Nghiên cứu về kiến trúc phân tầng và mô hình OSI của mạng máy tính

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ, chuyên ngành tin học Nghiên cứu về kiến trúc phân tầng và mô hình OSI của mạng máy tính

Chơng I : Mở BàI

Sự xuất hiện của mạng máy tính vào những năm đầu của thập kỉ 60 đánhdấu một bớc phát triển vợt bậc về Công Nghệ Thông Tin (CNTT) trong xãhội loài ngời Cùng với thời gian sự kết hợp giữa máy tính và các hệ thốngtruyền thông,mà cụ thể là viễn thông, một cách ngày càng hoàn hảo hơn đã

đem lại một chuyển biến có tính chất cách mạng trong vấn đề khai thác và sửdụng hệ thống máy tính Chính vì thế mà giờ đây chúng ta có thể :

- Chia sẽ tài nguyên mạng

- Dùng chung các thiết bị mạng nh: các ổ đĩa, máy in, modem…

- Sử dụng các dịch vụ mạng nh: các trình duyệt web, mail, chat…

- Tham gia hội thảo trực tuyến

- Phát triển hệ thống thơng mại điện tử…

Tuy nhiên khi thiết kế, các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạngriêng của mình Từ đó dẫn đến tình trạng không tơng thích giữa các mạng:phơng pháp truy nhập đờng truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức khácnhau sự không tơng thích đó làm trở ngại cho sự tơng tác của ngời sử dụngcác mạng khác nhau Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn thì trở ngại đó càngkhông thể chấp nhận dợc đối với ngời sử dụng Sự thúc bách của khách hàngdã khiến cho các nhà sản xuất và các nhà nghiên cứu, thông qua các tổ chứcchuẩn hoá quốc gia và quốc tế tích cực tìm kiếm một sự hội tụ cho các sảnphẩm mạng trên thị trờng Để có đợc điều đó, trớc hết cần xây dựng đợc mộtkhung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạocác sản phẩm về mạng

Vì lý do đó, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International organization forstandardization – viết tắt là ISO ) đã lập ra (1997) một tiểu ban nhằm pháttriển một khung chuẩn nh thế Kết quả là năm 1984, ISO đã xây dựng xongmô hình tham chiếu cho việc nối kết hệ thống mở (Reference model for opensystems interconnection hay gọn hơn là OSI reference model) Mô hình này

đợc dùng làm cơ sở để nối kết các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụngphân tán Từ “mở” ở đây nói lên khả năng hai hệ thống có thể nối kết để trao

đổi thông tin với nhau nếu chúng tuân thủ mô hình tham chiếu và các chuẩnliên quan

Chính vì thế nhận đợc đề tài Nguyên cứu về kiến trúc phân tầng và mô“

hình OSI của mạng máy tính” là điều kiện rất tốt để em đI sâu tìm hiểu về

mạng máy tính Sau một thời gian tìm tòi, nghiên cứu tàI liệu em đã hoànthành công việc tuy nhiên điều quan trọng hơn là em đã có đợc một cáI nhìnsâu sắc hơn, đúng đắn hơn về mạng máy tính

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Hồ Bích Hà đã giúp đỡ em tận tìnhtrong quá trình làm bài

Chơng II : thân bài

I : kiến trúc phân tầng cho mạng máy tính

Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng,hầu hết các mạngmáy tính hiện nay đều đợc phân tích và thiết kế theo quan điểm phân tầng.Mổi hệ thống thành phần của tầng mạng đợc xem nh là một cấu trúc đa tầng,trong đó mổi tầng đợc xây dựng trên các tầng trớc đó

Mổi hệ thống trong một mạng đều có cấu trúc tầng với số lợng và chứcnăng của mổi tầng là nh nhau.Trớc tiên là phải xác định số lợng tầng và chứcnăng của mổi tầng Sau đó là định nghĩa mối quan hệ giữa hai tầng kề nhau

và mối quan hệ giữa hai tầng cùng cấp giữa hai hệ thống kết nối với nhau.Mối liên hệ này ngời ta gọi là giao diện của hai tầng.

Chỉ có tầng thấp nhất là tầng vật lý thì dữ liệu mới đợc truyền đi dới dạngbit 0 và 1 trên đờng truyền vật lý còn trong thực tế đối với các tầng khác thìdữ liệu không trực tiếp truyền từ tầng i của hệ thống này sang tầng i của hệthống khác Muốn dữ liệu truyền từ tầng i của hệ thống này sang tầng i của

hệ thống khác thì dữ liệu phải đi từ tầng này xuống tầng thấp nhất, truyềnqua đờng truyền vật lý rồi sau đó sẽ di chuyển lên tầng cao hơn

Liên kết giữa tầng vật lý của hai hệ thống là liên kết thực còn liên kết giữacác tầng khác là liên kết ảo hay liên kết logic

Mô hình của kiến trúc này nh sau:

Hệ thống A Giao thức tầng N Hệ thốngB

Giao thức tầng i

Giao thức tầng 1

Đờngtruyền vật lý

Hình 1: kiến trúc phân tâng tổng quát

II MÔ HìNH THAM CHIếU OSI

Từ sự phân tầng nói trên cho nên việc chuẩn hoá các mạng máy tính từ cáchãng khác nhau để chúng có thể truyền thông đợc với nhau là điều tất yếu

Các tổ chức đI đầu trong việc chuẩn hoá nh :

• International organization for standization(ISO) là tổ chức tiêu chuẩn hoáquốc tế hoạt động dới sự bảo trợ của liên hợp quốc bao gồm các thành viêncủa các cơ quan tiêu chuẩn hoá của nhiều quốc gia.ISO tổ chức thành cácban kĩ thuật phụ trách nhiều lĩnh vực khác nhau của xử lý thông tin Mổi tổchức lại chia thành nhiều tiểu ban, mổi tiểu ban gồm nhiều nhóm đảm nhậncác vấn đề chuyên sâu

