Bài giảng Mạng thông tin

Trƣớc khi có thể truyền số liệu , đƣờng truyền cần đƣợc thiết lập, Từ thuê bao truy nhập vào một node, node này cần phải tìm các nhánh đi qua một số node khác để đến đƣợc thuê bao b[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG

MẠNG THÔNG TIN

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

Chƣơng CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠNG THÔNG TIN 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THƠNG TIN

Nội dung chƣơng đƣợc trình bày theo mục đƣợc xếp theo trình, cụ thể: Thơng tin truyền thơng vấn vấn đề đƣợc xã hội quan tâm kinh tế mới, kinh tế thơng tin, kinh tế trí thức, kinh tế học hỏi kinh tế số; trang bị nhìn tổng quát mạng số liệu; tổ chức mạng truyền số liệu đại, kỹ thuật đƣợc dùng truyền số liệu vấn đề chuẩn hóa mơ hình tham chiếu mạng

1.1.1 Thông tin truyền thơng

Thơng tin liên lạc đóng vai trị quang trọng sống, hầu hết gắn liền với vài dạng thông tin Các dạng trao đổi tin nhƣ: đàm thoại ngƣời với ngƣời, đọc sách, gửi nhận thƣ, nói chuyện qua điện thoại, xem phim hay truyền hình, xem triển lãm tranh , tham dự diễn đàn

Có hàng nghìn ví dụ khác thơng tin liên lạc, gia cơng chế biến để truyền thông tin số liệu phần đặc biệt lĩnh vực thông tin

Hình 1.1 Một hệ thống thơng tin

ở đây: AP- Applicayion process- Quá trình ứng dụng

Từ ví dụ nhận thấy hệ thống truyền tin có đặc trƣng riêng nhƣng có số đặc tính chung cho tất hệ thống Đặc trƣng chung có tính nguyên lý tất hệ thống truyền tin nhằm mục đích chuyển tải thơng tin từ điểm đến điểm khác Trong hệ thống truyền số liệu, thƣờng gọi thông tin liệu hay thông điệp Thơng điệp có nhiều dạng khác nhau, để truyền thông điệp từ

Hệ thống phục truyền tin

AP

Hệ thống phục vụ phục truyền tin

AP

Máy tính A Máy tính B

Thơng tin user đến user Thơng tin máy tính đến máy tính

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

tin nơi phát sinh chuyển thông điệp lên môi trƣờng truyền; môi trƣờng truyền phƣơng tiện mang thơng điệp tới đích thu Các phần tử yêu cầu tối thiểu trình truyền tin Nếu thành phần không tồn tại, truyền tin xảy Một hệ thống truyền tin thông thƣờng đƣợc miêu tả hình 1.1 Các thành phần xuất dƣới dạng khác tuỳ thuộc vào hệ thống Khi xây dựng thành phần hệ thống truyền tin, cần phải xác định số yếu tố liên quan đến phẩm chất hoạt động

Để truyền tin hiệu chủ để phải hiểu đƣợc thông điệp Nơi thu nhận thơng điệp phải có khả dịch thơng điệp cách xác Điều hiển nhiên giao tiếp hàng ngày dùng từ mà ngƣời ta hiểu hiệu thơng tin khơng đạt u cầu Tƣơng tự, máy tính mong muốn thơng tin đến với tốc độ định dạng mã nhƣng thơng tin lại đến với tốc độ khác với dạng mã khác rõ ràng khơng thể đạt đƣợc hiệu truyền

Các đặc trƣng toàn cục hệ thống truyền đƣợc xác định bị giới hạn thuộc tính riêng nguồn tin, mơi trƣờng truyền đích thu Nhìn chung, dạng thông tin cần truyền định kiểu nguồn tin, mơi trƣờng đích thu

