Bài giảng Mạng và Truyền số liệu nâng cao

PGS. TS. Nguyễn Đình Việt vietnd@vnu.edu.vn; vietnd@hn.vnn.vn Hà nội – 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TINChương trình Cao học, môn học:Mạng và Truyền số liệu nâng caoAdvanced Computer Networks and Data Communications INT 6002Lớp K16T1, T2, T3 (2 credits) Mục tiêu của môn học Kiến thức: Phần 1: Truyền số liệu Nắm vững các phương pháp truyền số liệu trong các môi trường truyền dẫn khác nhau, các phương pháp mã hoá số liệu để việc truyền có hiệu quả và tin cậy, đáp ứng yêu cầu của ứng dụng. Phần 2: Mạng máy tính Nắm vững các kiến thức về mạng Internet, mạng LAN và mạng LAN không dây (WLAN), các phương pháp cải tiến các giao thức giao vận cho truyền thông đa phương tiện, làm cơ sở cho việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho truyền thông đa phương tiện trên mạng Internet. Hai phần, có liên quan đến nhau, nhưng có thể trình bày độc lập. Kỹ năng: Phân tích được ưu, nhược điểm của các phương án lựa chọn đường truyền trong các điều kiện cụ thể khi thiết kế mạng. Phân tích và đánh giá được khả năng đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) của các ứng dụng truyền thông đa phương tiện sử dụng các giao thức vận chuyển chính của mạng Internet. Môn học Mạng và Truyền số liệu nâng cao Truyền số liệu (data communications): Nghiên cứu các môi trường truyền dẫn và đặc tính của chúng; Các phương pháp mã hoá số liệu (Data encoding); Giao thức điều khiển kênh truyền số liệu (Data link control) và các phương pháp dồn kênh và phân kênh (Multiplexing). Nói một cách ngắn gọn là: Nghiên cứu sự truyền (transmission) tín hiệu một cách tin cậy và hiệu quả Các chủ đề được nghiên cứu gồm: Truyền tín hiệu (signal transmission) Môi trường truyền (transmission media) Mã hoá tín hiệu (signal encoding) Giao diện (interfacing) Điều khiển đường truyền số liệu (data link control), và việc dồn/tách kênh (multiplexing). Môn học Mạng và Truyền số liệu nâng cao Mạng (networking): Nghiên cứu việc phân lớp các giao thức và các mô hình ISO OSI và TCP/IP; Mạng LAN, WLAN, Internet và các giao thức điều khiển truy cập môi trường truyền; Các giao thức chính trong bộ giao thức TCP/IP (IP, TCP, UDP, RTP...). Truyền thông đa phương tiện và vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS); Cải tiến và phát triển các giao thức giao vận cho truyền thông đa phương tiện. … Môn học Mạng và Truyền số liệu nâng cao Các kiến thức cần có trước (Nhập môn) Mạng máy tính Kiến trúc máy tính NỘI DUNG MÔN HỌC (CÁC CHƯƠNG) Chương 1 Giới thiệu (*) Chương 2: Giao thức và kiến trúc giao thức (*) Chương 3: Truyền số liệu Chương 4: Mạng cục bộ LAN (*) Chương 5 Mạng Internet (**) Chương 6 Truyền thông đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ (**) Chương 1 Giới thiệu 1.1. Mô hình truyền thông (A Communication Model) 1.2. Truyền số liệu (Data Communications) 1.3. Nối mạng truyền số liệu (Data Communication Networking) 1.3.1. Mạng LAN, WAN và Internet 1.3.2. Mạng chuyển mạch cứng và mạng chuyển mạch gói 1.3.3. Mạng Frame Relay và ISDN 1.3.4. Công nghệ ATM và MPLS (*) 1.4 Xây dựng mạng tốc độ cao và các vấn đề phải giải quyết 1.4.1 Mạng LAN tốc độ cao 1.4.2 Mạng WAN và Internet tốc độ cao 1.5 Một số ứng dụng mới trên Internet 1.5.1 Mạng riêng ảo – VPN (Virtual Private Networks) (*) 1.5.2 Truyền thông đa phương tiện và vấn đề đảm bảo QoS 1.6 Mạng thế hệ mới – NGN (Next Generation Networks) (*) 1.7. Giới thiệu các chuẩn và một số tổ chức tiêu chuẩn hoá Chương 2 Giao thức và kiến trúc giao thức 2.1. Giới thiệu chung 2.1.1 Định nghĩa giao thức 2.1.2 Thí dụ về các bộ giao thức TCP/IP và ISO/OSI 2.2. Các thành phần chủ yếu của giao thức 2.3. Đặc tả, kiểm chứng và đánh giá hiệu suất giao thức 2.4. Điều