Nghiên cứu một số vấn đề x.25 và frame relay

Chuyên ngành Công nghệ thông tin Học viện Công nghệ BC - VT Nghiên cứu một số vấn đề x.25 và frame relay Tóm tắt : Việc đảm bảo truyền thông tin chính xác, hiệu quả, tốc độ đảm bảo đ-ợc xem là những yêu cầu bắt buộc trong qúa trình truyền số liệu. Mạng chuyển mạch gói là thích hợp nhất cho việc truyền số liệu với kích th-ớc lớn và cho độ tin cậy cao. Mục đích của đề tài là tìm hiều những giao thức đ-ợc sử dụng trong mạng chuyển mạch gói X.25 và Frame Relay để đáp ứng đ-ợc các yêu cầu truyền tin tin cậy, tốc độ đảm bảo, .Việc phát hiện và sửa lỗi trong quá trình truyền dẫn để đảm bảo cho thông tin đ-ợc truyền trên đ-ờng truyền chính xác cũng là một vấn đề quan trọng đ-ợc đề cập đến. Nhằm mục đích kết hợp lý thuyết với thực tế, nhóm sinh viên thực hiện đã tìm hiểu về mạng chuyển mạch gói X.25 và Frame Relay của Việt Nam. Để có một kết quả sinh động giúp cho việc học lý thuyết một cách trực quan, nhóm có thực hiện một ch-ơng trình mô phỏng việc gửi các gói tin trên mạng . 1. Xu h-ớng phát triền của mạng chuyển mạch gói Chuẩn X.25 của Uỷ ban t- vấn điện thoại và điện tín quốc tế CCITT đ-a ra năm 1976 có ảnh h-ởng mạnh mẽ đến sự phát triển của mạng chuyển mạch gói trên thế giới và trong thiết kế các thiết bị ng-ời dùng để vận hàng các mạng này. X.25 cho phép các khung dữ liệu số hoá đ-ợc truyền qua các khoảng cách lớn. Mạng chuyển mạch gói X.25 cung cấp các dịch vụ tin cậy, chi phí rẻ, đạt đ-ợc hiệu qủa với cả các đ-ờng truyền chất l-ợng thấp có nhiều lỗi, thoả mãn đ-ợc nhiều loại thuê bao có tốc độ khác nhau, thực hiện điều khiển luồng từ nút tới nút. Tuy nhiên mạng chuyển mạch gói cũng có nh-ợc điểm là tốc độ chậm, độ trễ trong mạng lớn khó đảm bảo các dịch vụ thời gian thực. Do vậy trong điều kiện mạng truyền dẫn quang ít lỗi thì việc kiểm tra tại từng nút là không cần thiết và những yêu cầu dịch vụ mới mà mạng X.25 không đáp ứng đ-ợc do vậy mạng Frame Relay đã ra đời đáp ứng đ-ợc những nhu cầu mới những dịch vụ thời gian thực, yêu cầu truyền dẫn tốc độ cao. Mạng Frame Relay yêu cầu một điều kiện là mạng truyền dẫn không lỗi. Hệ thống mạng viễn thông hiện nay tồn tại một cách riêng rẽ, với mỗi loại dịch vụ viễn thông lại có một laọi mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ nh-: mạng Telex, mạng điện thoại công cộng, mạng truyền số liệu, mạng cục bộ, . các mạng đ-ợc thiết kế riêng biệt, không thể sử dụng mạng này cho mạng khác. Nhiều mạng cùng tồn tại nh- vậy gây nhiều khó khăn trong thiết kế, vận hành, bảo d-ỡng, thiếu tính mềm dẻo. Chính vì vậy xu h-ớng tất yếu là phải kết hợp thành một loại mạng viễn thông duy nhất. Mạng này có khả năng cung cấp, đáp ứng các dịch vụ của các loại mạng viễn thông khác nh- truyền thoại, truyền số liệu, truyền hình tốc độ cao, . Đó chính là những khả năng của mạng tích hợp số băng rộng B-ISDN. Và mạng ATM là nền tảng trong t-ơng lai của B-ISDN. ATM là mạng truyền dẫn không đồng bộ, chính công nghệ truyền dẫn quang và công nghệ bán dẫn quyết định sự ra đời của ATM. Mạng ATM dựa trên các gói tin có