Mạng và truyền thông

* Tầng mạng: * Giới thiệu mô hình OSI: Khi thiết kế nhà thiết kế tự lựa chọn kiến trúc mạng riêng mình.Từ dẫn đến tình trạng không tương thích mạng:phương pháp truy nhập đường truyền khác nhau,sử dụng họ giao thức khác nhau…Sự không tương thích làm cho người sử dụng mạng khác trao đổi thông tin với được.Sự thúc bách khách hàng khiến cho nhà sản xuất nhà nghiên cứu thông qua tổ chức chuẩn hóa quốc tế quốc gia để tìm giải pháp chung dẫn đến hội tụ sản phẩm mạng.Trên sở nhà thiết kế nghiên cứu lấy làm khung chuẩn cho sản phẩm mình.Vì lý đó,năm 1977,tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (Intermational Organization for Standardization-ISO) lập tiểu ban nhằm đưa khung chuẩn thế.Kết vào năm 1984 ISO xây dựng mô hình tầng gọi mô hình tham chiếu cho việc nối kết hệ thống mở (Reference Model for Open Systems Interconnection-OSI Reference Model) gọi tắt mô hình OSI Mô hình OSI gồm bảy tầng, tầng tương ứng với tác vụ hoạt động trao đổi thông tin mạng máy tính,dùng làm sở để nối kết hệ thống mở phục vụ cho ứng dụng phân tán.Mọi hệ thống tuân theo mô hình tham chiếu OSI truyền thông tin với nhau.Dưới mô hình tầng OSI: Quy trình thực giao tác hai hệ thống A B : - Tầng N+1 A gửi xuống tầng N kề hàm Request - Tầng N A cấu tạo đơn vị liệu để gửi yêu cầu sang tầng N B theo giao thức tầng N xác định - Nhận yêu cầu, tầng N B báo lên tầng N+1 kề hàm Indication - Tầng N B trả lời hàm Response gửi xuống tầng N kề - Tầng N B cấu tạo đơn vị liệu để gửi trả lời tầng N A theo giao thức tầng N xác định - Nhận trả lời, tầng N A xác nhận với tầng N+1 kề hàm Confirm, kết thúc giao tác hai hệ thống * Tầng mạng (Network Layer) tầng thứ ba bảy tầng mô hình OSI Tầng chịu tránh nhiệm đáp ứng yêu cầu dịch vụ từ tầng giao vận đưa yêu cầu dịch vụ tầng liên kết liệu Ở tầng mạng: Người ta dùng router để nối kết mạng với Nếu hai mạng có tầng mạng khác nhau, router chuyển đổi khuôn dạng gói tin, quản lý nhiều giao thức khác mạng khác Tầng mạng đánh địa cho thông điệp dịch địa lôgic tên sang địa vật lý Tầng định tuyến truyền thông từ nguồn đến đích, đồng thời quản lý vấn đề giao thông, chẳng hạn chuyển mạch, định tuyến (routing), khống chế tắc nghẽn gói liệu Về bản, tầng mạng chịu tránh nhiệm phân phát gói liệu từ đầu sang đầu (end-to-end, từ nguồn đến đích), tầng liên kết liệu lại chịu trách nhiệm phân phát gói liệu từ nút sang nút khác (hop-to-hop, hai nút mạng trung gian có đường liên kết (link) trực tiếp) Tầng mạng cung cấp phương tiện có tính chức qui trình để truyền chuỗi liệu có độ dài đa dạng từ nguồn tới đích, qua hay nhiều mạng máy tính, trì chất lượng dịch vụ (quality of service) đòi hỏi tầng giao vận Tầng mạng thi hành chức định tuyến, điều khiển lưu lượng liệu, phân đoạn hợp đoạn mạng (network segmentation/desegmentation), kiểm soát lỗi (error control) Vai trò chức tầng mạng: Tầng mạng (network layer) nhắm đến việc kết nối mạng với cách tìm đường (routing) cho gói tin từ mạng đến mọt mạng khác.Nó xác định việc chuyển hướng,vạch gói tin mạng,các gói phải qua nhiều chặng trước đến đích cuối cùng.Nó tìm tuyến truyền thông không tắc nghẽn để đưa gói tin đến đích Tầng mạng cung cấp phương tiện để truyền gói tin qua mạng,thậm chí qua mạng mạng(network of network) Bởi cần phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng nhiều kiểu dịch vụ cung cấp mạng khác Hai chức chủ yếu tầng mạng chọn