khiển khắc phục lỗi và điều khiển lưu lượng 2.4.1. Cơ chế hoạt động 2.4.2. Các giao thức phổ biến nhất (S&W, GbN, SR) 2.4.3. Điều khiển khắc phục lỗi và điều khiển lưu lượng trong mạng tốc độ cao 2.4.4. Điều khiển khắc phục lỗi và điều khiển lưu lượng trong mạng không dây 2.5. Giao thức ở mức liên kết dữ liệu 2.5.1. Các giao thức hướng ký tự (COP) và hướng bit (BOP) 2.5.2. Giao thức HDLC Chương 3 Truyền số liệu (1/3) 3.1. Các môi trường truyền dẫn và đặc tính của chúng 3.1.1. Môi trường truyền có định hướng (Guided Transmission Media) 3.1.2. Truyền không dây 3.2. Truyền số liệu 3.2.1. Các khái niệm và thuật ngữ thông dụng 3.2.2. Truyền số liệu tương tự và số liệu số 3.2.3. Lỗi khi truyền tín hiệu 3.2.4. Công thức tính dải thông của Nyquist 3.2.5. Công thức tính dung lượng kênh truyền của Shannon Chương 3 Truyền số liệu (2/3) 3.3. Các phương pháp mã hoá số liệu (Data encoding) 3.3.1 Tín hiệu số truyền số liệu số 3.3.2 Tín hiệu tương tự truyền số liệu số 3.3.3 Tín hiệu số truyền số liệu tương tự 3.3.4 Tín hiệu tương tự truyền số liệu tương tự 3.3.5 Phương pháp trải phổ Chương 3 Truyền số liệu (3/3) 3.4. Các phương pháp dồn kênh và phân kênh (Multiplexing) 3.4.1. Dồn kênh phân chia theo tần số (FDM) 3.4.2. Dồn kênh phân chia theo thời gian (FDM) 3.4.3. Dồn kênh phân chia theo mã (CDM) 3.4.4. Đường truyền xDSL 3.5. Công nghệ SDH và PDH 3.5.1. Công nghệ SDH (Synchronous Digital Hierachy) 3.5.2. Công nghệ PDH (Plesiochronous Digital Hierachy) Chương 4 Mạng cục bộ LAN (1/2) 4.1 Giới thiệu 4.1.1. Kiến trúc mạng cục bộ 4.1.2. Các phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền 4.2 Mạng LAN theo chuẩn 802.3 và Fast Ethernet 4.2.1 Mạng LAN theo chuẩn 802.3 4.2.2 Mạng LAN có dây tốc độ cao – Fast Ethernet (*) 4.3 Mạng LAN theo chuẩn 802.5 và FDDI (*) 4.3.1 Mạng LAN theo chuẩn 802.5 4.3.2 Mạng LAN theo chuẩn FDDI (ANSI X3T9.5; ISO 9314) 4.4. Phân loại mạng không dây và chuẩn tương ứng 4.5 Mạng LAN không dây (WLAN) theo chuẩn 802.11 4.5.1 Giao thức MAC trong mạng WLAN 4.5.2 Kiến trúc giao thức Chương 4 Mạng cục bộ LAN (2/2) 4.6 Mạng LAN không dây (WLAN) theo chuẩn 802.16 (*) 4.6.1 Giao thức MAC trong mạng 802.16 4.6.2 Kiến trúc giao thức 802.16 4.6.3 So sánh 802.11 và 802.16 4.7 Mạng không dây di động đặc biệt - MANET (Mobile Adhoc Networks) 4.7.1 Giới thiệu chung 4.7.2 Định tuyến trong MANET 4.7.3 Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong MANET Chương 5 Mạng Internet (1/2) 5.1 Giới thiệu 5.2 Kiến trúc mạng Internet 5.3 Giao thức liên mạng IP 5.3.1 Cấu trúc gói số liệu IP và địa chỉ IP 5.3.2 Phân mảnh và hợp nhất các mảnh của gói tin IP 5.3.3 Định tuyến IP 5.3.4 Mobile IP 5.4 Một số giao thức điều khiển 5.4.1 Giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) 5.4.2 Giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) 5.4.3 Giao thức RARP (Reverse ARP) 5.4.4 Giao thức BOOTP (Bootstrap Protocol) 5.4.5 Giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Chương 5 Mạng Internet (2/2) 5.5 Giao thức TCP 5.5.1 Nguyên tắc hoạt động 5.5.2 Cấu trúc gói số liệu TCP 5.5.3 Thiết lập và giải phóng kết nối TCP 5.5.4 Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn 5.5.5 Các cải tiến đối với TCP 5.5.6 Mobile TCP 5.6 Giao thức UDP 5.6.1 Nguyên tắc hoạt động 5.6.2 Cấu trúc gói số liệu UDP Chương 6: Truyền thông đa phương tiện và yêu cầu QoS (1/2) 6.1 Các khái niệm: hệ thống thời gian thực, Multimedia và QoS 6.2 Các ứng dụng đa phương tiện trên mạng Internet 6.2.1 Truyền video và audio đã được lưu trữ 6.2.2 Truyền audio và video trực tiếp (live audio and video) 6.2.3 Ứng dụng tương tác audio, video thời gian thực 6.3 Yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) và chuẩn H323 6.3.1 Yêu cầu chất lượng dịch vụ 6.3.2 Chuẩn H323 cho truyền thông đa phương tiện Chương 6: Truyền thông đa phương tiện và yêu cầu QoS (2/2) 6.4 Đặc điểm “Cố gắng tối đa” của các giao thức vận chuyển chính trên Internet và các vấn đề phải giải quyết 6.4.