TCP/ IP TRONG MẠNG ATM_ CLASSICAL IP OVER ATM

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin ngành viễn thông TCP/ IP TRONG MẠNG ATM_ CLASSICAL IP OVER ATM

Giới thiệu đề tài:

TCP/ IP TRONG MẠNG ATM_ CLASSICAL IP OVER ATM

Khi thời đại công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ dưới sự trợ giúp của công nghệ viễn thông tiên tiến , chúng ta đã và đang nghĩ đến một mạng thông tin thế hệ mới Hiện tại , Internet là sản phẩm của sự tích hợp giữa các mạng truyền thống với mạng nền tảng TCP/ IP đang phát triển với lượng lớn các thuê bao ngày càng tăng mạnh mẽ Tuy nhiên nó chưa đáp ứng được một cách thực sự cho các yêu cầu dịch vụ giá trị gia tăng cũng như quy mô đa phương tiện trên mạng thống nhất.

Mặt khác , công nghệ ATM lại có vai trò vô cùng to lớn , đưa ra những điều kiện quan trọng cho sự phát triển của kĩ thuật mạng cục bộ LAN lẫn các mạng diện rộng WAN Nó cho phép thiết lập một hệ thống mạng đa dịch vụ không chỉ cho phép tiếngnói và số liệu được vận chuyển trên cùng một mạng dịch vụ nền tảng TCP/ IP mà còn có thể cho phép tích hợp cùng các luồng dữ liệu video có tốc độ truyền thay đổi theo yêu cầu sử dụng

Một giải pháp kế thừa mang tính tối ưu cho sự phối hợp độc đáo giữa TCP/ IP và ATM ( họ giao thức thiết kế cho mạng không kết nối – connectionless và mạng sử dụng kĩ thuật hướng kết nối – connection oriented ) bằng việc áp dụng vào mạng backbone được đưa ra tại triển lãm TELECOM 99 tổ chức tại Geneve

Dựa trên kiến thức trên cơ sở của họ giao thức TCP/IP và công nghệ ATM , hơn nữa được sự phân công của nhà trường , khoa Điện - Điện tử và bộ môn Kỹ thuật viễnthông nên trong thời gian làm đồ án em đã tìm hiểu vấn đề “TCP/IP trong mạng ATM– Classical IP over ATM “ Với khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp , em xin trình bày các vấn đề chủ yếu để làm rõ vấn đề này như sau:

Phần I: Tổng quan về Internet và họ giao thức TCP/IP

 Cấu trúc phân lớp trong TCP/IP Giao thức Internet – IP

 Giao thức điều khiển truyền – TCP Hoạt động của TCP/IP

Phần II : Giới thiệu mạng truyền không đồng bộ ATM

 Tổng quan về ATM

 Cấu trúc phân lớp trong ATM, lớp tương thích ATM AAL –5 Chuyển mạch ATM

 Báo hiệu và cấu trúc địa chỉ của ATM

Phần III: Kết nối TCP/IP qua mạng ATM – Classical IP over ATM

 Các mô hình kết nối TCP/IP qua mạng ATM Classical IP over ATM

 Bao đóng gói tin tại lớp tương thích ATM AAL –5

 Phân giải địa chỉ ATM dựa vào giao thức ATMARP/InATMARP Các giao thức hỗ trợ cho Classical IP over ATM

PHẦN MỘT:

INTERNET VÀ HỌ GIAOTHỨC TCP/IP

1.GIỚI THIỆU SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA INTERNET CÙNG HỌ GIAO THỨC TCP/IP

Mạng Internet có tiền thân là ARPANET do cục các dự án nghiên cứu tiên tiến ARPA( Advanced Research Project Agency) thuộc Bộ quốc phòng Mỹ xây dựng lên vào khoảng cuối những năm 60 của thế kỉ 20 Thời gian này , giao thức truyền thống dùng trong ARPANET được đặt tên là NCP (Network control protocol).Tuy nhiên do nhu cầu thực tế , các nhà thiết kế ARPANET ngay từ buổi ban đầu đã nhận thức đượcrằng cần xây dựng một “ mạng của các mạng” và vào những năm 70 , họ giao thức TCP/IP ra đời cùng tồn tại với mạng NCP đến năm 1983 thì hòan tòan thay thế NCP trong ARPANET

ARPANET nhanh chóng mở rộng tầm hoạt động và trở thành một mạng quốc gia Trong thời gian đó , hãng Xerox đã phát triển một trong những công nghệ sớm nhất và phổ biến nhất của mạng cục bộ là Ethernet với phương pháp truy nhập đường truyền vật lý CSMA/CD Họ giao thức TCP/IP được tích hợp vào môi trường điều hành (do trường đại học California ở Berkeley sáng tạo ra) và sử dụng chuẩn Ethernetđể kết nối các trạm làm việc với nhau Đến khi xuất hiện các máy tính cá nhân PC thìTCP/IP lại được chuyển sang môi trường PC , cho phép các máy PC chạy DOS và các tạm làm việc chạy UNIX có thể liên tác trên cùng một mạng Cứ thế TCP/IP ngày càng được sử dụng nhiều tron cả mạng diện rộng WAN lẫn trong mạng cục bộ LAN

Thuật ngữ “Internet” xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1974, nhưng mạng với tên gọi ARPANET vẫn tồn tại chính thức đến đầu những năm 80 Đến năm 1986,Ủy ban khoa học quốc gia Mỹ - NSF ( National Science Foundation) bảo trợ cho năm trung tâm siêu tính của toàn liên bang và kết nối chúng với nhau thành một trạm xương sống phục vụ cho nghiên cứu khoa học Vào năm 1978 mạng NSF ra đời cho phép kết nối 7 mạng vùng với các trạm siêu tính ở trên Sự xuất hiện của mạng xương sống NSF và các mạng vùng đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của Internet Sau đó các tổ chức chính phủ cùng giới kinh doanh cũng vào cuộc và ngày càng chiếm tỷ trọng đáng kể trong thế giới Internet Internet nhanh chóng vượt ra khỏi nước Mỹ và trở thành mạng toàn cầu.

Vậy Internet là một mạng truyền thông dữ liệu diện rộng, bao trùm cả thế giới với cấu hình mạng nhện nhằm hướng đến sự an toàn thông tin khi có sự cố xảy ra (chiến tranh, phá hoại )

Mạng Internet là một xa lộ thông tin liên kết các máy tính lại với nhau thông qua mạng điện thoại hay các kênh chuyên dùng đặc biệt Thông qua Internet người dùng có thể liên lạc với nhau, tìm kiếm dữ liệu thông tin hoặc truy xuất một số dịch vụ khácnhau

Mạng Internet có thể coi là một cộng đồng các mạng LAN kết nối với nhau sử dụng bộ giao thức TCP/IP

2 HỌ GIAO THỨC TCP/IP

Khái niệm giao thức là một khái niệm cơ bản của mạng truyền thông Có thể hiểu một cách khái quát rằng đó là tập hợp tất cả các qui tắc , qui ước cần thiết ( các thủ tục , khuôn dạng dữ liệu , cơ chế phụ trợ ) cho phép các thao tác trao đổi thông tin trên mạng được thực hiện một cách chính xác và an toàn Có rất nhiều họ giao thức đang được thực hiện trên mạng truyền thông hiện nay như IEEE 802 X dùng trong mạng cục bộ , CCITT –X25 dùng cho mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao thức chuẩn của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ) dựa trên mô hình tham chiếu bẩy tầng cho việc kết nối các hệ thống mở Và gần đây họ giao thức TCP/IP đã đượcđưa vào sử dụng

Bộ giao thức TCP/IP ( Transport Control Protocol/ Internet Protocol- giao thức điều khiển truyền số liệu / giao thức Internet) lấy tên hai giao thức quan trọng nhất , là họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng TCP là giao thức hướng liên kết ( connection oriented ) ở lớp 4 trong mô hình 7 lớp OSI cung cấp phương thức truyền dữ liệu tin cậy , chính xác , cho phép truyền lại các gói tin bị mất trong quá trình truyền IP là họ giao thức “ không hướng liên kết” ( connectionless) ở lớp 3 trong mô hình mạng 7 lớp OSI , cung cấp phương thức truyền linh hoạt , nó tạo ra một liên kết ảo khi truyền các gói dữ liệu Đây là bộ giao thức có thể được đảm bảo về độ tin cậy khi truyền tin trong môi trường WAN Hình 1.1 dưới đây minh họa kiến trúc kết nối các mạng con sử dụng TCP và IP , trong đó tất cả các hệ thống thành viên của liên mạng đòi hỏi phải cài đặt IP ở tầng mạng.