kích th-ớc nhỏ 53 bytes gọi là các tế bào ATM, việc truyền dẫn gói tin có kích cỡ nhỏ cùng với việc sử dụng kênh ảo và đ-ờng ảo mà tốc độ truyền trong mạng ATM đạt tốc độ cao, tốc độ chung cỡ 155Mbps(tốc độ của khung STM-1) có thể hoạt động tới tốc độ Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HS-SV Học viện Công nghệ BC - VT 622Mbps(tốc độ của khung STM-4), độ trễ chỉ còn vài trăm s, đảm bảo đ-ợc thời gian thực nh- trong chuyển mạch kênh. 2. Giao thức sử dụng trong mạng chuyển mạch gói 2.1 Giao thức trong mạng X.25 Các giao thức trong mạng chuyển mạch gói là các giao thức ở mức d-ới. CCITT khuyến nghị sử dụng các giao thức sau trong mạng chuyển mạch gói. 2.1.1 Giao thức X.25 Giao thức X.25 là giao thức quan trọng nhất trong các giao thức chuyển mạch gói. Khi tham chiếu vào mô hình OSI giao thức X.25 nằm ở 3 mức d-ới: lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng. Giao thức này xác định giao tiếp giữa DTE và DCE. Trong đó DTE làm việc theo ph-ơng thức gói trong mạng số liệu công cộng. Giao thức này có khá nhiều -u điểm: nó là một khuyến nghị đ-ợc quốc tế công nhận, phù hợp với mô hình OSI, có các thủ tục điều khiển luồng, truyền thông tin tin cậy do có khả năng phát hiện lỗi và truyền lại, có thể thực hiện nhiều cuộc nối trên một tuyến nối vật lý, a) Giao thức X.25 lớp vật lý Giao thức X.25 lớp vật lý bao gồm các khía cạnh cơ bản nhất của kết nối mạng nh- các kiểu bộ nối chuyển, các chân ra của bộ nối chuyển, các quy -ớc báo hiệu và các báo hiệu điện. Các tiêu chuẩn cho lớp vật lý là xác định cần phải thiết kế thiết bị điều khiển và thu cho giao tiếp này nh- thế nào, kiểu cáp gì sử dụng để đấu nối các thiết bị với nhau và giao tiếp này phải làm việc nh- thế nào. Theo X.25 của CCITT khuyến nghị các giao tiếp sau đ-ợc sử dụng cho lớp vật lý là X.21, X.21 bis, V.24, V.28. b) Giao thức X.25 lớp liên kết dữ liệu Lớp liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển tin từ các giao thức lớp cao hơn qua giao tiếp vật lý giữa hai thiết bị đấu nối với nhau. Giao thức sử dụng ở lớp liên kết dữ liệu của X.25 là giao thức LAP-B. Đơn vị dữ liệu của giao thức LAP-B là khung LAP-B. Cấu trúc khung LAP-B nh- sau: Cờ F Địa chỉ A Điều khiển C Thông tin I FCS Cờ F Tr-ờng cờ F: 8 bit, có giá trị 01111110 ở đầu và cuối khung để đánh dấu bắt đầu và kết thúc một khung. Để tránh nhầm lẫn dữ liệu và cờ thì trong phần dữ liệu thực hiện chèn bít 0, ở phía phát cứ một chuỗi 5 bit 1 sẽ đ-ợc chèn vào một bit 0, và phía đầu thu sẽ làm ng-ợc lại để thu thông tin đúng. Tr-ờng địa chỉ A: 8 bit để phân biệt là DTE hay là DCE nên nó chỉ có 2 địa chỉ là địa chỉ A 03 dành cho DCE phát lệnh và địa chỉ B 01 dành cho DTE phát lệnh. Tr-ờng điều khiển C có hai dạng khung chuẩn 8 bit và khung mở rộng 16 bit. Tr-ờng điều khiển để phân biệt 3 kiểu khung LAP-B là khung thông tin, khung giám sát, khung không đánh số. Khung thông tin I thực hiện chuyển tin cho giao thức mức cao hơn. Khung giám sát S không mang thông tin Chuyên ngành Công nghệ thông tin Học viện Công nghệ BC - VT của lớp cao hơn gồm có 3 