Tổng quan về công nghệ mạng MPLS

Giới thiệu tổng quan về công nghệ mạng và MPLS, các công nghệ chuyển mạch, công nghệ IP, chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, giáo trình toàn bộ tìm hiểu về công nghệ mạng.

Tổng quan về cụng nghệ mạng MPLS

Chơng 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ mạng

1.1 Một số vấn đề trong xu hớng phát triển mạng

của mạng trong khoảng thời gian ngắn nhất Những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới không có đủ thời gian cần thiết để xây dựng cơ sở hạ tầng mới, và

nh vậy, sự kết hợp cơ sở hạ tầng mới và cũ là một giải pháp đầu tiên đợc đa ra Kết hợp cơ sở hạ tầng để truyền tín hiệu trên nhiều phơng tiện nh cáp đồng, cáp quang và vô tuyến cho đến nay vẫn là một giải pháp tốt

Những dịch vụ mới đang sử dụng những công nghệ hiện tại chủ yếu nh: mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, Chuyển mạch khung, Ethenet nhanh, Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI ( Fiber Distributed Data Interface) Ngoài ra, các công nghệ mới cũng đang đợc sử dụng hiện nay nh công nghệ không dây, dịch vụ số liệu multi-megabit SMDS, SONET/SDH, xDSL và B-ISDN Mỗi công nghệ đợc đề cập ở trên đây đều có những giải pháp và những hệ thống hỗ trợ trên chính hệ thống và sự tăng trởng những phần tử mạng sẽ tăng sự phức tạp của công tác quản lý Những công nghệ nh SONET/SDH, ATM và công nghệ không dây kỹ thuật số có độ phức tạp cao, chúng kéo theo sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các phần tử của các mạng khác nhau ở mức cao, đồng thời tạo ra vấn đề khó khăn trong quá trình sử dụng dịch vụ và phơng pháp ly lỗi, đó là một thách thức thực tế, đặc biệt khi số những nhà cung cấp dịch vụ tăng lên cùng với các công nghệ ứng dụng khác nhau

Trong kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp NGN ( Next Generation Network) các

hệ thống hỗ trợ phải có khả năng thích nghi với các điều kiện trên mạng Hiện nay đang tồn tại các tiêu chuẩn công nghệ cho các hệ thống hỗ trợ quản lý vận hành nh : Mạng quản lý viễn thông TMN (Telecommunication Management Network), mô hình đối tợng truyền thông phân tán DCOM (Distributed COMmunication), kiến trúc CORBA (Common Object Request Brocker Architecture) , Kiến trúc TINA (Telecommunications Information Networking Architecture) và quản lý xí nghiệp trên Web,v v

Công nghệ tiên tiến đang tiến tới sự hội tụ truyền thông Những khách hàng ngày nay đòi hỏi nhiều loại hình dịch vụ (thoại, dữ liệu / Internet, Video, các truy nhập không dây,v v.) từ cùng một nhà cung cấp dịch vụ Sự hội tụ truyền thông yêu cầu sự triển khai các công nghệ tiên tiến nh các hệ thống

khách/chủ hoặc trên nền web, sẽ cho phép cung cấp tới những khách hàng các dịch vụ giá trị cao, thông qua việc cung cấp những sản phẩm và những dịch vụ

có tính chất đổi mới, dịch vụ khách hàng và tùy biến tốt hơn

1.2 Mô hình kết nối hệ thống mở OSI

Trong khoảng giữa những năm 70, công nghiệp máy tính bắt đầu phát triển rất mạnh, và nhu cầu kết nối thông tin qua mạng tăng lên rất nhanh Các hệ thống máy tính cần trao đổi thông tin qua rất nhiều hình thái khác nhau của mạng Hệ thống mở ra đời nhằm tạo ra các tiêu chuẩn hoá cho tất cả các đấu nối gọi là mô hình kết nối hệ thống mở OSI

Mục tiêu của mô hình OSI (Open System Interconnection) là để đảm bảo rằng bất kỳ một xử lý ứng dụng nào đều không ảnh hởng tới trạng thái nguyên thuỷ của dịch vụ, hoặc các các xử lý ứng dụng có thể giao tiếp trực tiếp với các

hệ thống máy tính khác trên cùng lớp (nếu các hệ thống cùng đợc hỗ trợ theo tiêu chuẩn của mô hình OSI) Mô hình OSI cung cấp một khung làm việc tiêu chuẩn cho các hệ thống Cấu trúc phân lớp đợc sử dụng trong mô hình và có 7 lớp, có thể phân loại thành 2 vùng chính

truyền số liệu (các chức năng hớng về phía mạng)

năng hớng về ngời sử dụng)

Lớp vật lý Giao tiếp cơ, điện tới

phơng tiện truyền thông

Card giao tiếp

Lớp liên kết

số liệu Truyền dẫn, khung và điều khiển lỗi Các giao thức: PPP, HDLC,

ATM, FR, MPLS

Sử dụng khung, gói, tế bào

Lớp truyền tải Độ tin cậy và ghép các

số liệu truyền qua mạng

Các giao thức:

TCP, UDP Sử dụng các segments

điều khiển luồng số liệu

giữa các ứng dụng Telnet, FTP tin

Bảng 1.1: Mô hình phân lớp OSI Mô hình OSI có thể chia thành ba môi trờng điều hành:

Môi trờng mạng: liên quan tới các giao thức, trao đổi các bản tin và các

tiêu chuẩn liên quan tới các kiểu mạng truyền thông số liệu khác nhau

Môi trờng OSI: Cho phép thêm vào các giao thức hớng ứng dụng và các

tiêu chuẩn cho phép các hệ thống kết cuối trao đổi thông tin tới hệ thống khác theo hớng mở

Môi trờng hệ thống thực: xây dựng trên mô hình OSI và liên quan tới đặc

tính dịch vụ và phần mềm của ngời sản xuất, nó đợc phát triển để thực hiện nhiệm vụ xử lý thông tin phân tán trong thực tế

Những môi trờng này cung cấp những đặc tính sau :

o Giao tiếp giữa các lớp

o Chức năng của các lớp, giao thức định nghĩa tập hợp của những quy tắc và những quy ớc sử dụng bởi lớp để giao tiếp với một lớp tơng đ-

ơng tơng tự trong hệ thống từ xa khác

o Mỗi lớp cung cấp một tập định nghĩa của những dịch vụ tới lớp kế cận

o Một thực thể chuyển thông tin phải đi qua từng lớp

1.3 Các kỹ thuật chuyển mạch cơ bản nhìn từ khía cạnh dịch vụ

Khi xét tới các kỹ thuật chuyển mạch cơ bản đợc sử dụng trong các hệ

thống viễn thông chúng ta chúng ta có thể tiếp cận từ khía cạnh dịch vụ mà hệ thống chuyển mạch cung cấp Trên hớng tiếp cận tơng đối đơn giản, các dịch vụ này đợc chia thành dịch vụ thoại và dịch vụ phi thoại, trong đó đại diện cho dịch vụ phi thoại là dịch vụ số liệu Chúng ta hiểu rằng, số hoá và gói hoá thoại

là hai vấn đề hoàn toàn khác nhau, trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN hiện nay tín hiệu thoại đã đợc số hoá, và kỹ thuật chuyển mạch truyền thống đợc áp dụng là kỹ thuật chuyển mạch kênh Dữ liệu thoại chỉ đợc gọi là đã gói hoá nếu những gói này đợc chyển tải trên mạng chuyển mạch gói Chuyển đổi mạng thoại từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói là vấn đề hết sức khó khăn Trong mục này chúng ta sẽ xem xét những vấn đề kỹ thuật cơ bản đợc ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch: kỹ thuật chuyển mạch kênh và

kỹ thuật chuyển mạch gói

Mạng điện thoại công cộng (PSTN) đợc phát triển trên mạng chuyển mạch

kênh để cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống Các mạng dữ liệu nh các

mạng LAN, mạng Internet là mạng chuyển mạch gói rất thích hợp để trao đổi dữ liệu Trong Bảng 1.3 ta thấy sự khác biệt giữa các dịch vụ thoại (chuyển mạch kênh) và dịch vụ dữ liệu (chuyển mạch gói)

Bảng 2: Một số so sánh dịch vụ thoại và dữ liệu

PCM (Pulse Code Mudulation) và chiếm băng thông 64kb/s Nếu chúng ta có thể cung cấp băng thông lớn hơn cho mỗi cuộc gọi thì chất lợng cuộc gọi thoại cũng không vì thế mà tốt hơn Trái lại, đối với các dịch vụ dữ liệu băng thông rất quan trọng Một số ứng dụng đòi hỏi băng thông tới 1Gb/s hoặc cao hơn Sự thay đổi về băng thông thờng đợc gọi là bùng nổ băng thông Trong khi dịch vụ thoại đợc cung cấp bởi kỹ thuật chuyển mạch kênh luôn đòi hỏi băng thông không đổi, ngợc lại các dịch vụ dữ liệu có thể có nhu cầu về băng thông thay

đổi tới hàng trăm, thậm chí hàng ngàn lần

Độ trễ là tham số rất quan trọng để đánh giá chất lợng mạng điện thoại Các cuộc gọi thoại đòi hỏi thời gian trễ thấp và ổn định Nhiều mạng dữ liệu cũng có yêu cầu độ trễ tơng đối thấp, tuy nhiên không đòi hỏi sự ổn định Chẳng hạn trong khi truyền tệp việc các gói tin của đầu hay cuối tệp đến trớc không có ý nghĩa gì Để đảm bảo độ trễ thấp và ổn định mạng PSTN đợc thiết

kế là mạng định tuyến theo hớng kết nối Một số mạng dữ liệu cũng là mạng ớng kết nối, tuy nhiên một khi yêu cầu về độ trễ không quá ngặt nghèo thì mạng dữ liệu thờng đợc xây dựng theo mô hình phi kết nối

Vì những khác biệt giữa các dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu nên việc xây dựng mạng riêng biệt để cung cấp các dịch vụ trên là dễ dàng hơn rất nhiều so với việc xây dựng một mạng có thể cung cấp đợc tất cả các dịch vụ Trong các mô hình mạng tích hợp cho phép sử dụng cùng một cơ sở hạ tầng để cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu, thì hớng công nghệ ATM là một hớng cho phép xây

ơng thích trong quá trình chuyển đổi thì giải pháp nâng cấp các tổng đài PSTN

để hỗ trợ chuyển mạch gói hoặc phát triển mạng dữ liệu để hỗ trợ dịch vụ thoại

có vẻ là giải pháp hiệu quả hơn so với phát triển kiến trúc mới hoàn toàn nh mạng ATM chẳng hạn, tuy nhiên, hớng tiếp cận này cũng gặp không ít khó khăn vì các hệ thống chuyển mạch truyền thống khi đợc thiết kế thờng bị giới hạn bởi khả năng công nghệ áp dụng

1.4 Công nghệ chuyển mạch LAN/WAN

1.4.1 Sự phát triển của xử lý phân tán

Các thế hệ máy tính đầu tiên không chỉ lớn về mặt kích thớc mà còn hạn chế về khả năng xử lý, các hệ thống máy tính hiện nay có năng lực xử lý tốt hơn rất nhiều so với trớc đây kể cả các hệ thống máy tính lớn và hệ thống máy tính cá nhân Máy tính lớn sử dụng các bộ vi xử lý tập trung và hầu hết các ứng dụng đợc xử lý tại đó theo nguyên tắc chia sẻ tài nguyên và thời gian thực, các thiết bị đầu cuối truy nhập bắt buộc phải sử dụng cùng một giao thức liên lạc truyền thông và các kết nối cho phép hỗ trợ một lợng hữu hạn thiết bị đầu cuối

Nh vậy, thiết bị đầu cuối khá đơn giản và làm giảm giá thành đối với ngời sử dụng Tuy nhiên, các thiết bị đầu cuối quá phụ thuộc vào máy tính lớn cũng nh kết nối trong hệ thống Khi máy tính cá nhân trở thành phổ biến vì giá thành hạ, thì ngời sử dụng mong muốn có đợc các kết nối giữa các máy tính với nhau,

điều đó đã thúc đẩy cho ngành công nghiệp mới (LAN/WAN) và quá trình xử

lý phân tán đợc hình thành và phát triển

1.4.2 Các thiết bị mạng LAN

Khái niệm cấu hình mạng có thể đợc nhìn nhận từ khía cạnh bố trí về mặt logic của mạng và nó có thể không chỉ ra các kết nối vật lý thực sự Ba cấu hình cơ bản thờng đợc sử dụng trong mạng LAN: cấu hình hình sao, bus, mạch vòng (đơn, kép) và mỗi kiểu cấu hình đều có các u nhợc điểm khác nhau Các thành phần cơ bản trong một mạng LAN đợc sử dụng để chuyển tiếp gói tin qua mạng là: các bộ lặp, cầu, bộ định tuyến, một số thiết bị phụ trợ khác nh: Card giao tiếp mạng (NIC), khối truy nhập phơng tiện (MAU), bộ tập trung v v

• Các bộ lặp đợc coi là thiết bị lớp 1 trong mô hình OSI, chúng không phải biên dịch thành phần dữ liệu và không có khả năng kiểm tra địa chỉ trong tiêu đề giao thức Chúng tiếp nhận dữ liệu dới dạng tín hiệu (điện, quang) và tái sinh tín hiệu dựa trên thuật toán

năng lớp 2 Cầu nối không có chức năng kiểm tra địa chỉ lớp 3, vì vậy cầu không đợc sử dụng trong mạng WAN

• Bộ định tuyến đợc sử dụng để kết nối nhiều mạng với nhau và là thiết bị lớp 3 Các bộ định tuyến hỗ trợ rất nhiều giao thức liên quan tới các công nghệ mạng khác nhau, chúng hoàn toàn tơng thích với môi trờng mạng WAN.