đường (routing) chuyển tiếp (relaying) Tầng mạng quan trọng liên kết hai loại mạng khác mạng Ethernet với mạng Token Ring khiđó phải dùng tìmđường (quyđịnh tầng mạng)để chuyển gói tin từ mạng sang mạng khác ngược lại Đối với mạng chuyển mạch gói (packet - switched network) - gồm tập hợp nút chuyển mạch gói nối với liên kết liệu Các gói liệu truyền từ hệ thống mở tới hệ thống mở khác mạng phải chuyển qua chuỗi nút Mỗi nút nhận gói liệu từ đường vào (incoming link) chuyển tiếp tới đường (outgoing link) hướng đến đích liệu Như nút trung gian phải thực chức chọn đường chuyển tiếp Ngoài chức quan trọng nói trên, tầng mạng thực số chức khác,đó là: thiết lập, trì giải phóng liên kết logic (cho tầng mạng), kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng liệu, dồn/tách kênh, cắt/hợp liệu, Tầng mạng: - Lập địa thông điệp, diễn dịch địa tên logic thành địa vật lý - Kiểm soát điều khiển đường truyền: Định rõ bó tin truyền theo đường từ nguồn tới đích Các đường cố định mạng thay đổi, động nghĩa đường xác định trước bắtđầu nói chuyện Các đường thay đổi tuỳ theo trạng thái tải tức thời - Quản lý lưu lượng mạng: chuyển đổi gói,định tuyến, kiểm soát tắc nghẽn liệu (nếu có nhiều gói tin gửi đường truyền xảy tắc nghẽn ) - Kiểm soát luồng liệu cắt hợp liệu (nếu cần) Tầng mạng có dạng dịch vụ: - Dịch vụ không liên kết: Các gói tin đưavào mạng (subnet) cách riêng lẻ vạch đường cách độc lập Các gói tin gọi Datagram mạng gọi làDatagram Subnet - Dịch vụ định hướng liên kết: Một đường nối kếtgiữa bên gởi bên nhận phải thiết lập trước gói tin gởi Nối kết gọi mạch ảo (Virtual Circuit) Mạng trường hợp gọi Virtual Circuit Subnet 2.Các kỹ thuật chọn đường mạng máy tính: Việc chọnđường lựa chọn conđườngđể truyền mộtđơn vị liệu (một gói tin chẳng hạn) từ trạm nguồn tới trạmđích Một kỹ thuật chọnđường phải thực hai chức sauđây: − Quyếtđịnh chọnđường tốiưu dựa thông tinđã có mạng thờiđiểmđó thông qua tiêu chuẩn tốiưu nhấtđịnh − Cập nhật thông tin mạng, tức thông tin dùng cho việc chọnđường, mạng có thayđổi thường xuyên nên việc cập nhật việc cần thiết Người ta có hai phương thức đáp ứng cho việc chọn đường phương thức xử lý tập trung xử lý chỗ − Phương thức chọn đường xử lý tập trung đặc trưng tồn tạicủa (hoặc vài) trung tâm điều khiển mạng, chúng thực việc lập bảng đường thời điểm cho nút sau gửi bảng chọn đường tới nút dọc theo đường chọn Thông tin tổng thể mạng cần dùng cho việc chọn đường cần cập nhập cất giữ trung tâm điều khiển mạng − Phương thức chọn đường xử lý phân tán đặc trưng việc chọn đường thực nút mạng Trong thời điểm, nút phải trì thông tin mạng tự xây dựng bảng chọn đường cho Như thông tin tổng thể mạng cần dùng cho việc chọn đường cần cập nhập cất giữ nút Thông thường thông tin đo lường sử dụng cho việc chọn đường bao gồm: Trạng thái đường truyền − Thời gian trễ truyền đường dẫn − Mức độ lưu thông đường − Các tài nguyên khả dụng mạng Khi có thay đổi mạng (ví dụ thay đổi cấu trúc mạng cố vài nút, phục hồi nút mạng, nối thêm nút thay đổi mức độ lưu thông) thông tin cần cập nhật vào sở liệu trạng thái mạng Hiện nhu cầu truyền thông đa phương tiện (tích hợp liệu văn bản,đồ hoạ, hìnhảnh, âm thanh) ngày phát triển đòi hỏi công nghệ truyền dẫn tốc độ cao nên việc phát triển hệ thống chọn đường tốc độ cao quan tâm Ngoài có kỹ thuật khác là: - Định tuyến tràn,kỹ thuật không yêu cầu thông tin mạng.Mỗi gói tin tới đích gửi cho tất node mạng liền kề với nó.Tại node,các gói đến truyền lại cho tất node đầu trừ node vừa tới.