DHa, PHYa: Giao thức truy nhập mạng của host ADHb, PHYb: Giao thức truy nhập mạng của host B

Hình 1.1:Kết nối các mạng con thành liên mạng với TCP/I

2.1 CẤU TRÚC PHÂN LỚP TRONG TCP/IP

Để có một cái nhìn tổng quan về họ giao thức TCP/IP , hình 1.2 dưới đây sẽ mô tả kiến trúc của nó với sự so sánh cùng mô hình tham chiếu chuẩn OSI.

Ứng dụngỨng dụng

Trình diễnPhiênGiao vậnMạng

Liên kết dữ liệuVật lý

Ứng dụngGiao vậnInternet

Truy nhập mạng

Giao vận

Giao diện

Hình 1.3:Kiến trúc họ giao thức TCP/IP

Từ hai hình trên ta nhận thấy TCP/IP được cấu trúc thành 4 lớp : Lớp truy nhập mạng (Network Access Layer)

 Lớp liên mạng ( Internet Layer) Lớp vận chuyển ( Transport Layer) Lớp ứng dụng( Application Layer)

2.1.1 LỚP TRUY NHẬP MẠNG

Network Access Layer là lớp thấp nhất trong cấu trúc phân cấp của TCP/IP Giao thức ở lớp này cung cấp hệ thống phương thức để truyền dữ liệu trên các tầng vật lý khác nhau của mạng Nó định nghĩa cách thức truyền các khối dữ liệu IP Các giao thức ở đây phải biết chi tiết các phần cấu trúc vật lý mạng ở dưới nó (bao gồm cấu trúc gói , địa chỉ ) để định dạng được chính xác các dữ liệu sẽ được truyền tùy thuộcvào từng mạng cụ thể.

So sánh với cấu trúc OSI thì lớp này của TCP tương ứng với ba lớp Network , Data Link và Physical trong cấu trúc OSI

Chức năng định dạng dữ liệu được truyền ở lớp này bao gồm việc bao đóng gói các gói dữ liệu IP vào các frame sẽ được truyền trên mạng và việc sắp xếp các địa chỉ IP vào phần địa chỉ vật lý được dùng cho mạng.

2.1.2 LỚP LIÊN MẠNG

Internet Layer là lớp ở ngay trên lớp Network Access trong cấu trúc phân lớp của TCP/IP Internet Protocol – IP là giao thức trung tâm của TCP/IP và là phần quan trọng nhất của lớp Internet IP cung cấp các gói lưu chuyển cơ bản mà thông qua đó các mạng dùng TCP/IP được xây dựng

IP bao gồm một số chức năng sau:

 Định nghĩa khối dữ liệu (datagram)- khối cơ bản của việc truyền tin. Định nghĩa hệ thống địa chỉ IP

 Truyền dữ liệu giữa lớp Transport và lớp Network Access  Định tuyến đường để gửi các gói dữ liệu đến các trạm ở xa Thực hiện việc phân đoạn và tái lắp ráp các khối dữ liệu

2.1.3.LỚP VẬN CHUYỂN

Lớp giao thức nằm ngay trên IP là Transport Hai giao thức quan trọng nhất trong lớp này là TCP và UDP TCP cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu được tin tưởng với khảnăng phát hiện lỗi và sửa lỗi theo kiểu End – to –end Còn UDP cung cấp các chương trình ứng dụng thâm nhập trực tiếp đến các dịch vụ lưu chuyển Datagram , điều này cho phép trao đổi các thông điệp ra ngoài mạng với một số lượng nhỏ các giao thức Cả hai giao thức này đều truyền dữ liệu giữa lớp ứng dụng và lớp Internet.Trong khi IP là giao thức thuộc loại “ không hướng liên kết” như đã nói ở trên thì TCP thuộc loại “ có hướng liên kết” nghĩa là phải có thủ tục thiết lập liên kết và giải phóng liên kết Về chức năng TCP tương đương với lớp giao thức đầy đủ nhất của giao thức chuẩn Transport của OSI Tuy nhiên , khác với mô hình OSI , TCP sử dụng phương pháp trao đổi các dòng dữ liệu ( data stream) giữa người sử dụng Dữ liệu theo dòng cũng được phân đoạn thành các TPDU ( Transport Protocol Data Unit ) để truyền đi.

Giao thức UDP là một giao thức “ không hướng liên kết “ Trong hệ thống mạng, UDP truyền dữ liệu một cách trực tiếp Nó sử dụng 16 bit để ghi nhận cổng nguồn vàcổng đích trong phần header của dữ liệu Cổng ở đây có khái niệm như là một số vớigiá trị từ 0 đến 1023 Các cổng chuẩn là các cổng hay được dùng tới , ý nghĩa của từng cổng được qui định theo một chuẩn nhất định UDP làm một công việc rất đơn giản , nó truyền từng thông điệp tới IP để yêu cầu truyền Do IP là loại giao thức không thực nên ở đó không có gì đảm bảo cho sự truyền.Khi lớp ứng dụng gửi một yêu cầu qua UDP datagram và lời đáp không quay trở lại trong một số lần nào đó thì nó sẽ yêu cầu lớp ứng dụng gửi lại yêu cầu.

2.1.4.LỚP ỨNG DỤNG

Lớp ứng dụng là giao thức nằm trên cùng trong cấu trúc phân lớp của bộ giao thức TCP/IP Lớp này bao gồm tất cả các tiến trình dùng các giao thức của lớp Transport để truyền dữ liệu Có nhiều giao thức ứng dụng ở lớp này Phần lớn chúng đều cung cấp cho người dùng các dịch vụ tương ứng Các dịch vụ thông dụng trên lớp này:

 Telnet: cung cấp khả năng truy cập từ xa thông qua mạng FTP: dùng để truyền file trên mạng

 SMTP: truyền thư điện tử

 Các dịch vụ khác như Gopher, Mosaic

Ngoài các lớp phân tích ở trên , như trong kiến trúc chi tiết của họ giao thức TCP/IP ta còn gặp một số những thủ tục trợ giúp như ICMP, ARP và RARP

 Thủ tục ICMP ( Internet Control Message Protocol)

Thủ tục này dùng để gửi các bản tin và thông tin điều khiển giữa các host theo giao thức IP , nó rất có ích cho việc gỡ rối cho mạng và thông báo tình trạng của mạng Các router phát bản tin ICMP để báo cho các host trong trường hợp gói tin không tới hoặc tồn tại đường đi tốt hơn Một số tình huống thường xảy ra

 Bản tin không tới được đích do có lỗi hoặc không tìm được đường đi Thay đổi đường đi của bản tin do tồn tại đường đi tối ưu hơn

 Hết / quá thời gian khi TTL về 0 Xuất hiện yêu cầu trả lời

 Thủ tục ARP( Address Resolution Protocol)

Mỗi ghép nối mạng có một địa chỉ giao thức mạng (IP) và địa chỉ giao thức dữ liệu riêng Do đó cần có bảng ánh xạ giữa hai địa chỉ này (tức là giữa địa chỉ ảo và địa chỉ vật lý) Việc ánh xạ này đã được giải quyết thông qua thủ tục ARP.Các gói tin ARP được đóng gói trong khung dữ liệu liên kết (datalink frame)

ARP ánh xạ địa chỉ IP sang địa chỉ của dữ liệu liên kết Trạm tin sẽ gửi đi gói tin yêu cầu ARP và nhận gói tin trả lời ARP

 Thủ tục RAPR (Reverse Address Resolution Protocol)

RAPR có chức năng ngược với ARP , nó được sử dụng để ánh xạ địa chỉ vật lý sangđịa chỉ mạng.

2.2.GIAO THỨC INTERNET IP

IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không hướng liên kết” hay còn gọi là dịch vụ datagram( tên gọi của đơn vị dữ liệu sử dụng giao thức IP) Phương thức không liên kết cho phép cặp đối tác không cần phải thực hiện việc thiết lập liên kết trước truyền dữ liệu và do vậy cũng không cần phải giải phóng liên kết khikhông còn nhu cầu truyền dữ liệu nữa Điều này làm giảm nhẹ công sức cài đặt hệ thống nhưng tăng độ phức tạp kiểm soát luồng dữ liệu và tiếp nhận sự đúng đắn dữ liệu trong trường hợp nhiều người sử dụng đồng thời trên mạng.

Cấu trúc dữ liệu được truyền ở lớp IP được định nghĩa là các datagram Mỗi datagram có một header chứa các thông tin cần thiết để truyền dữ liệu đi Trong phần header này có chứa địa chỉ đích và IP sẽ truyền dữ liệu bằng cách kiểm tra địa chỉ đích này Nếu địa chỉ đích là địa chỉ của một trạm nằm trong cùng một mạng với máy nguồn thì các gói dữ liệu sẽ được truyền thẳng tới đích , còn nếu địa chỉ đích không nằm trong cùng một mạng với máy nguồn thì các gói dữ liệu phải được gửi đến một gateway để truyền đi( gateway thực hiện lưu chuyển các gói dữ liệu nằm giữa hai mạng vật lý khác nhau)

2.2.1.KHUÔN DẠNG GÓI DỮ LIỆU IP

Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức truyền thống IP là datagram, gồm hai phần :

 Phần thông tin điều khiển ( header) có chiều dài lớn nhất đến 60 octets và chiều dài nhỏ nhất là 20 octets

 Phần dữ liệu người sử dụng có kích thước không quá 65.536 octets Các thành phần trong một datagram có thể tóm tắt như sau:

Bit 0 3 4 7 8 15 16 31

Error! Not avalid link.