• Điều khiển truy nhập phơng tiện (MAC)

Lớp gần với lớp vật lý nhất là lớp MAC, lớp này ghép các dữ liệu thành khung Ethernet từ dữ liệu lớp trên (LLC) và gửi các dữ liệu trên đờng truyền vật lý Khi một nút nhận đợc dữ liệu, lớp con MAC đọc địa chỉ từ tiêu đề giao thức và xác định xem dữ liệu có thuộc về nút đó hay không? Nếu đúng thì MAC loại bỏ tiêu đề chuyển gói tới lớp con kế tiếp (LLC)

MAC thực hiện phát hiện và sửa lỗi mức 2, bằng cách thêm vào tiêu đề thứ

tự của khung truyền (FCS), tuy nhiên, MAC vẫn sử dụng một thuật toán đề kiểm tra dữ liệu nhận đợc từ LLC, thuật toán này đợc sử dụng tại các nút để phát hiện lỗi qua giá trị tính toán Phơng thức yêu cầu truyền lại cũng khác nhau theo từng giao thức Một khung có thể bị loại bỏ vì chiều dàu của khung vợt quá tiêu chuẩn cho phép

Địa chỉ trong lớp MAC gồm có hai loại: Địa chỉ máy nguồn và địa chỉ máy

đích gửi khung ethernet, chúng gồm 6 byte và đợc mã hoá trong NIC, có thể

độc lập với các giao thức địa chỉ lớp cao nh TCP/IP chẳng hạn

• Điều khiển liên kết logic (LLC)

Có ba loại dịch vụ đợc cung cấp trong tiêu chuẩn IEEE 802.3 : dịch vụ phi kết nối không phản hồi, dịch vụ kết nối có hớng, đợc phi kết nối phản hồi Chuẩn IEEE 802.3 khác với chuẩn Ethernet 2.0 ở chỗ ethernet 2.0 chỉ cung cấp dịch vụ phi kết nối không phản hồi và kết hợp LLC và MAC thành một lớp đơn, đó là dịch vụ có độ tin cậy thấp nhất

LLC sử dụng dịch vụ kết nối không phản hồi để trao đổi thông tin nhận dạng với các nút thông qua bản tin cơ sở, trong đó các thông tin không đánh

Dịch vụ kết nối có hớng thoả hiệp một phiên liên lạc với nút đích trớc khi truyền dữ liệu, phiên liên lạc hoàn toàn mang tính logic và không có sự hiện diện của các kết nối vật lý giữa các nút Trong giao thức này, mỗi khi nút

đích nhận đợc dữ liệu thì phía phát tin sẽ nhận đợc phản hồi đề đảm bào phiên liên lạc đó thành công Số thứ tự đợc sử dụng đề ngăn chặn lỗi trong dữ liệu truyền vì lý do không đúng thứ tự và sử dụng để yêu cầu phát lại Cơ chế điều khiển luồng đợc sử dụng để dừng luồng dữ liệu khi máy thu không sẵn sàng hoặc chiều dài các khung vợt quá tiêu chuẩn cho phép, nó cho phép cắt kết nối qua khung không đánh số để giải phóng kết nối logic

Dịch vụ phi kết nối phản hồi cho phép máy thu phản hồi lại thông tin tới máy gửi theo từng khung truyền, nếu không có sự phản hồi, phía nguồn sẽ coi nh gói tin đó bị mất và tiến hành truyền lại, điều này làm tăng lu lợng trên mạng nhng đối với một số dịch vụ thì dịch vụ này tỏ ra khá hữu hiệu ( ví dụ dịch vụ Email)

1.4.4 Token Ring

Token ring đợc đề xuất lần đầu tiên vào năm 1969 bởi IBM, tại thời điểm ethernet chỉ hỗ trợ tốc độ truyền 10Mb/s thì token ring hỗ trợ tốc độ 16 Mb/s (chuẩn IEEE 802.5) Sự khác biệt cơ bản của token ring và ethernet là cấu hình, token ring sử dụng cấu hình vòng trong khi ethernet sử dụng cấu hình bus Để giải quyết xung đột dữ liệu, token ring sử dụng các khung nhỏ (token) để truyền dữ liệu trên mạng, một nút không thể truyền nếu nó không bắt đợc token, sau khi truyền token sẽ đợc giải phóng cho các nút khác Chính vì vậy, trễ là một vấn đề cố hữu trong mạng token ring vì khung dữ liệu phải đi qua tất các các nút Giống nh Ethernet, token ring cũng chia thành hai lớp con: MAC và LLC

Do các giao thức mạng LAN có xu hớng phụ thuộc vào cấu hình nên hiển nhiên

có sự khác biệt giữa các lớp MAC/LLC của token ring và ethernet Một số cơ chế u tiên đợc áp dụng để xác định nút nào sẽ đợc nhận token, trong quá trình truyền nếu xuất hiện lỗi thì nút đích sẽ không sao chép khung dữ liệu vào bộ nhớ và yêu cầu truyền lại Các bộ định thời sẽ ngăn chặn khả năng một nút nào

đó liên tục chiếm giữ token (hogging), nó sẽ truyền liên tục và không giải phóng token Điều khiển token ring thuờng thông qua một trạm giám sát, và có thể đặt tại một nút bất kỳ trong mạch vòng, cơ chế này hoàn toàn tự động và thoả hiệp giữa các nút trong mạch vòng

1.4.5 FDDI

FDDI đợc phát triển bởi IEEE và đợc công nhận nh một chuẩn của ANSI thông qua uỷ ban X3T9.5 ( giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1992) FDDI tơng tự nh token ring vì nó cũng sử dụng một token để xác định mạng rỗi và chống tranh

chấp FDDI khác với token ring ơ cách xử lý token, FDDI sử dụng một token

định thời cho phép nút chiếm tken truyền trong một khoảng thời gian định trớc

và sau đó phải trao quyền điều khiển cho nút khác FDDI sử dụng cấu hình mạng vòng kép cho phép dữ liệu truyền theo hai hớng, nếu một liên kết vòng bị gẫy, dữ liệu sẽ chuyển theo đờng ngợc lại hình thành nên một mạch vòng đơn Trong FDDI token đợc giải phóng ngay sau khi truyền dữ liệu, nút phát không phải đợi khung dữ liệu đi hết một vòng và quay về, điều này có nghĩa là nhiều nút có thể truyền đồng thời trên mạng nếu nh chúng nhận đợc token FDDI sử dụng chức năng quản lý mạch vòng phân tán, mỗi nút chịu trách nhiệm liên lạc với nút kế bên, các thông tin trạng thái đợc trao đổiliên tục với nút kế bên, cho phép một nút bất kỳ khởi tạo lại vòng, cách ly lỗi và phục hồi các lỗi trong mạch vòng

Chuẩn FDDI định nghĩa các lớp con tơng đơng với lớp 1 trong mô hình OSI, lớp phụ thuộc phơng tiện vật lý PMD ( physical Media Dependent) là lớp thấp nhất,

nó xác định tất cả các thiết bị phần cứng và các hoạt động giao tiếp phần mềm gồm việc truyền dữ liệu trên cáp quang, các dịch vụ cho lớp cao, các bộ kết nối dạng sóng của tín hiệu và yêu cầu mã hoá Lớp vật lý (PHY) nằm ngay phía trên PMD, PHY cung cấp các phơng pháp mà hoá và giải mã dữ liệu trớc khi truyền trên sợi quang, nó chịu trách nhiệm về việc truyền và nhận dữ liệu, điều chỉnh tốc độ và đồng bộ, trạng thái đờng dây khác nhau và hỗ trợ các dịch vụ lớp cao hơn Lớp MAC xác định loại khung đợc gửi, định nghĩa khuôn dạng và kích thớc khung Khi mạng rỗi, các bản tin quản lý đợc truyền để duy trì tính toàn vẹn của mạng, nó gồm các bản tin trạng thái đợc gửi đi giữa các nút, định thời trong mạng vòng, cách ly lỗi và loại bỏ khung dữ liệu không hợp lệ FDDI

là sự lựa chọn cho mạng đa dịch vụ băng rộng của các mạng lớn, nó tạo ra đờng trục chất lợng tốt cho nhiều mạng để hình thành mạng diện rộng dựa trên công nghệ cáp quang

1.4.6 Kết nối LAN qua WAN

Các mạng LAN tồn tại trong phạm vi nhỏ, và các mạng WAN sẽ là mạng diện rộng Tuy nhiên, rất khó vạch ra một biên giới rõ ràng về LAN và WAN dù chỉ theo phơng diện địa lý Nếu một mạng kết nối với mạng LAN khác và giao thức

sử dụng địa chỉ mạng chứ không đơn thuần là địa chỉ máy thì đó có thể coi là mạng WAN WAN kết nối các mạng LAN thông qua thiết bị lớp 3- bộ định tuyến, các bộ định tuyến không sử dụng địa chỉ máy có trong tiêu đề giao thức LAN mà chỉ dựa vào địa chỉ mạng

Giao thức chuyển mạch gói X.25 và X.75 là các giao thức mở đầu cho phép

relay) đợc đa ra để thay thế và có những u điểm hơn hẳn về độ chiếm dùng của thông tin điều khiển FR là một giao thức lớp 2, nó đóng gói dữ liệu bao gồm cả tiêu đề giao thức của các mạng khác thành một khung và gửi chúng đến đích trong mạng FR FR không cung cấp bất kỳ một phơng pháp phát hiện và sửa lỗi nào trên lớp 3, mạng FR chỉ sử dụng một phơng pháp đơn giản trong kỹ thuật

điều khiển luồng để ngăn ngừa sự tắc nghẽn, đó là các thủ tục rất đơn giản.ATM cũng đợc đặt ra là công nghệ nền cho mạng diện rộng, với các u điểm của công nghệ truyền tải không đồng bộ, cho phép đóng gói dữ liệu thành các tế bào vào đợc nhận dạng qua trờng VPI/VCI để thực hiện chuyển mạch tới thiết

bị đích của mạng ATM ATM đợc đề xuất cho mô hình mạng đa dịch vụ tích hợp băng thông lớn (B-ISDN) cho phép tích hợp dịch vụ và các giao thức lớp trên chạy trên nền tảng của nó Các giao thức phổ biến nh TCP/IP hoàn toàn có thể hoạt động tốt trên môi trờng mạng ATM và đó cũng là mục tiêu của cuốn tài liệu này, phần chi tiết sẽ đợc trình bày trong các chơng tiếp theo Trong phần này chúng ta sẽ cùng nhau xem xét kiến trúc cơ bản và xu hớng phát triển trong lĩnh vực thiết kế bộ định tuyến truyền thống kết nối các mạng LAN thông qua WAN

a Kiến trúc của các bộ định tuyến truyền thống

Sự phổ biến của internet đã khiến cho lu lợng trên mạng tăng lên nhanh chóng trong những năm gần đây Để duy trì sự tăng trởng các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đa ra các dịch vụ mới đa dạng trên nền đa phơng tiện, các dịch vụ đã tạo ra sức ép với hạ tầng mạng nhất là với các bộ định tuyến Các bộ định tuyến truyền thống hoạt động chủ yếu trên phần mềm, khả năng của bộ định tuyến th-ờng bị giới hạn bởi khả năng xử lý mã để đạt đợc tốc độ định tuyến nhanh, cần

có một bộ xử lý tốc độ cao và dung lợng bộ nhớ lớn, điều đó đồng nghĩa với giá thành cao Các mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt ASIC cùng với các công nghệ

bộ nhớ đã đợc triển khai nhằm cải thiện hiệu năng của các bộ định tuyến Mặt khác, các giải pháp công nghệ mới cũng đợc đề xuất và ứng dụng

Trớc hết chúng ta tìm hiểu các chức năng cơ bản của bộ định tuyến IP Bộ định tuyến là thiết bị lớp 3 trong mô hình OSI Nó đảm nhiệm 2 chức năng cơ bản ( định tuyến và chuyển tiếp gói tin) Quá trình định tuyến tập hợp các thông tin

về cấu trúc mạng và tạo ra một bảng định tuyến Trên cơ sở đó quá trình chuyển gói thực hiện chuyển tiếp các gói tin từ cổng đầu vào tới cổng đầu ra của bộ

định tuyến Mô hình bộ định tuyến điển hình đợc chỉ ra trên hình (21) sau đây gồm có 4 khối chức năng cơ bản: phần mềm định tuyến, khối xử lý gói, ma trận chuyển mạch và card đờng truyền

Bộ xử lý chính thực thi phần mềm định tuyến, phần mềm này thực hiện các chức năng định tuyến và duy trì các thông tin của mạng thông qua các giao thức

định tuyến, các thông tin đợc lu trữ tại bảng định tuyến và các dữ liệu đợc cập nhật thờng xuyên tuỳ thuộc vào cấu hình mạng Ma trận chuyển mạch thực hiện quá trình chuyển tiếp gói tin từ đầu vào tới đầu ra bộ định tuyến, nó là thành phần cốt lõi của phơng tiện chuyển gói Bộ xử lý chuyển gói thờng là một ASIC