Đặc điểm kỹ thuật tất tuyến nguồn đích thử.Do có tuyến bị down gói tin theo tuyến khác đến đích được,bởi có tuyến lập nguồn đích.Do tất tuyến thử nên có copy đến đích với số hop count nhỏ nhất.Tất node dù nối trực tiếp hay gián tiếp có gói qua.Kỹ thuật áp dụng để gửi thông tin tìm đường.Tuy nhiên,do broadcast tất gói tin nên gây tượng robust lãng phí băng thông - Kỹ thuật chọn đường không thích nghi tập trung hay phân tán không đấp ứng với thay đổi mạng.Việc chọn đường thực mà trao đổi thông tin,không đo lường không cập nhật thông tin Tiêu chuẩn chọn đường đường chọn không thay đổi chừng mà chọn toàn Kỹ thuật chọn đường đơn giản nên sử dụng rộng rãi mạng ổn định - Kỹ thuật chọn đường thích nghi kỹ thuật định tuyến việc tính toán đường truyền tối ưu thục nhiều lần mạng hoạt động Cứ sau khoảng thời gian quy định trước mạng có thay đổi cấu hình, trạng thái thông tin mạng lại gửi tới nơi có nhiệm vụ thực định tuyến để tiến hành định tuyến lại.Có loại định tuyến gọi định tuyến thích nghi cách ly.Theo cách node không gửi,cũng không nhận thông tin thay đổi tình trạng mạng.Các node lựa chọn đường tùy theo kết lần truyền trước phản hồi lại.Định tuyến thay đổi cấu hình mạng thay đổi Tắc nghẽn mạng : - Hiện tượng tắc nghẽn: lưu lượng đến mạng tăng lên, thông lượng vận chuyển mạng lại giảm - Deadlock: tình trạng tắc nghẽn trầm trọng đến mức mạng bị nghẹt hoàn toàn, thông lượng vận chuyển mạng tụt xuống không Hình2: Lược đồ tắc nghẽn mạng Nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn: − Lưu lượng đến nhiều lối vào cần đường − Tốc độ xử lý router chậm − Các đường truyền có bandwidth thấp, dẫn đến tượng thắt cổ chai • Biểu tắc nghẽn: Thời gian (RTT) tăng cao bất thường • Các biện pháp khắc phục: – Cung cấp đủ đệm đầu vào đường truyền Quản lý đệm hợp lý, loại bỏ sớm (RED) – Hạn chế lưu lượng đến đầu vào toàn hệ thống – Điều khiển lưu lượng (thí dụ dùng Sliding Window) 3.Giao thức X25 PLP: Được CCITT công bố lần vào 1970 lúc lĩnh vực viễn thông lần tham gia vào giới truyền liệu với đặc tính: − X25 cung cấp quy trình kiểm soát luồng đầu cuối đem lại chất lương đường truyền cao cho dù chất lương đương dây truyền không cao − X25được thiết kế cho truyền thông chuyển mạch lẫn truyền thông kiểu điễm nối điểm − Được quan tâm tham gia nhanh chóng toàn cầu Trong X25 có chức dồn kênh (multiplexing)đối với liên kết logic (virtual circuits) làm nhiệm vụ kiểm soát lỗi cho frame qua.Điều làm tăng độ phức tạp việc phối hợp thủ tục hai tầng kề nhau, dẫn đến thông lượng bị hạn chế tổng phí xử lý gói tin tăng lên X25 kiểm tra lỗi nút trước truyền tiếp, điều làm cho đường truyền có chất lượng cao gần phi lỗi Tuy nhiên khối lượng tích toán nút lớn,đối với đường truyền năm 1970 điềuđó cần thiết kỹ thuật truyền dẫn đạt tiến cao việc trở nên lãng phí • Đặc điểm: − Là mạng truyền liệu công cộngđầu tiên − Vận chuyển liệu hướng kết nối − Để sửdụng X.25, máy tính phải thiết lập kết nối tới máy tính ởxa, nghĩa phải thiết lập gọi (telephone call) − Kết nối nàyđược gán connection numberđể sử dụng cho gói (packet) số liệu vận chuyển: + Nhiều kết nối sử dụng đồng thời máy tính + Kết nối X.25 kết nối ảo (Virtual Circuit) • Nguyên tắc hoạt động: − X.25 dịch vụ truyền thông máy tính công cộng, dựa hệ thống viễn thông diện rộng (PSTN) − X.25được