 Internet Header Length ( chiều dài tiêu đề _IHL) : trường này chỉ độ dài của header , được tính theo đơn vị là word of service ( loại dịch vụ sử dụng): là trường chứa thông tin

1 word = 32 bit = 4 byte

Độ dài tối thiểu của một header là 5 word

 Type of service : Nó gồm 8 bit, thông báo cho mạng biết về chất lượng của dịch vụ QoS được yêu cầu như mức độ ưu tiên, thời gian trễ cho phép , độ tin cậy , hiệu suất đường truyền

 Total length( chiều dài tổng cộng của datagram): trường này sử dụng16bit để chỉ độ dài toàn bộ datagram tính theo đơn vị octets Kích thước tối đa của datagram là 65.535 octets Hiện nay chưa có datagram nào đạt tới giá trị này bởi việc sử dụng các bộ đệm khác nhau về kích thước cũng như kĩ thuật mạng cũng làm giới hạn kích cỡ datagram.

 Phân đoạn và tái lắp ráp datagram: các trường Identification , Flag và Fragment –offset đóng vai trò chính trong việc phân đoạn và tái lắp ráp datagram.

Identification( trường nhận dạng ) : gồm 16 bit, định danh duy nhất từng datagram khi nó còn trên mạng Thông tin này giúp trạm đích nhận ra những đoạn dữ liệu mà nó được phân ra từ một datagram.

Flag( cờ):gồm 3 bit

Version IHL Type of service Total length

Identification Flags Fragement offsetTime to live Protocol Header checksum

Source AddressDestinationOption + PaddingData (max: 65.535 bytes)

0 1 2

Bit 0: có giá trị là 0, không được sử dụng Bit 1: DF =0 cho phép phân đoạn datagram DF =1 không cho phép phân đoạn datagram Bit 2: MF =0 cho biết đây là đoạn cuối cùng MF =1 cho biết còn đọan tiếp theo

datagram được phân đoạn, mỗi đoạn chuẩn gọi là Fragment block

Fragment – offset (độ lệch đọan) : gồm 13 bit, trường này cho biết vị trí tương đối của đoạn dữ liệu so với đoạn bắt đầu của dữ liệu gốc( khoảng cách được tính từ block đầu tiên) Một fragment block tính theo nhóm 8 octets nghĩa là phải nhân giá trị fragment –offset với 8 để tính độ lệch octets.

 Time to live( TTL - thời gian tồn tại của một datagram trên mạng )- 8bit : thờigian này được tính theo đơn vị là giây Nó biểu thị thời lượng tối đa mà một đơn vị dữ liệu được phép tồn tại trên mạng trước khi tới đích TTL được gán giá bởi trị bởi trạm nguồn Thời gian tồn tại này sẽ bị giảm đi tại mỗi router trung gian.

Mục đích của trường này là qui định thời hạn tồn tại của gói dữ liệu , nếu thời hạn đã chấm dứt thì gói dữ liệu bị hủy bỏ Trường này có hai chức năng chính:

 Giới hạn thời gian tồn tại của các đoạn dữ liệu nhận từ lớp cao xuống Kết thúc vòng lặp định tuyến của mạng

Với trường này cần chú ý một số vấn đề:

Trạm chủ không được gửi 1 gói dữ liệu với giá trị TTL =0

Một giao thức lớp trên có thể được phép ấn định TTL để thực hiện cuộc dò tìm tài nguyên mạng trong phạm vi rộng

 Protocol ( trường giao thức) – 4 bit :trường này chỉ ra giao thức tầng trên sẽ tiếp nhận các đoạn dữ liệu datagram Các giá trị điển hình cho các giao thức tầng trên:

UDP: trường protocol =17TCP: trường protocol =6 ICMP: trường protocol =1EGP: trường protocol =8OSPE: trường protocol =89

 Header checksum (trường kiểm tra mào đầu): gồm 16 bit , là phần kiểm tra lỗi của header trong datagram, thường sử dụng phương pháp CRC , nó chứa giá

0 DF MF

trị tổng kiểm tra được tính tóan trên tất cả các trường của header( trừ header checksum) Trường này phải luôn được cập nhật khi một datagram được phát đi từ các router trung gian do một số các trường có giá trị thay đổi như thời gian tồn tại, sự phân đoạn và cả giá trị tùy chọn được ghi vào từng option Source/ Destination address( trường địa chỉ nguồn / đích):32bit , trường này

bao gồm 2 phần:

Nhận dạng mạng Nhận dạng trạm

 Datagram( trường dữ liệu ): bao gồm các header của các giao thức tầng cao hơn và dữ liệu người sử dụng

 Option( phần tùy chọn) : trường này có độ dài và giá trị thay đổi theo số lượngvà loại hình dịch vụ đăng kí sử dụng Một số dịch vụ điển hình:

 Xác định , định tuyến từ trạm nguồn( Source- route) Ghi lại các router được định tuyến qua( Record- route) Định tuyến bảo mật( Sercurity- route)

 Ghi lại các router được định tuyến qua cùng thời gian xử lý tại router đó( Time- stamp)

Lớp ALớp BLớp CLớp DLớp E

Hình 1.5: Cấu trúc các lớp địa chỉ IP

2.2.2 ĐỊA CHỈ IP

Giao thức IP sử dụng địa chỉ IP để định vị các trạm (host) và định tuyến dữ liệu Mỗi host được gán một địa chỉ IP Tên của host được dịch sang địa chỉ IP bằng cách truy vấn tới một bảng chứa tên và địa chỉ.

Mỗi địa chỉ IP gồm 32 bit nhị phân với 2 phần tương ứng:0 Net- id Host - id

1 1 0 Net- id Host- id1 1 1 0 Multicast Address

1 1 1 1 0 Reserved for future use

1 Địa chỉ mạng( Net- id): xác định mạng mà host được gắn vào2 Địa chỉ trạm( Host-id): xác định địa chỉ của host trên mạng đó

Để tiện cho việc quản lý người ta chia địa chỉ IP thành 5 lớp ( class) , mỗi lớp tương ứng với một kích thước mạng khác nhau và số lượng các trạm làm việc nối vào( hình 1.5)

5 bit đầu tiên cho biết cấu trúc lớp của địa chỉ được sử dụng:Lớp A 0

Lớp B 10Lớp C 110Lớp D 1110Lớp E 11110

Các bit còn lại được sử dụng cho hai phần net-id và host – id Biên giới giữa hai vùng được định vị trên biên giữa hai byte để tiện cho việc giải mã

 Lớp A cho phép định danh mạng cỡ lớn :126 mạng thành viên với tối đa 16x1016 host trên mỗi mạng.

 Lớp B cho phép định danh mạng cỡ trung bình: 2x106 mạng thành viên với tốiđa 65534 host trên một mạng.

 Lớp C cho phép định danh mạng cỡ nhỏ:2x106 mạng thành viên , với tối đa 254 host trên mỗi mạng.

 Lớp D định danh mạng phục vụ đa truyền thông( multicast)

 Lớp E dùng để dự phòng trong tương lai khi số trạm cũng như số mạng được kết nối vào liên mạng ngày càng tăng lên và các lớp địa chỉ hiện nay không đáp ứng được

Sè l¦îng m¸y

Sè l¦îng host nèi m¹ng

Ph¹m vi cña Netid

Từ việc bổ xung vùng subnet-id , một khái niệm mới được đưa ra: Subnet Mask, cũng giống như địa chỉ IP, subnet mask bao gồm 32 bits Mục đích của nó là để dõi theo vùng nào trên địa chỉ IP dùng làm địa chỉ subnet và vùng nào dùng làm địa chỉ cho các trạm làm việc Nội dung của địa chỉ subnet mask được qui định:

 Các bit 1: chỉ định địa chỉ mạng trên địa chỉ IP

 Các bit 0: chỉ định địa chỉ host làm việc trên địa chỉ IP

Cần lưu ý rằng các địa chỉ IP được dùng để định danh các host và các mạng ở tầng mạng không phải là địa chỉ vật lý của các trạm đó trên một mạng cục bộ Mặt khác, 2trạm chỉ có thể liên lạc với nhau nếu chúng biết địa chỉ vật lý của nhau.Do vậy , vấn đề đặt ra là phải thực hiện ánh xạ giữa địa chỉ IP (32 bit) và địa chỉ IP sang địa chỉ vậtlý khi cần thiết Ngược lại, giao thức RARP được xây dựng để chuyển đổi từ địa chỉ vật lý sang địa chỉ IP.