đợc tối u để thực hiện nhiệm vụ xử lý gói với tốc độ cao nhất, trong bộ xử lý chuyển gói chứa và duy trì một bảng dữ liệu dành cho nhiệm vụ chuyển gói, bảng này nhận các thông tin cơ bản từ bảng định tuyến và thực hiện các tác vụ nh: đọc địa chỉ đích, tra cứu tuyến, tìm tiền tố phù hợp và chuyển gói tới đầu ra tơng ứng

b, Sự phát triển cấu trúc của các bộ định tuyến

Đã có rất nhiều cấu trúc đợc ứng dụng cho các bộ định tuyến, các cấu trúc đợc lựa chọn để đa vào khai thác dựa trên rất nhiều yếu tố gồm giá thành, dung l-ợng, chất lợng yêu cầu và công nghệ hiện thời

Thế hệ thứ nhất của bộ định tuyến tơng đối đơn giản nếu chúng ta nhìn nhận từ phơng diện cấu trúc (xem trên hình 1.1)

B ộ x ử l ý( C P U ) B ộ n h ớ

Hình 1.1: Kiến trúc bộ định tuyến thế hệ đầu tiên

Bộ định tuyến sử dụng bus truyền thống gồm một bộ xử lý tập trung đa chức năng, bộ đệm tập trung và một BUS chung chia sẻ dữ liệu cho các card đờng truyền đầu vào và đầu ra Bộ định tuyến nhận các gói tin tại giao diện và gửi các gói tin này tới bộ xử lý trung tâm (CPU) CPU có nhiệm vụ xác định chặng

đến tiếp theo của gói tin và gửi chúng tới giao diện đầu ra tơng ứng Các gói tin

đi vào bộ định tuyến phải đợc truyền trên cùng một bus để lập lịch trình tới đầu

ra và thờng đợc lu đệm tại một bộ nhớ dữ liệu tập trung Các card giao tiếp ờng truyền là các thiết bị không chứa khả năng xử lý gói Nhợc điểm cơ bản của

đ-tuyến và bus chỉ có thể đợc sử dụng cho một card đờng truyền tại một thời

điểm Một nhợc điểm khác nữa là hệ thống xử lý của bộ định tuyến, với chức năng đa xử lý, CPU sẽ phải thực hiện rất nhiều công việc gồm cả chức năng

định tuyến lẫn chuyển gói, nó tạo ra một tải trọng lớn cho các bộ xử lý đồng thời tạo ra hiện tợng nghẽn cổ chai tại bộ định tuyến

Hiệu năng của bộ định tuyến thế hệ đầu tiên phụ thuộc rất lớn vào tốc độ bus và năng lực xử lý của bộ xử lý trung tâm Kiến trúc này không thể đáp ứng đợc nhu cầu lu lợng ngày càng tăng của các giao diện mạng với tốc độ lên tới nhiều gigabit

Thiết kế cơ bản của bộ định tuyến thế hệ thứ hai đợc chỉ ra trên hình 1.2 sau

đây Bộ định tuyến đợc bổ sung các bộ xử lý ASIC và một vài bộ nhớ trong card

đờng truyền nhằm phân tán hoạt động chuyển gói, giảm lu lợng tải trên bus dùng chung Những thành phần bổ sung này có thể thực hiện tìm kiếm trong tiêu đề gói tin các thông tin và thực hiện lu đệm gói tin đến khi bus rỗi, có nghĩa là kiến trúc này cho phép xử lý gói tin ngay tại các giao diện

B ộ x ử l ý( C P U ) B ộ n h ớ

Hình 1.2: Kiến trúc bộ định tuyến thế hệ thứ hai

Trong kiến trúc này, bộ định tuyến giữ một bảng định tuyến trung tâm và các

bộ xử lý vệ tinh tại các giao diện mạng Nếu một tuyến nối không có sẵn trong bảng lu đệm thì giao diện sẽ yêu cầu tới bảng biên dịch tại trung tâm, nh vậy, tại tốc độ cao các bộ xử lý trung tâm vẫn xảy ra hiện tợng tắc nghẽn vì có quá nhiều yêu cầu cần xử lý tại các giao diện mạng và thời gian xử lý chậm hơn rất nhiều nếu nh dữ liệu này đã đợc cache tại card đờng dây

Một hạn chế chính của kiến trúc này là lu lợng phụ thuộc rất lớn vào khả năng

xử lý của CPU và năng lực của BUS, tuy nhiên chúng ta có thể thấy rõ biện pháp cải thiện hiệu năng hệ thống qua việc tăng cờng tính năng cho các giao

diện, bằng cách sử dụng bộ nhớ lớn hơn với các bảng định tuyến có kích thớc tăng lên Một giải pháp khác nhằm phân tán và giảm tốc độ truyền bằng các khối chuyển gói song song, nh vậy cấu trúc này tận dụng đợc băng thông của BUS sử dụng chung Tuy nhiên, các bộ định tuyến thế hệ 2 chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn vì không hỗ trợ đợc yêu cầu thông lợng lại mạng lõi, cấu trúc sử dụng bus làm phơng tiện truyền đã bộc lộ điểm yếu rõ rệt và rất khó thiết kế tại tốc độ cao

Để giải quyết vấn đề tắc nghẽn của các bộ định tuyến thế hệ 2, thế hệ bộ định tuyến thứ 3 đợc thiết kế với mục tiêu thay thế bus sử dụng chung bằng trờng chuyển mạch Các thiết kế cho bộ định tuyến thế hệ 3 nhằm giải quyết 3 vấn đề tiềm tàng trớc đây: năng lực xử lý, kích thớc bộ nhớ, và băng thông của bus Cả

3 vấn đề này đều có thể tránh đợc bằng cách sử dụng một kiến trúc với nền tảng

là ma trận chuyển mạch và các giao diện đợc thiết kế hợp lý Một bớc tiến quan trọng trong việc xây dựng các bộ định tuyến hiệu năng cao là tăng cờng xử lý cho từng giao diện mạng để giảm thiểu khối lợng xử lý và nguồn tài nguyên bộ nhớ của bộ định tuyến Các bộ xử lý đa năng và các mạch tích hợp đặc biệt hoàn toàn có thể giải quyết vấn đề này Tuy nhiên, khả năng xử lý tổng thể cho các gói tin qua hệ thống nh thế nào còn phụ thuộc vào khả năng tìm và chọn tuyến, cũng nh kiến trúc đợc lựa chọn, trong phần sau chúng ta sẽ xem xét chi tiết hơn Để kết thúc phần này, chúng ta xem xét một sơ đồ chức năng của bộ

định tuyến thế hệ 3 dới góc độ tổng quan nhất (Hình 1.3 )

B ộ x ử l ý( C P U )

Đi cùng với sự thay đổi của kiến trúc bộ định tuyến, các thuật toán xử lý cũng

đợc phát triển ví dụ nh thuật toán tìm kiếm địa chỉ theo tiền tố dài nhất, các kiểu hàng đợi, các bài toán lập lịch và các phơng pháp tích hợp bộ định tuyến,v v Các vấn đề đó vợt quá phạm vi của cuốn tài liệu này

1.5 Mạng thế hệ kế tiếp và các giao thức ứng dụng

1.5.1 Giới thiệu chung

NGN là thuật ngữ đợc sử dụng ngày càng nhiều trong mạng viễn thông, nó ờng đợc sử dụng đặt tên cho sự thay đổi cơ sở hạ tầng cung cấp dịch vụ đang bắt đầu trong ngành viễn thông và công nghệ thông tin (IT) Theo cách hiểu thông thờng, thuật ngữ này có thể không chính xác nhng nó không phải đơn giản chỉ là thuật ngữ để mô tả sự phát triển PSTN/ISDN /GSM pha 2

Một trong các đặc tính chính của NGN là tách riêng các dịch vụ với các mạng, cho phép đa chúng ra một cách riêng biệt và phát triển độc lập Do đó trong các cấu trúc NGN đa ra có sự phân chia rõ ràng giữa các chức năng của dịch vụ và các chức năng truyền tải Một giao diện mở đợc cung cấp giuã hai phía NGN cho phép cung cấp cả các dịch vụ đang tồn tại và các dịch vụ mới không phụ thuộc vào mạng và kiểu truy nhập đợc sử dụng

NGN sẽ phải cung cấp các năng lực (cơ sở hạ tầng, các giao thức ) để có…thể tạo ra, phát triển và quản lý tất cả các loại dịch vụ đã biết hoặc sẽ có Các dịch vụ trên có thể sử dụng tất cả các loại phơng tiện -media(audio, visual, audiovisual) với tất cả các hệ thống mã hoávà các dịch vụ dữ liệu, đàm thoại, hợp nhất-Unicast, địa phơng- Multicast và quảng bá-Broadcast, nhắn tin, dịch

vụ truyền dữ liệu đơn giản, có thời gian thực, các dịch vụ nhạy cảm với trễ hay chấp nhận trễ, các dịch vụ với các yêu cầu độ rộng băng thông khác nhau từ vài kbit/s tới hàng trăm Mbit/s có đảm bảo hoặc không Trong mạng NGN các mạng này tuỳ biến theo dịch vụ khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ ngày càng quan trọng NGN sẽ bao gồm các API(giao diện chơng trình ứng dụng liên quan đến dịch vụ) để hỗ trợ việc tạo, cung cấp và quản lý các dịch vụ

Trong NGN các thực thể chức năng điều khiển hoạt động, các phiên, media, các tài nguyên, phân phát dịch vụ bảo mật, có thể đợc phân tán khắp cơ

sở hạ tầng bao gồm cả các mạng đang tồn tại và mạng mới Khi chúng đợc phân

bố tự nhiên, chúng thông tin qua các giao diện mở Các giao thức mới đang đợc chuẩn hoá để cung cấp việc thông tin giữa các thực thể chức năng Liên kết hoạt động giữa NGN và các mạng đang tồn tại nh PSTN, ISDN, GSM bằng các gateway

NGN sẽ hỗ trợ các thiết bị cuối nhận biết NGN và các dịch vụ khác đang tồn tại Vì thế các dịch vụ kết nối đến NGN sẽ bao gồm các thiết bị thoại tong

tự, máy fax, các thiết bị ISDN, điện thoại di động tế bào, các thiết bị đầu cuối GPRS, đầu cuối SIP, thoại Ethernet qua PC,

Vấn đề cụ thể là việc chuyển các dịch vụ điện thoại tới cơ sở hạ tầng NGN, chất lợng dịch vụ liên quan tới các dịch vụ thời gian thực(đảm bảo băng thông, độ trễ, độ mất gói ) cũng nh vấn đề bảo mật NGN cần cung cấp cơ chế đối với các thông tin nhạy cảm khi đi qua cơ sở hạ tầng của nó để bảo vệ chống lại việc sử dụng gian lận các dịch vụ đợc cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ và bảo vệ bản thân cơ sở hạ tầngcủa nó trớc sự tấn công từ bên ngoài,

điều rất hay gặp đối với một mạng gói

1.5.2 Động lực phát triển

Động lực để hình thành và phát triển mạng thế hệ sau NGN (Next Genration Network) là sự gia tăng đột biến các loại hình dịch vụ, những thành tựu khoa học công nghệ về điện tử - tin học và sự đan xen chồng lấn của quá trình quản

lý và khai thác mạng Các số liệu thống kê và các kết quả dự báo đã đa ra sự phát triển đột biến của dịch vụ phi thoại, đặc biệt là các dịch vụ trên nền giao thức IP và các dịch vụ này sẽ chiếm một tỷ lệ áp đảo trong những thập niên tiếp theo[12] Trong lĩnh vực khoa học - công nghệ, những thành tựu đạt đợc về điện

tử - tin học nh mã hoá tốc độ thấp, tích hợp máy tính - truyền thông CTI, kỹ thuật xử lý phân tán đã tạo ra những tính năng mới và những phơng pháp tiếp cận mới trong công nghệ mạng

Các công nghệ mạng đợc chia thành 3 lĩnh vực, công nghệ truyền dẫn, công nghệ chuyển mạch và công nghệ truy nhập

Trong lĩnh vực công nghệ truyền dẫn, kỹ thuật quang mặc dù mới ra đời nhng

đã phát triển rất mạnh, hiện nay trên 60% lu lợng thông tin truyền trên toàn thế giới đợc truyền trên mạng quang[14] Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo ra các đờng truyền dẫn tốc độ cao (Gb/s) với khả năng vu hồi bảo vệ của các mạch vòng đã đợc sử dụng ở nhiều nớc trong đó có Việt nam Cùng với

đó là kỹ thuật ghép bớc sóng quang WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kết hợp một số các tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài các bớc sóng khác nhau và có thể sử dụng đợc các cửa sổ không gian, thời gian và độ dài bớc sóng Công nghệ WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gb/s, 10Gb/s, 20Gb/s Công nghệ truyền dẫn vô tuyến cũng

đang đợc phát triển rất mạnh trong một số năm gần đây, với sự phối hợp công nghệ truyền dẫn SDH trong lĩnh vực Viba, CDMA trong lĩnh vực thông tin di

Công nghệ chuyển mạch trớc đây và đang sử dụng phổ biến hiện nay rất khó

để đảm bảo đợc đa phơng tiện, đa dịch vụ băng rộng trong tơng lai Hớng phát triển công nghệ ATM đợc đánh giá rất cao trong mô hình mạng thế hệ sau NGN Cùng với công nghệ ATM, hiện nay đã có các thử nghiệm về việc chế tạo các chuyển mạch quang và xu hớng chuyển mạch quang sẽ phân loại theo nguyên lý: phân chia không gian, phân chia thời gian, phân chia theo tần số Công nghệ mạng truy nhập đã thay đổi rất lớn trong những năm vừa qua, do nhu cầu truy nhập các dịch vụ tiên tiến từ phía khách hàng đã làm thay đổi các phơng thức truyền thống, hình thành các công nghệ mạng mới: Mạng truy nhập quang, mạng truy nhập vô tuyến, truy nhập cáp đồng tốc độ cao Công nghệ mạng truy nhập có xu hớng phát triển truy nhập băng rộng và kết hợp các dịch vụ băng hẹp vào cùng một đờng truy nhập nh là đối với các dịch vụ băng rộng, nhng trong quá trình phát triển các dịch vụ này có thể truy nhập riêng biệt

Các vấn đề về giao thức và cấu trúc chung nhằm xác định cơ chế liên kết hoạt

động mạng giữa các mạng truy nhập dựa trên cấu trúc mạng NGN khác nhau cần phải nghiên cứu Điều này sẽ trở nên cấp bách khi các đầu cuối thực hiện các cuộc gọi giữa các kiểu mạng truy nhập khác nhau Cấu trúc NGN cho phép cung cấp cả các dịch vụ mới và các dịch vụ đang tồn tại, không phụ thuộc vào kiến trúc mạng cũng nh kiểu truy nhập đợc sử dụng Một mô hình cấu trúc cơ bản gồm có các phần tử nh sau:

Gateway Media hoàn thành các giao thức điều khiển mang và chứa các kết cuối mang.Nó cũng chứa các thiết bị thao thác media nh bộ dịch mã hoá, bộ khử tiếng vọng hay bộ gửi tone

gọi, quá trìng báo hiệu và nó cũng cung cấp việc điều khiển Media gateway Nó cũng phải cung cấp các giao diện (giao diện chuẩn hay giao diện API mở về phía server) ứng dụng để điều khiển dịch vụ Server ứng dụng trong mạng NGN là sự phát triển của server ứng dụng trên nền tảng Web có thể thực hiện các dịch vụ điều khiển Call server Do đó server ứng dụng có thể hiểu nh một nền IT đóng vai trò IN –SCF mở rộng các chức

năng của chúng để mở rộng các mô hình hoạt động (scenaros) mạng mới Môi trờng kiến tạo ứng dụng sẽ hỗ trợ đầy đủ việc xây dựng chu trình sống của một dịch vụ hay ứng dụng chạy trên server ứng dụng qua tất cả các giai

đoạn của nó nh phân tích các yêu cầu, kiến tạo ứng dụng, kiểm tra tính khả thi, triển khai ứng dụng, cung cấp hoạt động ứng dụng và xoá bỏ ứng dụng

Hình 1.4 Cấu trúc cơ bản của mạng NGN

Cấu trúc này cung cấp các ứng dụng nâng cao mới với đặc điểm tơng tác Media và các chức năng nhắn tin

và các ứng dụng qua các thiết bị thoại nh nó có thể trả lời cuộc gọi và các thông báo, đọc th điện tử bằng cách tổng hợp giọng nói, cung cấp đầu ra tới các ứng dụng từ các lệnh DTMF hay lệnh bằng giọng nói bằng cách sử dụng công nghệ nhận dạng giọng nói…

• Messaging server: chịu trách nhiệm lu trữ và điều khiển các bản tin đến, đi

và việc truyền các bản tin giữa các Messaging server khác nhau

1.5.4 Giao thức trong mạng NGN.

Các giao thức chính trong mạng NGN có thể xác định dựa trên các mặt phẳng

nh trong hình 1.5:

 Các giao thức giữa mặt phẳng dịch vụ/ứng dụng với mặt phẳng báo hiệu

và điều khiển là các API mở nh (IN/INAP, SIP, Camel, Jain, Parlay )…

 Các giao thức giữa mặt phẳng báo hiệu và điều khiển với mặt phẳng truyền tải là các giao thức Megaco,SIP-T, MGCP, RANAP, MAP, ISUP

Môi trường kiến tạo ứng dụng

Server ứng dụng

Media gateway

Media gateway

Call server

Call server

Mạng gói (IP/ATM)

Truy nhập tới mạng NGN Truy nhập tới

mạng NGN

 Ngoài ra trong mặt phẳng đều có các giao thức giữa các phần tử nh: Giữa

các SCP với giao thức INAP trong mặt phẳng dịchvụ/ứng dụng, hay giữa

các CallAgent với giao thức BICC, SIP-T

Là giao thức đợc SG 11 của ITU-T phát hành dựa trên cơ sở ISUP trong SS7

với đặc điểm là rất dễ dàng liên kết hoạt động với ISUP

BICC là giao thức đợc định nghĩa cho việc áp dụng trên việc truyền dẫn gói (IP,

ATM) Với CS1 ứng dụng cho việc truyền dẫn ATM: AAL1, AAL2, CS2 ứng

Các máy chủ ứng dụng(SCP, máy chủ Media)

Các trung tâm gọi, MGC, chuyển mạch mềm

Miền truyền dẫnIP: đư

ờng trụcIP, các bộ định tuyến các cơ chế QOS BG(RSVP,MPLS ) …

Liên kết hoạt động miền:

TG(MG),

SG, liên kết hoạt

rộng(IAD,MTA)

IN

MGC

Mạng VoIP khác

Đầu cuối không IP

Điện thoại IP(H323,SIP,M GCP )Đầu cuối IP

Báohiệu(MEGACO,MGCP,RANAP,ISUP, MAP)

SS7,TDM/AT M

T

BICC,SIP-dụng cho cả truyền dẫn IP & ATM, CS3 nâng cao việc liên kết hoạt động với các giao thức khác bao gồm cả SIP(hiện nay đang phát triển).

BICC cung cấp các công việc phục vụ cho dịch vụ mạng băng hẹp (PSTN, ISDN) qua mạng nền tảng gói mà không ảnh hởng tới các giao diện mạng đang tồn tại và các dịch vụ mạng kết cuối

Với giao thức BICC mạng không cần nhận biết dữ liệu truyền dẫn mang thực tế, thông tin kết nối xác định tải đợc sử dụng cho từng trờng hợp cuộc gọi và từng tải

Chức năng điều khiển mang của BICC phụ thuộc vào công nghệ mang đợc sử dụng ở lớp dới

b Megaco

Giao thức Megaco/H248 dựa trên mô hình chủ/ tớ và là chuẩn quốc tế cho việc

điều khiển gateway trong mạng phân tán và là chuẩn mở đợc phát triển kết hợp giữa ITU và IETF Megaco/H248 tuy còn đơn giản nhng hiệu quả và rất linh hoạt trong việc mở rộng, cho phép xây dựng phân chia các chức năng gateway bên dới lớp điều khiển cuộc gọi(nh SIP, H.323 ) Nó rất linh hoạt cho việc…phát triển phần lớn các dịch vụ với các yêucầu chất lợng, giá cả khác nhau cũng

nh hỗ trợ và phát triển các mạng sẵn có

c SIP

SIP là giao thức điều khiển cuộc gọi ngang hàng, đợc phát triển nh là một chuẩn mở của IETF, và là đối thủ của H.323 Khác với H.323, nó dựa trên nguồn gốc Web(HTTP) và có thiết kế kiểu modul, đơn giản và dễ dàng mở rộng với các ứng dụng thoại SIP

 Định vị ngời dùng thông qua địa chỉ tơng tự nh email

 Năng lực ngời dùng: các tham số phiên có thể thơng lợng giữa hai phía

 Lợi ích ngời dùng: Xác định dựa trên kiểu bên bị gọi muốn tiến hành truyền thông

SIP đang tăng trởng nhanh trong cả hệ thống và lơpứ thiết bị SIP là giao thức thích hợp với giao diện ngang hành cho các chuẩn khác nhau hay các gateway phân tán

d SIP-T

Sử dụng giao thức SIP cho mục đích liên kết hoạt động báo hiệu qua mạng gói với PSTN SIP-T không phải là một giao thức mới có thể coi nó là ứng dụng của SIP để dáp ứng các yêu cầu trong kết nối PSTN-IP Khả năng hỗ trợ của SIP-T:

 Đáp ứng đợc các thông tin ISUP

 Có khả năng định tyuến các bản tin SIP phụ thuộc vào bản tin ISUP

SIP đảm bảo các chức năng sau:

 Chứa đựng đợc ISUP trong bản tin SIP

 Khả năng chuyển thông tin từ ISUP sang SIP

 Sử dụng phơng pháp INFO cho các chức năng SIP-T báo hiệu các cuộc gọi trung gian

e H.323

H.323 là chuẩn mở đợc ITU-T phát triển cho việc điều khiển cuộc gọi ngang hàng, dựa trên cơ sở của H.320 và ISDN Q.93 H.232 là một cấu trúc chặt chẽ, phức tạp và phù hợp với việc thực thi các đặc tính thoại truyền thống H.232 cũng thích hợp với các gateway đơn lẻ hay một giao diện ngang hàng tới các gateway tách rời sử dụng dới Megaco/H248 H.323 hiện nay đợc dùng phổ biến cho việc liên kết hoạt đông các lớp hệ thống, nhất là trong môi trờng thơng mại một số điện thoại dựa trên H.323 và các máy PC có cài phần mềm thoại H.323 đang đợc đa vào sử dụng

f MGCP

MGCP (giao thức điều khiển gateway media) đã khởi đầu nh đề nghị cho giao thức Megaco/H248, và nó cũng dựa trên kiểu chủ/tớ Trong khi MGCP sớm phát triển và đợc triển khai trong một số mạng, nó không đáp ứng đợc đầy đủ

xu hớng công nghiệp hiện tại mà cũng không thực sự là một chuẩn mở MGCP

có các hạn chế trong việc hỗ trợ các mạng khác PSTN, nó ít mềm dẻo và khó

mở rộng hơn Megaco/H.248 do đó ít đợc sử dụng

g ISUP, INAP

Đây là các giao thức rất phổ biến, hỗ trợ cho việc điều khiển cuộc gọi giữa các tổng đài số, đợc ITU-T phát triển ISUP là một giao thức báo hiệu số 7 cung cấp các chức năng báo hiệu cho các dịch vụ cơ bản, dịch vụ bổ xung trong các ứng dụng thoại và phi thoại của mạng số đa dịch vụ

ISUP sử dụng các dịch vụ do phần chuyển giao tin báo MTP cung cấp và trong một số trờng hợp sử dụng các dịch vụ cung cấp bởi phần điều khiển đấu nối báo hiệu SCCP ISUP hỗ trợ ISDN, trao đổi báo hiệu kênh, các lớp dịch vụ và kết nối giữa ISDN với các mạng không phải ISDN

Giao thức INAP đợc thực hiện với 3 phần chức năng: Xác định các nguyên tắc

giữa SACF/MACF, xác định các tiến trình hoạt động truyền dẫn giữa các thực thể và xác định hoạt động xảy ra tại mỗi thực thể

1.6 giải pháp của một số hãng phát triển mạng NGN

Trong phần này giới thiệu một số mô hình cấu trúc mạng viễn thông thế hệ sau NGN và giải pháp mạng của một số hãng cung cấp thiết bị viễn thông lớn hiện nay.

1.6.1 Mô hình NGN của Alcatel

Alcatel đa ra mô hình mạng thế hệ sau NGN với 4 lớp: Lớp truy nhập và truyền tải, lớp trung gian, lớp điều khiển, lớp dịch vụ mạng Minh hoạ trên hình 1.6 dới đây

Hình 1.6 :Mô hình mạng thế hệ sau của Alcatel

Alcatel giới thiệu các chuyển mạch đa dịch vụ, đa phơng tiện 1000MM E10

và Alcatel 1000 Softswitch cho giải pháp xây dựng mạng NGN Trong đó họ sản phẩm 1000 MM E10 là hệ thống cơ sở để xây dựng mạng viễn thông thế hệ

với các hệ thống E10 trớc đây, lên đến 8 triệu BHCA, tốc độ chuyển mạch ATM có thể lên tới 80Gbit/s Đặc điểm lớn nhất của hệ thống này là chuyển một số chức năng liên quan đến điều khiển cuộc gọi nh chơng trình kết nối ATM bán cố định, chơng trình xử lý số liệu cho việc lập kế hoạch đánh số, định tuyến, điểm điều khiển dịch vụ nội hạt, quản lý kết nối băng rộng, v v, trên các máy chủ UNIX

Hệ thống này có thể sử dụng làm các chức năng sau:

Gateway trung kế: hỗ trợ kết nối giữa mạng thoại dùng TDM và mạng chuyển

mạch gói Hệ thống này gồm gateway cho mạng thoại qua ATM và thoại qua IP

Gateway truy nhập: Hệ thống này thực hiện kết nối đến thuê bao, tập trung các

loại lu lợng POST, ISDN, ADSL, ATM, IP và chuyển đến mạng chuyển mạch gói Hệ thống cũng cung cấp các chức năng xác nhận, cho phép kết nối, thống

kê và các kết cuối băng hẹp cũng nh băng rộng

Tổng đài chuyển mạch gói: Có chức năng kết hợp chuyển mạch và định tuyến

đặt ở phần lõi hay biên của mạng chuyển mạch gói Thiết bị này chuyển tải thông tin giữa Gateway trung kế và Gateway truy nhập

1.6.2 Mô hình NGN của Ericsson

Ericsson giới thiệu giải pháp mạng thế hệ mới có tên ENGINE ENGINE tạo

ra một mạng lõi cung cấp nhiều dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất

Nó bao gồm toàn bộ các sản phẩm mạng đa dịch vụ của Ericsson và đây là một tập hợp các giải pháp và sản phẩm

Cấu trúc mạng ENGINE hớng tới các ứng dụng, cấu trúc này dựa trên mối liên

hệ khách/chủ và Gateway/Server Các ứng dụng gồm phần Client trên máy đầu cuối và các Server trong mạng giao tiếp với nhau qua các giao diện mở và hớng tới mạng độc lập với dịch vụ Hình 1.7 minh hoạ mô hình NGN của Ericsson

Hình 1.7: Mô hình mạng thế hệ sau của Ericsson

Mạng ENGINE đợc phân thành 3 lớp, sử dụng công nghệ chuyển mạch gói:

Lớp ứng dụng dịch vụ/điều khiển: Bao gồm các Server có chức năng điều khiển

các cuộc gọi PSTN/ISDN và số liệu, cung cấp các dịch vụ mạng thông minh IN, multimedia có thời gian thực trên cơ sở hệ thống xử lý AXE của Ericsson

Lớp truyền tải: Lớp kết nối xử lý các thông tin ngời sử dụng, chuyển mạch và

định tuyến lu lợng hay còn gọi là lớp vận chuyển với phần lõi chuyển mạch chính là ATM AXD 301 có dung lợng từ 10 đến 160 Gbit/s và có khả năng mở rộng đến 2500 Gbit/s trong tơng lai Đồng thời hệ thống chuyển mạch ATM

AXD 301 có thể đợc sử dụng nh một giao diện giữa mạng lõi và các mạng truy nhập khác nh: mạng cố định, mạng vô tuyến và mạng di động.

Lớp truy nhập: Đảm bảo khả năng truy nhập của thuê bao từ các mạng cố định,

vô tuyến cố định, di động và các mạng truy nhập khác Ericsson giới thiệu sản phẩm ENGINE gồm các dòng sản phẩm đáp ứng yêu cầu của giải pháp mạng cần triển khai (truy nhập băng hẹp, đa truy nhập, truy nhập kiểu ADSL, phân tách DSL, chuyển mạch ghép, việc chuyển mạch sẽ do chuyển mạch nội hạt thực hiện.Để cung cấp các dịch vụ ATM, ENGINE sẽ phối hợp với mạng công cộng

Sản phẩm ENGINE có 3 giải pháp ứng dụng mạng:

Mạng trung kế: Đây là bớc đầu tiên để tiến đến mạng đa dịch vụ, chuyển mạch

ATM lắp ghép với tổng đài TOLL trong mạng PSTN sẽ cho phép lu lợng thoại

đợc vận chuyển nh lu lợng trên mạng đờng trục Trong đó lu lợng thoại vẫn đợc

điều khiển chuyển mạch trớc khi đa tới chuyển mạch ATM

Mạng chuyển mạch: Sử dụng thay thế mạng đờng trục điều khiển hoàn toàn

bằng các chuyển mạch gói cho các ứng dụng IP và ATM Thực hiện điều khiển cuộc gọi sẽ do máy chủ lớp điều khiển thực hiện kết nối và quá trình chuyển mạch sẽ do chuyển mạch ATM đảm nhiệm

Mạng tích hợp: Là giải pháp cung cấp đầy đủ các tính năng của mạng thế hệ

sau Việc điều khiển cuộc gọi sẽ đợc tập trung bởi các máy chủ thoại ở lớp điều khiển thực hiện, các hệ thống chuyển mạch ATM sẽ thay thế các chuyển mạch nội hạt và nút truy nhập để cung cấp các dịch vụ băng rộng cho thuê bao Đây

là cấu trúc còn đợc gọi là mạng đa dịch vụ điểm tới điểm

1.6.3 Giải pháp kết hợp ATM/IP của Nortel

Nortel giới thiệu các sản phẩm tơng ứng với họ sản phẩm OP TeraPacket và Passport 15000 Họ sản phẩm OP Tera packet cho lớp điều khiển, OP Tera Packet Core cho lớp vận chuyển xơng sống và Passport cho hệ thống chuyển mạch và truy nhập đa dịch vụ Giải pháp Passport của Nortel trình bày trên hình 1.8 dới đây

Hình 1.8: Mô hình giải pháp Passport của Nortel

Mục tiêu chính của Nortel là hoàn thiện mạng lõi đảm bảo hợp nhất mạng thoại và số liệu để có thể cung cấp các dịch vụ IP/ATM bằng cách đa ra khối lõi IP/MPLS bao gồm lõi là bộ định tuyến IP và chuyển mạch MPLS có dung lợng 19,2 Tbit/s và có giao diện quang 2,5Gbit/s Hệ thống chuyển mạch Passport dựa trên cơ sở việc ghép ATM và IP/MPLS có khả năng cung cấp đa dịch vụ cho thuê bao với dung lợng 40 Gbit/s và có khả năng mở rộng đến Terabit/s

Họ sản phẩm Pasport đợc gới thiệu gồm Pasport 7000, 15000, 15000-VSS và 15000-BSN đợc sử dụng nh phần lõi của mạng chuyển mạch hoặc nh loại media Gateway của lớp liên kết trong mạng NGN

Hệ thống mạng lõi Passport 15000 đợc xây dựng trên các chuẩn PNNI, IISP

và DPRS, tích hợp IP trên ATM để có thể cung cấp các dịch vụ một cách toàn diện Đặc biệt đối với khả năng MPLS phối hợp định tuyến, đấu chéo lu lợng số liệu cho các dịch vụ FR, IP và ATM đảm bảo chất lợng dịch vụ QoS, ngoài ra còn có khả năng hợp nhất điều khiển phục vụ cho ứng dụng gói/quang

1.6 4 Mô hình mạng NGN của Siemens

Giải pháp mạng NGN của Siemens dựa trên cấu trúc phân tán, xóa đi khoảng cách giữa mạng PSTN và mạng số liệu Các hệ thống đa ra vẫn dựa trên cấu trúc phát triển của hệ thống chuyển mạch của Siemens là EWSD, mạng thế hệ mới có tên là SURPASS đợc minh hoạ trên hình 1.9

23

Mạng IP/ATM

BICC SIGTRAN

BICC SIGTRAN

MGCP/H248 MEGACO

MGCP/H248 MEGACO

C7/IP SIGTRAN SIGTRANSIGTRANC7/IP C7/IP

Quản lư ISP

Corba, SNMP, API, PINT

SURPASS hiS

SURPASS hiQ SURPASS HiR

SURPASS hiQ

SURPASS HiR

SURPASS hiS

Hình 1.9: Mô hình giải pháp Surpass cuả Siemens

Phần chính của SURPASS là hệ thống SURPASS hiQ, đây có thể coi là hệ thống chủ tập trung cho lớp điều khiển của mạng với chức năng nh một gateway mạng để điều khiển các tính năng thoại, kết hợp với khả năng báo hiệu mạnh để kết nối với nhiều mạng khác nhau Trên hệ thống có khối chuyển đổi báo hiệu số 7 của mạng PSTN/íDN sang giao thức điều khiển MGCP Tuỳ theo chức năng và dung lợng, SURPASS hiQ đợc chia thành các loại SURPASS hiQ

10, 20 hay SURPASS hiQ 9100, 9200, 9400

Phần chính của SURPASS là hệ thống SURPASS hiQ, đây có thể coi là hệ thống chủ tập trung cho lớp điều khiển của mạng với chức năng nh một gateway mạng để điều khiển các tính năng thoại, kết hợp với khả năng báo hiệu mạnh để kết nối với nhiều mạng khác nhau Trên hệ thống có khối chuyển đổi báo hiệu số 7 của mạng PSTN/íDN sang giao thức điều khiển MGCP Tuỳ theo chức năng và dung lợng, SURPASS hiQ đợc chia thành các loại SURPASS hiQ

10, 20 hay SURPASS hiQ 9100, 9200, 9400

SURPASS hiG là họ hệ thống gateway từ các mạng dịch vụ cấp dới lên SURPASS hiQ, hệ thống nằm ở nbiên mạng đờng trục, chịu sự quản lý của SURPASS hiQ

SURPASS hiA là hệ thống truy nhập đa dịch vụ nằm ở lớp truy nhập của NGN, phục vụ truy nhập thoại, xDSL và các dịch vụ số liệu trên một nền duy nhất SURPASS hiA có thể kết hợp với các tổng đài PSTN EWSD hiện có qua giao diện V5.2, cũng nh với SURPASS hiQ tạo nên mạng thế hệ mới SURPASS hiA đợc phân thành nhiều loại theo các giao diện hỗ trợ (xDSL, băng rộng, Leased line, gate way, VoIP/VoATM) thành các loại SURPASS hiA 7100,

7300, 7500

Để quản lý hệ thống của SURPASS, Siemens đa ra hệ thống quản lý mạng NetManager Hệ thống quản lý này sử dụng giao thức quản lý SNMP chạy trên nền JAVA/COBRA, quản lý qua giao diện Web

Lucent nhấn mạnh cấu trúc mạng NGN trên 2 lớp: Lớp lõi ATM/IP và truyền dẫn quang (áp dụng công nghệ quang tiên tiến nh WDM, DWDM ) Lớp phân phối dịch vụ phục vụ chính nh lớp tập hợp đa dịch vụ, nó cung cấp khả năng thích ứng vào mạng lõi Sự tách biệt giữa lớp phân phối dịch vụ với lớp lõi mạng phía trong cho phép tối u các thành phần một cách thích hợp tại mỗi lớp Mô hình của Lucent minh hoạ trên hình 1.10.

Các hệ thống thiết bị chủ yếu của Lucent sử dụng cho NGN :

Chuyển mạch gói đa dịch vụ MSC 25000: Có khả năng xử lý 750 triệu gói tin,

băng thông ở giao diện quang từ 155Mbit/s đến 10 Gbit/s Thiết bị này cung cấp dự phòng 320 Gbit/s, lu lợng 2 chiều, tơng đơng với 15 triệu kênh ảo trên

hệ thống và 50 ngàn cuộc gọi có thể thiết lập trong một giây

Thiết bị truyền dẫn đa dịch vụ MetroMSX 4500, 2500 và 2000.

Ngoài ra còn có các sản phẩm B-STDX 8000/9000 và CBX 500 hỗ trợ các dịch vụ của cả Frame Relay và ATM

1.6.6 Xu hớng phát triển NGN của NEC

NEC đa ra mô hình mạng trong tơng lai trên cơ sở họ sản phẩm tổng đài

mới này nhấn mạnh đến khả năng phát triển hài hoà giữa mạng khách hàng hiện tại và cung cấp dịch vụ IP đảm bảo QoS một cách kinh tế và hiệu quả Họ sản phẩm hỗ trợ cho NGN gồm 3 loại hệ thống:

IP Gateway (PSTN/IP): Cung cấp giao diện PSTN/IP và quay trọn số truy nhập

internet Loại này đợc sử dụng trong trờng hợp có 2 mạng đờng trục riêng cho PSTN và Internet

Media GateWay : Ngoài khả năng cung cấp các giao diện PSTN/IP và quay số

truy nhập Internet còn có các giao diện truy nhập số liệu tốc độ cao xDSL Loại

này đợc sử dụng để kết nối mạng truyền dẫn SDH tách biệt với mạng IP và mạng đờng trục ATM.

Gateway truy nhập :đa năng hơn 2 loại trên, ngoài các giao diện cho thuê bao

nh Media Gateway còn có các giao diện WLL, IP/ATM cho PBX Loại này đợc

sử dụng trong trờng hợp mạng đờng trục đã đợc gói hoá trên cơ sở IP/ATM

1.6.7 Một số đánh giá về giải pháp phát triển NGN

Các hãng cung cấp thiết bị giới thiệu nhiều mô hình cấu trúc NGN khác nhau và kèm theo là các giải pháp mạng với các thiết bị mới do họ cung cấp Qua các tài liệu kỹ thuật cho thấy, các hãng đã đa ra đợc mô hình cấu trúc tơng

đối rõ ràng và các giải pháp phát triển mạng NGN khá cụ thể: Siemens với Superpass, Alcatel với 1000 MM E10, Ericsson với Engine, v v Trong đó phần lớn các mô hình cấu trúc tơng ứng với mô hình của diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ MSF đa ra nh sau:

Hệ thống chuyển mạch NGN đợc phân thành 4 lớp tách biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống nh công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: Lớp ứng dụng/ dịch vụ, lớp điều khiển, lớp chuyển tải dịch vụ, lớp truy nhập Mô hình phân lớp của hệ chuyển mạch thế hệ mới đợc mô tả trong hình 1.11 Trong đó lớp quản

lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp truy nhập, truyền tải và điều khiển

Hình 1.11: Mô hình phân lớp hệ thống chuyển mạch NGN

Lớp ứng dụng và dịch vụ

Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ nh dịch vụ mạng thông minh IN, trả tiền trớc, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển v.v…Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc

điều khiển logic dịch vụ của chúng, một số loại khác sẽ đợc điều khiển qua liên

Lớp điều khiển

Lớp chuyển tải

Lớp truy nhập

Chuyển mạch góiChuyển mạch kênh

Lớp quản lý

mạng có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng.

Lớp điều khiển

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc diều khiển các thiết bị chuyển mạch của lớp chuyển tải

và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập Gồm có các chức năng sau:

 Định tuyến và định tuyến lại lu lợng giữa các khối chuyển mạch

 Thiết lập các yêu cầu, điều chỉnh lại kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn giữa giao diện các cổng

 Phân bổ lu lợng và các chỉ tiêu chất lợng đối với mỗi kết nối hoặc mỗi luồng và thực hiện việc quản lý giám sát điều khiển để đảm bảo các chỉ tiêu chất lợng

 Điều khiển các chức năng của lớp ứng dụng,

 Chức năng thu nhận và chuyển thông tin báo hiệu từ cổng và chuyển các thông tin này tới các thành phần khác trong lớp mạng điều khiển

 Điều phối kết nối và các thông số của lớp ứng dụng với các thành phần của hệ thống chuyển mạch đầu xa

 Quản lý và bảo dỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển Thiết lập quản lý và bảo dỡng các luồng yêu cầu cho các dịch vụ

đặc biệt, báo hiệu cho các thành phần ngang cấp

 Các chức năng hỗ trợ nh tính cớc, chăm sóc khách hàng cũng đợc tích hợp trong lớp điều khiển

Lớp chuyển tải

Bao gồm các nút chuyển mạch ATM+IP và các hệ thống truyền dẫn thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển

Lớp truy nhập

Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang hoặc vô tuyến Các thiết bị truy nhập có thể cung cấp các loại cổng truy nhập cho các loại thuê bao sau: POTS, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động v.v

Nh vậy, trong cấu trúc mạng mới mà các hãng đề xuất, các chức năng truyền tải bao gồm chức năng chuyển mạch và truyền dẫn, hình thành lớp lõi Với mô hình này các thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch chỉ đợc xem nh các công cụ thực hiện chức năng truyền tải lu lợng

Cấu trúc mạng mới đa phơng tiện, đa dịch vụ đòi hỏi các thủ tục kết nối phải

đợc thực hiện từ đầu cuối tới đầu cuối xuyên suốt, chịu sự ảnh hởng rất lớn của các hoạt động điều hành trong lớp điều khiển và lớp quản lý

1.6 Tổng kết chơng

Chơng mở đầu trình bày khái quát về một vấn đề cơ bản trong quá trình phát triển mạng, cách tiếp cận của tác giả là từ tổng quan tới chi tiết, nội dung các mục đã thể hiện một số đặc điểm cơ bản trong quá trình hội tụ công nghệ mạng Mô hình kết nối hệ thống mở đợc đa vào trong chơng này với mục đích giới thiệu và sẽ là sở cứ cho các mô hình tham chiếu của các hệ thống tới đó Phần trình bày về chuyển mạch LAN/WAN đánh giá sơ bộ về một số công nghệ mạng phổ biến, trong đó giới thiệu về sự phát triển của các bộ định tuyến để nhằm nổi bật chức năng định tuyến và chuyển mạch trong mạng công nghệ thông tin IT Phần còn lại của chơng giới thiệu sơ bộ về một số đặc điểm cơ bản của mạng thế hệ kế tiếp, nơi mà công nghệ chuyển mạch IP sẽ đợc ứng dụng,

cụ thể hơn là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức đang và sẽ đợc triển khai trong các mô hình mạng NGN Một vài phân tích cơ bản đã cho thấy, mạng thế hệ sau không phải là một mạng hoàn toàn mới, vì vậy khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hớng NGN phải thực hiện kết nối với mạng hiện tại và tận dụng các thiết bị viễn thông trên mạng để nhằm đạt đợc hiệu quả khai thác tối đa Điều này phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc mạng hiện tại và nhu cầu dịch

vụ trong tơng lai của từng quốc gia

Chơng 2: Công nghệ IP

2.1 Địa chỉ Internet

2.1.1 Mô hình tham chiếu tới OSI

Mô hình tham chiếu APRA tới mô hình OSI gồm có 4 lớp chức năng đợc chỉ

ra trên hình 2.1 sau đây

ARPA OSI

Lớp ứng dụng

Lớp trình diễn

Lớp phiênLớp truyền tải

Lớp mạngLớp liên kết số liệu

Lớp xử lý và ứng dụng

Lớp truyền tảiLớp internetGiao diện mạng

Giao thức ứng dụng trong internet

HTTP, FTP, SMTP

TCP, UDP

IP, ARP, RARP, ICMP

NIC, Ethernet, MAN, WAN,

Lớp thấp nhất trong mô hình ARPA là lớp giao diện mạng hay còn đợc gọi là lớp mạng cục bộ bao gồm liên kết vật lí giữa các thiết bị Lớp giao diện mạng

có mặt ở tất cả các thiết bị mạng (các Host, các trạm trung chuyển) Nó bao gồm tất cả các thành phần phần cứng của cơ sở hạ tầng mạng và có chức năng t-

ơng ứng với tầng vật lí và tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, nó tạo các kết nối vật lí đến hệ thống cáp trong thời gian thích hợp, tạo khung thông tin Giao tiếp mạng có thể bao gồm một chơng trình điều khiển thiết bị hay một hệ con phức tạp sử dụng các giao thức kết nối dữ liệu riêng

Lớp Internet của mô hình ARPA tơng ứng với lớp mạng trong mô hình OSI

Nó cách ly các Host với các chức năng chi tiết của mạng, ví dụ nh phơng pháp

đánh địa chỉ để thực hiện các chức năng định tuyến và chuyển mạch thông tin qua mạng Cụ thể lớp Internet giải quyết một số vấn đề: đánh địa chỉ, phân phối gói tin, định tuyến Giao thức IP đợc phát triển để cung cấp các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối cho lớp Internet, gửi và nhận các thông điệp kiểm soát và xử

lý lỗi ICMP (Internet Control Message Protocol)

Nhiệm vụ cơ bản của lớp truyền tải là cung cấp phơng tiện liên lạc từ một

ch-ơng trình ứng dụng này tới một chch-ơng trình ứng dụng khác Trong khi lớp Internet thực hiện chức năng phân phối bản tin từ đầu cuối đến đầu cuối và không đảm bảo cho sự phân phối đó Mức truyền tải có thể điều chỉnh luồng thông tin, nó có thể cung cấp quá trình truyền có độ tin cậy, bảo đảm dữ liệu

đến nơi không có lỗi và đúng thứ tự Để làm đợc điều đó phần mềm giao thức

sẽ gửi lại nơi nhận bản tin xác nhận, Có hai giao thức đợc phát triển để hỗ trợ lớp này là: Giao thức điều khiển truyền dẫn TCP (Transport Control Protocol) -

hỗ trợ các ứng dụng yêu cầu dịch vụ từ đầu cuối- tới - đầu cuối có độ tin cậy Giao thức lợc đồ dữ liệu ngời dùng UDP (User Datagram Protocol)- hỗ trợ các ứng dụng không yêu cầu độ tin cậy cao Ngoài ra giao thức bản tin điều khiển ICMP cho phép các Host và các trạm trung chuyển trao đổi các thông tin quản

lí và điều khiển bằng các bản tin

Lớp cao nhất trong mô hình ARPA là lớp ứng dụng/xử lí , chỉ có mặt ở các Host để hỗ trợ quá trình xử lí hay ứng dụng từ ngời dùng - tới - host và từ host - tới - host Có nhiều tiêu chuẩn ứng dụng đợc phát triển bao gồm ứng dụng cho mạng viễn thông, cho các truy nhập thiết bị đầu cuối ở xa (TELNET), giao thức FTP (File Transfer Protocol) để truyền file, giao thức truyền th đơn giản SMTP (Simple Mesage Transfer Protocol) cho th điện tử Lớp này tơng đơng với 3 lớp trên cùng của mô hình OSI

Hình 2.1: Mô hình ARPA với mô hình OSI

2.1.2 Tiêu đề IPv4

Tiêu đề IP đợc thêm vào sau khi nó nhận đợc thông tin của lớp chuyển vận hoặc từ lớp ứng dụng, sau đó nó đợc đa xuống tầng liên kết dữ liệu để truyền đi trên một phơng tiện nhất định Cấu trúc tiêu đề IPv4 đợc chỉ rõ trên hình 2.2

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Source IP address Destination IP address Options and padding

:::

Hình 2.2: Tiêu đề IPv4

Các trờng chức năng của tiêu đề gói tin IP gồm có:

Version: Chỉ ra phiên bản của giao thức hiện hành (IPv4), đợc sử dụng để máy

gửi, máy nhận, các bộ định tuyến cùng thống nhất về định dạng datagram

IHL (Identifed Header Length): Trờng xác nhận độ dài tiêu đề cung cấp thông

tin về độ dài tiêu đề của gói tin, thông thờng tiêu đề có độ dài 20 octets

TOS (Type Of Service): Trờng kiểu phục vụ dài 8 bit gồm 2 phần: trờng u tiên

và kiểu phục vụ Trờng u tiên gồm 3 bit dùng để gán mức u tiên cho các gói tin, cung cấp cơ chế cho phép điều khiển các gói tin qua mạng Các bit còn lại dùng xác định kiểu lu lợng gói tin khi nó chuyển qua mạng, nh đặc tính trễ, độ thông qua và độ tin cậy Vào khoảng cuối năm 1990, IETF đã định nghĩa lại ý nghĩa của các bít trong trờng TOS để thể hiện một tập hợp các dịch vụ khác biệt Thông qua 6 bit đầu tiên thiết lập 64 điểm mã (codepoint) để ánh xạ vào một số dịch vụ cơ sở, 2 bit còn lại để trống Tuy nhiên trờng dữ liệu này đợc sử dụng

nh thế nào? thì còn tuỳ thuộc rất nhiều vào kiến trúc mạng, vì chính bản thân mạng Internet không đảm bảo chất lợng phục vụ QoS, nên đây đơn thuần chỉ là tiêu chí yêu cầu chứ không phải là tiêu chí đòi hỏi đối với các bộ định tuyến Việc sử dụng trờng TOS để nâng cao chất lợng dịch vụ sẽ đợc đề cập trong các phần sau của luận văn

TL (Total length): Trờng hiển thị tổng độ dài gói tin dài 16 bit, sử dụng để xác

định chiều dài của toàn bộ gói IP Chiều dài lớn nhất một gói IP cho phép là

65535 octets

Identification: Trờng nhận dạng dài 16 bit, đợc máy chủ sử dụng để phát hiện

và nhóm các đoạn bị chia nhỏ của gói tin Các bộ định tuyến sẽ chia nhỏ các gói tin nếu nh đơn vị truyền tin lớn nhất của gói tin MTU (Maximum Transmission Unit) lớn hơn MTU của môi trờng truyền MTU của môi trờng

máy chủ đích Sự chia cắt gói tin tạo thêm công việc cho các bộ định tuyến và các máy chủ đầu cuối Một kỹ thuật có tên là tìm tuyến đờng cho đơn vị truyền gói tin lớn nhất (Path MTU Discovery) đợc đa ra, tạo khả năng cho một máy chủ gửi tin có thể tìm ra một MTU lớn nhất có thể, theo con đờng từ nguồn tới

đích mà không cần bất kỳ quá trình chia cắt gói tin nào khác

Flags : Trờng cờ chứa 3 bít đợc sử dụng cho quá trình điều khiển phân đoạn, bít

đầu tiên chỉ chị tới các bộ định tuyến cho phép hoặc không cho phép phân đoạn gói tin, 2 bít giá trị thấp đợc sử dụng để điều khiển phân đoạn, kết hợp với trờng nhận dạng và trờng phân đoạn để xác định gói tin nhận đợc sau quá trình phân

đoạn

Fragment Offset : Trờng phân đoạn mang thông tin về số lần chia một gói tin,

kích thớc của gói tin phụ thuộc vào mạng cơ sở truyền tin, tức là độ dài gói tin không thể vợt qua MTU của môi trờng truyền

TTL (Time-to-live): Trờng thời gian sống của gói tin sử dụng để ngăn các gói

tin lặp vòng trên mạng, có vai trò nh một bộ đếm ngợc nhằm tránh hiện tợng trễ gói tin quá lâu trên mạng TTL cũng sử dụng để xác định phạm vi điều khiển, qua việc xác định xem một gói có thể đi đợc bao xa trong mạng Bất kỳ gói tin nào có vùng TTL đạt giá trị bằng 0 thì gói tin đó sẽ bị bộ định tuyến huỷ bỏ và thông báo lỗi sẽ đợc gửi về trạm phát gói tin

Protocol : Trờng này đợc dùng để xác nhận giao thức lớp kế tiếp mức cao hơn

đang sử dụng dịch vụ IP, thể hiện dới dạng con số thập phân

H-Check sum: Trờng kiểm tra tổng dài 16 bit, đợc tính toán trong tất cả các

ờng của tiêu đề IPv4 (TOS, HL, TTL ) Mỗi khi gói qua bộ định tuyến, các ờng lựa chọn có thể bị thay đổi và trờng TTL sẽ bị thay đổi giá trị Cho nên một gói tin khi qua các bộ định tuyến thì trờng kiểm tra tổng cần phải đợc tính toán

tr-và cập nhật lại để đảm bảo độ tin cậy của thông tin định tuyến

Source Address- Destination Address : Trờng địa chỉ nguồn và địa chỉ đích đợc

các bộ định tuyến và các gateway sử dụng để định tuyến các đơn vị số liệu, luôn luôn đi cùng với gói tin từ nguồn tới đích

Options và Padding: Có độ dài thay đổi, dùng để thêm thông tin chọn và chèn

đầy đảm bảo số liệu bắt đầu trong phạm vi 32 bit

2.1.3 Tiêu đề IPv6

Diễn đàn IP phiên bản 6 đợc bắt đầu vào tháng 7-1999 bởi 50 nhà cung

cấp Internet hàng đầu với mục đích phát triển giao thức IPv6, nó sẽ cải thiện chất lợng và bảo mật của Internet, thiết lập một cơ cấu cho thế kỷ mới IPv6 đặc biệt quan trọng khi các thiết bị tính toán di động tiếp tục gia tăng trong thập kỷ tới

Do sự thay đổi về bản chất của internet và mạng thơng mại mà giao thức liên mạng IP trở nên lỗi thời Trớc đây, Internet và hầu hết mạng TCP/IP cung cấp sự hỗ trợ các ứng dụng phân tán khá đơn giản nh truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET, song ngày nay internet ngày càng trở thành đa phơng tiện, môi trờng giàu tính ứng dụng, dẫn đầu là dịch vụ WWW (World Wide Web) Tất cả sự phát triển này đã bỏ xa khả năng đáp ứng các chức năng và dịch vụ của mạng IP Một môi trờng liên mạng cần phải hỗ trợ lu lợng thời gian thực, kế hoạch điều khiển tắc nghẽn linh hoạt và các đặc điểm bảo mật mà IPv4 hiện không đáp ứng đợc đày đủ

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Hình 2.3: Khuôn dạng tiêu đề IPv6 Version: Chỉ ra phiên bản IPv6 (4 bits).

Traffic Class: Lớp lu lợng (8 bits), sử dụng để phân phối mức u tiên lu lợng

Internet

Flow Label: Nhãn luồng (20 bits), đợc dùng để xác định cách xử lý đặc biệt từ

nguồn tới đích theo thứ tự gói

Payload Length: Độ dài tải tin (16 bits) Xác định độ dài của số liệu trong gói

Khi thiết lập về 0 thì đó là cách chọn tải lớn khi chuyển theo từng chặng

Next Header: Tiêu đề kế tiếp (8 bits) Xác định giao thức đóng gói tiếp theo

Các giá trị tơng thích với các giá trị dùng trong trờng giao thức IPv4

Hop Limit: Giới hạn bớc nhảy (8 bits), ở mỗi bộ định tuyến, khi chuyển gói giá

trị này sẽ giảm đi 1, nếu giá trị của trờng này là 0 thì gói sẽ bị loại bỏ Trờng chức năng giới hạn bớc nhảy thay cho trờng TTL trong tiêu đề IPv4

Source address: Địa chỉ nguồn IPv6 (16 bytes).

Destination address: Địa chỉ đích IPv6 (16 bytes).

Thế giới đang đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng, địa chỉ dài 32 bit không đáp ứng đợc sự bùng nổ của mạng Thêm nữa, IPv4 là giao

tuyến và hỗ trợ lu lợng, IPv6 đợc thiết kế bao gồm những chức năng và định dạng mở rộng hơn IPv4 để giải quyết vấn đề này Tất cả các địa chỉ sử dụng trong Internet đều phải duy nhất Với phơng thức định địa chỉ hiện nay thì việc thiếu địa chỉ sẽ xảy ra sớm hơn IPv6 là một giao thức thay thế có khả năng duy trì sự phát triển của Internet, giải quyết vấn đề không gian địa chỉ IP: 3,4x1038

so với khoảng 4 tỉ địa chỉ IPv4 và những thuộc tính khác của Internet

IPv6 không chỉ có khả năng mở rộng địa chỉ mà còn hỗ trợ kiến trúc mạng hình thang, phát triển bảo mật và tính toàn vẹn dữ liệu, nâng cao chất l-ợng dịch vụ QoS và tính bảo mật, định tuyến đơn giản và đặc tính tự động định cấu hình

Với không gian địa chỉ vô cùng lớn nó cho phép các nhà thơng mại triển khai các hệ thống thiết bị mạng để bàn và di động một cách hiệu quả Sự linh hoạt trong định tuyến với các địa chỉ của nút, thiết bị định vị theo cấu trúc cây

và khả năng tự định cấu hình và phát hiện các thiết bị xung quanh

Tổng hợp đặc điểm của IPv 6:

phần cứng 64 bit

2.1.4 Địa chỉ Internet (IP v4)

Mỗi trạm trong mạng internet đều đợc đặc trng bởi một số hiệu nhất định gọi là địa chỉ IP Địa chỉ IP đợc sử dụng trong lớp mạng để định tuyến các gói tin qua mạng Do tổ chức và độ lớn của các mạng con trong liên mạng khác nhau nên ngời ta chia điạ chỉ IP thành các lớp ABCD

Lớp A: cho phép định danh tới 126 mạng, với tối đa 16 triệu host trên mỗi

mạng Lớp này đợc dùng cho các mạng có số trạm cực lớn

Lớp B: cho phép định danh tới 16384 mạng với tối đa 65534 host trên mỗi

Phân mạng là một công nghệ đợc sử dụng để chia một địa chỉ mạng IP đơn

ra thành một số các mạng con Đây là một hình thức mở rộng mô hình địa chỉ

Điều này cho phép một địa chỉ IP lớp đơn đợc chia nhỏ hơn và đợc phân đến nhiều vị trí khác nhau mà không gặp khó khăn gì so với việc yêu cầu một địa chỉ lớp mạng riêng cho mỗi vị trí Cách xử lý phân mạng này đợc thực hiện bằng cách phân chia phần máy chủ của lớp địa chỉ IP cho từng mạng con Cũng

nh địa chỉ phân lớp cổ điển, ranh giới giữa phần mạng (tiền tố mạng+ mạng con) và các phần máy chủ thì đợc xác định bởi một mặt nạ che mạng con Khi

đó cần có thêm một vùng nhận dạng phân mạng subnetID (subnet IDentifier)

để định danh các mạng con đó Vùng subnetID sẽ nằm trong vùng nhận dạng máy chủ hostID cũ Vấn đề mạng con sẽ góp phần giải quyết cho các bảng định tuyến trong các bộ định tuyến thực hiện đơn giản hơn trong quá trình tìm kiếm

địa chỉ

Sự phân mạng chia một địa chỉ IP đơn thành các mạng con Một mạng siêu nhỏ là 1 mạng độc lập với một mạng con và chúng đợc tạo thành bởi việc tổng hợp nhiều mạng lớp con, tạo thành một địa chỉ chung cho các mạng thuộc lớp

đó Việc tổng hợp này tạo ra hai u điểm sau:

cùng với việc giảm số lợng các đầu vào mạng trên lớp riêng biệt

bằng cách chỉ cấp địa chỉ cho một mạng khi nó cần

Khối các địa chỉ lớp con gần nhau thì đợc biểu diễn lại bằng một ký hiệu “tiền

tố mang” và khối này đợc gọi là khối định tuyến liên vùng không phân lớp CIDR (Classess Inter Domain Routing) CIDR có tác dụng :

Các tổ chức mong muốn rằng một địa chỉ Internet sẽ đợc phân chia thành các khối CIDR hơn là các địa chỉ đợc chia lớp nh truyền thống đã đợc mô tả trên

2.1.5 Định tuyến trong Internet với các địa chỉ IP

Trớc hết chúng ta xem xét hai cơ chế phát chuyển tin trong mạng IP, cơ chế phát chuyển trực tiếp và phát chuyển không trực tiếp Trong cơ chế phát chuyển trực tiếp, quá trình truyền một gói tin từ một máy qua một mạng vật lý tới một máy khác không cần đòi hỏi sự tham gia của các bộ định tuyến Phát chuyển không trực tiếp yêu cầu sự tham gia của các bộ định tuyến, nh vậy nhất thiết phải thực hiện một quá trình định tuyến Quyết định định tuyến có thể dựa trên hai tiêu chuẩn: trạng thái của các nút, liên kết hoặc khoảng cách tới đích Một khi tiêu chuẩn khoảng cách tới đích đợc lựa chọn, thì các tham số khác nh: độ trễ, độ thông qua,

độ tin cậy của tuyến sẽ đợc tính đến chỉ khi tuyến đã đợc chọn Nếu nh, tiêu chuẩn

đợc đặt ra đầu tiên là tiêu chuẩn về trạng thái liên kết, thì các bộ tham số liên quan tới liên kết sẽ đợc đặt ra trớc nhất, sau đó mới đến tiêu chuẩn khoảng cách Có một vài kiểu thông tin định tuyến cho các ứng dụng khác nhau thờng sử dụng nh sau:

Định tuyến nguồn: Với phơng pháp định tuyến này, các trạm chủ tìm hớng đi có

thể sử dụng để chuyển gói tin thông qua địa chỉ IP nằm trong tiêu đề gói tin Tại trạm chủ phát lu trữ toàn bộ địa chỉ IP của các nút trung gian trên con đờng tới

đích, các thông tin này nhận đợc từ các nút lân cận phát tới và thông thờng chỉ mang nội dung về khoảng cách Kỹ thuật này thờng đợc sử dụng trong mạng cục

bộ, còn đối với mạng Internet kiểu định tuyến này không hiệu quả Trong môi ờng Internet các quyết định định tuyến dựa trên địa chỉ đích, và thực hiện theo từng chặng, các thông tin định tuyến đợc duy trì trong các bộ định tuyến dọc theo tuyến Phơng pháp này rất hiệu quả trong môi trờng Internet, vì nó cho phép tất cả các bộ

tr-định tuyến trung gian tạo ra quyết tr-định tr-định tuyến dựa trên trạng thái động của mạng mà không cần biết trạm chủ phát tin

Định tuyến lặp vòng: Định tuyến lặp vòng thờng xảy ra đối với bất kỳ loại mạng

hỗn hợp nào, có một vài giải pháp chống lại quá trình định tuyến vòng nh, giải pháp đờng cắt ngang, hạn chế phòng ngừa, và cập nhật tức thời bảng định tuyến

Định tuyến IP theo bảng: Thông thờng các thuật toán tìm đờng sẽ dựa trên cơ sở

thông tin trong bảng định tuyến, trong đó sẽ lu trữ thông tin và cách thức tới các

đích có thể đến Các thông tin động sẽ đợc cập nhật vào bảng định tuyến theo các giao thức định tuyến cần thiết

Định tuyến tới nút kế tiếp: Để giảm kích thớc của bảng định tuyến, cũng nh để che

dấu các thông tin mang tính cục bộ, các bảng định tuyến có thể chỉ lu các địa chỉ cho bớc kế tiếp trong quá trình định tuyến và không biết toàn bộ con đờng tới đích

Định tuyến mặc định: Một kỹ thuật khác đợc sử dụng để che dấu thông tin và làm

giảm bảng định tuyến bằng cách hợp nhất nhiều thông tin động vào một trờng hợp ngầm định Nếu trong trờng hợp không tìm kiếm thấy địa chỉ đích phù hợp trong bảng định tuyến thì tuyến đờng ngầm định đợc sử dụng, hoặc tất cả các hớng đi

đều đợc ngầm định trớc Điều này cũng có nghĩa là con đờng tới đích đợc xác định trớc

Tem thời gian: Tem thời gian cho phép mỗi một bộ định tuyến lu trữ thông tin liên

quan đến độ trễ gói tin khi đi qua bộ định tuyến Thông tin này liên quan đến việc

sử dụng giao thức định tuyến, đợc tách ra tại trạm đích và thêm vào bảng định tuyến Tuy nhiên, đây không phải là kỹ thuật hoàn hảo vì những biến số khi tính độ trễ có thể thay đổi hoặc chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian tạm thời (ví dụ, hiện tợng tắc nghẽn), để tăng tính hiệu quả các bản ghi này phải đợc tính theo thời gian thực, điều này rất khó thực hiện đối với hầu hết các giao thức định tuyến hiện nay Trong bộ giao thức IP, giao thức thời gian mạng NTP (Network Time Protocol) đợc

sử dụng để đồng bộ hoá thời gian, nó cho phép các nút trao đổi thông tin thời gian với mục đích đồng bộ Một khi nút gốc đảm bảo có đợc thời gian chính xác thì nó

có thể trao đổi thông tin thời gian tới các nút khác theo giao thức NTP Tuy nhiên,

đối với các nút càng xa nút gốc thì độ chính xác càng giảm xuống vì độ trễ của mạng

Một số tiêu chí khác để phân biệt một giao thức định tuyến này với một giao thức

định tuyến khác bao gồm :

Khả năng mở rộng: Tức là các giao thức định tuyến cho phép cung cấp một số lớn

các bộ định tuyến và các mạng trong khi giảm thiểu lu thông điều khiển tại các các

bộ định tuyến (tức là giảm việc cập nhật các dữ liệu định tuyến) và các nguồn định tuyến cần phải đợc tính toán các bảng định tuyến mới

Tránh việc lặp vòng: Khi một giao thức truyền tính toán một bảng định tuyến mới,

sẽ là rất khó khăn để ngăn cản một gói, truyền qua 1 bộ định tuyến hay một mạng hơn một lần Bởi vì rất khó để có thể đa ra thông báo về sự thay đổi cấu trúc mạng trong một khoảng thời gian nó truyền bá

Độ hội tụ: Khi một liên kết giảm xuống, một mạng mới đợc thêm vào, tức là có sự

thay đổi về mạng thì các giao thức định tuyến phải thông báo các bản tin mang thông tin này tới các bộ định tuyến trên toàn bộ mạng và tính toán một bảng định tuyến mới tại mỗi bộ định tuyến và nó phải phản ánh thông tin mới này Quá trình

xỷ lý này gọi là hội tụ mạng Các tuyến hội tụ trên cấu trúc chính xác càng nhanh thì các gói tin sẽ truyền đến đích càng nhanh

Các tiêu chuẩn: Các giao thức định tuyến đợc phát triển trong IETF đợc chứng

minh bằng một văn bản RFC, cho phép các nhà cung cấp khác nhau thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở riêng của họ

Cấu trúc mở: Nó đợc định nghĩa khả năng của một giao thức truyền có thể thêm

vào các chức năng mới mà không phải thay đổi toàn bộ hoạt động cơ sở của nó và khả năng tơng thích một u điểm của giao thức định tuyến là OSPF các chức năng đ-

ợc thêm vào OSPF là đa dạng, định tuyến chất lợng phục vụ, hỗ trợ việc định địa chỉ tầng liên kết

Hệ đo lợng : Đây là những tham biến hay những giá trị mà đợc gửi đi cùng với

mạng đích và đợc xem nh kết quả tính toán bảng định tuyến Ví dụ , số bớc nhảy, giá trị liên kết, dải tần, độ trễ

Thuật toán tìm đờng: Các giao thức định tuyến sử dụng một trong hai thuật toán

tìm đờng cơ bản là vecto khoảng cách và trạng thái liên kết

2.2 Một số giao thức cơ bản trong bộ giao thức TCI/IP

2.2.1 Giao thức phân giải địa chỉ ARP.

Sau khi host gửi dữ liệu, địa chỉ IP cần phải đợc chuyển thành địa chỉ LAN vật lý tơng ứng vì đờng truyền vật lý không thể nhận biết đợc địa chỉ IP Quá trình chuyển đổi này đợc thực hiện nhờ một giao thức gọi là giao thức ARP (Address Resolution Protocol) Về mặt khái niệm, việc chọn một mô hình số hoá làm cho vấn đề giải địa chỉ đợc hiệu quả có nghĩa là chọn một hàm f ánh xạ theo công thức sau:

PA = f (IA) ; ( địa chỉ vật lý PA, địa chỉ internet IA)

Nếu địa chỉ vật lý không bị ràng buộc bởi các điều kiện khác, thì hàm f sẽ đợc tính rất nhanh và rõ ràng Tuy nhiên, trên thực tế các mạng kết nối thờng rất phức tạp vì chạy trên nhiều công nghệ phần cứng khác nhau Ví dụ, khi sử dụng IP trên mạng kết nối có định hớng nh ATM, ngời ta không thể chọn các địa chỉ vật lý từ các luồng số liệu mà ATM cung cấp Tốt nhất, các bảng ánh xạ địa chỉ này đợc nằm tại máy chủ của các mạng riêng

Phân giải địa chỉ thờng thông qua liên kết động, khó khăn lớn nhất là các địa chỉ Ethernet đợc gán một địa chỉ vật lý 48 bit, và khi thay đổi địa chỉ này cũng sẽ mất

đi Tuy nhiên, ánh xạ trực tiếp nhanh và hiệu quả nhng không thể mã hoá từ 48 bit sang 32 bit Một giải pháp cấp thấp để kết hợp các địa chỉ trên các mạng có khả năng quảng bá rất đơn giản, bằng cách gửi gói tin đặc biệt để xác định xem máy nào đó trả lời tơng ứng Sau đó các thông tin đó đợc lu vào vùng nhớ, khi cần chuyển số liệu các bộ định tuyến sẽ kiểm tra kho chứa và nhận đợc các giá trị địa chỉ trên nó Tuy nhiên, nếu sau khi phát trả lời địa chỉ thì máy đó có sự cố, vấn đề

là các máy khác không biết và vẫn gửi gói tin và nh vậy lỗi sẽ xảy ra Một giải pháp đề ra là thực hiện kỹ thuật trạng thái mềm để đếm thời gian, thông thờng vào khoảng 20 phút, nội dung của bộ đệm sẽ đợc xoá bỏ và cập nhật lại từ đầu Thêm vào đó là các giải pháp nh giao thức phân giải địa chỉ ARP Trong quá trình nhận các gói ARP đến từ mạng, nếu trong đó chứa các thông tin liên quan tới chính máy nhận (địa chỉ đích) thì phần mềm ARP sẽ cấp lại máy gửi thông tin về địa chỉ phần cứng của nó Nếu địa chỉ IP không trùng với máy nhận thông tin này có thể bỏ qua Thông thờng ARP sẽ đợc nhúng trong các khung truyền và sẽ rất tổng quát đối với những địa chỉ vật lý bất kỳ và giao thức địa chỉ bất kỳ.

Cùng với giao thức phân giải địa chỉ là giao thức phân giải địa chỉ ngợc RARP yêu cầu phải có một máy chủ RARP, máy chủ trả lời bằng cách điền vào địa chỉ

đích thay đổi bản tin trở thành bản tin trả lời với lời đáp trực tiếp, có thể có rất nhiều máy chủ trả lời, máy sẽ nhận lời đáp đầu tiên Không thể quảng bá quá nhiều thông tin RARP trên mạng vì nh vậy có thể gây ra tắc nghẽn hệ thống Thông tin

định tuyến đợc yêu cầu từ mạng để dẫn các gói tin đến đích cuối cùng của nó nằm trong tiêu đề

2.2.2 Giao thức bản tin điều khiển Internet ICMP

Để cho phép các bộ định tuyến trong internet thông báo lỗi hoặc cung cấp các thông tin về những tình huống không mong đợi, các nhà thiết kế hệ thống đã thêm vào một cơ chế thông báo có mục đích đặc biệt cho các giao thức TCP/IP Cơ chế này thể hiện qua giao thức bản tin điều khiển internet ICMP ( Internet Control Message Protocol, đợc xem nh là một phần bắt buộc của giao thức IP Giống nh các loại bản tin khác, ICMP đợc chuyển qua internet trong phần dữ liệu của gói tin

IP Tuy nhiên, đích đến cuối cùng của bản tin này là phần mềm IP và đợc xử lý để xác định nguyên nhân lỗi

Về mặt kỹ thuật, giao thức bản tin điều khiển internet là một cơ chế thông báo lỗi

Nó cung cấp cho các bộ định tuyến một phơng pháp để khi gặp lỗi thì sẽ thông báo lỗi cho nguồn phát đầu tiên, vì chỉ có thông tin về địa chỉ nguồn phát là ổn định còn các bộ định tuyến trung gian sẽ thay đổi vì các bảng định tuyến sẽ luôn đợc cập nhật theo trạng thái của mạng Nh vậy, giao thức bản tin dữ liệu internet cung cấp thông tin liên lạc hơn mức bình thờng giữa các bộ định tuyến và máy tính; nó

là một phần tổng hợp bắt buộc của IP Một bản tin ICMP di chuyển trong phần dữ liệu của gói tin IP và có ba trờng dữ liệu có độ dài cố định nằm trong phần đầu của bản tin : Trờng kiểu bản tin ICMP, trờng mã, và trờng tổng kiểm tra

2.2.3 Giao thức điều khiển truyền tải TCP

Tại mức mạng của mô hình APRA cung cấp dịch vụ phát chuyển không tin cậy,

các gói dữ liệu có thể bị mất hoặc hỏng khi lỗi đờng truyền tác động lên dữ liệu, hoặc khi phần cứng của mạng bị hỏng, hay trong những trờng hợp quá tải vì lợng giao dịch vợt quá khả năng của mạng Các hệ thống mạng phát chuyển tự động đều xuất hiện khả năng truyền tải không đúng thứ tự, độ trễ lớn, hay trùng lặp gói tin, cũng nh ảnh hởng của các ràng buộc khác trên mạng Để giải quyết vấn đề này giao thức TCP ra đời và phát triển nh là một giao thức mạng chung để cung cấp các dịch vụ phát chuyển dòng tin đáng tin cậy, hỗ trợ cho các chơng trình ứng dụng ra khỏi chi tiết mạng

a) Các tính chất của dịch vụ phát chuyển tin cậy.

Sự giao tiếp của các chơng trình ứng dụng và phát chuyển tin cậy có thể đặc trng bởi 5 khía cạnh sau:

Định hớng luồng (stream): Khi hai chơng trình ứng dụng truyền những khối lợng

lớn dữ liệu, chúng ta xem dữ liệu này nh là một dòng bít, đợc chia thành các octet

8 bit, dịch vụ phát chuyển dòng cho phép truyền một cách chính xác chuỗi các octet này

Kết nối mạch ảo: Trong kiểu truyền theo dòng cần có sự thoả thuận của cả hai

thiết bị đầu cuối, các bản tin sẽ đợc trao đổi và thoả thuận quá trình truyền trớc khi việc truyền dữ liệu đợc thực hiện Trong suốt quá trình truyền các module phần mềm giao thức tiếp tục liên lạc với nhau để giám sát dữ liệu truyền Mạch ảo ở đây

đợc hiểu nh là: các chơng trình ứng dụng xem kết nối này nh một mạch phần cứng

đợc dành riêng, tính tin cậy là ảo do chỉ đợc cung cấp bởi phần mềm kết nối

Truyền có vùng đệm: Các chơng trình ứng dụng có thể sử dụng bất kỳ một kiểu

kích thớc gói tin nào để giao dịch, phần mềm giao thức đợc tự do phân chia dòng dữ liệu thành các gói tin độc lập để thực hiện truyền, các gói tin này thờng phụ thuộc rất lớn vào trạng thái của mạng hiện thời Nếu trong trờng hợp gói tin của chơng trình ứng dụng không điền đầy gói tin cơ sở truyền, dịch vụ phát chuyển theo dòng hỗ trợ cơ chế đẩy giúp cho dữ liệu của các chơng trình ứng dụng buộc phải truyền đi

Dòng không cấu trúc: Dịch vụ chuyển dòng TCP/IP không xác định các dòng dữ

liệu có cấu trúc Các chơng trình ứng dụng sử dụng dịch vụ chuyển phát theo dòng phải hiểu nội dung dòng và thống nhất với nhau về định dạng dòng trớc khi khởi

động kết nối

Kết nối 2 chiều: Các kết nối đợc cung cấp bởi dịch vụ dòng TCP/IP cho phép

truyền dữ liệu đồng thời từ hai phía, kiểu kết nối này gọi là full duplex Các dòng dữ liệu chạy ngợc chiều nhau không tơng tác hay va chạm Dịch vụ dòng cho phép

chấm dứt một hớng trong khi vẫn tồn tại hớng chuyển còn lại u điểm chính của kết nối hai chiều là phần mềm giao thức cơ sở có thể gửi thông tin điều khiển cho những gói tin đang chuyển trên hớng còn lại cho phép điều khiển lu lợng truyền.

b) Giao thức điều khiển truyền.

Giao thức TCP đặc tả định dạng của dữ liệu và lời đáp( acknowledgement) mà hai máy tính trao đổi để đạt đợc việc truyền đáng tin cậy, cũng nh những thủ tục để

đảm bảo việc truyền dữ liệu một cách chính xác, đúng thứ tự Nó đặc tả cách phần mềm TCP phân biệt trên các đích của một máy cụ thể, và cách thức phục hồi các lỗi nh mất dữ liệu hay trùng lặp dữ liệu Giao thức này cũng xác định cách khởi

động và hoàn tất quá trình truyền dữ liệu Mặc dù vậy, giao thức TCP không chỉ ra chi tiết về một ứng dụng cụ thể giao tiếp giữa chơng trình ứng dụng và giao thức TCP

TCP sử dụng giá trị cổng để xác định đích cuối cùng trong một máy, mỗi cổng

đ-ợc gán cho một giá trị số nguyên nhỏ, và đây chính là định danh của giao dịch Giá trị cổng của TCP không tơng ứng với một giá trị đơn, thay vì vậy, TCP đợc xây dựng trên các kết nối trừu tợng, mà trong đó các đối tợng đợc xác định là các liên kết mạch ảo chứ không phải là từng cổng, vì vậy nó thể hiện cho các cặp điểm cuối Dới quan điểm của ngời lập trình, sự kết nối trừu tợng là rất có ý nghĩa, nó cho phép ngời lập trình có thể tạo ra chơng trình cung cấp dịch vụ song song nhiều kết nối đồng thời mà không cần một cổng cục bộ duy nhất cho mỗi kết nối

Giao thức TCP là giao thức kết nối định hớng đòi hỏi hai điểm cuối cùng đồng ý tham gia Các hệ điều hành của hai phía sẽ phải mở các kết nối ( kết nối chủ động

và kết nối thụ động) Trong cơ chế truyền của giao thức TCP có sử dụng kỹ thuật cửa sổ trợt để giải quyết hai vấn đề quan trọng: hiệu quả quá trình truyền dữ liệu

và điều khiển tốc độ dòng dữ liệu Lu ý, cơ chế cửa sổ trợt TCP hoạt động theo octet, không phải theo segment hay gói dữ liệu Các octet của dòng dữ liệu đợc

đánh số tuần tự, và duy trì tại nơi gửi ba con trỏ phối hợp với mỗi kết nối Con trỏ thứ nhất đánh dấu biên bên trái của cửa số trợt, Con trỏ thứ hai đánh dấu biên bên phải của cửa sổ trợt, con trỏ thứ ba đánh dấu biến bên trong của cửa sổ để đánh dấu các octet đã gửi đi và các octet cha gửi đi Kích thớc và tốc độ trợt của cửa số

sẽ quyết định lu lợng truyền theo dòng giữa hai máy tính

Một trong những ý tởng quan trọng và phức tạp nhất trong TCP đợc gắn sâu vào cách xử lý việc hết hạn và truyền lại Cũng giồng nh những giao thức đáng tin cậy khác, TCP mong đợi máy đích gửi lại lời đáp bất cứ khi nào nó nhận thành công những octet từ dòng dữ liệu Mỗi khi nó gửi một segement TCP khởi động một bộ