Trong hệ thống truyền, tƣợng nhiễu có thề xảy tiến trình truyền thơng điệp bị ngắt qng Bất kỳ xâm nhập không mong muốn vào tín hiệu bị gọi nhiễu Có nhiều nguồn nhiễu nhiều dạng nhiễu khác

Hiểu biết đƣợc nguyên tắc truyền tin giúp dễ dàng tiếp cận lĩnh vực đặc biệt hấp dẫn thơng tin số liệu.Thơng tin số liệu liên quan đến tổ hợp nguồn tin, môi trƣờng máy thu kiểu mạng truyền số liệu khác

1.1.2 Các dạng thông tin xử lý thông tin

Tất mà ngƣời muốn trao đổi với đƣợc hiểu thông tin thông tin nguyên thuỷ đƣợc gia công chế biến để truyền không gian đƣợc hiểu tín hiệu Tuỳ theo việc sử dụng đƣờng truyền, tín hiệu tạm chia tín hiệu thành hai dạng: tín hiệu điện-từ tín hiệu khơng phải điện từ Việc gia cơng tín hiệu cho phù hợp với mục đích phù hợp với đƣờng truyền vật lý đƣợc gọi xử lý tín hiệu Ngày với phát triển công nghệ tin học tạo công nghệ truyền số liệu Máy tính với tính vơ to lớn trở thành hạt nhân việc xử lý thơng tin, điều khiển q trình truy nhập số liệu, máy tính hệ thống thơng tin tạo thành hệ thống truyền số liệu

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG N

lƣợng nhƣ tiếng nói, tín hiệu hình ảnh , cịn nguồn thơng tin số tín hiệu gián đoạn thể thơng tin nhóm giá trị gián đoạn xác định đặc tính chất lƣợng quan hệ với thời gian nhƣ tín hiệu số liệu

Thơng tin số có nhiều ƣu điểm so với thông tin tƣơng tự nhƣ : thông tin số có nhiều khả chống nhiễu tốt có lặp để tái tạo lại tín hiệu, cung cấp chất lƣợng truyền dẫn tốt với khoảng cách, kết hợp đƣợc nguồn dịch vụ có, tạo đƣợc tổ hợp truyền dẫn số tổng đài số Những phần tử bán dẫn dùng truyền dẫn số mạch tổ hợp đƣợc sản xuất hàng loạt, mạng liên lạc trở thành mạng thơng minh dễ chuyển đổi tốc độ cho loại dịch vụ khác thay đổi thủ tục, xử lý tín hiệu số (DSP) chuyển đổi phƣơng tiện truyền dẫn

Hệ thống thông tin số cho phép thông tin điều khiển đƣợc cài đặt vào tách dịng thơng tin thực cách độc lập với với chất phƣơng tiện truyền tin ( cáp đồng trục, cáp sợi quang, vi ba, vệ tinh ), Vì thiết bị báo hiệu thiết kế riêng biệt với hệ thống truyền dẫn

Chức điều khiển thay đổi mà không phụ thuộc vào hệ thống truyền dẫn, ngƣợc lại hệ thống nâng cấp không ảnh hƣởng tới chức điều khiển đầu đƣờng truyền

1.2 Khái quát mạng truyền số liệu

Hình 1.2 Mơ hình mạng truyền số liệu đại

Ngày với phát triển kỹ thuật công nghệ tạo bƣớc tiến dài lĩnh vực truyền số liệu Sự kết hợp phần cứng, giao thức truyền thơng thuật tốn tạo hệ thống truyền số liệu đại, ký thuật sở đƣợc dùng nhƣng chúng đƣợc xử lý tinh vi Về hệ thống truyền số liệu đại mơ tả nhƣ hình 1.2

Giao tiếp DTE-DCE

DTE DCE

Hệ thống truyền (nhận) tin

Giao tiếp DTE-DCE

DCE DTE

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

a DTE (Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối liệu)

