 ISP khác, liên kết NAP
Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng
“Tier-3” ISP và local ISP
Mạng gần nhất đối với các hệ thống cuối
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP local
local ISP ISP
local ISP local
ISP Tier 3 ISP
local Local ISP và
Tier- 3 ISP là khách hàng của các Tier ISP mức cao hơn, các tier mức cao hơn kết nối tier là khách hàng của nó với phần còn lại
Cấu trúc Internet: Mạng của các mạng
Một gói tin chuyển qua nhiều mạng
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP local
local ISP
ISP local
ISP
local ISP
local
ISP Tier 3 ISP
local local
local ISP
Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính
1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet 1.2 Network edge
1.3 Network core
1.4 Network access và physical media 1.5 Cấu trúc Internet và ISP
1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển mạch gói
1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ
Mất gói và trễ
Các gói tin được xếp hàng trong hàng đợi của thiết bị định tuyến
Tốc độ gói tin đến tới liên kết vượt quá khả năng của output link
Hàng đợi gói tin, gói tin đợi để chuyển đi
A B
Gói tin đang được truyền (trễ)
Các gói tin xếp hàng (trễ)
Vùng đệm còn rỗi: các gói tin đến bị loại bỏ (mất gói - loss)
Bốn nguồn gây độ trễ của gói tin
1. Xử lý của nút:
Kiểm tra lỗi bít
Xác định output link
A B
Lan truyền tín hiệu Truyền
2. Xếp hàng
Thời gian đợi tại output link để truyền đi
Phụ thuộc vào mức độ đụng độ của thiết bị định tuyến
Bốn nguồn gây độ trễ của gói tin
3. Trễ truyền:
R= băng thông của liên kết (bps)
L= độ dài gói tin (bits)
Thời gian để gửi bít vào liên kết = L/R
4. Trễ lan truyền:
d = chiều dài của liên kết vật lý
s = tốc độ lan truyền trong phương tiện truyền
(~2x108 m/sec)
Trễ lan truyền = d/s
A B
Lan truyền tín hiệu Truyền
Xử lý của nút
Chú ý: s và R có giá trị rất khác nhau
Trễ của nút
dproc = Trễ xử lý
Thường một vài microsecs hoặc nhỏ hơn
dqueue = Trễ xếp hàng
Phụ thuộc vào sự tắc ngẽn
dtrans = Trễ truyền
= L/R, có giá trị đáng kể với các liên kết tốc độ thấp
dprop = Trễ lan truyền
Một vài microsecs tới hàng trăm msecs
prop trans
queue proc
nodal d d d d
d = + + +
Độ trễ hàng đợi
R= băng thông đường truyền (bps)
L= độ dài gói tin (bit)
a= tốc độ đến của gói tin
Độ đo mức độ lưu lượng = La/R
La/R ~ 0: Độ trễ hàng đợi trung bình nhỏ
La/R -> 1: Độ trễ lớn hơn
La/R > 1: Yêu cầu phục vụ vượt quá khả năng, độ trễ tiến tới vô cùng
Đo độ trễ thực tế trong Internet
Chương trình Traceroute: cung cấp chức năng đo độ trễ từ nguồn tới router theo đường tới đích. Đối với mỗi router i:
Gửi 3 gói tin sẽ tới router i trên đường tới đích
Router i sẽ trả về các gói tin cho bên gửi
Bên gửi sẽ tính thời gian giữa truyền và nhận.
Ví dụ về độ trễ trong Internet
1 <1 ms <1 ms <1 ms 10.0.0.2
2 9 ms 9 ms 8 ms 125.235.79.254 3 8 ms 7 ms 7 ms 203.113.131.252 4 7 ms 7 ms 7 ms 203.113.159.28
5 27 ms 27 ms 28 ms pos9-3.br01.hkg04.pccwbtn.net [63.218.115.25]
6 48 ms 48 ms 48 ms 72.14.196.57 7 79 ms 81 ms 80 ms 64.233.174.43 8 81 ms 79 ms 79 ms 216.239.47.233 9 82 ms 86 ms 92 ms 216.239.47.54
10 80 ms 81 ms 80 ms jp-in-f104.google.com [66.249.89.104]
Ba giá trị đo độ trễ
traceroute tới www.google.com.vn
United States VN
Google Inc, US
Độ mất gói
Hàng đợi (hay bộ đệm) có khả năng giới hạn
Khi gói tin đến hàng đợi đầy, gói tin bị loại bỏ (mất gói)
Mất gói tin có thể được truyền lại bởi nút kề trước, bởi hệ thống cuối nguồn hoặc không truyền lại
Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính
1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet 1.2 Network edge
1.3 Network core
1.4 Network access và physical media 1.5 Cấu trúc Internet và ISP
1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển mạch gói
1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ 1.8 Lịch sử
Các tầng giao thức
Mạng là phức tạp!
