Chọn đường và ứng dụng trong thiết kế mạng1

Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng Chọn đ êng vµ øng dơng LỜI GIỚI THIỆU Hiện nước ta nói riêng giới nói chung cách mạng công nghệ thông tin diễn sơi động Nó tác động trực tiếp sâu sắc đến mặt hoạt kinh tế đời sống xã hội Cùng với phát triển kinh tế – xã hội, nhu cầu nảy sinh kinh tế mạng Các hệ thống mạng nước ta giới ngày trở nên thiếu hoạt động kinh tế Nó đáp ứng nhu cầu liệu, thơng tin… với máy tính, hệ thống mạng phục vụ đắc lực cho người lĩnh vực kinh tế - xã 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 phương pháp có hiệu nhất, tiết kiệm kinh phí Sự gia tăng nhu cầu sử dụng lực lượng lao động phân bố rộng khắp gây khó khăn làm họ phải cân nhắc lại chiến lược phát triển mạng Khi cơng ty mở rộng mạng họ để liên lạc với đối tác số lượng ngưòi làm việc từ xa “telecomputer and remote remote” tiếp tục tăng nhanh, việc xây dựng hệ thống kinh doanh phân bố trở thành thách thức lớn Đồng thời, sức ép cạnh tranh ngành công nghiệp nảy sinh khối liên minh hiệp hội kinh doanh Những phát triển 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 khơng cịn khả thi cho nhiều công ty Những mạng diện rộng kinh điển (WAN ) phải mở rộng để thích nghi với người sử dụng Mọi người làm việc xa phải truy cập vào mạng trung tâm cách đơn giản nhất, nhanh để làm việc Đặc biệt việc chọn đường ứng dụng thiết kế mạng mạng hoạt động tốt nhất, tối ưu mục đích đồ án tốt nghiệp em §å án tốt nghiệp thiết kế mạng Chọn đ ờng vµ øng dơng CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH * Sự hình thành mạng máy tính Từ năm 1960 xuất mạng nối máy tính Terminal để sử dụng chung nguồn tài ngun, giảm chi phí muốn thơng 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 giưã máy tính, terminal, terminal với máy tính động lực thúc đẩy đời phát triển ngày mạnh mẽ mạng máy tính.Q 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 cơng suất máy tính người ta ghép nối terminal vào máy tính gọi máy tính trung tâm  Giai đoạn tiền xử lý (Prontal) Ở giai đoạn máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới terminal, giai đoạn máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới tập trung qua ghép nối điều khiển đường truyền Ta thay ghép nối đường truyền máy tính nini gọi prontal, tiền xử lý  Giai đoạn mạng máy tính: Vào năm 1970 người ta bắt đầu xây dựng mạng truyền thơng thành phần nút mạng gọi chuyển mạch dùng để hướng thông tin tới đích Các mạng nối với đường truyền cịn máy tính xử lý thơng tin người dùng trạm cuối nối trực tiếp vào nút mạng để cần trao đổi thông tin qua mạng Các nút mạng thương máy tính nên đồng thời đóng vai trị người sử dụng Chức nút mạng: + Quản lý truyền tin, quản lý mạng Như 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 thơng khơng 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 lượng, hiệu khai thác xử lý thông tin Tăng độ tin cậy hệ thống nhờ khả thay xảy cố máy tính Như vậy: Mạng máy tính tập hợp máy tính ghép với đường truyền vật lý theo kiến trúc no ú Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng Chọn đ ờng ứng dụng 1.1.Cỏc yu t mạng máy tính 1.1.1.Đường truyền vật lý Đường truyền vật lý thành phần để chuyển tín hiệu điện tử máy tính Các tín hiệu điện tử biểu thị liệu 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 đường truyền vật lý khác để truyền + Các tần số Radio truyền cáp điện phương tiện quảng bá (broadcast) +Sóng cực ngắn dùng để truyền trạm mặt đất vệ tinh Hoặc dùng để truyền từ trạm phát tới trạm thu +Tia hồng ngoại lý tưởng 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 qua cáp sợi quang Những đặc trưng đường truyền vật lý là: giải thông, thông lượng, độ suy hao, độ nhiễu điện từ Dải thông đường truyền độ đo phạm vi tần số mà đường truyền đáp ứng Giải thông phụ thuộc vào độ dài cáp, đường kính sợi cáp, vật liệu dùng chế tạo cáp Thơng lượng đường truyền (throughput) tốc độ truyền liệu đường truyền đơn vị thời gian.Thông lượng đường truyền phản ánh hiệu sử dụng đường truyền Độ suy hao giá trị phản ánh mức độ suy yếu tín hiệu đường truyền sau truyền qua đơn vị độ dài cáp Độ nhiễu điện từ khả làm nhiễu tín hiệu đường truyền cáp qua vùng có sóng điện từ Có hai loại đường truyền: hữu tuyến, vô tuyến sử dụng việc kết nối mạng máy tính Đường truyền hữu tuyến gồm cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp sợi quang; đường truyềnvơ tuyến gồm sóng radio, sóng cực ngắn, tia hồng ngoại Tuy nhiên thiết kế dây cho mạng máy tính người ta cịn phải ý tới nhiều tham số khác như: 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 ước mà tất thực thể tham gia hệ thống mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.Cách máy tính gép nối với goi topology mạng quy tắc quy ước truyền thông gọi giao thức (protocol) Topology protocol hai khái niệm mạng mỏy tớnh Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng a) Topology: Ngi ta phân biệt hai kiểu nối mạng vật lý kiểu điểm- điểm kiểu quảng bá (broadcasting hay point- to- multipoint) + Kiểu điểm - điểm: Đường truyền nối cặp nút với nhau.Tín hiệu từ nút nguồn đến nút trung gian chuyển tiếp tới đích Hình Chu trình Dạng Hình 1-1 Các topo mạng Hình 1-2 Dạng topo đầy đủ Dạng vịng Dạng bus Satellite radio Hình 1-3 Các topo mạng + Kiểu quảng bá: Với kiểu quảng bá tất nút chung đường truyền vật lý Dữ liệu gửi từ nút tiếp nhận nút lại, gói tin phải có vùng địa đích cho phép nút kiểm tra có phải tin minh khụng Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng øng dơng thiÕt kÕ m¹ng Cấu trúc dạng bus hay dạng vòng cần chế trọng tài để giải đụng độ (collision) nhiều nút muốn truyền tin đồng 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 ước định Chẳng hạn, hai người nói chuyện với phải tn theo quy tắc: Khi người nói người phải nghe ngược lại Việc truyền thông tin mạng phải tuân theo quy tắc quy ước nhiều mặt như: khuôn dạng liệu gửi đi, thủ tục gửi nhận, kiểm soát liệu, xử lí lỗi xử lý cố.… Chẳng hạn mạng lưới giao thơng cơng cộng phát triển số quy tắc đề phải nhiều, phải chặt chẽ phức tạp Tập hợp quy tắc , quy ước để đảm bảo trao đổi xử lý thông tin mạng gọi giao thức Các mạng thiết kế khác tuân theo số giao thức khác nhau, nhiên người ta đưa số giao thức chuẩn dùng nhiều mạng khác 1.2.Phân loại mạng máy tính Người ta phân loại mạng máy tính khác tuỳ theo yếu tố chọn như: 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 phân thành: mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu +Mạng cục (Local Area Network - LAN) mạng cài đặt phạm vi tương đối nhỏ (trong nhà, phịng ban cơng ty ) với đường kính giới hạn khoảng vài chục Km +Mạng thị (Metropolitan Area Network - MAN) mạng 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 vượt 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 thut chuyn mch Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiết kế mạng Nu ly kĩ thuật chuyển mạch so sánh phân chia mạnh thành: Mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói, mạng chuyển mạch thơng 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 q trình thơng tin.Phương pháp chuyển mạch có hai nhược điểm chính: + Hiệu suất sử dụng đường truyền không cao + Mất nhiều thời gian cho việc thiết lập kênh cố định thông tin thực thể b) Mạng chuyển mạch thông báo (Message - switched -Network) Trong mạng chuyển mạch thông báo việc chọn đường cho thơng báo tới đích thực nút mạng Các nút vào địa đích thơng báo để định