2.2.3.HOẠT ĐỘNG CỦA IP

Như ta đã biết , IP được cài đặt ở tất cả các hệ thống cuối và router Nó hoạt động như một chuyển tiếp để truyền khối dữ liệu từ một host qua một hoặc nhiều router đếnmột host khác Các datagram được giao thức IP hướng đến router nội bộ Nếu router này không được kết nối đến mạng đích , datagram phải được gửi đến một router khác và cứ thế cho đến khi tới trạm đích Việc hướng các datagram này tới đích được thực hiện nhờ kĩ thuật định đường IP

Bây giờ , để hiểu rõ hơn về hoạt động của giao thức liên mạng IP ta đi tìm hiểu 2 vấn đề:

 Các bước thực hiện bởi một thực thể IP( hay quá trình truyền và nhận một datagram)

 Định đường cho IP datagram

2.2.3.1.QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN BỞI MỘT THỰC THỂ IP

 Thực thể IP ở trạm nguồn:Khi nhận được lệnh SEND từ tầng trên , nó thực hiện các bước :

 Tạo một IP datagram dựa trên các tham số của lệnh SEND  Tính checksum và ghép vào phần đầu của datagram

 Ra quyết định chọn đường

 Chuyển datagram xuống tầng dưới

 Đối với gateway: khi nhận được datagram quá cảnh, nó thực hiện các tác động sau:

 Tính checksum, nếu không đúng thì loại bỏ datagram

 Giảm giá trị tham số thời gian tồn tại Nếu thời gian đã hết thì loại bỏ checksum, fragmentation

 Chuyển datagram xuống tầng dưới để truyền qua mạng

 Cuối cùng tới trạm đích, nó sẽ được thực hiện các công việc sau: Tính checksum, nếu không đúng thì loại bỏ datagram

 Tập hợp các đoạn của datagram

 Chuyển dữ liệu và các tham số điều khiển lên tầng trên

2.2.3.2 ĐỊNH ĐƯỜNG CHO IP DATAGRAM

Trong IP , việc định tuyến được thực hiện tại một host hoặc tại một router bằng cách lưu giữ một bảng chọn đường Căn cứ vào bảng này, thuật toán định đường IP sẽtính toán và lựa chọn ra đường đi nào thích hợp nhất để gửi đi một datagram qua mạng vật lý đến trạm đích là nơi nhận datagram Các phần mềm định đường sẽ tiến hành phân tích các vấn đề như: xem xet kiểu mạng, chiều dài của datagram hay các kiểu dịch vụ mô tả trong datagram header để tìm ra đường đi nào tốt nhất

Việc định tuyến trong liên mạng chia ra làm hai loại: Chuyển trực tiếp(direct delivery)

 Chuyển gián tiếp( indirect delivery)

Chuyển trực tiếp là việc truyền một datagram từ một host đến một host khác trong mạng vật lý đơn lẻ Hai host bất kì chỉ có thể tham gia vào quá trình chuyển trực tiếp khi chúng được kết nối vào cùng một hệ thống truyền tin vật lý.

Trong cách này, để truyền một IP datagram, trạm nguồn sẽ bao đóng nó trong mộtkhung tin vật lý, ánh xạ địa chỉ IP của trạm đích sang địa chỉ vật lý rồi truyền nó qua mạng.

Chuyển gián tiếp , cách này được thực hiện khi 2 trạm gửi và nhận phải xem xét nên gửi datagram đến trạm đích thông qua router nào Sau đó sẽ là công việc của router, router tiếp tục chọn ra một đường đi tốt nhất cho việc chuyển datagram đến trạm đích qua một mạng khác mà nó nối vào.

Quá trình gửi một datagram từ trạm nguồn đến trạm đích gồm các bước sau: đầu tiên, trạm nguồn sẽ bao đóng gói datagram và gửi đến một router gần nhất Datagram cần gửi có thể sẽ phải qua nhiều router trước khi đến đích Khi khung tin đến router đầu tiên, phần mềm IP sẽ lấy datagram đã được bao đóng gói ra , phân tích , lựa chọn router tiếp theo cần phải qua Sau đó datagram lại được đặt vào khung rồi gửi qua mạng vật lý đến router thứ hai Quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi datagram đến được trạm đích.

2.2.3.2.1.THUẬT TOÁN ĐỊNH ĐƯỜNG IP

Việc xác định đường đi cho IP trên liên mạng được thực hiện dựa vào một thuật toán gọi là “thuật toán định đường IP” Thuật toán này sẽ lựa chọn ra một đường đi tốtnhất cho từng chặng trong quá trình chuyển datagram dựa trên chính datagram đó và bảng định đường IP.

Trở lại thuật toán định đường IP, giả sử gọi D là địa chỉ IP của trạm đích và N là một tiền tố của mạng thì thuật toán định đường IP được phát biểu như sau:

if N khớp với địa chỉ mạng kết nối trực tiếp nào đó

Chuyển datagram đến đích D thông qua mạng đó ( việc này bao gồm cả chuyển đổi từ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý và bao đóng gói datagram rồi chuyển khung)else if Bảng định đường chỉ rõ một tuyến đường để đến D

Gửi datagram đến chặng tiếp theo được chỉ ra trong bảngelse if Bảng định đường chứa một tuyến cho mạng N

Gửi datagram đến chặng tiếp theo được chỉ ra trong bảngelse if Bảng định đường chứa một tuyến đường cố định

Gửi datagram đến router mặc định được chỉ ra trong bảng

else Đưa ra lỗi định đường

2.2.3.2.2 ĐỊNH ĐƯỜNG VỚI ĐỊA CHỈ IP

Như đã phân tích về quá trình chuyển một IP datagram trong liên mạng, việc định đường IP ( qua các trạm hay router) hầu như không làm thay đổi datagram nguồn ngoại trừ việc xem xét lại thời gian sống TTL và tính lại checksum để kiểm tra xem datagram có thể tồn tại trên liên mạng nữa hay không Khi IP tiến hành thuật toán định đường , nó lựa chọn các địa chỉ IP mới, đó chính là địa chỉ IP của trạm mà datagram sẽ được gửi qua kế tiếp.Nếu datagram được chuyển trực tiếp thì địa chỉ mới chính là địa chỉ của trạm đích Trên liên mạng , địa chỉ mới gần như là địa chỉ của router Như vậy, có thể nói rằng địa chỉ IP được lựa chọn bởi thuật toán định đường IP, nó cho biết datagram sẽ được gửi đi đâu tiếp theo.

2.3.GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN TCP

TCP là một giao thức tin cậy hướng kết nối kiểu mút tới mút( end to end), được thiết kế để phù hợp với việc phân cấp giao thức theo tầng , trợ giúp cho các ứng dụng liên mạng TCP cung cấp liên lạc tin cậy cho việc tương tác giữa các cặp quá trình trong các máy host nối với các mạng liên lạc máy tính khác nhau nhưng có tương tác kết nối TCP cho rằng nó đã có một dịch vụ datagram đơn giản , còn tương tác thiếu tin cậy từ các giao thức thấp hơn Về nguyên tắc, TCP cần có khả năng điều hành trênmột phạm vi rộng các hệ liên lạc từ các kết nối dây cứng( hard wired) tới các mạng chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói.

Giao thức TCP phù hợp với một kiến trúc phân tầng và nó chỉ nằm trên một giao thức cơ bản là IP IP là giao thức cung cấp cho TCP khả năng gửi và nhận các

segment thông tin có độ dài thay đổi được chứa trong các gói dữ liệu( datagram) như đã trình bày trong chương giao thức Internet

2.3.1.KHUÔN DẠNG ĐƠN VỊ DỮ LIỆU TRONG TCP

Source DestinationSequence Number

Acknowledgement Number

Data

offset Reserved UR AC PS RS SY FI Window

Checksum Urgent PointerOptions + Padding

Hình 1.7: Khuôn dạng của TCP segment

Đơn vị dữ liệu sử dụng trong TCP được gọi là segment, gồm hai phần: Phần thông tin điều khiển (header) có chiều dài tối thiểu là 20 octets Phần dữ liệu người sử dụng

 Các thành phần trong một segment có thể tóm tắt như sau: Source port (16 bit): Số hiệu cổng của host nguồn

 Destination port (16 bit): Số hiệu cổng của host đích

 Sequence number (32 bit): Số hiệu tuần tự của byte dữ liệu đầu tiên trong segment(trừ trường hợp khi SYN hiện diện) Nếu có bit SYN thì số hiệu tuần tự là số hiệu ban đầu Đây là một số 32 bit có thể thay đổi được dùng để thực hiện việc điều đình khi TCP mở một kết nối với một TCP ở xa.