CCITT sau ITU chuẩn hoá (1976) − X.25 đặc tả giao diện DTE DCE: + DTE (Data Terminal Equipment)- thiết bị đầu cuối liệu + DCE (Data Circuit-terminating Equipment) - thiết bị mạch đầu cuối liệu, thiết bị kết nối mạng − X.25 không quy định cụ thể kiến trúc tổ chức hoạt động nội mạng − Tổ chức thực hệ thống mạng để cung cấp dịch vụ X.25 giao diện với NSD nhiệm vụ nhà cung cấp dịch vụ X.25 - thường nhà cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng + DCE (Data Circuit-terminating Equipment) - thiết bị mạch đầu cuối liệu, thiết bị kết nối mạng − X.25 không quy định cụ thể kiến trúc tổ chức hoạt động nội mạng − Tổ chức thực hệ thống mạngđể cung cấp dịch vụ X.25 giao diện với NSD nhiệm vụ nhà cung cấp dịch vụ X.25 - thường nhà cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng + Các giao thức chuẩn: X.25 qui định sử dụng giao thức chuẩn mức sau: * Mức vật lý: – X.21 cho truyền số liệu số (Digital) DTE DCE – X.21 bis cho truyền số liệu tương tự (Analog) DTE DCE *Mức liên kết: – LAPB (Link Access Protocol Balanced), phần HDLC,để trao đổi số liệu tin cậy DTE DCE * Mức mạng: – PLP: giao thức chuyển mạch gói + hướng kếtnối, subscriber sử dụngđể thiết lập VC truyền thông với – giao thứcđượcđặc tả X.25 • Ba mức tương ứng với mức thấp mô hình ISO/OSI Hình 4:Đặc tả giao diện mạng X25 *Các đặc điểm quan trọng X.25: – Các gói tin điều khiển gọi,được dùng để thiết lập huỷ bỏ kênh ảo, gửi kênh mạch ảo gói in liệu – Việc dồn kênh kênh ảo xảy tầng – Cả tầng tầng áp dụng chế điều khiển lưu lượng kiểm soát lỗi – X.25được sử dụng rộng rãi khoảng 10 năm – Khoảng 1980s, X.25được thay mạng – Frame Relay 5.Công nghệ chuyển mạch nhanh: *Mạng chuyển mạch khung – Frame Relay (FR): Mỗi gói tin mạng gọi Frame, mạng gọi Frame relay.Đặcđiểm khác biệt mạng Frame Relay mạng X25 mạng Frame Relay kiểm tra lỗi hai trạm gửi trạm nhận trình chuyển vận qua nút trung gian gói tin không kiểm lỗi Do thời gian xử lý nút nhanh hơn, nhiên có lỗi gói tin phải phát lại từ trạmđầu Với độ an toàn cao đường truyền chi phí việc phát lại chiếm tỷ lệ nhỏ so với khối lượng tính toán giảm nút nên mạng Frame Relay tiết kiệm tài nguyên mạng so với mạng X25 Frame relay không kỹ thuật mà thể phương pháp tổ chức Với nguyên lý truyền mạch gói thao tác kiểm soát cácđầu cuối giảm đáng kể Kỹ thuật Frame Relay cho phép thông luợng tối đa đạt tới 2Mbps cung cấp giải pháp để tương nối mạng cục LAN kiến trúc xương sống tạo nên môi trường cho ứng dụng multimedia Khác FR X.25: − Tín hiệu điều khiển gọiđược vận chuyển kết nối logic riêng; vậy, node trung gian không cần phải trì bảng trạng thái xử lý message cho kết nối − Multiplexing switching kết nối logic thực layer (chứ layer 3), loại bỏ chi phí xử lý layer − Điều khiển lưu lượng kiểm soát lỗi: Không áp dụng cơchế điều khiển theo chặng FR không cung cấp chế điều khiển End-to-end, nhiệm vụ tầng phải giải *Ưu điểm FR với X.25: − Làm cho trình truyền thông hợp lý − Chức giao thức giao diện user-network giảm bớt − Chi phí xử lý bên mạng giảm  Lower delay & Higher throughput (cỡ bậc) − Ứng dụng quan trọng nhấtcủa Frame Relay: kết nối mạng LAN văn phòng công ty − Frame Relay đạt mức độ thành công vừa phải, sử dụng Tóm tắt đặc trưng công nghệ: − FR thực chức mức Data link: tạo xử lý frame,địa hoá, quản lý kênh ảo − Sử dụng kỹ thuật dồn/tách kênh không đồng mức Data link:-> Sử dụng hiệu đường truyền Tốc