• Commité consultative international pour télégraphe ét téléphone(CCITT)

là tổ chức t vấn quốc tế về điện tín và điện thoại tổ chức này cũng hoạt độngdới sự bảo trợ của liên hợp quốc với các thành viên thuộc các cơ quan buchính viễn thông của các quốc gia hay t nhân cách hoạt động giống ISO nh-

ng sản phẩm của nó không gọi là chuẩn mà gọi là khuyến nghị Tổ chức nàyban hành khuyến nghị loại –V liên quan đến các mạng truyền dữ liệu,khuyến nghị loại –X liên quan đến các mạng truyền dữ liệu công cộng vàloại –I dành cho mạng CSDN CCITT chuẩn hoá mạng sớm hơn ISO và sảnphẩm của nó đợc tổ chức ISO thừa nhận và ban hành nh chuẩn quốc tế

và ngợc lại các chuẩn của ISO cũng đợc CCITT thừa nhận và ban hành nh làmột khuyến nghị Các khuyến nghị chuẩn của CCITT nh làX.200,X.211,X.212,X.213,X.214,X.215,X.216,X.217 các chuẩn của ISO

NgoàI hai tổ chức trên còn có institute of electrical and electronicsengineers(IEEE),european computer manufactures association(ECMA),american national standards institute(ANSI),…là những tổ chức tiên phongtrong việc chuẩn hoá mạng cục bộ.

Bằng một nổ lực toàn diện nhằm nhận diện và chuẩn hóa tất cả các cấp

độ của sự truyền thông cần thiết trong mạng máy tính, tổ chức ISO đã pháttriển một mô hình mạng gọi là mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệthống mở OSI(open systems interconnection) Mô hình này chia sự truyềnthông thành bảy cấp độ Mô hình này đợc dùng làm cơ sở để kết nối các hệthống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán

Nguyên tắc xây dựng mô hình tham chiếu OSI :

•Số lợng các tầng càng ít càng tốt, nghĩa là các tầng không thiếu,không thừa

•Tạo ranh giới giữa các tầng sao cho ranh giới giữa các tầng và mô tả cácdịch vụ là tối thiểu, đồng thời ta có thể chuẩn hoá giao diện tơng ứng

•Quá trình phân tầng phảI làm sao cho các tầng có chức năng và công nghệkhác nhau thì tách biệt nhau

•Các tầng có chức năng giống nhau thì đợc đặt vào một tầng

•Định vị các chức năng của các tầng để khi ta thiết kế lại các tầng này thìkhông ảnh hởng đến các tầng khác kế nó

•Tạo một tầng khi dữ liệu đợc xử lý một cách khác biệt

•Khi ta thay đổi chức năng và giao thức của các tầng thì không ảnh hởng đếncác tầng khác

•Mổi tầng có giao diện với các tầng trên và dới nó

Khi cần thiết thì ta có thể chia các tầng thành các tầng con

•Có thể huỷ bỏ các tầng con khi cần thiết

•Tạo các tầng con cho phép giao diện với các tầng kề cận

Trong thực tế khi nghiên cứu về mô hình OSI không phảI tất cả các mạng

đều phân tầng tơng ứng với mổi tầng trong số bảy tầng của mô hình OSI Môhình này phục vụ cho nền công nghiệp máy tính nh là một điểm tham chiếukhi chúng ta đề cập tới các cấp độ hay các tầng trong mạng

Điều thú vị của mô hình OSI chính là nó hứa hẹn giảI pháp cho vấn đềtruyền thông giữa các máy tính là không giống nhau Hai hệ thống dù khácnhau thì nó cũng có thể truyền thông một cách hiệu quả nếu chúng cùng thực

hiện một số điều kiện chung nhất:

•Chúng càI đặt cùng một tầng các chức năng truyêng thông

•Các chức năng này đợc tổ chức thành cùngmột tập các tầng Các tầng đồngmức phảI cung cấp các chức năng nh nhau nhng phơng thức cung cấp khôngnhất thiết phảI nh nhau

•Những tầng đồng mức phảI sử dụng giao thức chung

Sau đây là kiến trúc phân tầng theo mô hình OSI:

Hệ thống A Hệ thốngB

Giao thức tâng 7 Giao thức tâng 6 Giao thức tâng5 Giao thức tầng4 Giao thức tâng 3 Giao thức tâng 2 Giao thức tâng 1

Hình 2: Mô hình OSI

Tuy nhiên để các điều kiện trên đợc đảm bảo thì cần phảI có các chuẩn.Các chuẩn này phảI xác định chức năng và dịch vụ đợc cung cấp bởi mộttầng cũng nh giao thức giữa các tầng đồng mức

Để hiểu đợc cề tầng cũng nh giao thức giữa các tầng trớc hết ta tìm hiểukháI niệm về thực thể(entity) Thực thể chính là một tiến trình trong hệ đa xử

lý hay có thể là một chơng trình con.Ta quy ớc: (N)entity là thực thể tầng n

Nh vậy, mổi tầng trong hệ thống có một hoặc nhiều thực thể, thực thể tầng

N (N) entity càI đặt các chức năng tầng N và giao thức truyền thông với (N)entity trong các hệ thống khác mổi thực thể truyền thông với các thực thể ởcác tầng kề cận nó thông qua một giao diện Giao diện bao gồm một hoặcnhiều điểm truy cập dịch vụ (server access point-SAP) (N-1)entity cung cấpdịch vụ cho (N)entity thông qua việc gọi các hàm nguyên thuỷ Hàm nguyênthuỷ chỉ rỏ chức năng cần thực hiện và đợc dùng để chuyển dữ liệu và thôngtin điều khiển

Tầng N+1 Interface

InterfaceTầng N-1

Hình 3 : Quan niệm tầng theo mô hình OSI

Tơng tác giữa các tầng kề nhau bằng bốn kiểu hàm nguyên thuỷ nh sau:

•Request (yêu cầu): là hàm nguyên thuỷ ngời sử dụng dịch vụ dùng để gọimột chức năng

•Indication (chỉ báo): là hàm nguyên thuỷ mà nhà cung cấp dịch vụ dùng

để gọi một chức năng hay chỉ báo một chức năng đã đợc gọi ở một điểm truycập dịch vụ SAP