Đây thiết bị lƣu trữ xử lý thông tin Trong hệ thống truyền số liệu đại thi DTE thƣờng máy tính máy Fax trạm cuối (terminal) Nhƣ tất ứng dụng ngƣời sử dụng (chƣơng trình, liệu) nằm DTE Chức DTE thƣờng lƣu trữ phần mềm ứng dụng , đóng gói liệu gửi DCE nhận gói liệu từ DCE theo giao thức (protocol) xác định DTE trao đổi với DCE thông qua chuẩn giao tiếp Nhƣ mạng truyền số liệu để nối DTE lại cho phép phân chia tài nguyên, trao đổi liệu lƣu trữ thông tin dùng chung

b DCE (Data Circuit terminal Equipment- Thiết bị cuối kênh liệu)

Đây thuật ngữ dùng để thiết bị dùng để nối DTE với đƣờng (mạng) truyền thơng Modem, Multiplexer, Card mạng thiết bị số nhƣ máy tính trƣờng hợp máy tính nút mạng DTE đƣợc nối với mạng qua nút mạng DCE đƣợc cài đặt bên DTE đứng riêng nhƣ thiết bị độc lập

Trong thiết bị DCE thƣờng có phần mềm đƣợc ghi vào nhớ ROM phần mềm phần cứng kết hợp với để thực nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu biểu diễn liệu ngƣời dùng thành dạng chấp nhận đƣợc đƣờng truyền Giữa thiết bị DTE việc trao đổi liệu phải tuân thủ theo chuẩn, liệu phải gửi theo Format xác định Thí dụ nhƣ chuẩn trao đổi liệu tầng mơ hình lớp HDLC

(High level Data Link Control) Trong máy Fax giao tiếp DTE DCE thiết kế đƣợc tích hợp vào thiết bị, phần mềm điều khiển đƣợc cài đặt ROM

c Kênh truyền tin

Kênh truyền tin mơi trƣờng mà thiết bị DTE trao đổi liệu với phiên làm việc

DTE C D E F DTE

Hình 1.3 Kênh thông tin

ở đây: C, D-Modem; E, F- Transducer

Trong môi trƣờng thực hệ thống đƣợc nối với đoạn cáp đồng trục đoạn cáp sợi quang, modem C để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tƣơng tự để truyền cáp đồng trục modem D lại chuyển tín hiệu thành tín hiệu số qua Tranducer E để chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền cáp sợi

Cáp đồng trục

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

quang cuối Tranducer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để tới DTE 1.4 Mạng truyền số liệu

Mạng truyền số liệu bao gồm hai hay nhiều hệ thống truyền (nhận) tin nhƣ hình 1.2 đƣợc ghép nối với theo nhiều hình thức nhƣ phân cấp phân chia thành trung tâm xử lý trao đổi tin với chức riêng

Mạng truyền số liệu hệ thống nhằm kết nối máy tính lại với nhau, thơng tin chúng đƣợc thực giao thức đƣợc chuẩn hoá, có nghĩa phần mềm máy tính khác nhau giải cơng việc trao đổi thông tin với

Các ứng dụng tin học ngày rộng rãi đẩy hƣớng ứng dụng mạng xử lý số liệu, mạng đấu nối có cấu trúc tuyến tính cấu trúc vịng cấu trúc hình Cấu trúc mạng phải có khả tiếp nhận đặc thù khác đơn vị tức mạng phải có tính đa năng, tính tƣơng thích

Mạng số liệu đƣợc thiết kế nhằm mục đích nối nhiều thiết bị đầu cuối với Để truyền số liệu ta dùng mạng điện thoại dùng đƣờng truyền riêng có tốc độ cao Dịch vụ truyền số lỉệu kênh thoại dịch vụ việc truyền số liệu Trên mạng có nhiều máy tính chủng loại khác loại đƣợc ghép nối lại với nhau, cần giải vấn đề phân chia tài nguyên Để máy tính đầu cuối làm việc đƣợc với cần phải có protocol định