chọn nút đến cho thông báo đường dẫn tới đích Như nút cần lưu trữ tạm thời thông báo, đọc thông báovà quản lý việc chuyển tiếp thông báo Phương pháp chuyển mạch thơng báo có ưu điểm sau: + Hiệu suất sử dụng đường truyền cao khơng có kênh thơng tin cố định + Mỗi nút mạng lưu trữ thơng báo đường truyền khả dụng truyền nên giảm đuực tình trạng tắc nghẽn mạng + Có thể điều khiển truyền tin cách xếp mức độ ưu tiên cho thông báo + Trong mạng chuyển mạch thơng báo làm tăng hiệu suất sử dụng dải thông mạng cách gán địa quảng bá cho thơng báo đến nhiều đích khác Nhược điểm chủ yếu chuyển mạch thông báo trường hợp thông báo dài bị lỗi, phải truyền lại thông báo nên hiệu suất khơng cao Phương pháp thích hợp với mạng truyền thư tín điện tử (Electronic mail) c ) Mạng chuyển mạch gói (Packet - switched - Network) Trong mạng chuyển mạch gói thơng báo chia nhiều gói nhỏ (packet), độ dài khoảng 256 bytes, có khn dạng tuỳ theo chuẩn quy định Các gói tin có chứa thơng tin điều khiển địa nguồn, địa đích cho gói tin,số thứ tự gói tin, thơng tin kiểm tra lỗi Do gói tin thơng báo gửi theo nhiều đường khác nhau, tới đích thời điểm khác nhau, nơi nhận vào thơng 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 thơng báo kích thước gói tin nhỏ nên nút mạng xử lý tồn gói tin mà khơng cần phải lưu trữ a Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng øng dơng thiÕt kÕ m¹ng + Mỗi đường truyền chiếm thời gian ngắn, chúng dùng đường để tới đích + Khả đồng bít cao Nhựơc điểm: + Vì thời gian truyền tin ngắn nên thời gian chuyển mạch lớn tốc độ truyền khơng cao + Việc tập hợp lại gói tin ban đầu nguyên tắc thực khó khăn, đặc biệt gói tin truyền theo nhiều đường khác + Đối với ứng dụng phụ thuộc thời gian thực việc gói tin tới đích khơng theo thứ tự nhược điểm quan trọng cần phải khắc phục Tuy hạn chế có ưu điểm tính mềm dẻo, hiệu suất cao nên mạng chuyển mạch gói dùng phổ biến 1.2.3.Phân loại mạng theo chế hoạt động Trong môi trường mạng máy tính có chế hoạt động là: peerto-peer client/ server Môi trường peer - to - peer khơng có máy chun phục vụ cho cơng việc nào, cịn mơi trường client/server phải có máy 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 người phục vụ không kiêm vai trò trạm làm việc hay máy khách Các maý phục vụ chuyên dụng tối ưu hoá để phục vụ nhanh yêu cầu khách hàng mạng Các loại máy phục vụ chuyên dụng thường thấy như: + Máy phục vụ tập tin / in ấn (file/print sever) + Máy phục vụ chương trình ứng dụng (application server) + Máy phục vụ thư tín (mail server) + Máy phục vụ fax (fax server) + Máy phục vụ truyền thông (communication server) Một ưu điểm quan trọng mạng dựa máy phục vụ có tính an tồn bảo mật cao Hầu hết mạng thực tế (nhất mạng lớn ) dựa máy phục vụ  Mạng ngang hàng: Không tồn cấu trúc phân cấp mạng Mọi máy tính “bình đẳng” Thơng thường, máy tính kiêm ln hai vai trị máy khách máy phục vụ, khơng máy định chịu trách nhiệm quản lý mạng Người dùng máy tự định phần liệu máy họ dùng chung mạng Thơng thường mạng ngang hàng thích hợp cho mạng có quy mơ nhỏ (chẳng hạn nhóm làm việc) khơng u cầu phải có tính bảo mật Đồ án tốt nghiệp Chọn đ ờng ứng dụng thiÕt kÕ m¹ng 1.2.4.Phân loại mạng theo kiến trúc Người ta phân loại mạng theo kiến trúc (topology protocol) mạng SNA, mạng ISO, mạng TCP/IP 1.3.Kiến trúc phân tầng - chuẩn hoá mạng - mơ hình ISO 1.3.1.Kiến trúc phân tầng Để giảm độ phức tạp thiết kế cài đặt mạng, mạng máy tính tổ chức thiết kế theo kiểu phân tầng (layering) Trong hệ thống thành phần mạng tổ chức thành cấu trúc đa tầng, tầng xây dựng tầng trước đó; tầng cung cấp số dịch vụ cho tầng cao Số lượng tầng 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 lượng tầng, chức tầng nhau) Tầng i