•Response (trả lời): là hàm nguyên thuỷ mà ngời sử dụng dịch vụ dùng đểhoàn tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm nguyên thuỷindication

•Confirm (Xác nhận): là hàm nguyên thuỷ mà ngời cung cấp dịch vụ dùng

để hoàn tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi hàm Request ngay tại điểmtruy cập dịch vụ đó

Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thuỷ:

Hệ thống A hệ thống B ngời sử dụng dịch vụ

request confirm response indication

interface

Ngời cung cấp dịch vụ

Hinh 4 : Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thuỷ

Nhìn vào sơ đồ trên ta thấy rằng quy trình thực hiện một giao thức tơng tác theo trình tự thời gian giữa hai hệ thống nh sau:

• Tầng N của hệ thống A gửi xuống tầng N-1 một hàm Request

• Tầng N-1 của hệ thống A cấu tạo một đơn vị dữ liệu để gửi yêu cầu đósang tầng N-1 của hệ thống B theo giao thức mà tầng N đã xác định

• Khi nhận đợc yêu cầu, tầng N-1 của hệ thống B chỉ báo lên tầng N của nóbằng hàm Indication

• Tầng N của hệ thống B trả lời bằng hàm response gửi trở lại tầng N-1 kềnó

• Tầng N-1 của hệ thống B cấu tạo dữ liệu để gửi trả lời đó về tầng N-1 của

Đơn vị dữ liệu tầng N gọi tắt là (N)PDU khi chuyển xuống tầng N-1 sẽ trởthành một đơn vị dữ liệu cho dịch vụ của tầng N gọi tắt là (N-1)SDU Phầnthông tin điều khiển của tầng N-1 là (N-1)PCI sẽ bổ sung vào đầu của (N-1)SDU và trở thành (N-1)PDU (N-1)PDU chuyển xuống N-2 sẽ trở thành(N-2)SDU ta lại thêm (N-2)PCI sẽ trở thành (N-2)PDU

Mối quan hệ giữa các đơn vị dữ liệu của các tầng trong một hệ thống phát dữ liệu

nh sau:

Tầng N+1 (N)PDUTầng N (N)PCI

(N)SDU

(N)PDUTầng N-1 (N-1)PCI

(N-1)SDU

(N-1)PDU Hình 5 : Quan hệ hiữa các đơn vị dữ liệu

Bên hệ thống nhận quá trình sẽ diễn ra trình tự ngợc lại khi qua mổi tầngPCI tơng ứng của mổi tầng sẽ đợc tách ra khỏi PDU trớc khi dữ liệu đI lêntầng trên

Mối quan hệ giữa các đơn vị dữ liệu ở các tầng trong một hệ thống nhận dữ liệu

nh sau:

Tầng N+1 (N)PDUTầng N

(N)SDU

(N)PCI (N)PDU

Tầng N-1

(N-1)SDU (N-1)PCI (N-1)PDU

Hình 6 : Quan hệ giữa các đơn vị dữ liệu ở các tầng kề nhau trong hệthống nhận dữ liệu

Phơng thức hoạt động của các tầng trong mô hình OSI :

Có hai phơng thức hoạt động chính: phơng thức có liên kết và phơng thứckhông liên kết

+ Phơng thức hoạt động có liên kết là phơng thức hoạt động mà trong đócác thực thể đòng mức đợc thiết lập một liên kết logic trớc khi truyền dữliệu

Đối với phơng thức hoạt động có liên kết thì quá trình truyền thông phảIthông qua ba giai đoạn, mổi giai đoạn thờng thể hiện bằng một hàm tơngứng

•Thiết lập liên kết logic: các thực thể đồng mức ở hai hệ thống thoả hiệpvới nhau về các tham số dùng trong giai đoạn truyền dữ liệu Giai doạnnày thể hiện bằng hàm CONNECT

•Truyền dữ liệu: dữ liệu đợc truyền kèm theo các quá trình kiểm soát lổi,kiển soát luồng dữ liệu nhằm tăng cờng hiệu suất và chất lợng truyền tin.Giai đoạn này thể hiện bằng hàm DATA

•Huỷ bỏ liên kết: giảI phóng các tàI nguyên hệ thống đã đợc cấp pháttrong liên kết để cho liên kêt khác giai đoạn này thể hiện bằng hàmDISCONNECT.

Phơng thức này cho phép ta truyền dữ liệu có độ tin cậy cao do quá trìnhkiểm soát và quản lý chặt chẽ theo từng liên kết logic Tuy nhiên việc càI đặt

đó là phức tạp

Bằng cách sử dụng 4 hàm nguyên thuỷ đã có Request, Confirm,Indication,Response) kết hợp với 3 hàm trên ta sẽ có 12 thủ tục chính để xâydựng các dịch vụ và giao thức chuẩn theo mô hình OSI

+ Phơng thức hoạt động không liên kết chính là phơng thức trong đó chỉ

có duy nhất một giai đoạn truyền dữ liệu

Phơng thức này cho phép các PDU truyền đI đến đích bằng nhiều con ờng khác nhau rất thích nghi với sự thay đổi trạng tháI của mạng nhng sẽ rấtkhó khăn trong vấn đề tập hợp lại các PDU lu chuyển tới ngời sử dụng Hai phơng thức hoạt động trên đều có u và nhợc điểm Tuỳ thộc vào yêucầu về chất lợng, hiêu quả, độ tin cậy của việc truyền tin mà lựa chọn phơngthức truyền tin thích hợp Hai tầng kề nhau có thể sử dụng hai phơng thứckhác nhau hoặc cùng nhau

đ-Tầng vật lý

1.Vai trò và chức năng của tầng vật lý

Nh đã trình bày ở trên, tầng vật lý cung cấp các phơng tiện điện, cơ ,chứcnăng, thủ tục để thiết lập,duy trì và giải phóng liên kết vật lý giữa các hệthống

-Thuộc tính điện liên quan đến sự biểu diển các bít tức các mức điện thế vàtốc độ truyền bít