Dạng thức phƣơng tiện truyền số liệu đƣợc qui định chất tự nhiên ứng dụng, số lƣợng máy tính liên quan khoảng cách vật lý chúng Các dạng truyền số liệu có dạng sau:

a Nếu có hai máy tính hai đặt văn phịng, phƣơng tiện truyền số

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

Hình 1.4 Truyền số liệu nối qua mạng điện thoại công cộng dùng modem

b Khi cần nhiều máy tính ứng dụng, mạng chuyển mạch đƣợc dùng cho phép tất máy tính liên lạc với vào thời điểm Nếu tất máy tính nằm tồ nhà , xây dựng mạng riêng Một mạng nhƣ đƣợc xem nhƣ mạng cục LAN (Local Area Network) Nhiều chuẩn mạng LAN thiết bị liên kết đƣợc tạo cho ứng dụng thực tế Hai hệ thống mạng Lan đƣợc trình bày hình 1.5

Hình 1.5 Các hệ thống LAN (liên kết LAN qua backbone văn phịng)

Khi máy tính đƣợc đặt nhiều nơi cách xa cần liên lạc với nhau, phải dùng đến phƣơng tiện công cộng Việc liên kết máy tính tạo nên mạng rộng lớn, đƣợc gọi mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) Kiểu mạng WAN đƣợc dùng phụ thuộc vào tƣờng ứng dụng tự nhiên

Ví dụ tất máy tính thuộc cơng ty có yêu cầu truyền số lƣợng liệu quan trọng điểm , giải pháp đơn giản cho vắn đề thuê

Hệ thống phục truyền tin

AP

Hệ thống phục vụ phục truyền tin

AP

PSTN

Modem Modem

Hệ thống phục truyền tin

AP

Hệ thống phục vụ phục truyền tin

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

đƣờng truyền từ nhà cung cấp phƣơng tiện truyền dẫn xây dựng hệ thống chuyển mạch riêng đIểm để tạo thành mạng tƣ nhân

Các giải pháp thuê kênh hiệu cơng ty lớn có tải hữu ích để cân giá thuê kênh Trong hầu hết trƣờng hợp khác cần đến mạng truyền dẫn công cộng Bên cạnh việc cung cấp dịch vụ điện thoại công cộng, ngày hầu hết nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn cung cấp dịch vụ chuyển mạch số liệu mang tính cơng cộng Thật mạng tƣơng tự nhƣ mạng PSTN đƣợc liên kết quốc tế, khác chỗ đƣợc thiết kế chuyên cho truyền số liệu Nhƣ ứng dụng liên quan đến máy tính đƣợc phục vụ mạng số liệu chuyển mạch cơng cộng PSDN Ngồi cịn chuyển đổi mạng PSTN có sẵn cho truyền đƣợc số liệu mà

không cần dùng modem Các mạng hoạt động chế độ số (digital) hoàn toàn

đƣợc gọi là mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN

1.4.1 Phân loại mạng truyền số liệu

Mạng truyền số liệu đa dạng chủng loại nhƣ số lƣợng , có nhiều cách phân chia mạng số liệu, bao gồm:

a Phân loại theo địa lý: Mạng nội bộ, Mạng diện rộng Mạng toàn cầu

b Phân loại theo tính chất sử dụng mạng: Mạng truyền số liệu kí sinh Mạng truyền số liệu chuyên dụng

c Phân loại theo topo mạng: Mạng tuyến tính, Mạng hình Mạng vịng

d Phân loại theo kỹ thuật: Mạng chuyển mạch kênh, Mạng chuyển mạch gói Mạng chuyển mạch thông báo

1.4.2 Kỹ thuật chuyển mạch node mạng

Để thực việc liên lạc giữ thuê bao ngƣời ta tạo mạng liên lạc với NODE Các thuê bao đƣợc nối đến node thuê bao đƣợc nối vào mạng thông qua Node Số lƣợng node phụ thuộc vào độ lớn mạng, nhƣ thuê bao chị cần cổng I/O

