Chọn đường và ứng dụng trong thiết kế mạng

Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng Chọn đ êng vµ øng dơng LêI GiíI THIƯU HiƯn ë nớc ta nói riêng giới nói chung cách mạng công nghệ thông tin diễn sôi động Nó tác động trực tiếp sâu sắc đến mặt hoạt kinh tế nh đời sống x· héi Cïng víi sù ph¸t triĨn kinh tÕ – xà hội, nhu cầu đà nảy sinh kinh tế mạng Các hệ thống mạng nớc ta giới ngày trở nên thiếu đợc hoạt động kinh tế Nó đáp ứng nhu cầu liệu, thông tin với máy tính, hệ thống mạng đà phục vụ đắc lực cho ngời lĩnh vực kinh tế - xà hội Sự tải hệ thống mạng lớn Những nhà quản lý mạng phải tiếp tục tìm kiếm cách để kết nối nhóm làm việc phân tán địa lý theo phơng pháp có hiệu nhất, tiết kiệm kinh phí Sự gia tăng nhu cầu đợc sử dụng lực lợng lao động phân bố rộng khắp gây khó khăn làm họ phải cân nhắc lại chiến lợc phát triển mạng Khi công ty mở rộng mạng họ để liên lạc với đối tác số lợng ngòi làm việc từ xa telecomputer and remote remote tiếp tục tăng nhanh, việc xây dựng hệ thống kinh doanh phân bố đà trở thành thách thức lớn Đồng thời, sức ép cạnh tranh ngành công nghiệp đà nảy sinh khối liên minh hiệp hội kinh doanh Những phát triển đà làm tăng xuất lợi nhuận cho nhiều công ty, chúng tạo yêu cầu hệ thống mạng Một mạng mà tập trung vào việc kết nối điểm cố định không khả thi cho nhiều công ty Những mạng diện rộng kinh điển (WAN ) phải đợc mở rộng để thích nghi với ngời sử dụng Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng Mọi ngời làm việc xa phải truy cập đợc vào mạng trung tâm cách đơn giản nhất, nhanh để làm việc Đặc biệt việc chọn đờng ứng dụng thiết kế mạng mạng hoạt động tốt nhất, tối u mục đích đồ án tốt nghiệp em Chơng i tổng quan mạng máy tính * Sự hình thành mạng máy tính Từ năm 1960 đà xuất mạng nối máy tính Terminal để sử dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí muốn thông tin trao đổi số liệu sử dụng công tác văn phòng cách tiện lợi Với việc tăng nhanh máy tính mini máy tính cá nhân làm tăng yêu cầu truyền số liệu già máy tính, terminal, terminal với máy tính động lực thúc đẩy đời phát triển ngày mạnh mẽ mạng máy tính.Quá trình hình thành mạng máy tính tóm tắt qua giai đoạn sau: Giai đoạn terminal nối trực tiếp với máy tính: Đây giai đoạn mạng máy tính, để tận dụng công suất máy tính ngời ta ghép nối terminal vào máy tính đợc gọi máy tính trung tâm Giai đoạn tiền xử lý (Prontal) giai đoạn máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới terminal, giai đoạn máy tính trung tâm quản lý truyền tin tíi c¸c bé tËp trung qua c¸c bé ghÐp nèi ®iỊu khiĨn ®êng trun Ta cã thĨ thay thÕ bé ghép nối đờng truyền máy tính nini gọi prontal, tiền xử lý Giai đoạn mạng máy tính: Vào năm 1970 ngời ta bắt đầu xây dựng mạng truyền thông thành phần nút mạng gọi chuyển mạch dùng để hớng thông tin tới đích Các mạng đợc nối với đờng truyền máy tính xử lý thông tin ngời dùng trạm cuối đợc nối trực tiếp vào nút mạng để cần trao đổi Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng thông tin qua mạng Các nút mạng thơng máy tính nên đồng thời đóng vai trò ngời sử dụng Chức nút mạng: + Quản lý truyền tin, quản lý mạng Nh máy tính ghép nối với hình thành mạng máy tính, ta thấy mạng truyền thông ghép nối máy tính với nên khái niệm mạng maý tính mạng truyền thông không phân biệt Việc hình thành mạng máy tính nhằm đạt mục đích sau: Tận dụng làm tăng giá trị tài nguyên Chinh phục khoảng cách Tăng chất lợng, hiệu khai thác xử lý thông tin Tăng độ tin cậy hệ thống nhờ khả thay xảy cố máy tính Nh vậy: Mạng máy tính tập hợp máy tính đợc ghép với đờng truyền vật lý theo kiến trúc 1.1.Các yếu tố mạng máy tính 1.1.1.