 Acknowlegement number(32 bit): Đây là byte được dùng để TCP gửi thông điệp TCP dùng trong trường này để báo cho biết liệu dữ liệu có được nhận thành công hay không Trường này sẽ được kiểm tra khi cờ ACK được dựng Nếu ACK được đặt thì trường này chứa giá trị của số hiệu tuần tự tiếp theo màbên gửi segment đang mong nhận được Một khi kết nối được thiết lập thì trường này (tức bit ACK) luôn được gửi đi.

 Data offset (4 bit): Trường này nối với người nhận nơi phần dữ liệu người dùng bắt đậu và gián tiếp nói độ dài của bất kì lựa chọn TCP nào ở cuối phần header (các tùy chọn)

 Reserved(6 bit): Luôn luôn được đặt là 0 Trường này được dự trữ cho tương lai.

 Các cờ:

 URG: cờ này được đặt sẽ nói cho bên nhận TCP rằng trường urgent cho biết vị trí byte trong dòng dữ liệu của dữ liệu nên được giải quyết trước so với các dữ liệu khác trong thông điệp.

 ACK: cờ này được thiết lập cho mục đích dùng trường acknowlegement

 PSH: trường này nói rằng một thông điệp được nhận nên được gửi đếntiến trình kết hợp với một sự kết nối được thiết lập ngay lập tức.

 RST: cờ này chỉ ra rằng việc kết nối nên được thiết lập lại khi phần mềm hoặc phần cứng bị hỏng.

 SYN:được dùng lúc ban đầu khi thiết lập việc kết nối

 FIN: chỉ ra rằng người gửi không còn thêm dữ liệu để truyền tiếp

Khi cờ này được chuyển đi thì việc kết nối đóng một lần nữa, trong trường hợp nàyngười nhận FIN có thể tiếp tục gửi dữ liệu nhưng sẽ không nhận thêm bất kì gói dữ liệu nào từ người gửi Chỉ đến khi người nhận gửi FIN thì sự kết nối mới thực sự đóng.

 Window (16 bit): Chỉ ra số các byte dữ liệu được chấp nhận TCP dùng trườngnày để điều khiển dòng truyền và quản lý buffer.

 Urgent (16 bit) : Đây là byte đăng kí dữ liệu nào trong thông điệp nên được xửlý trước tiên.

 Checksum(16 bit): Trường checksum là phần bù 16 bit của tất cả các từ trong header và dữ liệu Nếu một segment có tổng số byte của header và dữ liệu là lẻkhi kiểm tra thì byte cuối cùng sẽ được gán thêm vào bên phải bằng các giá trị 0 tạo nên một từ 16 bit để tính checksum Phần thêm vào này không được truyền như một thành phần của segment Khi tính toán checksum, trường checksum tự nó thay thế bằng các giá trị 0 Checksum cũng bao gồm có một header giả 96 bits được quan niệm gắn vào trước TCP header Header giả này chứa địa chỉ nguồn (Source Address), địa chỉ đích (Destination Address), giao thức (Protocol), và độ dài TCP (TCP length) Việc này cho phép TCP tránh khỏi các segment gửi nhầm đường Thông tin này được mang trong IP và được truyền qua giao diện của TCP với mạng theo các đối số hoặc các kết quả của những trường gọi từ TCP tới IP.

Hình 1.8: Header giả của trường checksum

TCP length là độ dài của TCP header cộng thêm dữ liệu tính theo byte (đây không phải là số lượng đã được truyền đi mà chỉ là số lượng được tính toán) và nó không tính 12 byte của header giả.

 Option(tùy chọn):

Tùy chọn (Option) có thể chiếm không gian ở cuối của TCP header và là bội của 8 bit về độ dài Tất cả các option đều được đưa vào trong checksum Một option có thể bắtđầu ở bất cứ ranh giới byte nào Có 2 trường hợp cho khuôn dạng của option:

Trường hợp 1:Một byte kiểu option đơn (Option kind)

Trường hợp 2:Một byte kiểu option đơn , một byte độ dài option (Option length) và các dữ liệu option thực tế (Option data)

Option Length đếm số lượng hai byte của Option kind và Option length cũng như các byte của Option Data

Source Address Destination Address

Zero Protocol TCP length

Chú ý rằng , danh sách các option có thể ngắn hơn những gì mà trường data offset chỉ ra Nội dung của header cho tới option End of Option phải được chèn vào header(tức là chèn bằng các số 0)và mỗi TCP segment phải thiết lập các option.

Số hiệu cổng “well known” nằm trong khoảng từ 1 đến 1024 được sử dụng để truy cập các dịch vụ đã được tiêu chuẩn hóa Bảng sau đây sẽ chỉ ra một số cổng “well known” và ứng dụng của nó:

9 Loại bỏ Loại bỏ tất cả các dữ liệu đến19 Bộ chuyển Trao đổi luồng các kí tự20 FTP- Dữ liệu Cổng truyền dữ liệu, file21 FTP Cổng hội thoại truyền file

23 TELNET Cổng truy nhập từ xa bằng TELNET25 SMTP Cổng giao thức truyền mail đơn giản103 X400 Sử dụng cho dịch vụ truyền mail X400110 POP3 Sử dụng cho dịch vụ truyền mail PC

Socket là một khái niệm tương tự để điều khiển file, trong đó nó có chức năng như một điểm kết cuối đối với quá trình thông tin trên mạng Mỗi ứng dụng tạo ra một socket bởi ba thuật ngữ tiêu biểu là địa chỉ IP của host, kiểu dịch vụ (TCP cho dịch vụhướng liên kết, UDP cho dịch vụ không hướng liên kết) và cổng mà ứng dụng đang sửdụng.Mỗi ứng dụng có thể tạo ra một socket và sử dụng nó để gửi lưu lượng không hướng kết nối đến một socket thuộc ứng dụng khác Sau đó dữ liệu có thể được gửi đimột cách tin cậy qua kết nối này.

Các ứng dụng của socket

TCP port UDP port TCP port TCP port

Kĩ thuật cửa sổ trượt được tiến hành ở mức byte, các byte của luồng dữ liệu được đánh số một cách tuần tự và khi cần truyền, giao thức sẽ đặt một cửa sổ nhỏ lên các byte Những byte nào nằm trong vùng cửa sổ ở một thời điểm nhất định sẽ được truyền.

Một cửa sổ TCP được định nghĩa bởi ba con trỏ như hình dưới đây:

Cửa sổ trượt TCP

Socket Interface

IP

Quá trình truyền tin được thực hiện : đầu tiên , cửa sổ chứa vị dụ 8 byte từ 1 đến 8,8 byte này được gửi cho bên nhận Tiếp đó cửa sổ sẽ trượt để byte thứ 9 được gửi đi ngay sau khi nhận được tín hiệu báo nhận ACK của byte thứ nhất từ trạm đích Quá trình trượt như vậy cứ tiếp tục cho đến khi tất cả các byte được gửi đi hết.

Kích thước của cửa sổ trượt TCP phụ thuộc vào số lượng dữ liệu có thể được nhớ đệm tại bên nhận, nghĩa là nó có thể thay đổi theo thời gian Trong mỗi báo nhận đều có thông báo về tình trạng bộ đệm tại bên nhận , cho biết nó có thể tiếp nhận thêm baonhiêu byte dữ liệu nữa Nếu có thông báo rằng kích thước bộ nhớ còn ít thì bên gửi sẽ giảm kích thước của cửa sổ bên nó và không gửi số liệu vượt giới hạn của bộ đệm Còn nếu thông báo là kích thước bộ đệm tăng lên thì bên gửi cũng sẽ tăng cửa sổ lên một cách tương ứng.

Do liên kết TCP là loại liên kết đầy đủ, dữ liệu có thể được truyền theo hai

hướng , tức là tại mỗi thời điểm dữ liệu có thể được truyền từ hai đầu cuối của liên kếtmột cách độc lập nên tại mỗi đầu sẽ có thể duy trì hai cửa sổ một để gửi dữ liệu và một để nhận dữ liệu.

2.3.4.HOẠT ĐỘNG CỦA TCP

Các quá trình truyền dữ liệu được thực hiện bằng cách nhờ đến TCP và các vùng đệm dữ liệu làm đối số TCP đóng gói dữ liệu từ các vùng đệm này thành các segment và nhờ các modul Internet để truyền từng segment tới TCP đích TCP nhận sẽ đặt dữ liệu từ một segment vào trong vùng đệm của người sử dụng nhận và thông báo cho người đó Các TCP sẽ gửi kèm các thông tin điều khiển vào các segment để đảm bảo việc truyền dữ liệu tin cậy.

9 10 11 12

Hình 1.11: Đồ thị trạng thái của TCP

Để hiểu rõ hoạt động của TCP , ta sử dụng mô hình lý thuyết “máy trạng thái hữu hạn của TCP”(The TCP finite state machine) hay còn gọi là đồ thị trạng thái của TCP Trong đồ thị :

 Các vòng tròn đại diện cho các trạng thái

 Mũi tên thể hiện quá độ từ trạng thái này sang trạng thái khác khi nhận được tín hiệu đầu vào và phải trả lời cho tín hiệu này(tín hiệu nhận/trả lời)

o CLOSED: trạng thái máy chưa kết nối với máy khác trong hệ thốngo ESTABLISHED:trạng thái hệ thống đã kết nối , quá trình trao đổi dữ

liệu đang diễn ra

o FINWAIT-1(2): trạng thái phía nguồn đã hết dữ liệu để truyềno TIMED WAIT: trạng thái để giải quyết các tồn đọng của hệ thống

trước khi kết thúc

o CLOSING( CLOSE WAIT): trạng thái chuẩn bị kết thúc

Từ đồ thị , để thiết lập kết nối có hai cách: kết nối thụ động( passive open) do máy khác yêu cầu kết nối; kết nối chủ động(active open) do chính máy này yêu cầu Khi đó máy gửi lệnh SYN và quá độ sang trạng thái SYNSED - trạng thái đã gửi SYN và chờ trả lời Khi nhận được SYN+ACK, nó sẽ trả lời ACK và quá độ sang

ESTABLISH ở trạng thái này, quá trình trao đổi dữ liệu được thực hiện để hủy bỏ kếtnối , nó gửi lệnh FIN và trả lời ACK đồng thời quá độ sang trạng thái chuẩn bị kết thúc CLOSING Nếu phía bên kia còn dữ liệu để gửi , nó nhận được trả lời ACK và quá độ sang trạng thái FINWAIT-2, nhận nốt dữ liệu của bên kia và cuối cùng nhận được lệnh FIN để kết thúc (liên kết bị xóa bỏ).

2.3.3.1.THIẾT LẬP VÀ XOÁ BỎ LIÊN KẾT TCP

Để xác định các luồng dữ liệu riêng biệt mà TCP có thể điều khiển TCP cung cấp một bộ xác định cổng Do các bộ xác định cổng được lựa chọn độc lập bởi từng TCP nên chúng có thể không đồng nhất Để cung cấp các địa chỉ đồng nhất TCP , chúng ta ràng buộc một địa chỉ Internet định danh TCP với một bộ xác định cổng để tạo ra mộtsocket Socket này là duy nhất trong toàn bộ các mạng được nối với nhau.

Một kết nối được xác định đầy đủ bằng một cặp socket tại hai đầu Một socket có thể tham gia nhiều kết nối với các socket ở xa khác nhau.Một kết nối có thể dùng để mang dữ liệu theo hai hướng , có nghĩa là “full duplex” (hai chiều đầy đủ)

Các TCP được tự do liên kết các cổng với các quá trình Tuy nhiên , cần có một vài khái niệm cơ bản cho các cách thiết lập TCP Nhất định phải có các socket chung mà TCP liên kết chỉ với các quá trình tương ứng theo những cách xác định Giả thiết là các quá trình có thể sở hữu các cổng , và các quá trình cũng có thể khởi tạo các kết nối chủ trên các cổng mà chúng sở hữu.

Một kết nối được xác định trong lời gọi OPEN bằng các đối số cổng cục bộ và các socket ở xa Đến lượt mình, TCP cung cấp một tên kết nối cục bộ mà qua đó người dùng sẽ tham chiếu tới kết nối trong các lời gọi tiếp theo Có một số điều cần ghi nhớ về một kết nối Để lưu trữ thông tin này ta cần có một cấu trúc dữ liệu gọi là khối điều khiển truyền (Transmision Control Block hay TCB) Một thiết lập phải có tên kếtnối cục bộ là một con trỏ tới TCB cho kết nối đó Lời gọi OPEN cũng phải xác định hoặc việc thiết lập kết nối là chủ động phát ra (active) hoặc là nó đợi thụ động (passive).

Một yêu cầu passive OPEN có nghĩa là quá trình chấp nhận các yêu cầu kết nối từ xa đến hơn là khởi tạo một kết nối Thường thì quá trinh yêu cầu một passive OPEN sẽ chấp nhận một yêu cầu kết nối từ bất cứ người gọi nào Trong trường hợp này , mộtsocket ở xa bằng 0 biểu thị một socket không xác định Các socket ở xa không xác định chỉ được phép trong các OPEN dạng passive.

Một quá trình cung cấp các dịch vụ cho các quá trình khác phải phát ra một yêu cầu Passive OPEN với các socket ở xa không xác định Khi đó, một kết nối có thể được tạo ra với bất kì yêu cầu kết nối với socket cục bộ nào.

Các socket chung là một cơ chế thuận tiện để liên kết có ưu tiên một địa chỉ socket với dịch vụ tiêu chuẩn Chẳng hạn , quá trình “telnet- server” được gán cố định cho một socket đặc biệt , còn các socket khác được dành cho file transfer, Remote jop entry, text generator, Echoer Khái niệm về một socket chung là một phần của chi tiết kĩ thuật cho TCP , nhưng việc gán các socket cho dịch vụ này là tuỳ thiết lập.Các quá trình có thể phát ra passive OPEN và đợi các active OPEN phù hợp từ các quá trình khác và được TCP thông báo khi kết nối đã được thiết lập Hai quá trình cùng phát ra active OPEN cho nhau vào cùng một thời điểm cũng sẽ được kết nối đúng đắn Sự linh hoạt này cốt yếu là để trợ giúp cho việc tính toán phân tán, trong đó, các thành phần hoạt động không đồng bộ với nhau.

Có hai trường hợp cơ bản để kiểm tra tính phù hợp của các socket trong các passive OPEN cục bộ và một active OPEN ở xa Trong trường hợp thứ nhất các passive OPEN cục bộ xác định đầy đủ socket ở xa Trong trường hợp này , sự phù hợp phải là chính xác Trong trường hợp thứ hai các passive OPEN cục bộ để các socket ở xa là không xác định Trong trường hợp đó, bất kì socket ở xa nào cũng là chấp nhận được nếu như các socket cục bộ phù hợp Những khả năng là các phù hợpđược hạn định một phần.

Nếu có vài passive OPEN chưa được xử lý( được ghi lại trong các TCB) có cùng một socket cục bộ thì khi một active OPEN ở xa phù hợp TCB có socket ở xa xách định (nếu tồn tại một TCB như thế ) sẽ được chọn trước khi có socket ở không xác định.

Các thủ tục thiết lập các kết nối sẽ sử dụng cờ điều khiển đồng bộ SYN và kềm theo sự trao đổi 3 segment hay 3 message Sự trao đổi này gọi là sự bắt tay 3 chiều (hình 1.2a)

Lớp ứng dụngLớp chuyển vận

Lớp mạngLớp truy nhập mạng

Hình 1.12a

Một kết nối được khởi tạo bằng sự kết hợp của một segment vừa tới chứa một SYN và một đầu vào TCB do một lệnh OPEN của người sử dụng tạo ra Sự phù hợp của socket cục bộ và socket ở xa sẽ quyết định khi nào thì một kết nối được khởi tạo Kết nối trở thành “được thiết lập” khi các số hiệu tuần tự đồng bộ hóa theo cả hai hướng.

Xóa bỏ một kết nối cũng đòi hỏi việc trao đổi các segment Trong trường hợp này, chúng sẽ mang cờ điều khiển FIN và sự trao đổi được gọi là sự bắt tay hai chiều.

Hình 1.12: Quá trình kết nối

(a- thủ tục bắt tay ba chiều) và xoá bỏ kết nối (b- thủ tục bắttay hai chiều)

2.3.3.2.TRAO ĐỔI DỮ LIỆU

Dòng dữ liệu chảy trên một kết nối có thể xem như một luồng byte Người dùng bên gửi thể hiện trong mỗi lời gọi SEND rằng dữ liệu trong lời gọi đó (và bất cứ lời gọi nào trước đó) có cần push (đẩy) cho người dùng bên nhận ngay lập tức hay không bằng các đặt cờ điều khiển PUSH.

Lớp ứng dụng

Lớp chuyển vận

Lớp mạngLớp truy nhập mạng

Lớp ứng dụng

Lớp chuyển vận

Lớp mạngLớp truy nhập mạng

Lớp ứng dụng

Lớp chuyển vận

Lớp mạngLớp truy nhập mạng

SYN=1SYN=1, ACK=1

FIN=1FIN=1

Một TCP gửi được phép gom nhặt dữ liệu từ người dùng bên gửi và gửi dữ liệu đó trong các segment vào lúc thuận tiện , cho tới khi có báo hiệu hàm push Lúc đó nó phải gửi tất cả những dữ liệu chưa gửi Khi TCP bên nhận phát hiện ra cờ PUSH , nó không được phép đợi nhận thêm dữ liệu nữa.

Không có quan hệ nào giữa các hàm push và các segment Dữ liệu trong bất kì segment nào cũng được coi là kết quả của một lời gọi hàm SEND đơn lẻ, toàn bộ hoặcmột phần , hoặc kết quả của nhiều lời gọi hàm SEND.

Mục đích của hàm push và của cờ PUSH là để đẩy dữ liệu từ người dùng bên gửi tới cho người dùng bên nhận Có một liên hệ tay đôi giữa hàm push và việc sử dụng các vùng đêm dữ liệu thông qua các giao diện của TCP và người dùng Mỗi lần một cờ PUSH liên kết với dữ liệu được đặt trong vùng đệm của người dùng bên nhận , vùng đệm được trả lại cho người dùng xử lý thậm chíi cả khi vùng đệm chưa đầy Nếudữ liệu tới làm đầy vùng đệm của người dùng theo đơn vị của kích thước vùng đệm TCP cũng cung cấp phương tiện để liên lạc với người nhận dữ liệu , báo rằng có dữ liệu khẩn tại một điểm nào đó trên luồng dữ liệu, xa hơn điểm mà người nhận hiện đang đọc Quá trình nhận sẽ hành động ngay để xử lý dữ liệu khẩn một cách nhanh chóng nhất.

GG F N MGF N

Göi ACKGöi DataGöi DataGöi Data

Göi ACK

Göi ACK

Göi ACK

Göi DataComputer

H×nh 1.13

Hình 1.13:Quá trình trao đổi dữ liệu

2.4.HOẠT ĐỘNG CỦA TCP/IP

Hình 1.14 dưới đây mô phỏng cấu hình các giao thức TCP/IP để đáp ứng việc truyền thông Như ta thấy, toàn bộ thiết bị thông tin có thể gồm nhiều mạng và các mạng thành phần được gọi là những subnetwork Một số loại giao thức truy nhập mạng như Ethernet logic, được sử dụng để kết nối một host với một subnetwork đến một host khác thuộc cùng một subnetwork đó Trường hợp hai host thuộc hai

subnetwork khác nhau thì việc truyền dữ liệu phải qua router Nó hoạt động như một chuyển tiếp để truyền khối dữ liệu từ một host qua một hoặc nhiều router đến một host khác TCP chỉ được cài đặt ở hệ thống cuối để đảm bảo độ tin cậy cho tất cả các khối dữ liệu truyền đến lớp ứng dụng thích hợp.

GIAO THøC TRUY NHËP M¹NG # VËT LýApp YAppX

GIAO THøC TRUY NHËP M¹NG # VËT Lý

m¹ng 1 IP m¹ng 2

NAP1 NAP2H×nh 1.14

§Þa chØ m¹ng toµn cÇu

§Þa chØ ®iÓm kÕt nèivíi m¹ng con

Router J

Cæng hay ®iÓm truy cËp dÞch vô(SAP)

KÕt nèi logic (vc:kªnh ¶o)

AppXApp Y

Hình 1.14: Cấu hình các giao thức cho quá trình thông tin

Để quá trình thông tin được thành công , mỗi thực thể trong hệ thống phải có một địa chỉ riêng Thực tế cần hai mức địa chỉ Mỗi host thuộc một subnetwork phải có một địa chỉ Global Internet Address duy nhất; địa chỉ này cho phép dữ liệu được truyền đến đúng host và nó được IP sử dụng để định tuyến và phân phối Mỗi ứng dụng trong một host phải có địa chỉ riêng và địa chỉ này cho phép giao thức TCP phânphối dữ liệu đến đúng nơi Địa chỉ sau được gọi là cổng.

Xét quá trình thông tin giữa hai host A và B: từ lớp ứng dụng , cổng 1 ở host A gửimột message sang cổng 2 ở host B Tiến trình diễn ra, host A chuyển message xuống lớp TCP rồi lớp IP và xuống lớp truy nhập mạng Qua mỗi lớp message được cấu trúc hợp lý để có thể gửi đến host B Dữ liệu tiếp tục được truyền qua subnetwork1, qua router J , subnetwork 2 và đến host B Host B chuyển dữ liệu qua các lớp đến cổng 2, ở đây tiến trình xử lý xảy ra ngược với ở host A.

Hình 115 dưới đây cho ta thấy cấu trúc dữ liệu mỗi lớp trong quá trình truyền và nhận nó

Application Layer

Transport Layer

Internet Layer

Network Access LayerSend Receive

Hình 1.15: Mô phỏng quá trình truyền và nhận dữ liệu.

Khi dữ liệu truyền từ lớp ứng dụng (Application) cho đến lớp vật lý (Physical) thì mỗi lớp đều cộng thêm vào phần điều khiển của mình để đảm bảo cho việc truyền dữ liệu được chính xác Mỗi thông tin điều khiển này được gọi là một header và được đặtở trước phần dữ liệu được truyền Mỗi lớp xem tất cả các thông tin mà nó nhận được từ lớp trên là dữ liệu , và đặt phần thông tin điều khiển header của nó vào trước phần thông tin này Việc cộng thêm vào các header ở mỗi lớp trong quá trình truyền tin được gọi là encapsulation Quá trình nhận dữ liệu diễn ra theo chiều ngược lại , mỗi lớp sẽ tách ra phần header trước khi truyền dữ liệu lên lớp trên.

Mỗi lớp có một cấu trúc dữ liệu độc lập, mỗi lớp không hề biết cấu trúc dữ liệu được cấu tạo tương thích với cấu trúc dữ liệu ở các lớp ngay cạnh để cho việc truyền dữ liệu được hiệu quả hơn Tuy nhiên ở mỗi lớp vẫn có một cấu trúc dữ liệu riêng và có một thuật toán riêng để mô tả cấu trúc đó.

Các ứng dụng dùng TCP gọi dữ liệu được truyền là stream trong khi các ứng dụng dùng UDP (User Datagram Protocol) gọi dữ liệu được truyền là message Lớp TCP gọi tên dữ liệu được truyền là segment còn UDP định nghĩa cấu trúc dữ liệu của nó là packet Lớp Internet xem tất cả các dữ liệu như là các khối và gọi là datagram Bộ

Header Data

Header Header Data

Header Header Header Data

giao thức TCP/IP có thể dùng nhiều kiểu khác nhau của lớp mạng dưới cùng, mỗi loạicó thể có một thuật ngữ khác nhau để truyền dữ liệu Phần lớn các mạng kết cấu phần dữ liệu truyền đi dưới dạng các packet hay là các frame.

Trở lại cấu hình TCP/IP(hình 1.13) ở trên, giả sử host A nối với frame relay WAN và host B nối với IEEE 802 LAN.Khi đó , các bước hoạt động TCP/IP ở bên gửi A, router và bên nhận B sẽ là:

H×nh 1.16

Hoạt động của bên gửi dữ liệu

1 Chuẩn bị dữ liệu: giao thức lớp ứng dụng chuẩn bị một khối dữ liệu cho việc truyền dẫn , ví dụ SMTP, FTP,TELNET.

2 Sử dụng cú pháp chung: trường hợp cần thiết , có thể biến đổi dữ liệu thành mẫu phù hợp với bên nhận Khi đó, phải sử dụng việc mã hóa hoặc nén.3 Phân đoạn dữ liệu:TCP có thể phân đoạn khối dữ liệu thành một số các

segment có gán số thứ tự cho chúng Mỗi TCP segment có một header chứa sốhiệu tuần tự và một frame kiểm tra thứ tự để phát hiện lỗi.

4 Lặp lại segment: trong trường hợp mất hoặc suy hao segment đòi hỏi phải truyền lại thì một bản sao TCP segment sẽ được tạo ra Khi nhận được lời đáp xác nhận từ thực thể TCP kia , một segment bị xóa bỏ.

5 Phân đoạn các segment: IP có thể chia một TCP segment thành một số

datagram để phù hợp với những yêu cầu về kích cỡ của mạng trung gian Mỗi

datagram có một header chứa địa chỉ đích, một khung kiểm tra số thứ tự và thông tin điều khiển khác.

6 Đóng khung: một frame relay header và một trailer được thêm vào IP datagram Header này chứa thông tin nhận dạng kết nối và trailer chứa một frame nhận dạng kiểm tra số thứ tự.

7 Truyền phát: Mỗi frame được truyền theo thứ tự các bit Tại Router:

8 Đến router: tín hiệu đến được nhận qua môi trường truyền dẫn và dịch thành một frame các bit

9 Xử lý frame: lớp frame relay xử lý phần header và trailer.

10 Định đường cho packet: IP kiểm phần header và đưa ra một kết luận định tuyến Nó xác định đường ra và chuyển datagram trở lại lớp liên kết để truyền trên đường đó.

i tlData

d÷ liÖu

H×nh 1.17

Hình1.17: Hoạt động tại router

11 Tạo LLP PDU: Một LLP header được thêm vào mỗi IP datagram để tạo thành một LLCPDU Phần header này địa chỉ và số hiệu thứ tự 12 Đóng khung: một MAC header và trailer được thêm vào mỗi IP

datagram để tạo một MAC frame.

