An toàn trong mạng máy tính và về bức tường lửa

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG……………..

LUẬN VĂN

An toàn trong mạng máy tính và về bức tường lửa.

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta đang sống trong một thời đại mới, thời đại phát triển rực rỡ của

công nghệ thông tin, đặc biệt là công nghệ máy vi tính và mạng máy tính với

sự bựng nổ của hàng ngàn cuộc cỏch mạng lớn nhỏ. Từ khi ra đời, máy vi tính

ngày càng giữ vai trũ quan trọng trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và cuộc

sống hàng ngày của con người. Từ sự ra đời của chiếc máy tính điện tử lớn

ENIAC đầu tiên năm 1945, sau đó là sự ra đời những máy vi tính của hóng

IBM vào năm 1981 cho đến nay, sau hơn 20 năm, cùng với sự thay đổi về tốc

độ các bộ vi xử lý và cỏc phần mềm ứng dụng, cụng nghệ thụng tin đó ở một

bước phát triển cao, đó là số hóa tất cả những dữ liệu thông tin, đồng thời kết

nối chúng lại với nhau và luân chuyển mạnh mẽ. Hiện nay, mọi loại thông tin,

số liệu, hỡnh ảnh, õm thanh … đều được đưa về dạng kỹ thuật số để bất kỳ

máy tính nào cũng có thể lưu trữ, xử lý cũng như chuyển tiếp với các máy tính

hay thiết bị kỹ thuật số khỏc.

Sự ra đời của các mạng máy tính và những dịch vụ của nó đó mang lại cho

con người rất nhiều những lợi ích to lớn, góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát

triển mạnh mẽ, đơn giản hóa những thủ tục lưu trữ, xử lý, trao chuyển thụng

tin phức tạp, liờn lạc và kết nối giữa những vị trớ, khoảng cỏch rất lớn một

cỏch nhanh chúng, hiệu quả … Và mạng máy tính đó trở thành yếu tố khụng

thể thiếu đối với sự phát triển của nền kinh tế, chính trị cũng như văn hóa, tư

tưởng của bất kỳ quốc gia hay châu lục nào. Con người đó khụng cũn bị giới

hạn bởi những khoảng cỏch về địa lý, có đầy đủ quyền năng hơn để sáng tạo

những giá trị mới vô giá về vật chất và tinh thần, thỏa món những khỏt vọng

lớn lao của chớnh họ và của toàn nhõn loại.

Cũng chớnh vỡ vậy, nếu khụng cú mạng mỏy tớnh, hoặc mạng mỏy tớnh

khụng thể hoạt động như ý muốn thỡ hậu quả sẽ rất nghiêm trọng. Và vấn đề

an toàn cho mạng máy tính cũng phải được đặt lên hàng đầu khi thiết kế, lắp

đặt và đưa vào sử dụng một hệ thống mạng máy tính dù là đơn giản nhất.

Bờn cạnh đú, thụng tin giữ một vai trũ hết sức quan trọng bởi vỡ nếu như

thiếu thông tin, con người sẽ trở nên lạc hậu dẫn tới những hậu quả nghiêm

trọng, nền kinh tế chậm phát triển. Vỡ lý do đó, việc lưu giữ, trao đổi và quản

lý tốt nguồn tài nguyờn thụng tin để sử dụng đúng mục đích, không bị thất

thoát đó là mục tiờu hướng tới của không chỉ một ngành, một quốc gia mà của

toàn thế giới.

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 3

Trong quỏ trỡnh thực tập và làm đồ án tốt nghiệp, được sự đồng ý và

hướng dẫn, chỉ bảo tận tỡnh của thầy giỏo hướng dẫn Nguyễn Thống Nhất,

cùng với sự giúp đỡ của bạn bè và công ty nơi thực tập, em đó cú thêm nhiều

điều kiện để tỡm hiểu về mạng mỏy tớnh, về vấn đề an toàn trong mạng máy

tính và về bức tường lửa. Đó cũng là đề tài mà em muốn nghiên cứu và trỡnh

bày trong đồ án tốt nghiệp này. Nội dung chính của đồ án gồm:

 Phần I: Tổng quan về mạng mỏy tớnh

 Phần II: Vấn đề an toàn trong mạng mỏy tớnh

 Phần III: Bức tường lửa (Firewall)

