1.1. Internet là gì?

Thay vì đưa ra một câu định nghĩa, chúng ta hãy thử một phương pháp tiếp cận mô tả.

• • Mô tả dạng Bu-lông và đai ốc (Nghĩa là các thành phần phần cứng và phần mềm tạo nên mạng Internet)

• Internet công cộng là một mạng lưới máy tính trên toàn thế giới, nghĩa là, một mạng liên kết nối hàng triệu thiết bị điện toán trên khắp thế giới.

• Kiến trúc của mạng Internet là phân cấp lỏng lẻo (loosely hierarchical).

• Trong Internet, việc kết nối các hệ thống với nhau chủ yếu sử dụng hai kỹ thuật định tuyến và chuyển mạch (Routing & Switching).

• Mạng Internet là mạng của các mạng (network of networks).

Hình 1.1. Các thành phần của mạng Internet

• • Mô tả theo hướng dịch vụ

• • Cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng phân tán. Internet cho phép các ứng dụng phân tán chạy trên hệ thống đầu cuối của nó để trao đổi dữ liệu với nhau.

  • Những ứng dụng đó bao gồm: Đăng nhập từ xa, truyền file, thư điện tử, âm thanh và truyền hình, âm thanh thời gian thực và truyền hình hội nghị, phân phối trò chơi, World Wide Web, và nhiều nhiều hơn nữa.

  • Internet cung cấp 2 dịch vụ cho các ứng dụng phân tán là dịch vụ hướng kết nối và dịch vụ phi kết nối.

1.2. Giao thức là gì?

Tiêu đề của cuốn sách này: "giao thức", vậy một giao thức là gì? Một giao thức làm gì? Làm thế nào bạn có thể nhận ra giao thức nếu bạn gặp một trong số chúng?

• • Giao thức con người

• • Ví dụ: Giả sử bạn đang ở trong lớp học đại học. Giảng viên (GV) đang đề cập về “Giao thức”, trong khi bạn chưa rõ vấn đề này. GV hỏi cả lớp: “Các bạn có câu hỏi gì không?” (Một tin nhắn được gửi đi từ GV và tất cả sinh viên trong lớp nhận được). Bạn giơ cao tay (Bạn đã truyền tải một thông điệp ngầm đến GV). GV nhìn bạn và cười (GV đã nhận được thông điệp từ bạn và chấp nhận cho bạn hỏi). Và cứ như vậy cuộc thảo luận giữa GV và SV cứ tiếp tục bằng một tập hợn các hành động thông thường (hỏi, trả lời, giơ tay, nhìn và cười, …).

  • Chúng ta thấy việc truyền/nhận tin nhắn và tập hợp các hành động thông thường thực hiện khi tin nhắn được gửi/nhận là trả lời cho câu hỏi “Giao thức là gì?”.

• • Giao thức mạng

• • Giao thức mạng cũng tương tự như giao thức của con người, chỉ khác là ở các thực thể trao đổi thông điệp.

  • Giao thức mạng là các dạng và thứ tự của thông điệp trao đổi giữa hai hoặc nhiều thực thể, là các hành động gửi/nhận thông điệp.

Hình 1.2. Nghi thức của con người và giao thức mạng máy tính

1.3. Phần biên mạng

1.3.1. End Systems, Clients and Servers

- Trong thuật ngữ mạng máy tính thì các máy tính (host) mà chúng ta sử dụng hằng ngày thường được gọi là các hệ thống đầu cuối (end system).

- Host được chia làm 2 loại: Client và Server

- Trong mô hình Client-Server thì một ứng dụng client trên hệ thống này sẽ gửi và nhận thông tin từ một Server trên hệ thống kia.

- Các ứng dụng client-Server trên Internet được hiểu là các ứng dụng phân tán.

Hình 1.3. Sự tương tác giữa các hệ thống đầu cuối

1.3.2. Dịch vụ hướng kết nối và phi kết nối

• Dịch vụ hướng kết nối (Connection-oriented Service)

• Dịch vụ hướng kết nối đi kèm với một vài dịch vụ khác như: Truyền dữ liệu tin cậy, điều khiển luồng và điền khiển tắc nghẽn.

• Người gửi – Sender

  • Yêu cầu kết nối đến người nhận

  • Chờ đợi mạng thiết lập kết nối

  • Duy trì kết nối trong khi gửi dữ liệu

  • Ngắt kết nối khi hết nhu cầu

• • Người nhận – Receiver

    • Nhận yêu cầu kết nối

    • Thiết lập kết nối và thông báo cho người gửi

    • Truyền dữ liệu qua mỗi kết nối

    • Giải phóng kết nối khi người gửi yêu cầu

• Dịch vụ phi kết nối (Connectionless Service)

• Không có thủ tục “bắt tay” trước khi truyền nên người gửi không biết chắc chắn gói tin có đến đích chưa.

• Truyền tải nhanh nhưng không tin cậy.

• Người gửi – Sender

  • Tạo các packet để gửi

  • Đánh địa chỉ người nhận trong mỗi gói

  • Truyền gói tin cho mạng để gửi đi

• • Người nhận – Receiver

    • Sử dụng địa chỉ đích để chuyển tiếp gói tin

    • Giao gói tin đến nơi nhận

• • Các ứng dụng sử dụng TCP – dịch vụ hướng kết nối như: Telnet (remote login), SMTP (for electronic mail), FTP (for file transfer), và HTTP (for the Web).

  • Các ứng dụng đa phương tiện sử dụng UDP – dịch vụ phi kết nối như: Internet phone, audio-on-demand, truyền hình hội nghị, VoIP, …

1.4. Phần lõi mạng

Hình 1.4. Network core

1.4.1. Chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và chuyển mạch thông báo

• Chuyển mạch kênh – Circuit Switching

Hình 1.5. Circuit Switching

• • Trao đổi dữ liệu sử dụng một kênh riêng

  • Mỗi kênh chỉ dùng cho duy nhất một liên kết

  • Bảo đảm băng thông, thường dùng cho các ứng dụng audio/video

  • Mỗi liên kết sử dụng một kênh. Tài nguyên cho kênh đó không được sử dụng bởi người khác, trừ phi đóng liên kết. Lãng phí nếu liên kết đó không sử dụng hết khả năng của kênh.

  • Chuyển mạch: FDM (frequency division multiplexing) vàTDM (time-division multiplexing)

Hình 1.6. Chuyển mạch FDM & TDM

• • Chuyển mạch gói – Packet Switching

• Dữ liệu được chia thành các gói nhỏ và được chuyển qua mạng

• Nhiều liên kết có thể chia sẻ một kênh.

• Tăng hiệu quả sử dụng băng thông.

• Tốt cho các dữ liệu đến ngẫu nhiên, không có thứ tự.

• Với Internet (IP – Internet Protocol) thì sử dụng chuyển mạch gói.

• Hạn chế: Dễ xảy ra tắc nghẽn làm trễ và mất gói, không đảm bảo băng thông.

  • Chuyển mạch thông báo – Message Switching

• Không thiết lập liên kết dành riêng giữa hai thiết bị giao tiếp mà thay vào đó mỗi thông báo được xem như một khối độc lập bao gồm cả địa chỉ nguồn và địa chỉ đích.

• Mỗi thông báo sẽ được truyền qua các thiết bị trong mạng cho đến khi nó đến được địa chỉ đích, mỗi thiết bị trung gian sẽ nhận và lưu trữ thông báo cho đến khi thiết bị trung gian kế tiếp sẵn sàng để nhận thông báo sau đó nó chuyển tiếp thông báo đến thiết bị kế tiếp.

• Chính vì lý do này mà mạng chuyển mạch thông báo còn có thể được gọi là mạng lưu và chuyển tiếp (store-and-forward network).

Hình 1.7. Chuyển mạch thông báo

1.4.2. Định tuyến trong mạng dữ liệu

• Virtual Circuit Networks: X.25, Frame Relay, ATM, …

• Datagram Networks

• Network Taxonomy

Networks with VCs Datagram Networks

Hình 1.8. Phân loại mạng

1.5. Truy cập mạng và truyền thông vật lý

1.5.1. Truy cập mạng

• Residential access networks: Kết nối mạng gia đình

• Institutional access networks: Kết nối mạng doanh nghiệp, cơ sở giáo dục, …

• Mobile access networks: Kết nối mạng di động.

1.5.2. Tuyền thông vật lý

• Hữu tuyến và vô tuyến

• Một số loại phương tiện truyền thông phổ biến:

• Cáp xoắn đôi: UTP & STP

• Cáp quang

• Sóng radio: mặt đất và vệ tinh

1.6. Độ trễ và mất mát trong mạng chuyển mạch gói

• Các gói xếp hàng trong bộ đệm của router

  • Tỷ lệ các gói đến lớn hơn khả năng xuất đi

  • Các gói xếp hàng, chờ đến lượt xuất

Hình 1.9. Delay in packet switching

• 4 nguyên nhân của trễ: Xử lý tại nút, xếp hàng, truyền trễ, và lan truyền trễ.

1.7. Các lớp giao thức và mô hình dịch vụ của chúng

Hình 1.10. Tổ chức theo kiểu hàng không

1.7.1. The Internet Protocol Stack

Hình 1.11. Tầng giao thức và PDU

• Application: cung cấp các ứng dụng mạng: FTP, SMTP, HTTP

• Transport: xử lý dữ liệu truyền:TCP, UDP

• Network: dẫn đường cho các gói tin từ nguồn đến đích: IP, các giao thức dẫn đường

• Link: dữ liệu truyền giữa các lớp lân cận (PPP, Ethernet)

• Physical: các bit “trên đường dây”

1.7.2 Network Entities and Layers

1.8. Internet Backbones, NAPs and ISPs

Hình 1.12. Internet Backbones, NAPs and ISPs

1.9. Sơ lược về lịch sử của mạng máy tính và Internet

• 1961-1972: Thời kỳ có các nguyên lý chuyển gói

• • 1961: Kleinrock – chứng minh hiệu quả của chuyển gói

  • 1964: Baran – chuyển gói trong các mạng quân đội

  • 1967: ARPAnet hình thành từ Advanced Research Projects Agency

  • 1969: nút ARPAnet đầu tiên hoạt động

  • 1972:

• • ARPAnet phổ biến rộng rãi

  • NCP (Network Control Protocol) giao thức host-host đầu tiên

  • chương trình e-mail đầu tiên

  • ARPAnet có 15 nút

    • 1980-1990: các giao thức mới, sự gia tăng phát triển

• • 1983: xuất bản TCP/IP

  • 1982: định nghĩa giao thức email SMTP

  • 1983: DNS định nghĩa cách chuyển đổi tên-địa chỉ IP

  • 1985: giao thức FTP được định nghĩa

  • 1988: điều khiển tắc nghẽn TCP

  • Các mạng quốc gia mới: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

  • 100,000 hosts được kết nối vào liên minh các mạng

• • 1990, những năm 2000: thương mại hóa, Web, các ứng dụng mới

• • Những năm đầu 1990: arpanet ngừng hoạt động

  • 1991: NSF chấm dứt những hạn chế của nsfnet (ngừng hoạt động, 1995)

  • Những năm đầu 1990: Web

• • Hypertext [Bush 1945, Nelson 1960’s]

  • HTML, HTTP: Berners-Lee

  • 1994: Mosaic, Netscape

• Những năm cuối 1990: thương mại hóa Web

• Cuối những năm 1990 – những năm 2000:

  • Nhiều ứng dụng ra đời: tin nhắn nhanh, chia sẻ file P2P

  • Bảo mật mạng

  • Ước lượng khoảng 50 triệu host, hơn 100 triệu người dùng

  • Liên kết backbone chạy với tốc độ Gbps

1.10. ATM

• • Công nghệ truyền dẫn không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) ra đời như là một nền tảng cho mạng tổ hợp đa dịch vụ số băng rộng B-ISDN.

  • Đơn vị dữ liệu dùng trong ATM gọi là tế bàol (Cel), có độ dài 53 byte (5 byte Header và 48 byte dữ liệu)

Nguồn: James F. Kurose & Keith W. Ross, Computer Networking: A Top-Down Approach 4^th