Nhiều thành phần:
Host
Router
Liên kết của các phương tiện truyền khác nhau
Ứng dụng
Giao thức
Phần cứng, phần mềm
Tổ chức của chuyến bay
Một chuỗi các bước
ticket (purchase) baggage (check) gates (load)
runway takeoff airplane routing
ticket (complain) baggage (claim) gates (unload) runway landing airplane routing airplane routing
ticket (purchase) baggage (check)
gates (load) runway (takeoff)
airplane routing
departure
airport arrival
airport intermediate air-traffic
control centers
airplane routing airplane routing
ticket (complain) baggage (claim
gates (unload) runway (land) airplane routing
ticket baggage gate
takeoff/landing airplane routing
Phân tầng chức năng của chuyến bay
Layers: Mỗi lớp thực hiện một dịch vụ
Hoạt động xử lý qua chính lớp nội bộ của nó
Phụ thuộc vào các dịch vụ mà lớp dưới cung cấp
Tại sao lại phân tầng?
Giải quyết với các hệ thống phức tạp:
Cấu trúc rõ ràng cho phép định danh, quan hệ của các phần hệ thống phức tạp
Mô đun hóa để dễ bảo trì, nâng cấp hệ thống
Sự thay đổi trong việc thực hiện dịch vụ của mỗi tầng là trong suốt với phần còn lại của hệ thống
Ví dụ: Sự thay đổi trong thủ tục “in gate” không ảnh hưởng tới phần còn lại của hệ thống
Có hạn chế của sự phân tầng ?
Ngăn xếp giao thức Internet
Application: hỗ trợ các ứng dụng mạng
FTP, SMTP, …
Transport: truyền dữ liệu host-host
TCP, UDP
Network: dẫn đường các datagram từ nguồn tới đích
IP, các giao thức dẫn đường
Link: truyền dữ liệu giữa các thành phần mạng láng giềng
PPP, Ethernet
application transport
network link physical
message segment datagram frame
source
application transport
network link physical
Ht Hn
Hl M
Ht
Hn M
Ht M M
destination application transport
network link physical
Ht Hn
Hl M
Ht
Hn M
Ht M M
network link physical
link physical
Ht Hn
Hl M
Ht
Hn M
Ht Hn
Hl M
Ht
Hn M
Ht Hn
Hl M Hl Hn Ht M
router switch
Đóng gói
Chương 1: Tổng quan về Mạng máy tính
1.1 Một số khái niệm cơ bản trong Internet 1.2 Network edge
1.3 Network core
1.4 Network access và physical media 1.5 Cấu trúc Internet và ISP
1.6 Độ trễ và độ mất gói trong mạng chuyển mạch gói
1.7 Các tầng giao thức, các mô hình dịch vụ
Lịch sử Internet
1961: Kleinrock – Lý thuyết hàng đợi chứng minh hiệu quả của chuyển mạch gói
1964: Baran – chuyển
mạch gói trong mạng dùng trong quân sự
1967: ARPAnet xây dựng bởi Advanced Research Projects Agency
1969: Nút ARPAnet đầu tiên hoạt động
1972:
ARPAnet công bố rộng rãi
NCP (Network Control Protocol) là giao thức host- host đầu tiên
Chương trình e-mail đầu tiên
ARPAnet có 15 nút
1961-1972: Nguồn gốc của mạng chuyển mạch gói
Lịch sử Internet
1970: Mạng vệ tinh ALOHAnet satellite tại Hawaii
1973: Luận văn tiến sỹ của
Metcalfe đề xuất mạng Ethernet
1974: Cerf và Kahn – kiến trúc cho kết nối các mạng
Cuối những năm 70: kiến trúc mới: DECnet, SNA, XNA
Cuối những năm 70: chuyển mạch các gói tin chiều dài cố định (tiền thân của ATM)
1979: ARPAnet có 200 nút
Quy tắc làm việc liên mạng của Cerf và Kahn:
Tối thiểu, tự trị – không đòi hỏi có sự thay đổi bên trong để kết nối các mạng
Mô hình dịch vụ best effort
Stateless router
Điều khiển không tập chung
Định nghĩa kiến trúc của Internet ngày nay
1972-1980: Làm việc liên mạng, các mạng mới
Lịch sử Internet
Đầu những năm 90: ARPAnet dừng làm việc
1991: NSF hạn chế sử dụng thương mại NSFnet (dừng làm việc 1995)
Đầu những năm 1990: Web
Siêu văn bản [Bush 1945, Nelson 1960]
HTML, HTTP: Berners-Lee
1994: Mosaic sau đó là Netscape
Cuối những năm 90: thương mại hóa Web
Cuối 90 cho đến những năm 2000:
Instant messaging, chia sẻ file P2P
An toàn bảo mật mạng đặt lên hàng đầu
Khoảng 50 triệu host, hơn 100 triệu người sử dụng
Đường truyền backbone đạt tốc độ Gbps
1990, 2000’s: thương mại hóa, Web, các ứng dụng mới