Đồ án đề cập đến một vấn đề khá lớn và tương đối phức tạp, đũi hỏi nhiều

thời gian và kiến thức về lý thuyết cũng như thực tế. Do thời gian nghiên cứu

chưa được nhiều và trỡnh độ bản thõn cũn hạn chế, nờn đồ án không tránh

khỏi những khiếm khuyết. Em rất mong nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo của

các thầy, cô giáo và sự đóng góp nhiệt tỡnh của cỏc bạn để giúp em bổ sung

vốn kiến thức và có thể tiếp tục nghiên cứu đề tài nêu trên một cách tốt hơn,

hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội tháng 5 năm 2010

Sinh viờn thực hiện

Nguyễn Duy Hà

Vũ Sơn Thành

Phạm Văn An

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY TÍNH

1.1. Lịch sử mỏy tớnh

Trong thời đại khoa học kỹ thuật ngày nay, máy tính điện tử đóng một vai trũ hết sức

quan trọng và là yếu tố khụng thể thiếu đối với hầu hết các ngành nghề, cỏc dịch vụ cũng

như đối với đời sống sinh hoạt của con người. Để trở thành những công cụ hữu ích, công

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 4

nghệ cao như hiện nay, máy tính điện tử đó trải qua rất nhiều thời kỡ phỏt triển, đáp ứng

những đũi hỏi ngày một cao của con người.

Với sự ra đời và thành công của máy ENIAC, năm 1946 được xem như năm mở đầu

cho kỷ nguyên máy tính điện tử, kết thúc sự nỗ lực nghiên cứu của các nhà khoa học đó

kộo dài trong nhiểu năm trước đó, và mở ra một thời kỳ phát triển mạnh mẽ của công nghệ

phần cứng cơ sở chế tạo ra những máy tính điện tử với tính năng ngày càng cao, được sử

dụng rộng rói trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Lịch sử phỏt triển của mỏy tớnh cú

thể chia thành 4 giai đoạn như sau:

1.1.1. Giai đoạn 1: Từ 1945 đến 1958, với máy tính thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ

đèn chân không.

 Máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), do John

Mauchly và John Presper Eckert (đại học Pensylvania, Mỹ) thiết kế và chế tạo, là chiếc

máy số hoá điện tử đa năng đầu tiên trên thế giới.

- Nguồn gốc: Dự án chế tạo máy ENIAC được bắt đầu vào năm 1943. Đây là một nỗ

lực nhằm đáp ứng yêu cầu thời chiến của BRL (Ballistics Research Laboratory – Phũng

nghiờn cứu đạn đạo quân đội Mỹ) trong việc tính toán chính xác và nhanh chóng các bảng

số liệu đạn đạo cho từng loại vũ khí mới.

- Số liệu kỹ thuật: ENIAC là một chiếc máy khổng lồ với hơn 18000 bóng đèn chân

không, nặng hơn 30 tấn, tiêu thụ một lượng điện năng vào khoảng 140kW và chiếm một

diện tích xấp xỉ 1393 m2. Mặc dù vậy, nó làm việc nhanh hơn nhiều so với các loại máy

tính điện cơ cùng thời với khả năng thực hiện 5000 phép cộng trong một giây đồng hồ.

Điểm khác biệt giữa ENIAC & các máy tính khác: ENIAC sử dụng hệ đếm thập phân

chứ không phải nhị phân như ở tất cả các máy tính khác. Với ENIAC, các con số được biểu

diễn dưới dạng thập phân và việc tính toán cũng được thực hiện trên hệ thập phân. Bộ nhớ

của máy gồm 20 “bộ tớch lũy”, mỗi bộ có khả năng lưu giữ một số thập phân có 10 chữ số.

Mỗi chữ số được thể hiện bằng một vũng gồm 10 đèn chân không, trong đó tại mỗi thời

điểm, chỉ có một đèn ở trạng thái bật để thể hiện một trong mười chữ số từ 0 đến 9 của hệ

thập phân. Việc lập trỡnh trờn ENIAC là một cụng việc vất vả vỡ phải thực hiện nối dõy

bằng tay qua việc đóng/mở các công tắc cũng như cắm vào hoặc rút ra các dây cáp điện.

- Hoạt động thực tế: Máy ENIAC bắt đầu hoạt động vào tháng 11/1945 với nhiệm vụ

đầu tiên không phải là tính toán đạn đạo (vỡ chiến tranh thế giới lần thứ hai đó kết thỳc) mà

để thực hiện các tính toán phức tạp dùng trong việc xác định tính khả thi của bom H. Việc

có thể sử dụng máy vào mục đích khác với mục đích chế tạo ban đầu cho thấy tính đa năng

của ENIAC. Máy tiếp tục hoạt động dưới sự quản lý của BRL cho đến khi được tháo rời ra

vào năm 1955.

 Mỏy tớnh Von Neumann

Như đó đề cập ở trên, việc lập trỡnh trờn mỏy ENIAC là một cụng việc rất tẻ nhạt và

tốn kộm nhiều thời gian. Cụng việc này cú lẻ sẽ đơn giản hơn nếu chương trỡnh cú thể

được biểu diễn dưới dạng thích hợp cho việc lưu trữ trong bộ nhớ cùng với dữ liệu cần xử

lý. Khi đó máy tính chỉ cần lấy chỉ thị bằng cách đọc từ bộ nhớ, ngoài ra chương trỡnh cú

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 5

thể được thiết lập hay thay đổi thông qua sự chỉnh sửa các giá trị lưu trong một phần nào đó

của bộ nhớ.

í tưởng này, được biết đến với tên gọi “khái niệm chương trỡnh được lưu trữ”, do nhà

toán học John von Neumann, một cố vấn của dự án ENIAC, đưa ra ngày 8/11/1945, trong

một bản đề xuất về một loại máy tính mới có tên gọi EDVAC (Electronic Discrete Variable

Computer). Máy tính này cho phép nhiều thuật toán khác nhau có thể được tiến hành trong

máy tính mà không cần phải nối dây lại như máy ENIAC.

 Mỏy IAS

Tiếp tục với ý tưởng của mỡnh, vào năm 1946, von Neuman cùng các đồng nghiệp bắt

tay vào thiết kế một máy tính mới có chương trỡnh được lưu trữ với tên gọi IAS (Institute

for Advanced Studies) tại học viện nghiên cứu cao cấp Princeton, Mỹ. Mặc dù mói đến

năm 1952 máy IAS mới được hoàn tất, nó vẫn là mô hỡnh cho tất cả cỏc mỏy tớnh đa năng

sau này.

1.1.2. Giai đoạn 2: Từ 1958 đến 1964, với máy tính thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ

chất bán dẫn.

Sự thay đổi đầu tiên trong lĩnh vực máy tính điện tử xuất hiện khi có sự thay thế đèn

chân không bằng đèn bán dẫn. Đèn bán dẫn nhỏ hơn, rẻ hơn, tỏa nhiệt ít hơn trong khi vẫn

có thể được sử dụng theo cùng cách thức của đèn chân không để tạo nên máy tính. Không

như đèn chân không vốn đũi hỏi phải có dây, có bảng kim loại, có bao thủy tinh và chân

không, đèn bán dẫn là một thiết bị ở trạng thái rắn được chế tạo từ silicon có nhiều trong

cát có trong tự nhiên.

Đèn bán dẫn là phát minh lớn của phũng thớ nghiệm Bell Labs trong năm 1947. Nó đó

tạo ra một cuộc cách mạng điện tử trong những năm 50 của thế kỷ 20. Dù vậy, mói đến

cuối những năm 50, các máy tính bán dẫn hóa hoàn toàn mới bắt đầu xuất hiện trên thị

trường máy tính. Việc sử dụng đèn bán dẫn trong chế tạo máy tính đó xỏc định thế hệ máy

tính thứ hai, với đại diện tiêu biểu là máy PDP–1 của công ty DEC (Digital EquIPment

Corporation) và IBM 7094 của IBM. DEC được thành lập vào năm 1957 và cũng trong

năm đó cho ra đời sản phẩm đầu tiên của mỡnh là mỏy PDP–1 như đó đề cập ở trên. Đây là

chiếc máy mở đầu cho dũng mỏy tớnh mini của DEC, vốn rất phổ biến trong cỏc mỏy tớnh

thế hệ thứ ba.

1.1.3. Giai đoạn 3: Từ 1964 đến 1974, với máy tính thế hệ thứ ba sử dụng cụng nghệ

mạch tớch hợp.

Một đèn bán dẫn tự chứa, đơn lẻ thường được gọi là một thành phần rời rạc. Trong suốt

những năm 50 và đầu những năm 60 của thế kỷ 20, các thiết bị điện tử phần lớn được kết

hợp từ những thành phần rời rạc – đèn bán dẫn, điện trở, tụ điện, v.v... Các thành phần rời

rạc được sản xuất riêng biệt, đóng gói trong các bộ chứa riêng, sau đó được dùng để nối lại

với nhau trên những bảng mạch. Các bảng này lại được gắn vào trong máy tính, máy kiểm

tra dao động, và các thiết bị điện tử khác nữa. Bất cứ khi nào một thiết bị điện tử cần đến

một đèn bán dẫn, một ống kim loại nhỏ chứa một mẫu silicon sẽ phải được hàn vào một

bảng mạch. Toàn bộ quá trỡnh sản xuất, đi từ đèn bán dẫn đến bảng mạch, là một quá trỡnh

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 6

tốn kộm và khụng hiệu quả. Những vấn đề như vậy đó làm nền tảng cho việc dẫn đến các

bài toán mới trong công nghiệp máy tính. Các máy tính thế hệ thứ hai ban đầu chứa khoảng

10000 đèn bán dẫn. Con số này sau đó đó tăng lên nhanh chóng đến hàng trăm ngàn, làm

cho việc sản xuất các máy mạnh hơn, mới hơn gặp rất nhiều khó khăn.

Sự phát minh ra mạch tích hợp vào năm 1958 đó cỏch mạng húa điện tử và bắt đầu cho

kỷ nguyên vi điện tử với nhiều thành tựu rực rỡ. Mạch tích hợp chính là yếu tố xác định thế

hệ thứ ba của máy tính. Trong mục tiếp sau đây chúng ta sẽ tỡm hiểu một cỏch ngắn gọn về

cụng nghệ mạch tớch hợp. Sau đó, hai thành viên quan trọng nhất trong các máy tính thế hệ

thứ ba, máy IBM System/360 và máy DEC PDP–8, sẽ được giới thiệu cùng với các tính

năng nổi bật của chúng.

1.1.4. Giai đoạn 4: Từ 1974 đến nay, với máy tính thế hệ thứ tư sử dụng công nghệ

mạch tích hợp vô cùng lớn/siêu lớn (VLSI/ULSI).

Với tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ, mức độ cho ra đời các sản phẩm mới

ở mức cao, cũng như tầm quan trọng của phần mềm, của truyền thông và phần cứng, việc

phân loại máy tính theo thế hệ trở nên kém rừ ràng và ớt cú ý nghĩa như trước đây. rong

phần tiếp theo, hai thành tựu tiêu biểu về công nghệ của máy tính thế hệ thứ tư sẽ được giới

thiệu một cách tóm lược.

 Bộ nhớ bỏn dẫn

Vào khoảng những năm 50 đến 60 của thế kỷ này, hầu hết bộ nhớ máy tính đều được

chế tạo từ những vũng nhỏ làm bằng vật liệu sắt từ, mỗi vũng cú đường kính khoảng 1/16

inch. Các vũng này được treo trên các lưới ở trên những màn nhỏ bên trong máy tính. Khi

được từ hóa theo một chiều, một vũng (gọi là một lừi) biểu thị giỏ trị 1, cũn khi được từ

hóa theo chiều ngược lại, lừi sẽ đại diện cho giỏ trị 0. Bộ nhớ lừi từ kiểu này làm việc khỏ

nhanh. Nú chỉ cần một phần triệu giõy để đọc một bit lưu trong bộ nhớ. Nhưng nó rất đắt

tiền, cồng kềnh, và sử dụng cơ chế hoạt động loại trừ: một thao tác đơn giản như đọc một

lừi sẽ xúa dữ liệu lưu trong lừi đó. Do vậy cần phải cài đặt các mạch phục hồi dữ liệu ngay

khi nó được lấy ra ngoài.

Năm 1970, Fairchild chế tạo ra bộ nhớ bán dẫn có dung lượng tương đối đầu tiên. ChIP

này có kích thước bằng một lừi đơn, có thể lưu 256 bit nhớ, hoạt động không theo cơ chế

loại trừ và nhanh hơn bộ nhớ lừi từ. Nú chỉ cần 70 phần tỉ giõy để đọc ra một bit dữ liệu

trong bộ nhớ. Tuy nhiên giá thành cho mỗi bit cao hơn so với lừi từ.

Kể từ năm 1970, bộ nhớ bán dẫn đó đi qua tám thế hệ: 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M,

4M, và giờ đây là 16M bit trờn một chIP đơn (1K = 210, 1M = 220). Mỗi thế hệ cung cấp

khả năng lưu trữ nhiều gấp bốn lần so với thế hệ trước, cùng với sự giảm thiểu giá thành

trên mỗi bit và thời gian truy cập.

 Bộ vi xử lý

Vào năm 1971, hóng Intel cho ra đời chIP 4004, chIP đầu tiên có chứa tất cả mọi thành

phần của một CPU trên một chIP đơn. Kỷ nguyên bộ vi xử lý đó được khai sinh từ đó.

ChIP 4004 cú thể cộng hai số 4 bit và nhõn bằng cỏch lập lại phộp cộng. Theo tiờu chuẩn

ngày nay, chIP 4004 rừ ràng quỏ đơn giản, nhưng nó đó đánh dấu sự bắt đầu của một quá

trỡnh tiến húa liờn tục về dung lượng và sức mạnh của các bộ vi xử lý. Bước chuyển biến

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 7

kế tiếp trong quá trỡnh tiến húa núi trờn là sự giới thiệu chIP Intel 8008 vào năm 1972. Đây

là bộ vi xử lý 8 bit đầu tiờn và có độ phức tạp gấp đôi chIP 4004.

Đến năm 1974, Intel đưa ra chIP 8080, bộ vi xử lý đa dụng đầu tiên được thiết kế để trở

thành CPU của một máy vi tính đa dụng. So với chIP 8008, chIP 8080 nhanh hơn, có tập

chỉ thị phong phú hơn và có khả năng định địa chỉ lớn hơn.

Cũng trong cùng thời gian đó, các bộ vi xử lý 16 bit đó bắt đầu được phát triển. Mặc dù

vậy, mói đến cuối những năm 70, các bộ vi xử lý 16 bit đa dụng mới xuất hiện trên thị

trường. Sau đó đến năm 1981, cả Bell Lab và Hewlett–packard đều đó phỏt triển các bộ vi

xử lý đơn chIP 32 bit. Trong khi đó, Intel giới thiệu bộ vi xử lý 32 bit của riờng mỡnh là

chIP 80386 vào năm 1985.

1.2. Cấu trúc và chức năng của máy tính

1.2.1. Cấu trỳc tổng quỏt của mỏy tớnh

Mỏy tớnh là một hệ thống phức tạp với hàng triệu thành phần điện tử cơ sở. Ở mức đơn

giản nhất, máy tính có thể được xem như một thực thể tương tác theo một cách thức nào đó

với môi trường bên ngoài. Một cách tổng quát, các mối quan hệ của nó với môi trường bên

ngoài có thể phân loại thành các thiết bị ngoại vi hay đường liên lạc.

Hỡnh 1: Cấu trỳc tổng quỏt của mỏy tớnh

 Thành phần chính, quan trọng nhất của máy tính là Đơn vị xử lý trung tõm (CPU –

Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động của máy tính và thực hiện các chức năng

xử lý dữ liệu.

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 8

Hỡnh 2: Bộ xử lý trung tõm của mỏy tớnh (CPU)

CPU thường được đề cập đến với tên gọi bộ xử lý. Mỏy tớnh cú thể cú một hoặc nhiều

thành phần núi trờn, Vớ Dụ như một hoặc nhiều CPU. Trước đây đa phần các máy tính chỉ

có một CPU, nhưng gần đây có sự gia tăng sử dụng nhiều CPU trong một hệ thống máy

đơn. CPU luôn luôn là đối tượng quan trọng vỡ đây là thành phần phức tạp nhất của hệ

thống. Cấu trúc của CPU gồm các thành phần chính:

- Đơn vị điều khiển: Điều khiển hoạt động của CPU và do đó điều khiển hoạt động

của máy tính.

- Đơn vị luận lý và số học (ALU – Arithmetic and Logic Unit): Thực hiện các chức

năng xử lý dữ liệu của máy tính.

- Tập thanh ghi: Cung cấp nơi lưu trữ bên trong CPU.

- Thành phần nối kết nội CPU: Cơ chế cung cấp khả năng liên lạc giữa đơn vị điều

khiển, ALU và tập thanh ghi.

Trong các thành phần con nói trên của CPU, đơn vị điều khiển lại giữ vai trũ quan

trọng nhất. Sự cài đặt đơn vị này dẫn đến một khái niệm nền tảng trong chế tạo bộ vi xử lý

máy tính. Đó là khỏi niệm vi lập trỡnh. Hỡnh dưới đây mô tả tổ chức bên trong một đơn vị

điều khiển với ba thành phần chính gồm:

- Bộ lập dóy logic

- Bộ giải mó và tập cỏc thanh ghi điều khiển

- Bộ nhớ điều khiển

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Mạnh Chiến – ĐT2, CĐ1A – K45 Trang 9

Hỡnh 3: Đơn vị điều khiển của CPU

Cỏc thành phần khỏc của mỏy tớnh:

 Bộ nhớ chớnh: Dùng để lưu trữ dữ liệu.

 Cỏc thành phần nhập xuất: Dùng để di chuyển dữ liệu giữa máy tính và môi trường

bên ngoài.

 Cỏc thành phần nối kết hệ thống: Cung cấp cơ chế liên lạc giữa CPU, bộ nhớ chính

và các thành phần nhập xuất.

1.2.2. Chức năng của mỏy tớnh

Một cỏch tổng quát, một máy tính có thể thực hiện bốn chức năng cơ bản sau:

- Di chuyển dữ liệu

- Điều khiển

- Lưu trữ dữ liệu

- Xử lý dữ liệu