kiểu khung RR(máy thu đã sẵn sàng thu khung tin thứ N(R)), RNR(máy thu ch-a sẵn sàng thu, không có khả năng nhận các khung từ N(R)-1 trở về sau), REJ(khung từ chối) để thực hiện chức năng điều khiển luồng mức 2. Khung không đánh số U đ-ợc dùng để khởi tạo tuyến thông tin, huỷ ghép nối và cho một số mục đích điều khiển đặc biệt. Tr-ờng thông tin I: mang thông tin của gói mức 3 giao thức X.25. Tr-ờng kiểm tra FCS: 16 bit, ph-ơng thức kiểm tra theo ph-ơng thức CRC có đa thức sinh bậc 16, để kiểm tra khung nhận đ-ợc có lỗi hay không. c) Giao thức X.25 lớp mạng Giao thức lớp mạng là một giao thức giữa một DTE và một DCE đấu nối trực tiếp qua một tuyến thông tin, để thiết lập tuyến nối giữa các thiết bị đầu cuối qua một hoặc nhiều mạng có đấu ghép với nhau. Đơn vị dữ liệu lớp này là gói tin. Cấu trúc gói tin có 3 byte tiêu đề nh- sau: Byte 1 Byte 2 Byte 3 GFI + LCGN LCN PTI Phần còn lại của gói tin GFI: General Format Identifer- Tr-ờng nhận dạng khuông mẫu chung gồm 4 bit cao của byte đầu tiên của phần tiêu đề. Trong đó bit 5, bit 6 để nhận dạng cửa sổ thực hiện của hệ thống là cửa sổ 7 hay 128. Bit 7 là bit xác nhận chuyển giao. Bit 8 là bit Q để phân biệt các gói số liệu là gói số liệu thông th-ờng hay gói định phẩm chất. LCGN: Logic Channel Group Number- Tr-ờng địa chỉ nhóm kênh logic 4 bit LCN: Logic Channel Number- Tr-ờng địa chỉ kênh logic 8 bit. Một cặp LCGN và LCN tạo thành một cặp địa chỉ để nhận dạng một kênh logic duy nhất cho một cuộc gọi riêng. Với 12 bit ta có thể nhận dạng đ-ợc tối đa 4096 địa chỉ logic. PTI:Packet Type Identifier- Tr-ờng nhận dạng kiểu gói 8 bit để nhận dạng các kiểu gói cấp mạng, có các kiểu gói là: gói thiết lập và giải toả cuộc gọi, các gói số liệu và ngắt, các gói điều khiển luông và tái lập, các gói tái khởi động, gói phán đoán, gói đăng ký. Trong các gói của lớp mạng mới chứa địa chỉ cụ thể của thiết bị đầu cuối chủ gọi và bị gọi để thực hiện việc định tuyến trong mạng. 2.1.2 Giao thức 3.X Khi thiết bị đấu nối vào mạng chuyển mạch gói không làm việc theo ph-ơng thức chuyển mạch gói, thì ta cần phải có một bộ tách ghép gói PAD để đấu nối. Giao thức 3X xác định các thao tác của bộ ghép tách gói PAD. Đây là bộ 3 giao thức X.3, X.28, X.29. Giao thức X.3:quy định một tập các tham số xác định sự làm việc của cửa PAD có tất cả 22 tham số. Giao thức X.28: mô tả chi tiết 22 tham số của PAD đ-ợc chuyển thành giao tiếp ng-ời sử dụng nh- thế nào. Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HS-SV Học viện Công nghệ BC - VT Giao thức X.29: xác định X.25 đ-ợc sử dụng nh- thế nào trong cuộc gọi 3X 2.2 Giao thức trong mạng Frame Relay Giao thức trong mạng Frame Relay chủ yếu làm việc ở tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, một số chức năng của tấng mạng đ-ợc chuyển xuống tầng này tuy nhiên một số chức năng của tầng này cũng đ-ợc loại bở bớt để giảm độ trễ trong mạng, để thực hiện điều này nó đòi hỏi một yêu cầu với mạng là mạng không lỗi. Giao thức với lớp 1: lớp vật lý của Frame Relay cũng định nghĩa một giao diện vật lý, điện dùng chung giữa FRAD và FRND. Frame Relay dùng ở tốc độ cao nên vẫn dùng giao diện V.35 Giao thức lớp 2: giao thức lớp 2 của Frame Relay dùng 2 loại là LAP-D và LAP-F trong đó LAP-F là cải tiến của LAP-D nên ta chỉ xét LAP-F. Đơn vị dữ liệu của giao thức LAP-F là khung LAP-F. Cấu trúc khung LAP -F: F Flag A Address I Information FCS F Flag Tr-ờng cờ F- Flag giống nh- khung LAP - B cũng gồm 8 bit 01111110, để bắt đầu và kết thúc một khung. Do có giá trị nh- vậy nên trong tr-ờng thông tin ta cũng phải thực hiện chèn bit 0. Tr-ờng địa chỉ A- Address thông th-ờng gồm 2 byte tuy nhiên có thể mở rộng thành 3 hoặc 4 byte. Cấu trúc tr-ờng địa chỉ nh- sau DLCI bậc cao(6 bit) C/R EA DLCI bậc thấp(4 bit) FECN BECN DE EA EA bit mở rộng cho phép mở rộng tr-ờng địa chỉ EA = 0, giá trị EA của byte cuối cùng của tr-ờng địa chỉ mới = 1. C/R bit này t-ơng tự nh- bit D của giao thức X.25 DLCI là tr-ờng địa chỉ để nhận dạng đ-ờng nối dữ liệu. Với tr-ờng địa chỉ 2 byte ta có 10 bit DLCI có thể nhận dạng đ-ợc 1024 đ-ờng ảo. Với tr-ờng địa chỉ mở rộng 3 byte ta có 16 bit DLCI có thể nhận dạng đ-ợc 65536 đ-ờng ảo. BECN, FECN 2 bit để thông báo nghẽn h-ớng về, h-ớng đi, 2 bit này do mạng l-ới đặt cho từng cuộc gọi Tr-ờng thông tin I: để chuyển thông tin cho lớp cao hơn có hai loại thông tin chính là thông tin dữ liệu ng-ời dùng và thông tin về giao thức từng lớp sử dụng. Tr-ờng kiểm tra FCS: độ dài 2 byte thực hiện kiểm tra theo ph-ơng thức CRC theo một đa thức chung thống nhất trong toàn mạng. Trong mạng Frame Relay tại mỗi nút khi phát hiện lỗi khung sẽ không yêu cầu truyền lại ngay mà sẽ huỷ khung đi việc yêu cầu truyền lại đ-ợc thực hiện ở thiết bị đầu cuối. Chuyên ngành Công nghệ thông tin Học viện Công nghệ BC - VT Giao thức lớp 3: không có giao thức vì lớp 3 không làm gì mà chỉ truyền tin tiếp. 3. Sửa lỗi trong truyền số liệu Trong quá trình truyền tin không thể tránh đ-ợc việc có lỗi do vậy để đảm bảo thông tin thu đ-ợc chính xác ta phải có ph-ơng pháp phát hiện và sửa lỗi. Để có thể phát hiện lỗi ta phải thực hiện mã hoá dữ liệu tr-ớc khi truyền trên đ-ờng truyền. Có một số kiểu mã nh- sau: - Mã kiểm tra chẵn lẻ: cứ sau một nhóm bit thông tin nhất định có một bit đ-ợc chèn vào cuối nhóm bit để báo cho bên nhận biết số bit 1 là chẵn hay lẻ điều này tuỳ thuộc vào ph-ơng thức kiểm tra chẵn hay kiểm tra lẻ. Với mã này ta chỉ phát hiện đ-ợc các lỗi lẻ bit với các lỗi sai chẵn bit mã này không có khả năng phát hiện có thể nói khả năng phát hiện lỗi của mã này thấp tuy vậy nó vẫn đ-ợc sử dụng vì đơn giản. - Ph-ơng pháp kiểm tra tổng: ph-ơng pháp này thực hiện theo ph-ơng thức cộng modul 256 ta đ-ợc một byte tổng là byte checksum, nó đ-ợc gửi đi kèm theo dữ liệu. Đến phía thu thực hiện tính một byte checksum khác và thực hiện so sánh byte này với byte checksum thu đ-ợc. Ph-ơng pháp này đơn giản nh-ng còn có nhiều lỗi có những lỗi mà ngay trong chính ch-ơng trình cũng không phát hiện đ-ợc. - Ph-ơng pháp mã vòng CRC. Ta thực hiện chia dữ liệu cho một đa thức sinh đ-ợc phần d- sẽ là các bit kiểm tra FCS đ-ợc gửi kèm theo dữ liệu. Đến phía thu đem dữ liệu nhận đ-ợc chia cho đa thức sinh nếu có d- tức là dữ liệu thu đ-ợc đã bị lỗi, không còn d- tức là đã thu đúng. Đây là một loại mã có khả năng phát hiện lỗi tốt với đa thức sinh CRC-CCITT và CRC-16 phát hiện đ-ợc 100% lỗi đơn và lỗi kép. - Mã Hamming: đây là loại mã có khả năng phát hiện và sửa lỗi đ-ợc Hamming của phòng thí nghiệm Bell đ-a ra nó dựa trên khoảng cách mã. Khoảng cách mã là số bit sai khác giữa hai từ mã khi đó ở phía thu sau khi kiểm tra ta có khả năng sửa sai trong một giới hạn nào đó. Với các mã chỉ có khả năng phát hiện lỗi ta phải thực hiện sửa lỗi theo ph-ơng pháp ARQ ph-ơng pháp truyền lại. Có 3 loại ARQ - Dừng và chờ ARQ: trạm phát truyền đi một khung tin và các khung khác sẽ không đ-ợc gửi đi cho đến khi trạm nhận nhận đ-ợc và phát một tín hiệu trả lời ACK cho phía phát. Nếu không nhận đ-ợc ACK sau một khoảng thời gian nào đó hoặc nhận đ-ợc tín hiệu NAK thì phía phát sẽ phát lại khung đó. - Trở lại N-ARQ: ph-ơng pháp này đ-ợc dùng trong X.25 mức 2. Phía phát phát đi một chuỗi các khung liên tiếp mà không phải chờ cho đến khi nhận đ-ợc xác nhận, ở phía thu nhận các khung tin lần l-ợt và trả lời N(R) cho biết gói tin mong muốn nhận qua đó phía phát biết phía thu đã nhận đến đâu để có phát lại hay không. - Truyền lại có chọn lựa: theo ph-ơng pháp này chỉ gói nào phát hiện sai mới truyền lại không nh- ph-ơng pháp trên là truyền lại tất cả các gói kể từ gói phát hiện sai. 4. Ch-ơng trình mô phỏng Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HS-SV Học viện Công nghệ BC - VT Để mô phỏng qúa trình truyền tin trong mạng, trong đề tài đã thực hiện tìm hiểu mạng chuyển mạch gói X.25 và Frame Relay Việt Nam để mô phỏng cấu trúc mạng và thực hiện truyền gói tin. 5. Kết luận Đề tài đã thực hiện nghiên cứu về các giao thức trong mạng X.25 và Frame Relay nhằm giúp cho sinh viên trong việc học hai môn học Cơ sở Kỹ thuật truyền thông số liệu và Các công nghệ truyền thông số liệu có thể nắm vững kiến thức đã học và có b-ớc đầu biết về mạng chuyển mạch gói và Frame Relay Việt Nam. Trong điều kiện không cho phép đề tài ch-a tìm hiểu đ-ợc sâu về các kỹ thuật thực sự trong mạng Viêt Nam đấy sẽ là ph-ơng h-ớng phát triển tiếp của đề tài nếu đ-ợc tiếp tục phát triển. Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Tất Đắc, Mạng chuyển mạch gói, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1994 [2] TS Lê Hữu Lập, Cơ sở Kỹ thuật Truyền thông số liệu, HVCNBCVT, 1999 [3] Trần Thị Hảo, Phạm Ngọc Đĩnh, Các công nghệ truyền thông số liệu, HVCNBCVT, 2001 [4] TS Phạm Thế Quế, ThS Lê Thị Huyền Trâm, Bài giảng Mạng máy tính, HVCNBCVT, 2001 [5] Nguyễn Hữu Thanh, Tổng quan về kỹ thuật mạng B-ISDN, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 . nghệ BC - VT Nghiên cứu một số vấn đề x. 25 và frame relay Tóm tắt : Việc đảm bảo truyền thông tin chính x c, hiệu quả, tốc độ đảm bảo đ-ợc xem là những. chuyển mạch gói X. 25 và Frame Relay Việt Nam để mô phỏng cấu trúc mạng và thực hiện truyền gói tin. 5. Kết luận Đề tài đã thực hiện nghiên cứu về các giao