Kiến trúc giao thức

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐHQGHN KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TIỂU LUẬN Kiến Trúc Máy Tính Và Mạng Truyền Thơng Trong Cơng Nghiệp Giảng viên: Đặng Anh Việt Đề Tài: Kiến Trúc Giao Thức Giao thức giao tiếp hay gọi giao thức truyền thông, giao thức liên mạng, giao thức tương tác, giao thức trao đổi thông tin Các khái niệm a) Dịch vụ truyền thông: - Một hệ thống truyền thông cung cấp dịch vụ truyền thông cho thành viên tham gia nối mạng Các dịch vụ dùng cho việc thực nhiệm vụ khác trao đổi liệu, báo cáo trạng thái, tạo lập cấu hình tham số hóa thiết bị trường, giám sát thiết bị cài đặt chương trình Các dịch vụ truyền thơng nhà cung cấp hệ thống truyền thông thực phần cứng phần mềm - Mỗi hệ thống truyền thông khác qui định chuẩn riêng tập hợp dịch vụ truyền thơng Ví dụ PROFIBUS định nghĩa hàm dịch vụ khác so với INTERBUS hay ControlNet Ví dụ: Với cơng cụ phần mềm SCADA ta đồng thời khai thác liệu từ đầu đo hay PLC liên kết với bus trường khác nhau, không cần tới dịch vụ hỗ trợ cài đặt chương trình điều khiển cho PLC b) Giao thức: - Bất giao tiếp cần ngôn ngữ chung cho đối tác Trong kỹ thuật truyền thông, bên cung cấp dịch vụ bên sử dụng dịch vụ phải tuân thủ theo qui tắc, thủ tục cho việc giao tiếp, gọi giao thức Giao thức sở cho việc thực sử dụng dịch vụ truyền thông - Việc thực dịch vụ truyền thông sở giao thức tương ứng gọi xử lý giao thức Nói cách khác, q trình xử lý giao thức mã hóa (xử lý giao thức bên gửi) giải mã (xử lý giao thức bên nhận) Tương tự dịch vụ truyền thơng, phân biệt giao thức cấp thấp giao thức cao cấp Các giao thức cao cấp sở cho dịch vụ cao cấp giao thức cấp thấp sở cho dịch vụ cấp thấp +) Giao thức HDLC: HDLC cho phép chế độ truyền bit nối tiếp đồng không đồng Trong HDLC có ba loại điện, phân biệt qua thơng tin điều khiển (8 bit), là: • Information Frames: Khung thơng tin (I-Format) • Supervisory Frames: Khung giám sát vận chuyển liệu (S-Format) • Unnumbered Frames: Khung bổ trợ kiểm soát mối liên kết trạm (U-Format) +) Giao thức UART: UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) mạch vi điện tử sử dụng rộng rãi cho việc truyền bit nối tiếp chuyển đổi song song/nối tiếp đường truyền bus máy tính (xem mục Chế độ truyền tải) UART cho phép lựa chọn chế độ truyền chiều, hai chiều đồng hai chiều không đồng Mơ hình lớp: - Để trao đổi liệu hai thiết bị, thủ tục, giao thức cần thiết tương đối phức tạp Rõ ràng điều cần cộng tác hai đối tác truyền thông mức trừu tượng cao Thay phải thực tất bước cần thiết module nhất, chia nhỏ thành phần việc thực độc lập Trong mơ hình lớp, phần việc xếp theo chiều dọc thành lớp, tương ứng với lớp dịch vụ lớp giao thức khác Mỗi lớp giải nhiệm vụ rõ ràng phục vụ việc truyền thông Một dịch vụ lớp sử dụng dịch vụ lớp kề - Với mơ hình phân lớp, ý nghĩa giao thức lần thể rõ Đương nhiên, để thực truyền thơng cần có hai đối tác tham gia, phải tồn tập hợp hàm phân lớp hai thiết bị Quan hệ giao tiếp quan hệ lớp tương đương hai trạm Chỉ đối tác truyền thông lớp tương đương sử dụng chung ngơn ngữ, tức chung giao thức trao đổi thơng tin Trong trường hợp khác, cần có phần tử trung gian hiểu hai giao thức, gọi chung chuyển đổi, bridge hay gateway - tùy theo lớp giao thức quan tâm Vấn đề mấu chốt để thực việc chuyển đổi thống dịch vụ truyền thông lớp tương đương hai hệ thống khác Nếu hai hệ thống lại qui định chuẩn khác dịch vụ việc chuyển đổi bị hạn chế nhiều hồn tồn khơng có ý nghĩa Kiến trúc giao thức OSI - Theo mơ hình OSI, chức hay dịch vụ hệ thống truyền thông chia thành bảy lớp, tương ứng với lớp dịch vụ lớp giao thức Các lớp phần cứng phần mềm thực hiện, nhiên chuẩn không đề cập tới chi tiết đối tác truyền thông phải thực lớp Một lớp thực dịch vụ sở sử dụng dịch vụ lớp phía theo giao thức qui định tương ứng Thông thường, dịch vụ cấp thấp phần cứng (các vi mạch điện tử) thực hiện, dịch vụ cao cấp phần mềm (hệ điều hành, phần mềm điều khiển, phần mềm ứng dụng) đảm nhiệm - Một mơ hình qui chiếu tạo sở, không đảm bảo khả tương tác hệ thống truyền thông, thiết bị truyền thông khác Với việc định nghĩa bảy lớp, OSI đưa mơ hình trừu tượng cho trình giao tiếp phân cấp Nếu hai hệ thống thực dịch vụ sở giao thức giống lớp, có nghĩa hai hệ thống có khả tương tác lớp Mơ hình OSI coi cơng trình khung, hỗ trợ việc phát triển đặc tả chuẩn giao thức Lớp ứng dụng (application layer): - Lớp ứng dụng lớp mơ hình OSI, có chức cung cấp dịch vụ cao cấp (trên sở giao thức cao cấp) cho người sử dụng chương trình ứng dụng Ví dụ, xếp dịch vụ giao thức theo chuẩn MMS dẫn xuất sử dụng số hệ thống bus trường thuộc lớp ứng dụng Lớp biểu diễn liệu (presentation layer): - Trong mạng truyền thơng, ví dụ mạng máy tính, trạm máy tính có kiến trúc khác nhau, sử dụng hệ điều hành khác cách biểu diễn liệu chúng khác Sự khác cách biểu diễn liệu độ dài khác cho kiểu liệu, cách xếp byte khác kiểu nhiều byte, sử dụng bảng mã ký tự khác - Chức lớp biểu diễn liệu chuyển đổi dạng biểu diễn liệu khác cú pháp thành dạng chuẩn, nhằm tạo điều kiện cho đối tác truyền thơng hiểu chúng sử dụng kiểu liệu khác Nói cách khác, lớp biểu diễn liệu giải phóng phụ thuộc lứp ứng dụng vào phương pháp biểu diễn liệu khác Ngoài ra, lớp cịn cung cấp số dịch vụ bảo mật liệu, ví dụ qua phương pháp sử dụng mã khóa Lớp kiểm sốt nối (session layer): - Một q trình truyền thơng, ví dụ trao đổi liệu hai chương trình ứng dụng thuộc hai nút mạng, thường tiến hành thành nhiều giai đoạn Cũng việc giao tiếp hai người cần có việc tổ chức mối quan hệ, hai đối tác truyền thơng cần có hỗ trợ tổ chức mối liên kết Lớp kiểm sốt nối có chức kiểm sốt mối liên kết truyền thơng chương trình ứng dụng, bao gồm việc tạo lập, quản lý kết thúc đường nối ứng dụng đối tác Cần phải nhắc lại rằng, mối liên kết chương trình ứng dụng mang tính chất logic; thơng qua mối liên kết vật lý (giữa hai trạm, hai nút mạng) tồn song song nhiều đường nối logic Thơng thường, kiểm sốt nối thuộc chức hệ điều hành Lớp vận chuyển (transport layer): - Bất kể chất ứng dụng cần trao đổi liệu, điều cần thiết liệu phải trao đổi cách tin cậy Khi khối liệu chuyển thành gói, cần phải đảm bảo tất gói đến đích theo trình tự chúng chuyển Chức lớp vận chuyển cung cấp dịch vụ cho việc thực vận chuyển liệu chương trình ứng dụng cách tin cậy, bao gồm trách nhiệm khắc phục lỗi điều khiển lưu thơng Nhờ mà lớp thực chức cao cấp mà không cần quan tâm tới chế vận chuyển liệu cụ thể Các nhiệm vụ cụ thể lớp vận chuyển bao gồm: • Quản lý tên hình thức cho trạm sử dụng • Định vị đối tác truyền thơng qua tên hình thức và/hoặc địa • Xử lý lỗi kiểm sốt dịng thơng tin, có việc lập lại quan hệ liên kết thực thủ tục gửi lại liệu cần thiết • Dồn kênh nguồn liệu khác • Đồng hóa trạm đối tác Lớp mạng (network layer): - Một hệ thống mạng diện rộng (ví dụ Internet hay mạng viễn thông) liên kết nhiều mạng tồn độc lập Mỗi mạng có khơng gian địa có cách đánh địa riêng biệt, sử dụng công nghệ truyền thông khác Một điện từ đối tác A sang đối tác B mạng khác qua nhiều đường khác nhau, thời gian, quãng đường vận chuyển chất lượng đường truyền khác Lớp mạng có trách nhiệm tìm đường tối ưu (routing) cho việc vận chuyển liệu, giải phóng phụ thuộc lớp bên vào phương thức chuyển giao liệu công nghệ chuyển mạch dùng để kết nối hệ thống khác Tiêu chuẩn tối ưu hoàn toàn dựa yêu cầu đối tác, ví dụ yêu cầu thời gian, quãng đường, giá thành dịch vụ hay yêu cầu chất lượng dịch vụ Việc xây dựng hủy bỏ quan hệ liên kết nút mạng thuộc trách nhiệm lớp mạng Lớp liên kết liệu (data link layer): - Lớp liên kết liệu có trách nhiệm truyền dẫn liệu cách tin cậy qua mối liên kết vật lý, bao gồm việc điều khiển việc truy nhập mơi trường truyền dẫn bảo toàn liệu Lớp liên kết liệu thường chia thành hai lớp tương ứng với hai chức nói trên: Lớp điều khiển truy nhậpmôi trường (medium access control, MAC) lớp điều khiển liên kết logic (logical link control, LLC) Trong số hệ thống, lớp liên kết liệu đảm nhiệm thêm chức khác kiểm sốt lưu thơng đồng hóa việc chuyển giao khung liệu - Để thực chức bảo tồn liệu, thơng tin nhận từ lớp phía đóng gói thành điện có chiều dài hợp lý (frame) Các khung liệu chứa thông tin bổ sung phục vụ mục đích kiểm lỗi, kiểm sốt lưu thơng đồng hóa Lớp liên kết liệu bên phía nhận thơng tin dựa vào thông tin để xác định tính xác liệu, xếp khung lại theo trình tự khơi phục lại thơng tin để chuyển tiếp lên lớp Lớp vật lý (physical layer): - Lớp vật lý lớp mơ hình phân lớp chức truyền thông trạm thiết bị Lớp đảm nhiệm tồn cơng việc truyền dẫn liệu phương tiện vật lý Các qui định mô tả giao diện vật lý trạm thiết bị mơi trường truyền thơng: • Các chi tiết cấu trúc mạng (bus, cây, hình sao, ) • Kỹ thuật truyền dẫn (RS-485, MBP, truyền cáp quang, ) • Phương pháp mã hóa bit (NRZ, Manchester, FSK, ) • Chế độ truyền tải (dải rộng/dải sở/dải mang, đồng bộ/không đồng bộ) • Các tốc độ truyền cho phép • Giao diện học (phích cắm, giắc cắm, ) Kiến trúc giao thức TCP/IP - Đặc tả OSI cung cấp diện mạo bề ngồi truyền thơng mạng Khi cho mạng vật lý hạ tầng, tồn hai kiểu tương tác hệ thống: truyền thông liên QT truyền thông liên nút Đặt hai câu hỏi người thiết kế hệ thống: Làm để trì truyền thơng cặp hai QT việc dẫn đường TĐ theo nút mạng ? Nói khác đi, tầng giao vận tầng mạng cốt yếu thiết kế hệ thống TCP/IP giao thức tập trung vào hai vấn đề môi trường liên mạng TCP giao thức tầng giao vận tương đương với TP4 OSI Đích TCP/IP mạng liên kết nối OSI máy tính liên kết nối - Mức giao vận chọn hướng kết nối không kết nối Dịch vụ thực chu trình ảo gói tin tầng mạng Như vậy, tổ hợp thành bốn chế truyền thông QT Truyền thông hướng kết nối, theo định nghĩa, có yêu cầu nghiêm ngặt việc phân phát xác trình tự TĐ so với truyền thơng khơng kết nối Nó dịch vụ đắn cho hầu hết ứng dụng Hơn nữa, gói tin (đơn vị truyền thông không kết nối) dễ dàng hiệu thi hành tầng mạng, đặc biệt mạng hạ tầng không tin cậy Kết hợp tầng giao vận hướng kết nối tầng mạng gói tin làm thích nghi lớp rộng lớn ứng dụng mạng Đây triết lý TCP/IP (TCP hướng kết nối IP mạch chuyển gói tin) - Trách nhiệm trì truyền thơng tin cậy từ mức mạng chuyển tới mức HĐH, nơi cho phép điều khiển nhiều so với mạng Dữ liệu khác TĐ điều khiển địi hỏi dịch vụ khơng tin cậy, điều đáp ứng nhờ dịch vụ gói tin người dùng mức giao vận - Mức giao vận TCP/IP UDP/IP cung cấp cổng dịch vụ hướng kết nối không kết nối Giao diện chuyển mạch gói (socket) UNIX BSD IV phát triển trường ĐHTH Berkeley ví dụ chế giao diện mà ứng dụng chẳng hạn ống dẫn dòng UNIX cần xây dựng Socket trừu tượng hóa vào-ra mạng cho phép thực thao tác đọc ghi chuẩn Lời gọi hệ thống socket tạo socket, cho đặc tả socket dùng để đọc ghi socket, tương tự đặc tả file file mở Tham số lời gọi hệ thống socket mô tả họ giao thức kiểu dịch vụ truyền thông thiết đặt socket Với kết nối TCP, socket bắt buộc hướng tới cổng giao vận đích trước tốn tử đọc ghi giải thích Lời gọi connect thực việc làm phù hợp socket với cổng giao vận đích xa HĐH đích xa cho số hiệu cổng tương ứng Nếu số hiệu cổng cần thiết biết QT đích gán nhờ lời gọi bind với chức ràng buộc socket tới cổng cục Đối với truyền liệu không kết nối, lời gọi hệ thống sendio revfrom dùng Yêu cầu số hiệu socket địa đích mơ tả tham số lời gọi Không cần kết nối từ trước - Một số giao thức điển hình giao thức TCP/IPđược liệt kê -FTP (File transfer Protocol): Giao thức truyền File lấy (gửi) File từ (tới) máy khác -Telnet: Chương trình mơ thiết bị đầu cuối cho phép login vào máy chủ -SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Một giao thức thư tín điện tử -DNS (Domain Name phục vụ): Dịch vụ tên miền cho phép nhận máy tính từ tên miền thay cho chuỗi địa Internet khó nhớ -SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao thức cung cấp công cụ quản trị mạng -RIP (Routing Internet Protocol): Giao thức dẫn đường động -ICMP (Internet Control Message Protocol): Nghi thức thông báo lỗi -UDP (User Datagram Protocol): Giao thức truyền không kết nối cung cấp dịch vụ truyền không tin cậy tiết kiệm chi phí truyền -TCP (Transmission Control Protocol): Giao thức hướng kết nối cung cấp dịch vụ truyền thông tin cậy -IP (Internet Protocol): Giao thức Internet chuyển giao gói tin qua máy tính đến đích -ARP (Address Resolution Protocol): Cơ chế chuyển địa TCP/IP thành địa vật lý thiết bị mạng  ...Đề Tài: Kiến Trúc Giao Thức Giao thức giao tiếp hay cịn gọi giao thức truyền thơng, giao thức liên mạng, giao thức tương tác, giao thức trao đổi thông tin Các khái niệm... lý giao thức bên gửi) giải mã (xử lý giao thức bên nhận) Tương tự dịch vụ truyền thơng, phân biệt giao thức cấp thấp giao thức cao cấp Các giao thức cao cấp sở cho dịch vụ cao cấp giao thức cấp... giao thức Giao thức sở cho việc thực sử dụng dịch vụ truyền thông - Việc thực dịch vụ truyền thông sở giao thức tương ứng gọi xử lý giao thức Nói cách khác, trình xử lý giao thức mã hóa (xử lý giao