Đờng truyền vật lý Đờng truyền vật lý thành phần để chuyển tín hiệu điện tử máy tính Các tín hiệu điện tử biểu thị liệu dới dạng xung nhị phân Tất tín hiệu truyền máy tính dạng sóng điện từ có tần số trải từ cực ngắn tần số tia hồng ngoại.Tuỳ theo tần số sóng điện từ mà dùng đờng truyền vật lý khác để truyền + Các tần số Radio truyền cáp điện phơng tiện quảng bá (broadcast) +Sóng cực ngắn đợc dùng để truyền trạm mặt đất vệ tinh Hoặc dùng để truyền từ trạm phát tới trạm thu +Tia hồng ngoại lý tởng truyền thông mạng Nó truyền từ điểm tới điểm quảng bá từ điểm tới máy thu Tia hồng ngoại loại tia sáng tần số cao truyền đợc qua cáp sợi quang Những đặc trng đờng truyền vật lý là: giải thông, thông lợng, độ suy hao, độ nhiễu điện từ Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng Dải thông đờng truyền độ đo phạm vi tần số mà đờng truyền đáp ứng đợc Giải thông phụ thuộc vào độ dài cáp, đờng kính sợi cáp, vật liệu dùng chế tạo cáp Thông lợng đờng truyền (throughput) tốc độ truyền liệu đờng truyền đơn vị thời gian.Thông lợng đờng truyền phản ánh hiệu sử dụng đờng truyền Độ suy hao giá trị phản ¸nh møc ®é suy u cđa tÝn hiƯu ®êng trun sau truyền qua đơn vị độ dài cáp Độ nhiễu điện từ khả làm nhiễu tín hiệu đờng truyền cáp qua vùng có sóng điện từ Có hai loại đờng truyền: hữu tuyến, vô tuyến đợc sử dụng việc kết nối mạng máy tính Đờng truyền hữu tuyến gồm cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp sợi quang; đờng truyềnvô tuyến gồm sóng radio, sóng cực ngắn, tia hồng ngoại Tuy nhiên thiết kế dây cho mạng máy tính ngời ta phải ý tới nhiều tham số khác nh: giá thành, khả chịu nhiệt, khả chống chịu ẩm, khả uốn cong 1.1.2.Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng máy tính bao gồm cách ghép nối vật lý máy tính với quy tắc, quy ớc mà tất thực thể tham gia hệ thống mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.Cách máy tính đợc gép nối với đợc goi topology mạng quy tắc quy ớc truyền thông đợc gọi giao thức (protocol) Topology protocol hai khái niệm mạng máy tính a) Topology: Ngời ta phân biệt hai kiểu nối mạng vật lý kiểu điểm- điểm kiểu quảng bá (broadcasting hay pointto- multipoint) + Kiểu điểm - điểm: Đờng truyền nối cặp nút với nhau.Tín hiệu từ nút ngn ®Õn nót trung gian råi chun tiÕp tíi ®Ých Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng Hình Chọn đ ờng ứng dụng Chu Dạng trình Hình 1-1 Các topo mạng Hình 1-2 Dạng topo đầy đủ Dạng vòng Dạng bus Satellite radio Hình 1-3 Các topo mạng + Kiểu quảng bá: Với kiểu quảng bá tất nút chung đờng truyền vật lý Dữ liệu đợc gửi từ nút đợc tiếp nhận nút lại, gói tin phải có vùng địa đích cho phép nút kiểm tra có phải tin minh không Cấu trúc dạng bus hay dạng vòng cần chế trọng tài để giải ®ơng ®é (collision) nhiỊu nót mn trun tin ®ång thời Trong cấu trúc dạng vệ tinh radio nút cần có anten thu phát 1.1.3.Giao thức mạng (network protocol) Việc trao đổi thông tin nút với cần phải tuân theo số quy tắc, quy ớc định Chẳng hạn, hai ngời nói chuyện với phải tuân theo quy tắc: Khi ngời nói ngời phải nghe ngợc Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng lại Việc truyền thông tin mạng phải tuân theo quy tắc quy ớc nhiều mặt nh: khuôn dạng liệu gửi đi, thủ tục gửi nhận, kiểm soát liệu, xử lí lỗi xử lý cố Chẳng hạn mạng lới giao thông công cộng phát triển số quy tắc đề phải nhiều, phải chặt chẽ phức tạp Tập hợp quy tắc , quy ớc để đảm bảo trao đổi xử lý thông tin mạng gọi giao thức Các mạng đợc thiết kế khác tuân theo số giao thức khác nhau, nhiên ngời ta đa số giao thức chuẩn đợc dùng nhiều mạng khác 1.2.Phân loại mạng máy tính Ngời ta phân loại mạng m¸y tÝnh kh¸c tuú theo c¸c yÕu tè chÝnh đợc chọn nh: Khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch, kiến trúc mạng, chế hoạt động mạng 1.2.1.Phân loại theo khoảng cách địa lý Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố để phân loại mạng mạng đợc phân thành: mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu +Mạng cục (Local Area Network - LAN) mạng đợc cài đặt phạm vi tơng đối nhỏ (trong nhà, phòng ban công ty ) với đờng kính giới hạn khoảng vài chục Km +Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN) mạng đợc cài đặt phạm vi thành phố, trung tâm kinh tế Phạm vi cài đặt mạng hàng trăm Km + Mạng diện rộng (Wide Area Network - WAN) mạng có phạm vi hoạt động vùng, khu vực vợt qua biên giới quốc gia +Mạng toàn cầu (Global Area Network - GAN) phạm vi mạng trải rộng khắp lục địa trái đất 1.2.2.Phân loại theo kĩ thuật chuyển mạch Nếu lấy kĩ thuật chuyển mạch so sánh phân chia mạnh thành: Mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói, mạng chuyển mạch thông báo a) Mạng chuyển mạch kênh (Circuit - switched Network):đây mạng mà thực thể muốn liên lạc với chúng phải tạo trì kênh liên tục kết thúc trình thông tin.Phơng pháp chuyển mạch có hai nhợc điểm chính: Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng + Hiệu suất sử dụng đờng truyền không cao + MÊt nhiỊu thêi gian cho viƯc thiÕt lËp kªnh cè định thông tin thực thể b) Mạng chuyển mạch thông báo (Message switched -Network) Trong mạng chuyển mạch thông báo việc chọn đờng cho thông báo tới đích đợc thực nút mạng Các nút vào địa đích thông báo để định chọn nút đến cho thông báo đờng dẫn tới đích Nh nút cần lu trữ tạm thời thông báo, đọc thông báovà quản lý việc chuyển tiếp thông báo Phơng pháp chuyển mạch thông báo có u ®iĨm sau: + HiƯu st sư dơng ®êng trun cao kênh thông tin cố định + Mỗi nút mạng lu trữ thông báo đờng truyền khả dụng truyền nên giảm đuực tình trạng tắc nghẽn mạng + Có thể điều khiển truyền tin cách xếp mức độ u tiên cho thông báo + Trong mạng chuyển mạch thông báo làm tăng hiệu suất sử dụng dải thông mạng cách gán địa quảng bá cho thông báo đến nhiều đích khác Nhợc điểm chủ yếu chuyển mạch thông báo trờng hợp thông báo dài bị lỗi, phải truyền lại thông báo nên hiệu suất không cao Phơng pháp thích hợp với mạng truyền th tín điện tư (Electronic mail) c ) M¹ng chun m¹ch gãi (Packet - switched Network) Trong mạng chuyển mạch gói thông báo đợc chia nhiều gói nhỏ (packet), độ dài khoảng 256 bytes, có khuôn dạng tuỳ theo chuẩn quy định Các gói tin có chứa thông tin điều khiển địa nguồn, địa đích cho gãi tin,sè thø tù gãi tin, th«ng tin kiĨm tra lỗi Do gói tin thông báo đợc gửi theo nhiều đờng khác nhau, tới đích thời điểm khác nhau, nơi nhận vào thông tin gói tin xếp lại chúng theo thứ tự Ưu điểm chuyển mạch gói: + Mạng chuyển mạch gói có hiệu suất hiệu cao mạng chuyển mạch thông báo kích thớc gói tin Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng nhỏ nên nút mạng xử lý toàn gói tin mà không cần phải lu trữ đĩa + Mỗi đờng truyền chiếm thời gian ngắn, chúng dùng đờng đợc để tới đích + Khả đồng bít cao Nhựơc điểm: + Vì thời gian truyền tin ngắn nên thời gian chuyển mạch lớn tốc độ truyền không cao + Việc tập hợp lại gói tin ban đầu nguyên tắc thực đợc nhng khó khăn, đặc biệt gói tin truyền theo nhiều đờng khác + Đối với ứng dụng phụ thuộc thời gian thực việc gói tin tới đích không theo thứ tự nhợc điểm quan trọng cần phải khắc phục Tuy hạn chế nhng có u điểm tính mềm dẻo, hiệu suất cao nên mạng chuyển mạch gói đợc dùng phổ biến 1.2.3.Phân loại mạng theo chế hoạt động Trong môi trờng mạng máy tính có chế hoạt động là: peer-to-peer client/ server Môi trờng peer - to peer máy chuyên phục vụ cho công việc nào, môi trờng client/server phải có máy đợc dành riêng để phục vụ mục đích khác Mạng dựa máy phục vụ: Trong mạng có máy chuyên dụng phục vụ cho mục đích khác Máy phục vụ chuyên dụng hoạt động nh ngời phục vụ không kiêm vai trò trạm làm việc hay máy khách Các maý phục vụ chuyên dụng đợc tối u hoá để phục vụ nhanh yêu cầu khách hàng mạng Các loại máy phục vụ chuyên dụng thờng thấy nh: + M¸y phơc vơ tËp tin / in Ên (file/print sever) + Máy phục vụ chơng trình ứng dụng (application server) + M¸y phơc vơ th tÝn (mail server) + M¸y phơc vơ fax (fax server) + M¸y phơc vụ truyền thông (communication server) Một u điểm quan trọng mạng dựa máy phục vụ có tính an toàn bảo mật cao Hầu hết mạng thực tế (nhất mạng lớn ) dựa máy phục vụ Mạng ngang hàng: Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng Không tồn cấu trúc phân cấp mạng Mọi máy tính bình đẳng Thông thờng, máy tính kiêm hai vai trò máy khách máy phục vụ, không máy đợc định chịu trách nhiệm quản lý mạng Ngời dùng máy tự định phần liệu máy họ đợc dùng chung mạng Thông thờng mạng ngang hàng thích hợp cho mạng có quy mô nhỏ (chẳng hạn nh nhóm làm việc) không yêu cầu phải có tính bảo mật 1.2.4.Phân loại mạng theo kiến trúc Ngời ta phân loại mạng theo kiến trúc (topology protocol) nh mạng SNA, mạng ISO, mạng TCP/IP 1.3.Kiến trúc phân tầng - chuẩn hoá mạng - mô hình ISO 1.3.1.Kiến trúc phân tầng Để giảm độ phức tạp thiết kế cài đặt mạng, mạng máy tính đợc tổ chức thiết kế theo kiểu phân tầng (layering) Trong hệ thống thành phần mạng đợc tổ chức thành cấu trúc đa tầng, tầng đợc xây dựng tầng trớc đó; tầng cung cấp số dịch vụ cho tầng cao Số lợng tầng nh chức tầng tuỳ thuộc vào nhà thiết kế Ví dụ cấu trúc phân tầng mạng SNA IBM, mạng DECnet Digital, mạng ARPANET có khác Nguyên tắc cấu trúc mạng phân tầng là: hệ thống mạng có cấu trúc phân tầng (Số lợng tầng, chức tầng nh nhau) Tầng i hệ thống A hội thoại với tầng i hệ thống B, quy tắc quy ớc dùng hội thoại gọi giao thức mức i Giữa hai tầng kề tồn giao diện (interface) xác định thao tác nguyên thuỷ tầng dới cung cấp lên tầng Trong thực tế liệu không truyền trực tiếp từ tầng i hệ thống sang tầng i hệ thống khác (trừ tầng thấp trực tiếp sử dụng đờng truyền vật lý để truyền xâu bít (0.1) từ hệ thống sang hệ thống khác) Dữ liệu đợc truyền từ hệ thống gửi (sender) sang hƯ thèng nhËn (receiver) b»ng ®êng trun vËt lý nh liệu lại ngợc lên tầng Nh hai hệ thống liên kết với Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng nhau, tầng thấp có liên kết vật lý tầng cao có liên kết logic (liên kết ảo) đợc đa vào để hình thức hoá hoạt động mạng thuận tiện cho việc thiết kế cài đặt phần mềm truyền thông Nh để viết chơng trình cho tầng N, phải biết tầng N+1 cần tầng N+1 làm đợc HƯ thèng A TÇng N TÇng N-1 Giao thøc tÇng N Giao thøc tÇng N-1 HƯ thèng B TÇng N TÇng N-1 TÇng Giao thøc tÇng TÇng Tầng Giao thức tầng Tầng Đường truyền vật lý Hình 1-4 Minh họa kiến trúc phân tầng tổng quát 1.3.2.Chuẩn hoá mạng Tình trạng không tơng thích mạng, đặc biệt mạng bán thị trờng gây trở ngại cho ngời sử dụng, tác động đến mức tiêu thụ sản phẩm mạng Do cần xây dựng mô hình chuẩn làm cho nhà nghiên cứu thiết kế mạng tạo sản phẩm có tính chất mở mạng, đa tới dễ phổ cập, sản xuất vµ sư dơng i/ ISO (international Standard Organization) thµnh lËp dới bảo trợ liên hiệp quốc, thành viên quan tiêu chuẩn quốc gia ISO đà xây dựng 5000 chuẩn tất lĩnh vực ISO đợc chia thành uỷ ban kỹ thuật (Technical Committee -TC) TC97 đảm bảo chuẩn hoá lĩnh vực xử lý tin Mỗi TC lại chia thành nhiều tiểu ban (Sub Committee -SC) SC lại chia thành nhiều nhóm làm việc khác (Working Group) đảm nhiệm nhiệm vụ chuyên sâu khác Các chuẩn hội đồng ISO ban hành nh c¸c chuÈn quèc tÕ chÝnh thøc (International Standard -IS)