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best effort) 6.4.2 Hạn chế của dịch vụ cố gắng tối đa 6.4.3 Khắc phục các hạn chế của dịch vụ cố gắng tối đa để đảm bảo QoS 6.5 Sử dụng giao thức RTP để vận chuyển thông tin multimedia 6.5.1 Giao thức RTP 6.5.2 Giao thức điều khiển RTCP hoạt động cùng với RTP 6.6 Nguyên tắc và các mô hình đảm bảo QoS 6.6.1 Các nguyên lý để đảm bảo chất lượng dịch vụ với ứng dụng đa phương tiện mạng 6.6.2 Cơ chế lập lịch và kiểm soát 6.6.3. Các dịch vụ tích hợp (IntServ) 6.6.4 Các dịch vụ phân loại (DifServ) Tài liệu tham khảo (*) William Stallings, “Data and Computer Communications”, Prentice Hall, New Jersey, Eighth Edition, December 2006.(available: hard copy of 6th Edition, soft copy of 5th Edition) (*) Andrew S. Tanenbaum, “Computer Networks”, Prentice Hall, New Jersey, Fourth Edition, August 2002. (available: soft copy of 4th Edition) (*) Jochen H. Schiller, Mobile Communications, Addition-Wesley, Second Edition, September 2003. (available: hard copy of 1st Edition) James F. Kurose and Keith W. Ross, “Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet”, Addision Wesley, April 2007. (available: soft copy of web Edition, 2000) Jacobson V. (1988), “Congestion Avoidance and Control,” Proceeding of SIGCOMM ’88, (Stanford, CA, Aug. 1988), ACM. (available: soft copy, on the Internet) Vũ Duy Lợi, Mạng thông tin máy tính: kiến trúc, nguyên tắc hoạt động và hiệu suất hoạt động, NXB Thế giới, 2002. (available: on bookstores, the author) Phân bố thời gian học của lớp K16T1, T2 và T3 - 2009 Giảng viên trình bày: 8 buổi (16 tiết) HVCH làm bài tập tại lớp: 1 buổi (2 tiết) HVCH trình bày seminar: 5 buổi (10 tiết) Ôn tập: 1 buổi (2 tiết) Điểm môn học = (Điểm seminar) * 20% (ĐTB các bài tập) * 20% (Điểm thi) * 60% Điểm môn học được làm tròn đến 0.5 điểm Các chủ đề seminar (1) Các chủ đề seminar (2) Các chủ đề seminar (3) Các chủ đề seminar (4) Các chủ đề seminar (5) Các chủ đề seminar (6) Các chủ đề seminar (7) Hoạt động seminar Nghe trình bày + Thảo luận các chủ đề Mỗi nhóm 3 HVCH trình bày 1 chủ đề 20’-30’ trình bày 10’ - 15’ thảo luận Các topics cho từng lớp: Lớp K16T1: 1..10, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29 Lớp K16T1: 1..10, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 Lớp K16T1: 1..10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31 Đánh giá seminar (cho điểm) Điểm seminar (max = 10) = Điểm trình bày (0..10) Điểm cộng (1..2): thảo luận tích cực và các ý kiến có giá trị (1..2) Điểm trừ (1-2): không có ý kiến nào “có giá trị” trong các seminar (và giờ học) -2 điểm: dưới 5 ý kiến -1 điểm: 5+ ý kiến Cộng điểm semina cho các thành viên tích cực: Đối với hoạt động semina của cả lớp Đối với quá trình học môn học Điểm cộng tối đa: 2.0 điểm Số người tối đa được cộng: 3 người Công bố sau khi môn học kết thúc ... Đánh giá seminar (cho điểm) Không trực tiếp trình bày: (ĐTB của các thành viên trong nhóm có trình bày) -2 Không có ý kiến trao đổi, thảo luận: Trừ điểm: 0.5-2.0 điểm Không đến trình bày semina: 0 điểm Nếu bố trí được thời gian để trình bày lại: kết quả – 2 điểm Không dự semina của các nhóm khác: Mỗi semina vắng mặt trừ 0.25 điểm Bài tập Theo từng chương Theo một số chủ đề seminar thuộc phần “Truyền số liệu” Sử dụng chương trình phân tích mạng Wireshark (Ethereal): Tìm hiểu về các giao thức (IP, ICMP, TCP, UDP, ARP, …) Tìm hiểu sự hoạt động của một số ứng dụng mạng (ping, mail, web mail, ftp, … … Dự kiến mỗi HVCH sẽ phải hoàn thành 2 bài tập Q & A