-Thuộc tính cơ liên quan đến tính chất vật lý của giao diện với một đơngtruyền

-Thuộc tính chức năng cung cấp các chức năng đợc thực hiện bởi cácphần

tứ của giao diện vật lý, giửa một hệ thống và đờng truyền

-Thuộc tính thủ tục liên quan đến giao thức điều khiểnviệc truyền các xâubit qua đờng truyền vật lý

Tầng vật lý là tâng thấp nhất giao diện với đờng truyền vật lý, khi dữ liệu từtầng liên kết dữ liệu truyền trực tiếp tới tầng vật lý thì sẽ không có PDU chotầng vật lý, nghĩa là không có PCI cho tầng vật lý mà dữ liệu đợc truyền đitheo dòng bit Đây là điển khác biệt giữa tầng vật lý với các tầng khác

2 Môi trờng thực và môi trờng logic của tầng vật lý

tính hiệu điện thành ánh sáng để truyền trên cáp quang và biến đổi ngợc lạithành xung điện để đi vào hệ thống B.

SAP Liên kết đờng truyền vật lý

Hinh 8:Môi trờng logicMột thực thể vật lý là mội cấu trúc logic giao diện với mội đờng truyền vật

3 Phân biệt hai khái niệmDTEvà DCE

DTE(data terminal equipment) là thiết bị đầu cuối dữ liệu DTE là thuậtngữ chung dùng để chỉ các máy của ngời sử dụng cuối, có thể là một máytính hoặc một trạm cuối(terminal) Tất cả các ứng dụng của ngời sử dụng nhchơng trình dữ liệu đều nằm ở DTE Các máy tính nối lại với nhau nhằm chocác DTE có thể trao đổi dữ liệu, chia sẽ tài nguyên

DCE(data circuit terminating equipment) là thiết bị cuối kênh dữ liệu DCE

là thuât ngữ chung để chỉ các thiết bị làm nhiệm vụ nối các DTE với các ờng truyền thông Nó có thể là một Modem,Transdecer, Hay nó có thể làmột máy tính với nhiệm vụ nh một nút mạng DCE có thể đợc cài đặt ngaybên trong DTE hoặc đứng độc lập Nhiệm vụ chính của nó là chuyển đôỉ tínhhiệu biểu diễn dữ liệu của ngời sử dụng thành dạng tín hiệu chấp nhận đợccủa đờng truyền và ngợc lại

đ-4 Các chuẩn quan trọng cho giao diện vật lý.

V24/RS-232-C

Hai chuẩn tơng ứng của CCITT và EIA nhằm định nghĩa giao diện tầng vật

lý giữa DTE và DCE

-Về phơng diện cơ thì chuẩn này sử dụng đầu nối 25 chân nên ta phải dùngcáp 25 sợi để nối DTE và DCE

-Về phơng diện điện thì chuẩn này quy định các tín hiệu số nhị phân:

0 tơng ứng với mức điện thế nhỏ hơn -3V và 1 tơng ứng với mức điện thế lớnhơn +3V Tín hiệu qua giao diện này không vợt quá 20kb/s với khoảng cáchdới 15 m

Trong chuẩn này có các mạch,mổi chiều có một mạch dữ liệu nên có thểhoạt động phơng thức hoạt động hai chiêud đồng thời.Một dây đất đợc cách

ly bảo vệ còn lại làm việc nh là mạch trả lời cho cả hai mạch dữ liệu

Một số mạch chuẩn trong chuẩn này nh sau:

Thực thể tầng vật lý

Control signals

-reqesst to send(CA)

-clear to send(CB)

-data set ready(CC)

-data terminal ready(CD)

DCE sẵn sàng làm việc DTE sẵn sàng làm việc Chỉ rằng DCE đang nhận một tín hiệu ringing trên kênh

Chỉ rằng DCE đang nhận một tín hiệu sóng mang

Khẳng định khi có căn cứ để tin răng dữ

liệu nhận đợc đã bị lỗi Khẳng định để chọn tốc độ dữ liệu Khẳng định để chọn tốc đọ dữ liệu

Clocking signals, các chuyển đổi ON và OFF xảy ra ở trung tâm mổi phần tử tín hiệu

Clocking signals nh trên liên quan đến mạch BA

Clocking signal nh trên liên quan đến mạch BB

Nối với khung máy và có thể với đất bên ngoài

Thiết lâp tiếp đất chung cho tất cả các mạch

DCE-DTE DTE-DCE DCE-DTE DCE-DTE DTE-DCE DCE-DTE DCE-DTE DCE-DTE DTE-DCE DCE-DTE DTE-DCE DCE-DTE DCE-DTE NA NA

Với phơng thức truyền đồng bộ thì phải có tín hiệu đồng hồ để đồng bộ hoácác bit Nếu một Modem đồng bộ đựôc thì dùgn cả hai chức năng điều chế

và giải pháp điều chế đều phải có môtỵ tín hiệu đồng hồ để thực hiện việcgiải mã và mã hoá tín hiệu Vì vậy,Modem cần cc\ung cấp các đồng hồ gửi

và nhận cho xcác mạch điều khiển giao diện các DTE Néu ta dùng Modemkhông đồng bộ thì sẽ không cần có đồng hồ trong Modem Nếu hai thiết bịquá gần thì hai DTE có thể truyền trực tiếp tín hiệu cho nhau Hiệ nay chuẩnnày còn có tên là EIA-232-D

RS-449/422-A/423-A

chuẩn này ra đời nhằm khắc phục sự hạn chế về tốc độ và khoảng cách EIAcho ra đời một tập chuẩn mới để thay thế cho các chuẩn trên nh:

RS-449,RS-422-A,RS-423-A RS-449 định nghĩa các đặc trng cơ,chức năng,thủ tục

Nhìn chung các chuẩn mới này tiên tiến hơn chuẩn cũ vì nó tiếp nhận các uviệt của công nhgệ mạch tổ hợp Khắc phục đợc tốc độ và khoảng cáchtruyền dẩn

các khuyến nghị loại X của CCITT

có rất nhiều hệ thống sử dụng khuyến nghị loại này của CCITT cho tầng vật

-Nh T cho hớng ngợc lại -cung cấp thông tin điều khiển tới DCE

-Cung cấp các chỉ báo DTE -Thực hiện đồng bộ bit -thực hiện đồng bộ byte

DCE-DTE DTE-DCE DCE-DTE

DCE-DTE DCE-DTE

Giống nh RS-232-C và RS-449 có mạch truyền theo cả hai chiều Các mạch

ở đây có thể cung cấp cả dữ liệu ngời sử dụng lẫn thông tin điều khiển.Nhoài ra còn có hai mạch khác là C và I tơng ứng cho mỗi chiều dành chỉthông tin điều khiển và trạng thái Chúng không mang các dòng dữ liệu số

mà có thể là trạng thái ON hay OFF X21 đợc định nghĩa cho chế độ truyền

đồng bộ nên có một mạch đồng bộ bít X21 chấp nhận chế độ truyền cânbằng và không cân bằng nên cũng có sự hạn chế về tốc độ và khoảng cách.Trong một số trờng hợp thì chỉ có chế độ cân bằng đựơc sử dụng trên tất cảcác mạch Tất cả các thủ tục định nghĩa cho các mạch X21 đợc thực hiện quamột dạng chuyển mạch kênh X21 sử dụng các chuổi ký tự điều khiển tạo ramột tập không giới hạn các khả năng tuy chọn dành cho các yêuànafu trongtơng lai

X21 thể diện tính mềm dẻo và hiệu quả hơn so với chuẩn 232-C và 449

Ngoài X21,CCITT còn định nghĩa khuyến nghị X21 bit để dung cho tầngvật lý của các mạch chuyển mạch gói X25 X21 bit sử dụng mạch V.24 Ngoài các chuẩn nói trên thì CCITT còn đa ra một số khuyến nghị về cácdịch vụ giữa các tầng vật lý, và tầng liên kết dữ liệu của mô hình OSI có tên

là X.211.chuẩn này mô tả việc sử dụng 6 hàm nguyên thuỷ để thiết lập, duytrì và huỷ bỏ một liên kết vật lý

tầng liên kết dữ liệu

1 Vai trò và chức năng của tần liên kết dữ liệu

Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phơng tiện truyền thông tin qua liênkết vật lý đảm bảo độ tin cậy thông qua cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soátluồng dữ liệu

Có nhiều giao thức đợc xây dựng cho tầng liên kết ở dữ liệu gọi chung

là DLP (Data Link Protocol) Các DLP đợc chia thành hai loại: đồng bộ(synchronous DLP ) và dị bộ (asynchronous DLP ) Loại đồng bộ lại chiathành hai nhóm là hớng kí tự (character-oriented) và hớng bit (bit-oriented)

Hình sau minh hoạ giao thức cho tầng liên kết dữ liệu:

Hình 9: Các giao thức tầng liên kết dữ liệu

a) DLP không động bộ (dị bội)

Giao thức này sử dụng phơng thức truyền không đồng bộ Trong dòng dữliệu cần truyền đi ngời ta sử dụng các bit đặc biệt START và STOP để đánhdấu bit đầu tiên và bit cuối của xâu bit biểu diễn ký tự Phơng thức nàykhông cần có sự đồng bộ giữa ngời gửi và ngời nhận Nó cho phép kí tự dữliệu đợc truyền đi bất kỳ lúc nào mà không càn chú ý đến các tín hiệu đã

đồng bộ trớc đó Đây là phơng thức truyền đơn giản nên nó đợc sử dụngtrong hầu hết các máy tính cá nhân có tốc độ thấp

b) DLP đồng bộ

Phơng thức này không dùng các bit đặc biệt nh phơng thức trên mà nóchèn các kí tự đặc biệt nh SYN (Synchronization), EOT (end oftransmission) hay đơn giản chỉ là mộ cờ giữa các dữ liệu của ngời sử dụng

để báo hiệu cho ngời nhận biết dữ liệu

Hệ thống truyền thông đòi hỏi hai mức đồng bộ hoá:

-ở mức vật lý: để giữ đồng bộ giữa các đồng hồ của ngời gửi và ngời nhận.-ở mức liên kết dữ liệu: để phân biệt dữ liệu với các cờ và các bit điều khiểnkhác

2.Giao thức hớng kí tự.

Giao thức hớng kí tự đợc xây dựng dựa vào một ký tự đặc biệt trên một bộmã chuẩn nào đó Giao thức này dùng cho các ứng dụng điểm nối điểm lẫnnhiều điểm Giao thức này áp dụng cho 3 phơng thức truyền khác nhau: Mộtchiều, hai chiều luân phiên, hai chiều đồng thời

Phơng thức một chiều có các giao thức truyền tệp Kermit cho phép truyềnfile giữa hai máy PC hay giữa một máy PC và một máy chủ

Phơng thức hai chiều luân phiên có giao thức BSC (Binary SynchronousControl) Giao thức này đợc ISO lấy làm cơ sở để xây dựng giao thức hớng

kí tự chuẩn quốc tế với tên gọi Basic Mode

Phơng thức hai chiều đồng thời có rất ít giao thức

Giao thức BSC áp dụng cho trờng hợp điểm - điểm, hoặc nhiều điểm với

ph-ơng thức truyền hai chiều luân phiên

Các kí tự đặc biệt bao gồm:

SOH (start of header) để chỉ bắt đầu của phần header của một đơn vị thôngtin chuẩn

STX (start of text) chỉ sự kết thúc một header và bắt đầu của phần dữ liệu

Data lind Protocols(DLPs)

Character-Oriented Bit-Oriented

ETX (end of text) chỉ sự kết thúc của phần dữ liệu

EOT (end of transmission) để chỉ sự kết thúc việc truyền dữ liệu và giảiphóng liên kết

ETB (end of transmission Block) để chỉ sự kết thúc của một khối dữ liệu khidữ liệu đợc chia thành nhiều khối

ENQ (enquiry) để yêu cầu phúc dáp từ một trạm xa

DLE (Data link escape) dùng thay đổi ý nghĩa của các kí tự điều khiểntruyền tin khác

ACK (acknowledge) báo cho ngời gửi biết đã nhận tốt thông tin

NAK (Negateve Acknowledge) để báo cho ngời gửi biết đã nhận không tốtthông tin

SYN (Synchronous Idle) kí tự đồng bộ dùng để duy trì sự đồng bộ giữa ngờigửi và ngời nhận

Trong giao thức này, khuôn dạng tổng quá của một khung dữ liệu nh sau:

Thông tin điều khiển dữ liệu

- Header chứa thông tin điều khiển, thông thờng nó bao gồm số thứ tựcủa khung và điạ chỉ của trạm đích

- BCC (Block Check Character) là 8 bit kiểm tra lõi theo kiểu bit chẵn lẻcho các kí tự thuộc vùng text đối với giao thức Basic Mode và 16 bittheo phơng pháp kiểm tra lỗi vòng CRC-16 đối với giao thức

Trong giao thức BSC/Basic mode có các thủ tục chính nh sau:

+ Mời truyền tin:

Trạm A muốn mời trạm B truyền tin thì A sẽ gửi lệnh sau đến B:

EOT : dùng để chuyển liên kết sang trạng thái điều khiển

B: là địa chỉ của trạm đợc mời truyền tin

Khi nhận lệnh này nếu có tin để truỳên đi thì trạm B cấu trúc tin theodàng chuẩn và gửi đi Nếu không có tin để truyền đi B gửi lệnh EOT đểtrả lời

Trạm A sau khi gửi lệnh nếu quá một thời gian mà không nhận đợc trả lờicủa B hay nhận đợc trả lời sai thì nó sẽ chuyển sang trạng thái phục hồi.+ Mời nhận tin:

trạm A muốn mời trạm B nhạn tin thì lúc đó trạm gửi tới trạm B lệnh nhsau:

Nếu trạm B nhận tin thì nó sẽ gửi ACK để trả lới nếu không thì nó sẽ gửiNAK để trả lời

Nếu trạm B sau mộ tthời gian mà không nhận đợc trả lời hay trả lời sai thì

nó chuyển sang trạng thái phục hồi

+ Yêu cầu trả lời:

•Một trạm cần trạm kia trả lời một yêu cầu nào đó đã gửi đi thì nó chỉ cầngửi lệnh ENQ.

•Ngừng truyền tin gửi lệnh EOT

•Muốn giải phóng liên kết gửi lệnh DLE và EOT

+ Trạng thái phục hồi nh sau:

Lặp lại lệnh đã gửi n lần hay gửi yêu cầu trả llơi n lần hay kết thcú truyềnbằng cách gửi lệnh EOT

3.Giao thức hớng bit

- Giao thức HDLC (Hight- level Data link control)

HDLC là giao thức hớng bit nghĩa là các phần tử của nó đợc xây dựng từcấu trúc nhị phân và khi nhận dữ liệu thì nó sẽ đợc tiếp nhận lần lợt từngbit một Giăo thức này sử dụng cho cả hai trờng hợp: điểm -điểm và nhiều

điểm với phơng thức truyền hai chiều đồng thời

Khung HDLC có hai khuôn dạng: chuẩn và mở rộng

Khuôn dạng tổng quát của một khung của HDLC nh sau:

Flag Address Control Informtion FSC Flag

Hình: Khuôn dạng tổng quát một khung HDLC

+Flag đánh dấu bắt đầu và kết thcú một khung Frame, vùng này có kíchthứơc là 8 bit nh sau: 01111110 Để tránh sự xuất hiẹn mã này trong nộidung của khugn ngời ta có cơ chế nh sau: khi dữ liệu truyền đi, nếu cómột xâu bit có 5 bit liên tiếp thì chèn vào một bit 0 Khi nhận nếu thấyxuất hiện một bit 0 sau 5 bit 1 thì tự động bỏ bit 0 này đi

+Address: vùgn địa chỉ của trạm đích của khung nó có kích thớc 8 bit vớidạng chuẩn và 16 bit với dạng mở rộng

+Control: là vùng định danh các loại khung khác nhau của HDLC HDLC

có 3 loại khung chuẩn :

 Khung loại U (unnumbered frame) dùng để thiết lập nên liên kết dữliệu theo phơng thức hoạt động khác nhau và giải phóng liên kết khicần thiết Đây là khung điều khiển Các bit của vùng control đối vớikhung loịa U nh sau:

ơng thức trả lời chuẩn nếu F=1 thì chỉ rằng đây là khung cuói cùng trongdãy khung đã truyền đi của trạm client Sau đó trạm client sẽ ngừngtruyền tin cho đến khi nhậnhd dợc sự cho phép của trạm chủ

Sau đây là 5 khung loại U thông dụngvới các bit của vùng điều khiển nhsau:

, SNRM (Set Normal Response Mode) : phơng thức trả lời chuẩn

1 1 1 1 P 0 0 0

Phơng thức trả lời dị bội cũgn đợc sử dụng trong trờng hợp cấu hìnhkhông cân bằng nhng các trạm tớ đợc phép tiến hành việc truyền tin màkhông cần sự cho phép của trạm chủ Phơng thức này dùng trong trờnghợp điểm -điểm với phơng thức truyền hai chiều

, SABM (Set Asynchronous Balanced Mode): Phơng thức dị bội cân bằng

 Khung loại I (Information Frames): dùng để chứa thông tin của ngời

sử dụng và trong đó có đánh số thứ tự để kiểm soát Các bit của vùngcontrol đối với khung loại I nh sau:

Hai bit S để định danh nh vậy có 4 khung loại S:

 Nếu hai bit S có giá trị 0 0 thì ta có khung RR (Receive Ready), khungnày dùng để thông báo rằng trạm này sẵn sàng nhận tin và cũng thôngbáo rằng đã nhận tốt các khung cho đến khung thứ N(R)-1

 Nếu hai bit có giá trị 1 0 thì ta có khung RNR (Receive Not Ready),khung này dùng để thông báo rằng trạm này không sẵn sàng nhận tin

đồng thời đã nhận tố các khung có thứ tự đến N(R)-1

 Nếu hai bit S có giá trị 0 1 thì ta có khung REJ (Reject) khung này yêucầu truyền hoặc truyền lại các khung từ N(R) trở đi và đồng thời ám chỉrằng đã nhận tố các khung từ N(R)-1 về trớc

 Nếu hai bit S có giá trị là 1 1 thì ta có khung SREJ (Selective Reject)khung này dùng để yêu cầu truyền hoặc truyền lại khung N(R) và đồngthời ám chỉ rằng đã nhận tốt các khung từ N(R)-1 về trớc

+Information: là vùng chứa thông tin cần truyền đi

+FSC (Frame check Sequence) là vung ghi mã kiểm soát lỗi cho nội dungcủa khung với phơng pháp kiểm tra vòng CRC

- Các giao thức cải biên từ HDLC:

LAP ( link Access Procedure) tơng ứng với phơng thức trả lời dị bội củaHDLC trong trờng hợp không cân bằng

LAP- B (link Access Procedure Balanced) tơng ứng với phơng thức dị bộicân bằng của HDLC trong trờng hợp cân bằng

 tầng mạng

1 Vai trò và chức năng của tầng mạng.

Tầng mạng cung cấp các phơng tiện để truyền các đơn vị dữ liệu quamạng thậm chí qua một mạng của các mạng.

Hai chức năng quan trọng của mạng là chọn đờng và chuyển tiếp Tầngmạng đợc đánh giá là phức tạp nhất trong số các tầng của mô hình OSI bởivì nó phải đáp ứng nhiều kiểu mạng và các dịch vụ cung cấp bởi nhiềumạng khác nhau Một mạng chuyển mạch bao gồm nhiều nút và nối vớinhau bởi các liên kết dữ liệu Mỗi gói dữ liệu đợc truyền từ một hệ thống

mở tới một hệ thống mở khác phải đợc chọn đờng qua một chuỗi các nút.Mỗi nút nhận gói dữ liệu và chuyển tiếp tới một nút khác Nh vậy mỗi núttrung gian đều có chức năng chuyển tiếp và chọn đờng nằm ở tầng mạng.Ngoài ra tầng mạng còn có một số chức năng nh thiết lập, duy trì và giảiphóng các liên kết logic, kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, phân kênh,dồn kênh, cắt hợp dữ liệu

2 Kỹ thuật chọn đờng.

Chọn đờng là việc lựa chọn một con đờng để truyền một đơn vị dữ liệu từtrạm nguồn đến trạm đích Chính vì vậy kỹ thuật chọn đờng phỉa thực hiệnhai yếu tố sau đây:

- Quyết định chọn đờng theo tiêu chuẩn tối u nào đó

- Cập nhật thông tin chọn đờng theo chức năng đã nói ở trên

Có nhiều kỹ thuật chọn đờng khác nhau:

- Nếu dựa vào sự phân tán của các chức năng chọn đờng trên các nútcủa mạng thì ta có hai kỹ thuật chọn đờng là tập trung và phân tán

- Nếu dựa vào sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng thì ta có

kỹ thuật chọn đờng tĩnh hay thích nghi

Ngoài ra, kỹ thuật chọn đờng còn phụ thuộc vào một số tiêu chuẩn tối unào đó nh topo mạng, thông lợng, mục đích sử dụng v.v Tiêu chuẩn tối -

u này phụ thuộc vào ngời thiết kế hay quản lý mạng

Kỹ thuật chọn đờng tập trung:

Kỹ thuật này đợc đặc trng bởi sự tồn tại của một vài trung tâm điềukhiển mạng thực hiện việc chọn đờng, sau đó gửu các bảng chọn đờng(routing table) tới tất cả các nút dọc theo con đờng đã đợc chọn đó Tất cảthông tin cần dùng cho viẹc chọn đờng đợc cất giữ tại trung tâm điềukhiển mạng Các nút mạng có thể không gửi bất kỹ thông tin vào về trạngthái của chúng tới trung tâm, có thể gửi theo định kỳ, hoặc có thể gửi khixảy ra một sự kiện nào đó Trung tâm điều khiển sẽ cập nhật các bảngchọn đờng dựa vào các thông tin nhận đợc đó

Kỹ thuật chọn đờng phân tán

Kỹ thuật này không tồn tại các trung tâm điều khiển, các quyết định đợcthực hiện tại mỗi nút của mạng Tuỳ theo độ thích nghi của giải thuật mà

có sự trao đổi thông tin giữa các nút mạng

Kỹ thuật chọn đờng không thích nghi

Còn gọi là kỹ thuật chọn đờng tĩnh có thể là tập trung hay phân tán nhng

nó không đáp ứng với mọi sự thay đổi trên mạng Việc chọn đờng này

đ-ợc thực hiện mà không có sự trao đổi thông tin, không đo lờng và khôngcâpọ nhật thông tin Tiêu chuẩn chọn đờng và con đờng đợc chọn khôngthay đổi giữa chừng mà đợc chọn cho toàn cuộc Kỹ thuật chọn đờng nàyrất đơn giản nên đợc sử dụng rất rộng rãi trong các mạng ổn định

Kỹ thuật chọn đờng thích nghi

Kỹ thuật chọn đờng này có khả năng đáp ứng đối với các trạng tháikhác nhau của mạng Đây là yếu tố quan trọng đặc biệt đối với các ứngdụng thời gian thực, yêu cầu đầu tiên của ngời sử dụng là mạng phải cókhả năng cung cấp các con đờng khác nhau để dự phòng sự cố và thíchnghi với các thay đổi trên mạng Mức độ thích nghi của một kỹ thuậtchọn đờng đợc đặc trng bởi sự trao đổi thông tin chọn đờng trong mạng.Trờng hợp không trao đổi gì cả là trờng hợp đơn giản nhất Mỗi nút hoạt

động một cách độc lập với thông tin riêng của mình để thích nghi với sựthay đổi của mạng theo một phơng thức nào đó Trờng hợp coa hơn thìthông tin về trạng thái của mạng có thể đợc cung cấp từ các nút lánggiềng hoặc từ tất cả các nút khác Thông tin chọn đờng bao gồm:

-Trạng thái của đờng truềyn

Giải thuật tìm đờng tối u:

Giải thuật chọn đờng tập trung (Dijkstra)

Vấn đề đặt ra là tìm con đờng có độ dài ngắn nhất từ một nút cho trớctới mỗi nút còn lại của mạng Giải thuật này sẽ từng bớc thiết kế một con đ-ờng ngắn nhất có gốc tại nút nguồn cho tới khi nút xa nhất của mạng đã đợc

đa vào

Giả sử có một mạng có liên kết hia chiều đồng thời và độ dài (hay còn gọilàgiá) cho cả hai chiều đợc ghi bên mỗi liên kết Gọi l(i,j) là độ dài đờng nốitrực tiếp hai nút i và j

L(i, j) = ∞ nếu tồn tại đờng nối giữa hai nút

Nk là tập hợp tạo thành bởi k+1 phần tử: nguồn và k nút gần nguồn nhất sau kbớc thực hiện giải thuật

Dk(n) là độ dài từ nguồn tới nút n theo con đờng ngắn nhất bao hàm trong Nk.Với sơ đồ mạng sau, giả sử nút 1 là nút nguồn:

6 4

3 1

Thuật toán này sẽ dừng lại khi tập N chứa tất cả các nút.

Với mạng ở trên thì có 6 nút mạng, áp dụng giải thuật trên thì sau 6 bớc ta xẽ có một con

đờng tối u từ 1 đến các nút khác với bảng chọn đờng nh sau:

Giải thuật chọn đờng phân tán (Ford và Fulkerson)

Giải thuật này cho phép tìm con đờng ngắn nhất từ tất cả các nút tới một đíchchung Giải thuật này thực hiện các bớc lặp sau k bớc thì mỗi nút đợc đánhdấu bởi cặp giá trị (nk(v), Dk(v)), trong đó:

Dk(v) là độ dài cực tiểu hiện tại từ một nút v bất kỳ tới đích;

nk(v) là nút tiếp theo hiện tại trên con đờng tối u từ nút v tới đích đợctính ở bớc k

Giả sử để tính con đờng ngắn nhất từ tất cả các nút tới nút 1, ta thực hiện nhsau:

Bớc 0:

Dk(0)=0 và tất cả các nút đợc đánh dấu (,)

Bớc k:

Với mọi v1 (nút đích), cập nhật Dk(v) nh sau:

Dk(v)=min [Dk-1(w)+l(v,w)] wNv (Nv là các nút láng giềng của v)

3 Giao thứ X25 PLP (Packet Level Protocol)

1

6

4 3

CCITT công bố khuyến nghị về họ giao thức X25 sử dụng cho cả 3 tầng1,2,3 trong các mạng chuyển mạch gói công cộng PPSN (public packetswiched networks), trong đó:

Giao thức X25.1 tơng ứng với giao thức X21

Giao thức X25.2 tơng ứng với giao thức LAP-B

Mãi đến năm 1984, CCITT và ISO phối hợp nhau và ban hành chuẩn X25PLP cho tầng 3 đằc tả các giao diện DTE/DCE và DTE/DTE với DCE đóngvau trò là nút mạng chuyển mạch gói X25

Giao thức X25 PLP định nghĩe 2 loại liên kết logic:

-VC(VIRTUAL CIRCUIT) là liên kết ảo có tính tạm thời đợc thiết lập vàgiải phống bởi các thủ tục của X25 PLP

-PVC(PERMANENT VIRTUAL CIRCUIT) là liên kết ảo thiết lập vĩnhviễn trên mạng mà không cần các thủ tục của X25 PL

các thủ tục của giao thức X25 PLP

X25 có 6 thủ tục chính nh sau:

- Call setup: Thiết lập liên kết

Thủ tục này sử dụng hai gói tin là:

+Call request: yêu cầu thiết lập liên kết với liên kết sử dụng là VC +Call accepted: yêu cầu thiết lập liên kết, sử dụng liên kết VC

-Data: Truyền dữ liệu thờng

Thủ tục này sử dụng bốn gói tin là:

+Data: Dữ liệu, sử dụng cả hai liên kết VC và PVC

+RR; Sẵn sàng nhận dữ liệu, sử dụng cả hai liên kết VC và PVC

+RNR : Không sẵn sàng nhận, sử dụng cả hai liên kết VC và PVC +RER: Yêu cầu truyền lại, sử dụng cả hai liên kết là VC và PVC

-Interrupt: Truyền dữ liệu khẩn

Thủ tục này sử dụng hai gói tin là:

+Interupt: Yêu cầu truyền dữ liệu khẩn, sử dụng cả hai liên kết VC vàPVC

+Interupt Confirmation: Báo nhận dữ liệu khẩn, sử dụng hai liên kết VC

và PVC

-Reset: Khởi động tại một liên kết

Thủ tục này sử dụng hai gói tin là:

+Reset request: yêu cầu khởi động lại liên kết, sử dụng cả hai phơngthức liên kết VC và PVC

+Reset Confirmation: Xác định khởi động lại liên kết, sử dụng hai

ph-ơng thức liên kết VC và PVC

Thủ tục này nhằm khởi động lại một liên kết ảo ở tầng 3, thực chất nódọn dẹp chứ không xoá bỏ liên kết đó

-Restart: Khởi động lại một giao diện

+Restart request: yêu cầu khởi động lại giao diện, sử dụng cả hai phơngthức liên kết VC và PVC

+Restart confirmation: Xác định khởi động lại giao diện, sử dụng haiphơng thức liên kết VC và PVC

Thủ tục Restart nhằm khởi tạo lại toàn bộ tầng 3 của giao diện DTE/DCE

mà cụ thể là nó xoá bỏ toàn bộ các liên viễn

X25 có hơn 40 thủ tục phụ:

Các thủ tục này một số có thể đợc cung cấp bởi mạng, còn một số kháclại đợcdùng bởi một ngời sử dụng cụ thể theo yêu cầu Một số thủ tục đợc