13 Truyền phát: mỗi frame được truyền qua môi trường theo số hiệu các bit.

Bên nhận :

14 Đến đích :tín hiệu đến được thu qua môi trường truyền dẫn và dịch thành một frame các bit.

15 Xử lý frame: lớp MAC thực hiện tách phần header và trailer Số hiệu kiểm tra frame được xử lý để xác định lỗi.

16 Xử lý LLCPDU:lớp LLC xử lý phần header, số hiệu thứ tự được sử dụng để điều khiển luồng và lỗi

17 Xử lý datagram: IP tách phần header Số hiệu kiểm tra frame và các thông tin điều khiển khác cũng được xử lý.

18 Xử lý TCP segment: TCP tách phần header nó kiểm tra số hiệu kiểm tra frame, chấp nhận nếu đúng và loại bỏ nếu sai Quá trình điều khiển luồng cũng được thực hiện tại đây.

19 Tái lắp ráp dữ liệu người sử dụng : nếu IP đã phân đoạn dữ liệu người sử dụng thành nhiều segment khi đó có một sự tái lắp ráp và gửi khối dữ liệu lên lớp ứng dụng.

20 Đến nơi nhận dữ liệu: lớp ứng dụng thực hiện bất kì sự biến đổi cần thiết nào như giải nén , giải mã hóa và hướng dữ liệu đến file thích hợp hay đích khác.

L I Tdata

I T datadatat

PHẦN HAI:

MẠNG TRUYỀN THÔNG KHÔNGĐỒNG BỘ ATM

Internet , điện thoại , hội nghị truyền hình , video theo yêu cầu , y tế từ xa và nhiềuứng dụng kết nối mạng khác tạo ra một yêu cầu về dải thông và nhu cầu cung cấp đồng thời nhiều loại dịch vụ trên cùng một mạng viễn thông ngày càng gia tăng Để đáp ứng được những yêu cầu này, các mạng thế hệ mới với tính năng cao đang được phát triển Nhờ tính linh hoạt và khả năng đáp ứng nhiều loại băng thông, ATM đã trở thành một giải pháp hữu hiệu cho các mạng viễn thông thế hệ mới.

Trước ATM , mỗi ứng dụng yêu cầu một mạng riêng của nó vì lý do cac dịch vụ khác nhau về môi trường truyền dẫn Do đó người ta sử dụng các công nghệ khác nhau để đáp ứng nhu cầu này ATM cung cấp các biện pháp kết hợp mạng số liệu và mạng thoại vào một mạng duy nhất.

Ngày nay, công nghệ ATM đã phát triển đến trình độ ổn định , ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến đã có sản phẩm công nghiệp và nhiều nước phát triển đã đưa vào sử dụng trong mạng lưới viễn thông và công nghệ này vẫn đang được ITU- T cùng ATMForum tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện tiêu chuẩn hóa.

1.TỔNG QUAN VỀ ATM

Khái niệm : “ ATM là phương thức truyền tin trong đó thông tin được chia thành các gói gọi là tế bào thông tin Các tế bào này được truyền độc lập và được sắp xếp lạitheo thứ tự ở nơi nhận ATM có tính chất không đồng bộ bởi vì sự xuất hiện của các tế bào ATM tiếp theo ở mỗi kênh không nhất thiết phải mang tính chu kì.”

1.1.NHIỆM VỤ VÀ CHỨC NĂNG

 Mạng phải có khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng

 Có khả năng cung cấp các dịch vụ cho mạng băng hẹp N-ISDN Cung cấp các chức năng báo hiệu từ người sử dụng tới mạng Cung cấp các chức năng báo hiệu giữa các nút mạng

 Cung cấp các chức năng báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng

1.2.TẾ BÀO ATM VÀ CÁC ĐẶC TÍNH LIÊN QUAN

 Phần tử số liệu PDU được dùng trong mạng ATM là các tế bào ATM có độ dài cố định 53 byte trong đó có 5 byte dành cho phần tiêu đề header

 Cách thức truyền của một tế bào tùy thuộc vào yêu cầu và tính chất của dịch vụ, tài nguyên sẵn trên mạng, QoS và quá trình truyền dẫn không phụ thuộc

vào môi trường sử dụng :PDH, SDH, SONET cùng các môi trương khác đều có thể sử dụng để truyền tải tế bào ATM.

 ATM sử dụng phương thức truyền hướng kết nối ( connection – oriented) Mộtkết nối ATM bao gồm nhiều link, mỗi link có một số hiệu nhận dạng không đổi trong suốt quá trình hoạt động của kết nối Tuy nhiên , cũng có một số giao thức dành cho phương thức truyền không hướng kết nối.

 Các thông tin báo hiệu của một kết nối sẽ sử dụng một kênh truyền khác với kênh truyền thông tin dữ liệu thật sự Kênh này sẽ có báo hiệu nhận dạng riênggọi là báo hiệu ngoài băng.

2.CẤU TRÚC PHÂN LỚP TRONG MẠNG ATM

Private UNI

Private UNIPrivate UNI Private UNI

LANPublic UNI

LANPrivate UNI

HOSTPABX

Hình vẽ trên đây minh họa một topo điển hình của mạng ATM trong đó, một public UNI xác định giao diện giữa một mạng ATM công cộng và một chuyển mạch ATM dùng riêng; một Private UNI xác định giao diện giữa một người sử dụng đầu cuối với một ATM chuyển mạch dùng riêng Hình 2.2 thể hiện mô hình kiến trúc phân tầng của mạng ATM

Người sử dụng Người sử dụng

Hình 2.2: Mô hình kiến trúc phân tầng của mạng ATM

Lưu ý rằng không có sự tương ứng hoàn toàn giữa các tầng của mạng ATM với các tầng trong mô hình OSI Tầng ATM thực hiện các chức năng thường gặp trong các tầng hai và ba, còn tầng AAL có các chức năng tương tự như trong các tầng bốn, năm và bẩy trong mô hình OSI Tầng vật lý của mạng ATM có thể dùng công nghệ khác như DS1, DS2 hoặc FDDI Hình 2.3 thể hiện một cách chi tiết hơn các tầng ATM.

Broadband Connection – oriented Connectionless Voice,

Private Network services(e.g.X25) services(e.g.LAN) Video, Audio

SDH/SONET/FDDI, DS1, DS3 (PHY)

Hình 2.3: Chi tiết hoá các tầng ATM

Khuyến nghị I.321 của ITU-T đã định nghĩa chức năng của các lớp như trong bảng 2.1 trang bên Bắt đầu từ dưới bảng, lớp vật lý có hai lớp con: lớp hội tụ truyền dẫn (TC) và môi trường vật lý (PM) Lớp con PM giao tiếp với môi trường vật lý thực tế và chuyển luồng bit đã được khôi phục đến lớp con TC Lớp con TC lấy ra và đưa cáctế bào vào các khung được ghép kênh phân chia theo thời gian TDM(PDH hay SDH) rồi chuyển hoặc lấy chúng đến từ lớp ATM Lớp ATM thực hiện ghép, chuyển mạch và các hoạt động điều khiển trên cơ sở thông tin ở phần header của tế bào và chuyển tới hoặc nhận các khối số liệu giao thức PDU tới các lớp cao hơn Các PDU có thể có chiều dài thay đổi hoặc có thể có chiều dài cố định khác với chiều dài tế bào ATM

Lớp Phân lớp conAAL

CS Phần chung (CP)Dịch vụ đặc thù (SS)SAR Phân đoạn và tái lắp rápATM Điều khiển luồng chungTạo/tách tiêu đề (header)

Dịch vụ VCI/VPIGhép/tách tế bàoVật lý

TC Phối hợp tốc độ

Thích ứng khung truyền dẫnTạo/ khôi phục khung truyền dẫnPM Môi trường vật lý

Bảng 2.1:Chức năng các lớp ATM

2.1.LỚP VẬT LÝ

2.1.1.LỚP CON MÔI TRƯỜNG VẬT LÝ PM

Chức năng của lớp PM phụ thuộc vào chính môi trường truyền dẫn PM cung cấp khả năng truyền dẫn bit, mã hóa dòng bit theo mã đường truyền, đồng bộ bit.

Tùy theo giao diện đường truyền là quang hay điện mà người ta sử dụng mã đườngtruyền tương ứng Chẳng hạn mã đường truyền dùng cho giao diện truyền dẫn điện 155,52 Mb/s là CMI hay mã đường truyền dùng cho giao diện truyền dẫn quang 155,52 Mb/s và 622,08 Mb/s là NRZ.