Mỗi mạng bao gồm Node , node đƣợc nối với , số liệu truyền từ ngƣời gửi đến ngƣời nhận theo đƣờng thông qua mạng, Node đƣợc nối với theo hƣớng truyền, số liệu đƣợc định đƣờng từ Node sang node sang node khác

a Kỹ thuật chuyển mạch kênh

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

* Xác lập mạch

Trƣớc truyền số liệu , đƣờng truyền cần đƣợc thiết lập, Từ thuê bao truy nhập vào node, node cần phải tìm nhánh qua số node khác để đến đƣợc thuê bao bị gọi việc tìm kiếm dựa vào thơng tin tìm đƣờng thông số khác, cuối node thuộc thuê bao gọi bị gọi đƣợc nối với cần kiểm tra xem node thuộc thuê bao bị gọi có bận khơng Nhƣ đƣờng nối từ thuê bao gọi đến thuê bao bị gọi đƣợc thiết lập

* Truyền số liệu

Thông tin bắt đầu truyền từ điểm A đến điểm E dạng số tƣơng tự qua điểm nối mạch bên node, nối mạch cho phép truyền chiều toàn phần liệu truyền chiều

* Giải phóng mạch

Sau hồn thành truyền, có tín hiệu báo th bao gọi (A) bị gọi (E) báo cho node trung gian giải phóng nối mạch, đƣờng nối từ A đến E khơng cịn Đƣờng nối đƣợc thiết lập trƣớc truyền liệu nhƣ dung lƣợng kênh cần phải dự trữ cho cặp thuê bao node phải có lƣợng chuyển mạch tƣơng ứng bên để bảo đảm bảo đƣợc yêu cầu nối mạch Trong chuyển mạch số lƣợng kênh nối phải bảo đảm bảo suốt trình yêu cầu nối cho dù có hay khơng có liệu truyền qua

Tuy nhiên đƣờng nối thuê bao đƣợc nối liệu đƣợc truyền đƣờng cố định

b Kỹ thuật chuyển mạch thơng báo

Chuyển mạch kênh có nhƣợc điểm:

- thuê bao cần phải hoạt động thời gian truyền

- Những nguồn cung cấp phải ổn định cung cấp qua mạng thuê bao

Hiện điện báo, thƣ điện tử, Files máy tính đƣợc gọi thơng báo đƣợc truyền qua mạng nhƣ trao đổi liệu số đƣợc trao đổi chiều thuê bao

Một loại mạch để phục vụ trao đổi thơng tin đƣợc gọi chuyển mạch thơng báo

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG N

máy tính giữ thơng báo đệm Thời gian trễ đệm bao gồm thời gian nhận thông báo vào node thời gian xếp hàng chờ để đến lƣợt đƣợc chuyển đến node sau

Hệ thống chuyển mạch thông báo hệ thống giữ chuyển tiếp

c. Chuyển mạch gói

Chuyển mạch gói gần giống chuyển mạch thơng báo Chỗ khác độ dài khối liệu đƣa vào mạng đƣợc chế thành gói đƣợc gửi thời điểm, gói bao gồm liệu với địa thông số cần thiết, gói khơng phải file

Trong mạng chuyển mạch gói có cách truyền gói đƣợc dùng: Datagram Virtual Circuit

1 DATAGRAM: gói độc lập giống nhƣ chuyển mạch thơng báo, thông báo độc lập Cách truyền nhƣ vậy, gói độc lập đƣờng khơng giống gọi DATAGRAM (DG)

2 MẠCH ẢO (Virtual Circuit): Trong mạch ảo nối logic mạch đƣợc thiết lập trƣớc truyền gói, gói gồm nhận dạng VC liệu Mỗi Node với đƣờng định biết đƣợc cần phải truyền gói trực tiếp đến đâu khơng cần phải tìm đƣờng Một trạm chấm dứt kết nối cách truyền gói CLEAR REQUEST

Cùng thời gian trạm có nhiều VC đến trạm khác có nhiều VC đến nhiều trạm khác Nhƣ tính chất VC đƣờng nối logic trạm đƣợc thiết lập trƣớc truyền liệu , điều khơng có nghĩa có đƣờng cụ thể nhƣ chuyển mạch kênh Gói đƣợc giữ node hàng để đƣợc đƣa đƣờng nối Chỗ khác với DATAGRAM VC NODE khơng cần tìm đƣờng cho gói mà làm lần cho lần nối

Chú ý: Nếu Node bị hƣ tất VC qua Node bỏ, cịn với DG node bị hƣ gói tìm đƣờng khác

Những điều yếu mạng chuyển mạch gói là:

Routing: Chức PS nhận gói từ trạm nguồn cung cấp

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

node ) thơng qua mạng Thực tế ngƣời ta thƣờng dùng đƣờng có thời gian nhỏ nhất, Nhƣng đƣờng có thời gian nhỏ đƣờng ngắn Giá trị nhỏ bao gồm cho đƣờng đƣờng thơng qua mạng bao gồm tích luỹ giá trị bé đƣờng thành phần, Những điểm cần định lựa chọn gồm:

- Sự định thời gian

- Sự định vị trí

- Routing phân tán

- Routinh tập trung

Một cách tìm đƣờng đơn giản tìm đƣờng cố định Trong trƣờng hợp đó, đƣờng đƣợc xác định cho cặp nguồn Một thƣ mục tìm đƣờng trung tâm đƣợc tạo nên thƣ mục cho ta Node nguồn Node đích node lân cận phải qua Thƣ mục đƣợc lƣu lại điều khiển trung tâm mạng

Một kỹ thuật tìm đƣờng đơn giản khác tìm đƣờng động, Kỹ thuật khơng u cầu thơng tin mạng làm việc nhƣ sau:

Gói gửi từ nguồn đến Node lân cận node đến, gói vừa đến lại chuyển trên đƣờng ra, ngồi đƣờng đến, tiếp tục nhƣ

Trafic control giá trị lƣu lƣợng mạng cần phải điều hoà để tăng hiệu suất ổn định công suất phần tử Traffic control Traffic control có loại với mục đích khác nhau: Flowcontrol, Congestion control, Deadlock control

Flow control liên quan đến việc điều chỉnh lƣu lƣợng liệu truyền điểm, sở Flow control cho phép thu với lƣu lƣợng cho không bị tràn

Điển hình Flow control thực với số loại kỹ thuật nhƣ cửa sổ trƣợt Congestion control kiểm tra nghẽn mục đích nắm đƣợc số packet đƣợc đƣa vào mạng theo mức Mạng chuyển mạch gói là mạng xếp hàng Node, gói đƣợc xếp hàng để dƣa theo đƣờng đó, nhƣ số lƣợng gói đến xếp hàng nhiều nhiều lƣợng gói truyền độ lớn hàng phình ra, cịn nhƣ lƣợng gói đến (tốc độ) lƣợng gửi vấn dề xếp hàng không xảy tốc độ đến tốc độ truyền Trên đƣờng có gói đến Ta giả thiết có buffer cho đƣờng dành cho gói đến dành cho gói xếp hàng chuyển

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

với hoạt động Node nhanh so với việc xoá nhớ đệm đƣơng nhiên gói đến mà không đƣợc giữ lại làm cho đƣờng truyền bị nghẽn

Deadlock control Một Node không chấp nhận chuyển tiếp gói khơng có buffer để dùng

Error control chức cuối chuyển mạch gói kiểm tra sai có nhiều nguyên nhân dẫn đến sai, gói chuyển mạch gói là: Đƣờng nối hƣ, Node hƣ, Trạm thu nhận hƣ

1.5 Chuẩn hóa mơ hình tham chiếu OSI (Open System Interconnection)

1.5.1 Kiến trúc phân tầng

Để giảm độ phức tạp thiết kế cài đặt mạng số liệu đƣợc thiết kế theo quan điểm kiến trúc tầng nguyên tắc là: hệ thống mạng có số lƣợng tầng chức tầng nhƣ nhau, xác định giao diện tầng kề giao thức tầng đồng mức hệ thống kết nối với

Trên thực tế liệu không đƣợc truyền trực tiếp từ tầng thứ i hệ thống sang tầng thứ i hệ thống (trừ tầng thấp trực tiếp sử dụng đƣờng truyền vật lý) Từ hệ thống gửi truyền sang hệ thống nhận theo quy trình nhƣ sau:

Dữ liệu từ tầng i hệ thống gửi từ tầng xuống tầng dƣới tiếp tục đến tầng dƣới – tầng vật lý qua đƣờng truyền vật lý chuyển đến hệ thống nhận liệu ngƣợc lên tầng đến tầng đồng mức thứ i Nhƣ hệ thống kết nối với có tầng vật lý có kết nối vật lý cịn tầng khác có kết nối logic

1.5.2 Mơ hình tham chiếu

Mơ hình OSI đƣợc hình thành vào năm 1974 hội đồng tiêu chuẩn đƣợc biết nhƣ tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO) Mơ hình này, nhƣ mơ hình liên kết hệ thống mở, mơ hình OSI, phân chia hệ thống thơng tin thành lớp Mỗi lớp thực chức riêng biệt nhƣ phần công việc phép chƣơng trình ứng dụng hệ thống khác liên lạc, nhƣ chúng hoạt động hệ thống

Mơ hình OSI mơ hình kiến trúc Mơ hình khơng dành riêng cho phần mềm phần cứng OSI miêu tả chức lớp nhƣng không cung cấp phần mềm thiết kế phần cứng để phục vụ cho mơ hình Mục đích sau mơ hình cho khả hoạt động tƣơng lai nhiều thiết bị truyền thông

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

Có lớp tạo lên mơ hình (việc qui định mức lớp đƣợc sử dụng, hình 1.6 mơ tả lớp theo trình tự từ dƣới lên trên; Lớp vật lý (physical layer), lớp liên kết liệu Data link layer), lớp mạng (Network layer), lớp vận chuyển (Transport layer), lớp tập hợp (Session layer), lớp trình bầy (presentation) lớp ứng dụng (application layer) Mỗi lớp có mục đích riêng có chức độc lập chúng

Hình 1.6 Mơ hình OSI

Physical layer: Lớp định nghĩa phƣơng pháp sử dụng để truyền thu liệu mạng, bao gồm: cáp, thiết bị đƣợc sử dụng để kết nối giao tiếp mạng trạm tới cáp

Tín hiệu liên quan tới liệu truyền/thu khả xác định lối liệu trê phƣơng tiện mạng ( the cable plant)

Datalink layer: lớp đồng hoá truyền dẫn vận dụng điều khiển lối vào mức khung phục hồi thơng tin truyền lớp vật lí Khn dạng khung CRC (kiểm tra vòng) đƣợc thực lớp vật lý Lớp thực phƣơng pháp truy nhập nhƣ Ethernet Token Ring Nó ln cung cấp địa lớp vật lí cho khung truyền

Network layer: Lớp điều khiển việc chuyển tiếp thông báo trạm Trên sở số thông tin, lớp cho phép liệu theo trình tự hai trạm để hạn chế cho hai đƣờng logic vật lí Lớp cho phép khối liệu đƣợc truyền tới mạng khác thông qua việc sử dụng số thiết bị đƣợc biết nhƣ router Qua router đƣợc định nghĩa lớp