độ trao đổi số liệu: 56 Kbps – 2,048 Mbps − Thiết lập giải phóng kênh theo giao thức báo hiệu chuẩn Q.931 mạng ISDN − Không có chức xử lý giao thức mức mạng − No Link-by-link Flow Control and Error Control; Các ES kiểm tra phát lỗi khắc phục (end-to-end) − Hệ chuyển mạch giao diện mạng hệ thống cuối kiểm tra CRC không forward frame bị lỗi − Giao diện quản trị nội LMI (Local Management Interface) FR hỗ trợ việc quản trị trao đổi số liệu kênh ảo mạng 6.Kỹ thuật ATM : Hiện kỹ thuật Cell Relay dựa phương thức truyền thông không đồng (ATM) cho phép thông lượng hàng trăm Mbps.Đơn vị liệu dùng ATM gọi tế bào (cell) Các tế bào ATM có độ dài cố định 53 bytes, đó5 bytes dành cho phần chứa thông tin điều khiển (cell header) 48 bytes chứa liệu tầng Trong kỹ thuật ATM, tế bào chứa kiểu liệu khác ghép kênh tới đường dẫn chungđược gọi đường dẫn ảo (virtual path) Trong đường dẫn ảo gồm nhiều kênh ảo (virtual channel) khác nhau, kênh ảo sử dụng ứng dung thời điểm ATM kết hợp đặc tính tốt dạng chuyển mạch liên tục dạng chuyển mạch gói, kết hợp dải thông linh hoạt khả chuyển tiếp cao tốc có khả quản lý đồng thời liệu số, tiếng nói, hình ảnh multimedia tương tác Mục tiêu kỹ thuật ATM nhằm cung cấp mạng dồn kênh, chuyển mạch tốc độ cao,độ trễ nhỏ dáp ứng cho dạng truyền thông đa phương tiện (multimecdia) Chuyển mạch cell cần thiết cho việc cung cấp kết nối đòi hỏi băng thông cao, tình trạng tắt nghẽn thấp, hỗ trợ cho lớp dịch vụ tích hợp lưu thông liệu âm hình ảnh Đặc tính tốc độ cao đặc tính bật ATM ATM sử dụng cấu chuyển mạch đặc biệt: ma trận nhị phân phần tử chuyển mạch (a matrix of binary switching elements)để vận hành lưu thông Khả mở rộng (scalability) đặc tính cấu chuyển mạch ATM.Đặc tính tương phản trực tiếp với diễn trạm cuốiđược thêm vào thiết bị liên mạng router Các router có suất tổng cố địnhđược chia cho trạm cuối có kết nối với chúng Khi số lượng trạm cuối gia tăng, suất router tương thích cho trạm cuối thu nhỏ lại Khi cấu ATM mở rộng, thiết bị thu trạm cuối, đường qua chuyển mạch cách cho trạm cuối băng thông định Băng thông rộng định ATM với đặc tính xác nhận khiến trở thành kỹ thuật tuyệt hảo dùng cho nơi mạng cục doanh nghiệp Như tên gọi rõ, kỹ thuật ATM sử dụng phương pháp truyền không đồng (asynchronouns) tề bào từ nguồn tớiđích chúng Trong đó,ở tầng vật lý người ta sử dụng kỹ thuật truyền thông đồng SDH (hoặc SONET) Nhận thứcđược vị trí chưa thể thay (ít chođến nămđầu kỷ 21) kỹ thuật ATM, hầu hết hãng khổng lồ máy tính truyền thông IBM, ATT, Digital, Hewlett - Packard, Cisco Systems, Cabletron, Bay Network, quan tâm đặc biệt đến dòng sản phẩmhướng đến ATM để tung thị trường Có thể kể rađây số sản phẩm DEC 900 Multiwitch, IBM 8250 hub, Cisco 7000 rounter, Cablectron, ATM module for MMAC hub./ ... thay đổi mạng (ví dụ thay đổi cấu trúc mạng cố vài nút, phục hồi nút mạng, nối thêm nút thay đổi mức độ lưu thông) thông tin cần cập nhật vào sở liệu trạng thái mạng Hiện nhu cầu truyền thông đa... Quyếtđịnh chọnđường tốiưu dựa thông tinđã có mạng thờiđiểmđó thông qua tiêu chuẩn tốiưu nhấtđịnh − Cập nhật thông tin mạng, tức thông tin dùng cho việc chọnđường, mạng có thayđổi thường xuyên... truyền thông không tắc nghẽn để đưa gói tin đến đích Tầng mạng cung cấp phương tiện để truyền gói tin qua mạng, thậm chí qua mạng mạng(network of network) Bởi cần phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng