Vietnamese network base chapter 1

I Mạng truyền thông công nghệ Giới thiệu chung Truyền thơng máy tính (computer communications) q trình truyền liệu từ thiết bị sang thiết bị khác Trước thường hiểu thiết bị máy tính, ngày thiết bị (end-system, device) khơng máy tính mà cịn bao gồm nhiều chủng loại thiết bị khác ví dụ máy điện thoại di động, máy tính PAM, Số lượng kiểu thiết bị có khả lấy thông tin từ Internet ngày tăng Một từ phổ biển có nghĩa tương tự truyền liệu Mặc dù hai cụm từ sử dụng thay cho nhau, số người coi thuật ngữ liệu (data) bao gồm kiện đơn giản thô (chưa xử lý), sử dụng thuật ngữ thông tin (information) để việc tổ chức kiện thành dạng (thơng tin) có nghĩa người Hình 1.1 Các thiết bị có khả kết nối Internet Khái niệm mạng (networking) khái niệm kết nối thiết bị lại với nhằm mục đích chia sẻ thơng tin Khái niệm mạng liên quan đến nhiều vấn đề, bao gồm: · Giao thức truyền thông (Protocol): mô tả nguyên tắc mà thành phần mạng cần phải tuân thủ để trao đổi với nhau; · Mơ hình ghép nối mạng (Topo): mơ tả cách thức nối thiết bị với · Địa (Address): mô tả cách định vị thực thể · Định tuyến (Routing): tả cách liệu chuyển từ thiết bị sang thiết bị khác thơng qua mạng · Tính tin cậy (Reliability): giải vấn đề tính tồn vẹn liệu đảm bảo liệu nhận xác liệu gửi · Tính liên tác (Interoperability): mức độ sản phẩm phần mềm phần cứng hãng sản xuất khác giao tiếp với mạng; An ninh (security): gắn liền với việc đảm bảo an toàn bảo vệ tất thành phần mạng · Chuẩn hóa (Standard): thiết lập quy tắc luật lệ cụ thể cần phải tuân theo Có nhiều ứng dụng khái niệm mạng thơng thường.Ví dụ, cơng nghiệp truyền truyền hình, cơng ty truyền thanh, truyền hình, cơng ty cáp có mạng độc lập riêng với nhiều trạm phát Thơng qua mạng này, chương trình tin tức, thể thao, điện ảnh, phim truyện… dùng chung trạm phát Một mạng truyền thông đời sớn biết đến nhiều mạng điện thoại Khi nói đến mạng điện thoại, người ta muốn nhắc đến hệ thống điện thoại kiểu cũ (plain old telephone system - POTS) mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN - public switched telephone network) Mạng PSTN mô tả hệ thống điện thoại truyền thống dựa tín hiệu tương tự sử đụng Mỹ - mạng ban đầu thiết kế để truyền tiếng nói Một mạng truyền thơng mà hầu hết người quen thuộc ngày mạng máy tính lnternet - thực tập hợp mạng, mạng mạng Thế mạng máy tính Mạng tất nhiên phải bao gồm nhiều thành phần, thành phần phải nối với theo cách thức sử dụng chung ngôn ngữ: · Các thiết bị đầu cuối (end system) kết nối với tạo thành mạng có thề máy tính (computer) thiết bị khác Nói chung ngày nhiều loại thiết bị có khả kết nối vào mạng máy tính điện thoại di động, PDA, ti vi · Môi trường truyền (media) mà truyền thơng thực qua Mơi trường truyền loại dây dẫn (cáp), sỏng (đối với mạng không dây) · Giao thức (protocol) quy tắc quy định cách thức trao đồi liệu thực thể Nói chung, ba khái niệm đưa đến định nghĩa chuẩn mạng máy tính sau: Mạng máy tính tập hợp máy tính thiết bị khác (các nút), chúng sử dụng giao thức mạng chung để chia sẻ tài nguyên với nhờ phương tiện truyền thông mạng 2.1 Các thành phần mạng: thiết bị, nút, máy tính Theo nghĩa chung thuật ngữ thiết bị (device) dùng để nói đến thực thể phần cứng Những thực thể thiết bị đầu cuối, máy in, máy tính, thiết bị phần cứng đặc biệt liên quan đến mạng, ví dụ server truyền thơng, repeater (bộ cặp), bridge (cầu), switch, router (bộ định tuyến), nhiều thiết bị đặc biệt khác; hầu hết thiết bị thảo luận chi tiết chương sau Nói chung tất thiết bị mạng dùng số phương pháp cho phép xác định chúng, thường thiết bị hãng sản xuất gắn số nhận dạng Việc làm tương tự việc in số seri ti vi đồ dùng điện tử khác Ví dụ, card Ethernet gán địa hãng sản xuất - địa không trùng với thiết bị khác Khi mô tả thành phần mạng, cần phân biệt khái niệm thiết bị (device) máy tính (computer) Xem xét khía cạnh thiết bị mạng, máy tính thường gọi host (hoặc server) trạm làm việc (workstation) (cũng gọi desktop hay client) Thuật ngữ thường dùng để hệ thống máy tính có hệ điều hành riêng chúng (ví dụ Windows) Vì workstation máy tính cá nhân máy Apple Macintosh, máy tính họ Intel (thường gọi IBM- PC tương thích); workstation đồ họa (ví dụ workstation đồ họa sản xuất Sun Microsystems, Silicon Graphics, IBM, Hewlett-Packard, Compaq Computer Corporation), superminicomputer Compaq's VAX hay hệ thống IBM AS/400, super-microcomputer Compaq's Alpha; máy tính lớn (mainframe) IBM ES-9000 2.2 Phương tiện giao thức truyền thông mạng Để chia sẻ thông tin sử dụng dịch vụ mạng, thành phần mạng phải có khả truyền thơng với Để đáp ứng yêu cầu này, phải xét tới hai tiêu chí cụ thể mạng: khả liên kết (connectivity) ngôn ngữ (language) Khả liên kết đường truyền kết nối vật lý thành phần; ngôn ngữ bảng từ vựng quy tắc truyền thông mà thành phần phải tuân theo Phương tiện truyền thông (media): Môi trường vật lý sử dụng để kết nối thành phần mạng thường gọi phương tiện truyền thông (medium, media) Phương tiện truyền thông mạng chia thành hai loại: cáp (cable) khơng dây (wireless) Ví dụ cáp truyền thơng cáp xoắn đơi (twisted-pair), cáp đồng trục (coaxial), cáp sợi quang (fiber-optic cable) Truyền thơng khơng dây sóng radio (gồm sóng cực ngắn hay việc truyền thơng qua vệ tinh), xạ hồng ngoại Các phương tiện truyền thông mạng thảo luận chi tiết chương Hình Sợi cáp quang Giao thức (Protocol): Ngơn ngữ sử dụng thực thể mạng gọi giao thức truyền thông mạng Giao thức giúp bên truyền thông "hiểu nhau” cách định nghĩa ngôn ngữ chung cho thành phần mạng Từ ý nghĩa khái quát vậy, hiểu giao thức truyền thông mạng thủ tục, quy tắc đặc tả thức chấp nhận nhằm xác định hành vi ngôn ngữ trao đổi bên Nói chung sống hàng ngày, áp dụng quy tắc Ví dụ, đến nơi địi hỏi tính trạng trọng, người phải tuân theo nghi thức đặc biệt ăn mặc (ví dụ nam giới phải mặc áo vét có thắt caravat) Nhưng đến quán ăn bình dân bại khơng cần ăn mặc trang trọng Trong mạng truyền thơng máy tính, giao thức mạng đặc tả thức định nghĩa cách thức “xử sự" thực thể tham gia truyền thông với Ở khái niệm thực thể bao gồm thiết bị phần cứng tiến trình phần mềm Giao thức mạng định nghĩa khuôn dạng liệu trao đổi bên Nói cách ngắn gọn, giao thức mạng định nghĩa bảng từ vựng quy tắc áp dụng truyền thơng liệu Khơng có mơi trường truyền trao đổi thông tin thực thể mạng khơng có ngơn ngữ chung, khơng thể hiểu Vì đường truyền cung cấp mơi trường để thực truyền thơng, ngơn ngữ chung đảm bảo hai bên truyền thông hiểu Điều giống nói chuyện điện thoại người nói tiếng Ý người khác nói tiếng Nga Nếu khơng có đường điện thoại (đường truyền mạng) cho nói chuyện hai người khơng thể nói chuyện với (không thể trao đổi liệu) Đã có đường điện thoại rồi, lúc hai người nói nghe thấy giọng nói (truyền liệu thực hiện) họ không giao tiếp với khơng số họ hiểu ngơn ngữ người - họ nói chuyện hai thứ tiếng khác Ví dụ giao thức mạng quen thuộc giao thức TCP/IP - giao thức của giao thức TCP/IP (Transmission Control protocol/Internet Protocol) TCP/IP coi xương sống Internet Tuy tên gọi TCP/IP hai giao thức cụ thể TCP IP thường sử dụng để nhóm gồm nhiều giao thức TCP IP Tập giao thức gọi giao thức TCP/IP Có thể kể đến số giao thức giao thức TCP/IP FTP (File Transfer Protocol) định nghĩa cách chuyển file; HTTP (the Hypertext Transport Protocol) dùng cho World Wide Web (WWW), định nghĩa cách server cần phải truyền tài liệu (trang Web) tới client (Web Browser) Ngoài phải kể đến ba giao thức sử dụng cho thư điện tử (email) Post Office Protocol (POP), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Intemet Mail Access Protocol (IMAP) Ngày mạng sử dụng nhiều giao thức khác từ đơn giản đến phức tạp Có thể nói giao thức "keo dán" ràng buộc mạng máy tính lại với chúng định nghĩa cách thực hoạt động cụ thể Một số giao thức khác kể đến AppleTalk - giao thức mạng sử dụng Apple Computer, Inc., chỉ dùng cho máy tính Macintosh, phục vụ cho hệ điều hành khác; giao thức hệ điều hành Windows 2000 hãng Microsoft Corporation; DECnet Digital Equipment Corporation (hiện Compad) - sử dụng giao thức mạng Digital Network Architecture (DNA) DECnet thiết kế cho máy VAX Alpha chạy hệ điều hành OPEN-VMS, cho hệ thống DEC Dùng hệ điều hành DEC trước đây, ví dụ RSX-11 M, RT-11 , RSTS/E số hệ điều hành phổ biến khác MS-DOS, Windows, vài biến thể Unix Mạng máy tính đơi đặt tên theo giao thức chúng dùng Ví dụ, mạng gồm thiết bị hỗ trợ Apple Talk thường gọi mạng Apple Talk Tương tự, mạng TCP/IP mạng thiết bị liên kết với sử dụng giao thức TCP/IP để truyền thông Phân loại mạng máy tính Có nhiều kiểu mạng máy tính khác Việc phân loại chúng thường dựa đặc điểm chung Ví dụ, mạng may tính thường phân loại theo vùng địa lý (diện hoạt động) (ví dụ: mạng cục bộ, mạng diện rộng,…), theo topo (mơ hình ghép nối mạng) (ví dụ: điểm-điểm (point-to-point) hay broadcast), theo kiểu đường truyền thông mà mạng sử dụng cách chuyển liệu (ví dụ mạng chuyển mạch ảo hay chuyển mạch gói) Hình Một mạng LAN đơn giản 3.1 Phân loại mạng theo diện hoạt động Nếu phân loại theo diện hoạt động, mạng máy tính phân chia thành: · Mạng cục (Local area network - LAN); · Mạng diện rộng (wide area network - WAN); · Mạng thành phố (metropolitan area network - MAN); · Mạng toàn cầu (global area network - GAN); · Mạng cá nhân (personal area network - PAN); · Mạng lưu trữ (storage area network - SAN) Trong loại mạng trên, có hai khái niệm dùng phổ biến mạng cục mạng diện rộng Mạng cục (LAN), liên kết tài nguyên máy tính vùng địa lý có kích thước hạn chế Đó phịng, vài phịng tịa nhà, vài tòa nhà khu nhà Cụm từ "kích thước hạn chế" khơng xác định cụ thể nên số người xác định phạm vi mạng LAN cách định bán kính nằm khoảng vài chục mét đến vài km Viện Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) xác định bán kính mạng LAN nhỏ 10km Ví dụ số mạng LAN: Ethernet/802.3, token ring, mạng FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Mạng diện rộng (WAN), liên kết tài ngun máy tính vùng địa lý rộng (có bán kính 100 km) thị xã, thành phố, tỉnh/bang, quốc gia Có thể coi mạng WAN gồm nhiều mạng LAN khác Ví dụ mạng WAN: ISDN (Integrated Services Data Network) 3.2 Phân loại mạng theo mô hình ghép nối (topo) Các mơ hình ghép nối mạng chia thành hai nhóm: · Mơ hình điểm - điểm (point-to-point) · Mơ hình điểm-nhiều điểm (Broadcast) thể Nếu phân loại theo mơ hình ghép nối (topo), mạng máy tính phân chia thành: 3.2.1 Mơ hình điểm - điểm (point-to-point) Mơ hình điểm - điểm có hai dạng topo phổ biến, Star Tree Mơ hình Star: Trong mơ hình Star nút nối với phận gọi Hub (đầu nối trung tâm) Dữ liệu từ máy gửi truyền qua Hub để đến máy khác mạng Mạng Star cung cấp tài nguyên chế độ quản lý tập trung Tuy nhiên, máy tính phải nối vào trung tâm điểm nên có nhiều hạn chế mạng có quy mơ lớn Hình 1.4 Mơ hình sao, thiết bị nối vào HUB Mơ hình Tree (Cây): Mơ hình mơ hình phân cấp Nó bao gơm nút gốc hub nối đến nút mức hai hub mức hai Các thiết bị mức hai lại nối đến thiết bị mức ba, mức ba nối đến thiết bị mức bốn, Mạng dạng đơn giản cho hình 1.6 Một ứng dụng mơ hình mạng IEEE 802.12, hay cịn gọi 100VG-AnyLAN (xem chương 9), hub thành tầng tạo thành mơ hình phân cấp Hình 1.5 Mơ hình 3.2.2 Mơ hình điểm - nhiều điểm (Broadcast) Mơ hình gồm nút dùng chung kênh truyền thơng Khác với mơ hình điểm điểm, liệu từ máy gửi truyền đến tất nút kênh truyền dùng chung Các máy kiểm tra xem liệu chúng có phải đích đến thơng điệp hay không cách kiểm tra địa đến (destination address) thông điệp (Khái niệm địa thảo luận phần tiếp theo) Các máy đích đến thơng điệp bỏ qua thơng điệp Chỉ có nút đích đến thơng điệp tiếp nhận thông điệp Điều tương tự lớp học gồm nhiều sinh viên giáo viên Nếu giáo viên đưa câu hỏi, tất sinh viên nghe thấy câu hỏi sinh viên giáo viên định trả lời câu hỏi Môi trường dùng chung khơng khí, câu hỏi giáo viên dạng thơng điệp, lan truyền khơng khí đến tai tất sinh viên (các nút) Mơ hình điểm - nhiều điểm có số dạng topo phổ biến, bus ring Các hệ thống truyền thơng vệ tinh dựa mơ hình điểm - nhiều điểm Mơ hình Bus: Một cấu hình bus điển hình minh họa hình 1.6 Rõ ràng topo dạng bus thuộc mơ hình điểm - nhiều điểm: nút mạng nối đến kênh truyền Một ví dụ điển hình mạng có topo dạng bus mạng Ethernet đồng trục Hình 1.6 Mạng Ethernet với Bus dùng chung Mơ hình Ring (vịng): Trong cấu hình ring, tất nút nối đến vịng - mơi trường truyền thơng dùng chung Trong topo dạng ring truyền thống, thông điệp truyền qua nút theo vịng Hướng truyền thuận hay nghịch chiều kim đồng hồ phụ thuộc vào công nghệ sử dụng Chú ý rằng, liệu chuyển từ nút đến nút kia, ring khơng phải topo thuộc mơ hình điểm - điểm nút dùng chung kênh truyền Vì vậy, mặt logic, topo dạng ring tất nút dùng chung kênh truyền, mặt vật lý, việc truyền thơng thuộc mơ hình điểm - điểm Trường hợp giống topo dạng bus tất hệ thống điểm - nhiều điểm khác, mạng dạng ring cần số phương pháp để quản lý việc truy cập vòng đồng thời Hình 1.7 Mạng FDDI có topo dạng Ring Vệ tinh: Trong hệ thống truyền thông vệ tinh, việc truyền liệu từ ăng-ten mặt đất đến vệ tinh thường mơ hình điểm-điểm Tuy nhiên, tất nút nằm mạng nhận liệu từ vệ tinh truyền xuống - vệ tinh phát quảng bá xuống nhiều trạm mặt đất Do đó, hệ thống truyền thơng vệ tinh xếp vào mơ hình điểm - nhiều điểm (broadcast) Ví dụ, nhiều trường học Mỹ có khả nhận tin từ vệ tinh Bất chương trình giáo dục dược phát quảng bá qua hệ thống vệ tinh trường học thu cách điều chỉnh thiết bị nhận đến tần số thích hợp Mạng vệ tinh minh họa hình 1.8 Hình 1.8 Vệ tinh khu vực phủ sóng Trong mơ hình điểm - nhiều điểm có nhiều kiểu truyền thông điệp khác nhau: · Unicast - có thiết bị nhận thơng điệp · Multicast - nhóm thiết bị nhận thơng điệp Chính tầng network thiết bị nhận kiểm tra xem thiết bị nhận có nằm nhóm nhận thơng điệp khơng · Broadcast - đích đến thơng điệp tất thiết bị mạng Thông điệp broađcast thông điệp multicast đặc biệt Một đặc điểm khác mơ hình điểm - nhiều điểm khái niệm tranh chấp (contention) Do tất nút dùng chung kênh truyền, chúng phải "tranh nhau” kênh truyền cần truyền thông Do mạng dựa mơ hình broadcast cần giải vấn đề có nhiều nút muốn truyền liệu thời điểm Rất nhiều giao thức phát triển để giải tranh chấp nút 3.3 Phân loại theo kiểu chuyển Ngoài việc phân loại mạng theo diện hoạt động topo mạng, mạng phân loại theo kiểu truyền thông mà chúng sử dụng, với cách liệu truyền Hai phân loại điển hình mạng chuyển mạch ảo (virtual circuit-switched) mạng chuyển gói (packet-switched) · Trong mạng chuyển mạch ảo (circuit-switched), phải thiết lập mạch vật lý nút nguồn đích trước chuyển liệu thực Mạch tồn suốt thời gian chuyển liệu Mạng điện thoại công cộng ví dụ mạng chuyển mạch ảo Khi thực gọi điện thoại, đường truyền vật lý trực tiếp thiết lập máy điện thoại người bắt đầu gọi máy điện thoại người nhận gọi Đường truyền kết nối điểm - điểm, liên kết chuyển mạch (switch) mạng công ty điện thoại lại với Một thiết lập, đường truyền dành riêng để truyền liệu cho gọi thời Sau truyền liệu xong (cuộc gọi kết thúc) mạch giải phóng dùng cho gọi khác Như vậy, chuyển mạch làm tăng khả chia sẻ đường truyền (link) mạch dùng cho nhiều trình truyền khác nhau, khơng thời điểm Hình 1.9 Mạng điện thoại - chuyển mạch ảo Mơ hình OSI gồm tầng: · Tầng vật lý (Physical layer) · Tầng liên kết liệu (Datalink layer) · Tầng mạng (Network layer) · Tầng giao vận (Transport layer) · Tầng phiên (Session layer) · Tầng trình diễn (Presentation layer) · Tầng ứng dụng (Application layer) Hình 1.11 Bảy tầng mơ hình OSI Hình 1.11 minh họa mối quan hệ tầng thông điệp gửi từ thiết bị A đến thiết bị B Khi thơng điệp từ A đến B, qua nhiều nút trung gian khác Những nút trung gian thường liên quan đến tầng đầu mơ hình OSI Khi phát triển mơ hình, nhà thiết kế phân tích q trình truyền liệu thành yếu tố Họ phân loại chức mạng có mục đích (sử dụng) liên quan đến nhóm chức nhóm - nhóm trở thành tầng Mỗi tầng có chức năng, nhiệm vụ xác định Bằng cách xác định khoanh vùng chức mơ hình, nhà thiết kế đưa kiến trúc đạt tính tồn diện linh hoạt Quan trọng nhất, mơ hình OSI tạo tính suốt hồn tồn hai hệ thống khơng tương thích với Hình 1.12 Mơ hình OSI 1.2 Các tiến trình ngang hàng (peer-to-peer) Trong máy, tầng sử dụng dịch vụ tầng bên cung cấp Ví dụ, tầng sử dụng dịch vụ tầng cung cấp đến lượt lại cung cấp dịch vụ cho tầng Giữa máy tính, tầng x thiết bị giao tiếp với tầng x thiết bị khác Việc giao tiếp tiến hành theo quy tắc quy ước thỏa thuận trước - gọi giao thức Tại tầng vật lý, việc truyền thơng trực tiếp: Máy A gửi luồng bít đến máy B Tuy nhiên tầng cao máy A, liệu chuyển dần xuống tầng bên dưới, đến máy B tiếp tục lên tầng cao (trong máy B) Mỗi tầng máy gửi liệu (máy A) thêm thơng tin tầng vào thơng điệp nhận từ phía sau chuyển tồn gói liệu xuống tầng phía Các thơng tin thêm vào tạo thành header (tiêu đề chèn trước) trailer (tiêu đề chèn sau) thông tin điều khiển thêm vào đầu hay cuối gói liệu Header thêm vào thông điệp tầng 6, 5, 4, 3, 2; trailer thêm vào tầng Tại tầng 1, tồn gói liệu chuyển thành dạng cho truyền tới máy nhận Tại thiết bị nhận, tiêu đề lấy chuyển liệu dần lên Ví dụ, tầng loại bỏ tiêu đề tầng chuyển phần lại (dữ liệu) cho tầng Tầng loại bỏ tiêu đề tầng chuyển phần liệu cho tầng Hình 1.13 Dữ liệu chuyển dọc theo tầng xuống phía 1.3 Giao diện tầng Nói chung máy tính, hai tầng kề trao đổi liệu với qua giao diện (interface) Giao diện định nghĩa cách thức khuôn dạng liệu trao đổi hai tầng kề thiết bị Định nghĩa giao diện tầng cách rõ ràng cho phép thay đổi cách thức triển khai tầng mà không ảnh hưởng đến tầng khác Trong thuật ngữ mạng, người ta thường gọi giao diện tầng điểm truy cập dịch vụ (service access point - SAP) tầng yêu cầu dịch vụ tầng thông qua giao diện 1.4 Tổ chức tầng Có thể chia bảy tầng thành ba nhóm Tầng vật lý, liên kết liệu mạng tạo thành nhóm tầng hỗ trợ mạng; chúng chịu trách nhiệm vấn đề liên quan đến mặt vật lý truyền liệu từ thiết bị đến thiết bị khác (ví dụ: đặc tả điện, kết nối vật lý, định địa vật lý, định thời gian truyền tính tin cậy) Tầng phiên, trình diễn, ứng dụng coi nhóm tầng hỗ trợ người dùng; chúng cho phép khả liên tác hệ thống phần mềm không liên quan đến Tầng - tầng giao vận đảm bảo việc chuyển liệu đầu cuối (end-to-end) tin cậy, tầng đảm bảo việc truyền liệu tin cậy dường truyền (vật lý) riêng lẻ Nói chung, tầng mơ hình OSI thường thực phần mềm nhóm tầng được triển khai kết hợp phần cứng phần mềm Tầng vật lý triển khai phần cứng Hình 1.13 mơ tả tổng quan tầng mơ hình OSI Trong hình vẽ, (dữ liệu) L7 đơn vị liệu tầng 7, (dữ liệu) L6 đơn vị liệu tầng 6, Trong thuật ngữ mạng người ta gọi Li đơn vị liệu giao thức tầng i (iPDU - Protocol Data Unit) Đối với tầng thứ i+l, liệu tầng I truyền cho gọi đơn vị liệu dịch vụ (service data unit - SAP) Nói chung PDU chứa SAP số thông tin tiêu đề khác Quá trình bắt đầu tầng (tầng ứng dụng), sau chuyển xuống tầng Tại tầng ngoại trừ tầng tầng 1, header thêm vào đơn vị liệu Tại tầng 2, trailer cứng thêm vào đơn vị liệu Khi đơn vị liệu (đã định khuôn dạng) qua tầng vật lý (tầng ), chuyển thành tín hiệu điện từ truyền đường truyền vật lý Khi đến nơi nhận, tín hiệu điện từ đến tầng chuyển ngược lại thành chuỗi bịt Các đơn vị liệu sau chuyển từ tầng lên tầng mơ hình OSI Tại tầng, heađer trailer thêm vào khối liệu tầng tương ứng máy gửi lấy Khi đến tầng 7, thông điệp dạng liệu phù hợp sẵn sàng cho ứng dụng nhận Chức tầng Trong phần này, mô tả chi tiết chức tầng mô hình OSI 2.1 Tầng vật lý Tầng vật lý thực chức cần thiết để truyền luồng bit liệu qua mơi trường vật lý Nó giải vẩn đề liên quan đến đặc điểm kỹ thuật điện card ghép nối (interface) với mơi trường truyền dẫn Nó xác định thủ tục chức mà thiết bị vật lý thiết bị giao tiếp cần phải tuân thủ Hình 1.14 minh họa mối quan hệ tầng vật lý với môi trường truyền dẫn tầng nên kết liệu Hình 1.14 Vị trí, vai trị tầng vật lý Trong ví dụ chuyển thư, tầng vật lý liên quan đến công nghệ chuyển thư xe đạp, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy… dùng để chuyển túi thư Tầng liên kết liệu chuyển thư cho tầng vật lý hy vọng tầng vật lý chuyển gói tin sang phía bên kênh truyền Tầng vật lý liên quan đến: · Đặc điểm vật lý phương tiện (thiết bị) giao tiếp truyền thông:Tầng vật lý xác định đặc điểm đặc tính giao diện thiết bị phương tiện truyền dẫn Nó xác định kiểu phương tiện truyền dẫn thông tin · Biểu diễn bit: Dữ liệu tầng vật lý luồng bit liên tục (các chuỗi l) Để truyền đi, bit phải mã hóa thành tín hiệu điện quang Tầng vật lý xác định phương thức mã hóa (các bit chuyển thành tín hiệu nào) · Tốc độ liệu: Tốc độ truyền dẫn - số bit gửi giây xác định tầng vật lý Nói cách khác, tầng vật lý xác định khoảng thời gian để truyền bit · Đồng hóa bit: Máy gửi nhận phải đồng hóa mức bit Nói cách khác, đồng hồ máy gửi nhận phải đồng hóa · Cấu hình đường truyền: Tầng vật lý liên quan đến việc kết nối thiết bị vào môi trường truyền thông Trong cấu hình điểm-điểm (point-to-point), hai thiết bị nối với qua đường truyền dành riêng Trong cấu hình điểm-nhiều điểm (multipoint), đường truyền nhiều thiết bị dùng chung · Topo (Mơ hình ghép nối) vật lý: Topo vật lý xác định cách nối thiết bị với để tạo thành mạng Có thể sử dụng topo dạng lưới (mesh topology) (mỗi thiết bị nối với tất thiết bị lại), topo dạng (star topology) (mỗi thiết bị nối với thiết bị trung tâm), topo dạng vòng (trắng topology) (mỗi thiết bị nối với thiết bị bên cạnh, tạo thành vòng), hay topo dạng bus (mỗi thiết bị nối đến đường truyền chung) · Chế độ truyền dẫn: Tầng vật lý xác định hướng truyền liệu hai thiết bị: đơn công (simplex), bán song công (haif-duplex), hay song công (full-duplex) Trong chế độ đơn cơng, thiết bị gửi nhận liệu Chế độ đơn công truyền thông chiều Trong chế độ bán song công, thiết bị gửi nhận liệu, thời điểm Trong chế độ song cơng, thiết bị nhận gửi liệu thời điểm 2.2 Tầng liên kết liệu Nhiệm vụ tầng liên kết liệu truyền thông hai nút nối trực tiếp với Nó biến tầng vật lý khơng tin cậy thành đường truyền tin cậy cho tầng mạng bên Hình 1.15 minh họa mối quan hệ tầng liên kết liệu với tầng mạng tầng vật lý Hình 1.15 Vị trí, vai trị tầng liên kết liệu Tầng liên kết liệu chịu trách nhiệm: · Framing - Đóng gói liệu: Tầng liên kết liệu chia luồng bit nhận từ tầng mạng thành đơn vị liệu gọi frame · Định địa vật lý: Nếu gói liệu chuyển đến thiết bị khác mạng, tầng liên kết liệu thêm vào tiêu đề frame địa vật lý nơi nhận (địa đích) địa vật lý nơi gửi (địa nguồn): Nếu gói liệu chuyển đến thiết bị bên mạng, địa nhận địa thiết bị trung gian kết nối mạng bên ngồi · Kiểm sốt lưu lượng: Nếu tốc độ nhận liệu nhỏ tốc độ gửi liệu, tầng liên kết liệu phải thực kỹ thuật kiểm soát lưu lượng để ngăn ngừa tình trạng tải nơi nhận · Kiểm sốt lỗi: Tầng liên kết liệu làm tăng tính tin cậy cho tầng vật lý cách sử dụng kỹ thuật phát truyền lại frame bị lỗi bị Nó sử dụng kỹ thuật ngăn ngừa việc tạo frame trùng lặp Kiểm soát lỗi thường thực cách thêm trailer vào phần cuối frame · Kiểm soát truy cập: Khi nhiều thiết bị nối với đường truyền, giao thức tầng liên kết liệu cần xác định xem thiết bị quyền sử dụng đường truyền thời điểm xác định Trong hình 1.16, nút có địa vật lý 10 gửi frame đến nút có địa vật lý 87 Hai nút nối với đường truyền Ở tầng liên kết liệu, header frame chứa địa vật lý Phần lại header chứa thông tin cần thiết cho tầng liên kết liệu Trailer thường chứa bit dư để thực kiểm sốt lỗi Hình 1.16 Ví dụ địa tầng liên kết liệu Hãy xét tiếp ví dụ chuyển thư Sau thu thập thư hòm thư, nhân viên bưu thực việc phân loại thư hai nhóm: nhóm thứ gồm thư gửi tới địa nằm vùng quản lý, nhóm thứ hai chuyển phía ngồi Đối với nhóm thư hai, nhân viên bưu cục phải đặt túi thư lớn chuyển đến bưu cục cấp cao Các túi thư xem "frame" Hơn nữa, địa túi thư cho phép túi thư chuyển đến bưu cục cấp cao thích hợp 2.3 Tầng mạng Tầng mạng chịu trách nhiệm chuyển gói liệu từ nơi gửi đến nơi nhận, gói liệu phải qua nhiều mạng (các chặng trung gian) Tầng liên kết liệu thực truyền gói liệu hai thiết bị mạng, cịn tầng mạng đảm bảo gói liệu chuyển từ nơi gửi đến nơi nhận Nếu hai thiết bị có mơi trường truyền tầng mạng khơng cần thiết Tuy nhiên, hai thiết bị hai mạng khác nhau, chúng có nhiều thiết bị kết nối trung gian cần phải có tầng mạng để thực việc chuyển liệu từ nguồn đến đích Hình 1.17 minh họa mối quan hệ tầng mạng với tầng giao vận liên kết liệu Hình 1.17 Vị trí tầng mạng Tầng mạng có nhiệm vụ: · Định địa logic: Địa vật lý tầng nên kết liệu giải vấn đề định địa cục Nếu gói liệu chuyển đến mạng khác, cần phải có hệ thống địa khác nhằm phân biệt hệ thống gửi hệ thống nhận Tầng mạng bổ sung thêm tiêu đề vào gói liệu gửi đi, tiêu đề chứa địa logic thiết bị nhận thiết bị gửi · Định tuyến: Khi mạng nút riêng rẽ nối với tạo thành liên mạng (mạng mạng), thiết bị kết nối trung gian (router gateway) phải xác định tuyến đường (định tuyến) cho gói liệu để chúng đến nơi nhận cuối Giả sử hình 1.18, liệu gửi từ nút có địa mạng A địa vật lý 10 mạng cục đến nút có địa mạng P địa vật lý 95 mạng cục khác Dò hai thiết bị thuộc hai mạng khác nhau, sử dụng địa vật lý địa vật lý có tác dụng mạng cục Cái cần địa toàn thể để chuyển packet khỏi mạng cục đến mạng cục khác Địa logic có đặc điểm Gói liệu tầng mạng chứa địa chi logic - địa không thay đổi packet từ nơi gửi đến nơi nhận (A P) Địa logic khơng thay đổi gói liệu từ mạng sang mạng khác; ngược lại địa vật lý thay đổi packet từ mạng sang mạng khác Trong hình vẽ, R router - thiết bị liên mạng mơ tả kỹ chương Hình 1.18 Ví dụ địa tầng mạng Các bưu cục cung cấp dịch vụ tương ứng với tầng mạng Trong bưu cục có "bảng định tuyến" cho phép bưu tá xác định cần chuyển tiếp thư đến đâu Bức thư chuyển đến trạm (bưu cục hay địa nhận) nhờ vào dịch vụ tầng liên kết liệu Rõ ràng thư chuyển chặng phương thức hồn tồn khác (bằng Ơ tơ, máy bay ) Điểm khác biệt mạng bưu mạng máy tính topo mạng bưu nói chưng thay đổi theo thời gian, việc định tuyến gần “tĩnh” 2.4 Tầng giao vận Tầng giao vận chịu trách nhiệm chuyển tồn thơng điệp từ nơi gửi đến nơi nhận Tầng mạng chuyển gói liệu riêng lẻ từ nơi gửi đến nơi nhận mà không quan tâm đến quan hệ gói liệu Tầng mạng xử lý gói liệu cách độc lập, mặc đù gói liệu thuộc thơng điệp hay thuộc thơng điệp khác Nói cách khác, tầng giao vận đảm bảo gửi thông điệp đến nơi nhận cách tồn vẹn Hình 1.19 minh họa mối quan hệ tầng giao vận với tầng mạng tầng phiên Hình 1.19 Quan hệ tầng giao vận, tầng phiên tầng mạng Tầng giao vận tạo kết nối logic hai cổng đầu cuối: tất gói liệu thơng điệp truyền theo đường kết nối Có ba giai đoạn kết nối: thiết lập kết nối, truyền liệu, giải phóng kết nối Do phải truyền tất gói liệu kết nối, tầng giao vận cịn phải kiểm sốt thứ tự truyền, lưu lượng, phát sửa lỗi Tầng giao vận chịu trách nhiệm: · Địa cổng (port number): Các máy tính thường chạy nhiều chương trình thời điểm Vì việc chuyển thơng điệp khơng truyền liệu từ máy tính đến máy tính khác mà phải chuyển thơng điệp từ tiến trình cụ thể máy tính đến tiến trình cụ thể máy tính khác Header thêm vào tầng giao vận phải chứa thông tin kiểu địa - địa cổng hay địa tiến trình Sau tầng mạng chuyển gói liệu tới thiết bị nhận, tầng giao vận phía nhận phải chuyển tồn thơng điệp đến tiến trình nhận · Phân mảnh tái hợp: Mỗi thơng điệp chia thành đoạn (segment) nhỏ, truyền độc lập với Mỗi segment gán số thứ tự Số thứ tự cho phép tầng giao vận phía nhận lắp ráp segment lại thành thơng điệp hồn chỉnh hay phát segment bị truyền · Kiểm soát kết nối: Tầng giao vận hướng nối khơng hướng nối Thực thể giao vận không hướng nối xử lý segment gói liệu độc lập chuyển đến tầng giao vận máy nhận Một tầng giao vận hướng nối thực kết nối với tầng giao vận máy nhận trước, sau chuyển gói liệu Sau tất liệu chuyển đi, kết nối giải phóng · Kiểm soát lưu lượng: Giống tầng liên kết liệu, tầng giao vận chịu trách nhiệm kiểm soát lưu lượng Tuy nhiên, việc kiểm soát lưu lượng tầng thực đầu cuối đường truyền đơn Kiểm soát lỗi: Cũng giống tầng hên kết liệu, tầng giao vận chịu trách nhiệm kiểm soát lỗi Tuy nhiên việc kiểm soát lỗi tầng thực thiết bị đầu cuối đường truyền trung gian Tầng giao vận phía gửi đảm bảo tồn thơng điệp đến tầng giao vận phía nhận không bị lỗi (hỏng, mất, dư thừa) Việc khắc phục lỗi thường thực cách yêu cầu truyền lại Hình 1.20 Ví dụ tầng giao vận Hình 1.20 đưa ví dụ tầng giao vận Dữ liệu đến từ tầng có địa cổng j k (j địa cổng ứng dụng gửi k địa cổng ứng dụng nhận) Do kích thước liệu lớn khả xử lý tầng mạng, liệu chia thành gói liệu nhỏ hơn, gói liệu chứa địa cổng j k Tiếp theo, tầng mạng, địa mạng (A P) thêm vào packet Các gói liệu theo tuyến đường khác nhau, đến nơi nhận khơng theo thứ tự Hai gói liệu chuyển đến tầng mạng nơi nhận, header tầng mạng lấy khỏi gói liệu Hai gói liệu tiếp tục chuyển đến tầng giao vận, chúng ghép lại để chuyển lên tầng Hệ thống bưu cục khơng có tầng giao vận Trong ví dụ chuyển thư, tầng giao vận triển khai người gửi người nhận thư Giả sử A gửi thư cho B ngày thư Hệ thống bưu cục làm mất, hay gửi trễ thư B phát điều A ghi ngày tháng viết thư thư Nếu B không nhận thư ngày khoảng thời gian tương đối dài, B cho thư bị yêu cầu A gửi lại Nói chung chế hoạt động tầng giao vận 2.5 Tầng phiên Các dịch vụ ba tầng đầu (vật lý, liên kết liệu, mạng) chưa đủ để hai tiến trình hai thiết bị truyền thơng Tầng phiên đóng vai trị kiểm sốt viên" hội thoại (dialog) mạng với nhiệm vụ thiết lập, trì đồng hóa tính liên tác hai bên Hình 1.21 Vai trị tầng phiên Tầng phiên chịu trách nhiệm về: · Kiểm soát hội thoại: Tầng phiên cho phép hai thực thể (tiến trình) tham gia vào hội thoại Nó cho phép truyền thơng hai tiến trình thực theo kiểu bán song công theo kiều song cơng Ví dụ, hội thoại thiết bị đầu cuối với mainframe theo kiểu bán song cơng · Đồng hóa: Tầng phiên cho phép tiến trình thêm mốc (trong thuật ngữ mạng gọi điểm đồng - synchronization point) vào luồng liệu Ví dụ, hệ thống cần gửi file có 2000 trang, sau 100 trang nên chèn thêm điểm đồng để đảm bảo việc nhận cụm 100 trang thực độc lập Trong trường hợp có lỗi truyền trang 523, việc truyền lại trang 501, không cần phải truyền lại trang từ đến 500 Hình 1.21 minh họa mối quan hệ tầng phiên tầng trình diễn Trong cơng ty có hai thư ký - người chuyên nhận thư người chuyên gửi thư Hai người thư ký đóng vai trị tầng giao vận Người thư ký trưởng phụ trách hai thư ký đóng vai trị tầng phiên 2.6 Tầng trình diễn Hình 1.22 Nhiệm vụ tầng trình diễn Tầng trình diễn thực nhiệm vụ liên quan đến cú pháp ngữ nghĩa thông tin trao đổi hai hệ thống Tầng trình diễn có nhiệm vụ: · Phiên dịch (Translation): Các tiến trình hai thiết bị trao đổi thơng tin dạng chuỗi kí tự, số, … Các thơng tin sau chuyển sang dạng bit để truyền Do hệ thống máy tính khác sử dụng hệ thống mã hóa khác nhau, tầng trình diễn chịu trách nhiệm chuyển đổi cách mã hóa khác Tầng trình diễn phía gửi chuyển thơng tin theo khn dạng thành thơng tin theo khn dạng chung Tầng trình diễn máy nhận chuyển thông tin khuôn dạng chung thành thông tin theo khuôn dạng máy nhận · Mã hóa: Hệ thống phải có khả đảm bảo tính bí mật chuyển thơng tin quan trọng Do phía gửi biến đổi thơng tin ban đầu thành dạng khác gửi đến phía nhận - cơng việc mã hóa Phía nhận thực q trình ngược lại biến thơng điệp nhận thành dạng ban đầu Quá trình gọi giải mã Hình 1.23 Mã hóa liệu · Nén: Nén liệu làm giảm số lượng bit đường truyền Nén liệu ngày trở nên quan trọng, đặc biệt việc truyền liệu đa phương tiện âm thanh, hình ảnh 2.7 Tầng ứng dụng Tầng ứng dụng cho phép người dùng (con người hay phần mềm) truy cập vào mạng cách cung cấp giao diện người sử dụng, hỗ trợ dịch vụ gửi thư điện tử, truy cập chuyển file từ xa, quản lý CSDL dùng chung số dịch vụ khác thơng tin Hình 1.24 minh họa mối quan hệ tầng ứng dụng với người dùng với tầng trình diễn Có nhiều ứng dụng có sẵn, đề cập đến ứng dụng: X.400 (dịch vụ xử lý thông điệp), X.500 (dịch vụ thư mục), dịch vụ truy cập, chuyển quản lý file (FTAM) Người dùng ví dụ dùng X.400 để gửi thông điệp điện tử Chú ý tầng ứng dụng tạo liệu thực khơng có thơng tin tiêu đề Hình 1.24 Tầng ứng dụng Tầng ứng dụng cung cấp dịch vụ: · Thiết bị đầu cuối ảo mạng: Một thiết bị đầu cuối ảo mạng phiên phần mềm thiết bị đầu cuối vật lý, cho phép người đùng đăng nhập vào máy từ xa · Quản lý, truy cập chuyển file: ứng dụng cho phép người dùng truy cập file (để viết đọc liệu), lấy file, quản lý kiểm soát file máy tính khác · Các Dịch vụ khác: Ứng dụng thư tín điện tử cho phép hai người trao đổi thư điện tử với nhau, ứng dụng web cho phép người sử dụng xem trang web lưu trữ server… Số lượng ứng dụng mạng tăng lên nhanh Bộ giao thức TCP/IP – Mơ hình Internet Hình 1.25 Đối chiếu mơ hình OSI, mơ hình Internet NETWARE Bộ giao thức TCP/IP (được sử dụng Internet) đời trước có mơ hình OSI Do vậy, tầng giao thức TCP/IP không giống hệt tầng mơ hình OSI Bộ giao thức TCP/IP thực phân chia theo phần: vật lý, liên kết liệu, mạng, giao vận ứng dụng Bốn tầng cung cấp chuẩn vật lý, giao tiếp mạng, liên mạng chức giao vận tương ứng với tầng mơ hình OSI Tuy nhiên tầng mơ hình OSI nhập thành tầng ứng dụng mơ hình Intemet (Hình 25) TCP/IP giao thức phân cấp, tạo thành module độc lập, module cung cấp chức định, module không thiết phải độc lập với Mơ hình OSI xác định rõ chức thuộc tầng nào; tầng giao thức TCP/IP chứa giao thức tương đối độc lập với nhau, giao thức kết hợp với tùy thuộc nhu cầu hệ thống Thuật ngữ “phân cấp” mang nghĩa giao thức tầng hỗ trợ nhiều giao thức tầng Tại tầng giao vận, mơ hình Internet có hai giao thức: Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Tại tầng mạng giao thức Internetworking Protocol, thông dụng với tên gọi IP Hình 1.26 Dữ liệu từ xuống mơ hình INTERNET