hệ thống A hội thoại với tầng i hệ thống B, quy tắc quy ước dùng hội thoại gọi giao thức mức i Giữa hai tầng kề tồn giao diện (interface) xác định thao tác nguyên thuỷ tầng 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 đường truyền vật lý để truyền xâu bít (0.1) từ hệ thống sang hệ thống khác) Dữ liệu truyền từ hệ thống gửi (sender) sang hệ thống nhận (receiver) đường truyền vật lý liệu lại ngược lên tầng Như hai hệ thống liên kết với nhau, tầng thấp có liên kết vật lý cịn tầng cao có liên kết logic (liên kết ảo) đưa vào để hình thức hoá hoạt động mạng thuận tiện cho việc thiết kế cài đặt phần mềm truyền thơng Như để viết chương trình cho tầng N, phải biết tầng N+1 cần tầng N+1 làm Hệ thống A Giao thức tầng N Tầng N Hệ thống B Tầng N Giao thức tầng N-1 Tầng N-1 Tầng N-1 Giao thức tầng Tầng Tầng Giao thức tầng Tầng Tng ng truyn vt lý Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng Chọn đ ờng ứng dơng Hình 1-4 Minh họa kiến trúc phân tầng tổng qt 1.3.2.Chuẩn hố mạng Tình trạng khơng tương thích mạng, đặc biệt mạng bán thị trường gây trở ngại cho người sử dụng, tác động đến mức tiêu thụ sản phẩm mạng Do cần xây dựng mơ hình chuẩn làm cho nhà nghiên cứu thiết kế mạng tạo sản phẩm có tính chất mở mạng, đưa tới dễ phổ cập, sản xuất sử dụng i/ ISO (international Standard Organization) thành lập bảo trợ liên hiệp quốc, thành viên quan tiêu chuẩn quốc gia ISO xây dựng 5000 chuẩn tất lĩnh vực ISO 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 chuẩn quốc tế thức (International Standard -IS) ii/ CCITT (Committee Consult tatif International pour Telegraphe et Telephone) Tổ chức tư vấn quốc tế điện tín điện thoại hoạt động bảo trợ liên hiệp quốc, thành viên chủ yếu quan bưu - viễn thơng quốc gia tư nhân Phương thức làm việc CCITT giống ISO sản phẩm khơng gọi chuẩn mà gọi khuyến nghị (recommentdation) CCITT đưa khuyến nghị loại V liên quan đến truyền liệu, khuyến nghị loại X liên quan đến mạng truyền liệu công cộng khuyến nghị loại I dành cho mạng ISDN Ngoài ISO, CCITT giới cịn có tổ chức khác tham gia việc chuẩn hoá ECMA (european Computer Manufacture), ANSI (American National Standard institute),IEEE (institute Electrical and Electronic Engineers).… CCITT Layer ISO Service Layer Protocol Service Layer Definition Definition Protocol Đồ án tốt nghiệp thiết kế m¹ng X.217 X400-X430 MHS X.288 RTSE X.229 ROSE X.227 X.216 X.226 X.208 X.209 X.215 X.225 X.214 X.224 X.213 0.931 X.25 X.300-X.352 X.212 LAPB 1.440/I.44J LAPD X.21 Chän ® êng vµ øng dơng Application 8649 Presentation 8822 Session Transport Network 8326 8072 8.348 Data Link 9640 VT 8571 STAM 8650 CASE 8831 JIM 8823 8824 8825 8327 8073 8208 8878 8473 8648 7776 8886, 8802/2 X.211 Physical 8802/3 7809 8802/4 8022 8802/5 Hinh 1-5 Các chuẩn cho kiến trúc phân tầng CCITT ISO 1.3.3.Mơ hình OSI: Do nhà thiết kế tự lựa chọn kiến trúc mạng riêng Từ dẫn đến tình trạng khơng tương thích mạng về: Phương pháp truy nhập đường truyền khác nhau, họ giao thức khác khơng tương thích làm trở ngại cho q trình tương tác người dùng mạng khác Nhu cầu trao đổi thơng tin lớn trở ngại khơng thể chấp nhận với người sử dụng Với lý tổ chức chuẩn hoá quốc tế ISO thành lập tiểu ban nhằm xây dựng khung chuẩn kiến trúc mạng để làm cho nhà thiết kế chế tạo sản phẩm mạng Kết năm 1984 ISO đưa mơ hình tham chiếu cho việc kết nối hệ thống mở (Reference Model for Open System Inter - connection) hay gọn OSI Reference model Mơ hình dùng làm sở để kết nối hệ thống mở ISO sử dụng phương pháp phân tích hệ thống mở theo kiến trúc phân tầng cơng bố mơ hình OSI cho việc kết nối hệ thống mở gồm tầng Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network Data Link Physical Data Link Physical