Transport layer: Lớp cung cấp cho truyền dẫn end-to-end liệu ( trạm nguồn tới trạm đích) Nó cho phép liệu đƣợc truyền cách tin cậy, đảm bảo

Application Presentation

Session Transport

Network Datalink Physical

Ứng dụng Trình bày

Phiên Vận chuyển

Mạng

Liên kết liệu

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

dữ liệu đƣợc truyền đƣợc thu khơng có lỗi, xác theo trình tự

Session layer: Lớp thiết lập, trì cắt đứt liên kết hai trạm mạng Lớp chịu trách nhiệm biên dịch địa tên trạm

Presentation layer: Lớp thực chuyển đổi cú pháp liệu để đáp ứng yêu cầu truyền liệu ứng dụng qua môi trƣờng OSI

Application layer: Lớp đƣợc sử dụng cho ứng dụng, yếu tố để thực mạng Các ứng dụng nhƣ truyền file, thƣ điện tử

Trên mà mơ hình OSI thực Ngay sau mơ hình OSI đời đƣợc dùng làm có sở để nối hệ thống mở phục vụ cho ứng dụng phân tán Từ “mở” nói lên khả hai hệ thống kết nối để trao đổi thông tin với nhau, chúng tn thủ theo mơ hình tham chiến chuẩn liên quan

Điều quan trọng mơ hình OSI đƣa giải pháp cho vấn đề truyền thông trạm không giống Hai hệ thống dù khác nhƣ truyền thông với chúng bảo đảm điều kiện sau:

Chúng cài đặt tập chức truyền thơng

-Các chức đƣợc tổ chức thành tập tầng, tầng đồng mức phải

cung cấp chức nhƣ

-Các tầng đồng mức phải sử dụng giao thức chung

Để bảo đảm bảo điều kiện cần phải có chuẩn Các chuẩn phải xác định chức dịch vụ tầng Các chuẩn phải xác định giao thức tầng đồng mức Mơ hình OSI lớp sở để xây dựng chuẩn

1.5.3 Phương thức hoạt động

Ơ tầng mơ hình OSI có phƣơng thức hoạt động: phƣơng thức có liên kết (connection oriented) phƣơng thức khơng liên kết (connectionless)

Với phƣơng thức có liên kết trƣớc truyền liệu cần thiết lập liên lết logic thực thể đồng mức nhƣ q trình truyền thơng gồm giai đoạn:

- Thiết lập liên kết logic: thực thể đồng mức hệ thống thƣơng lƣợng với

nhau thông số sử dụng giai đoạn sau

- Truyền liệu : Dữ liệu đƣợc truyền với chế kiểm soát quản lý kèm theo

(nhƣ kiểm soát lỗi , kiểm soát luồng, cắt/hợp liệu)

- Huỷ bỏ liên kết : giải phóng tài nguyên hệ thống đƣợc cấp phát cho liên kết

để dùng cho liên kết khác

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

hàm Disconnect thể giai đoạn huỷ bỏ liên kết Cùng với hàm nguyên thuỷ cho giai đoạn ta có 12 thủ tục để xây dựng dịch vụ giao thức chuẩn theo kiểu OSI

Cịn phƣơng thức khơng liên kết khơng cần thiết lập liên kết logic đơn vị liệu đƣợc truyền độc lập với đơn vị liệu trƣớc sau Phƣơng thức có giai đoạn truyền liệu

So sánh phƣơng thức hoạt động thi phƣơng thức có liên kết cho phép truyền liệu tin cậy, đƣợc kiểm soát quản lý chặt chẽ theo liên kết lơgic, nhƣng cài đặt khó khăn

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

Chƣơng ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG THÔNG TIN 2.1 YÊU CẦU VỀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG THÔNG TIN

Phần giới thiệu thuật ngữ khái niệm nhằm mơ tả mạng, graph, thuộc tính Lý thuyết graph mơn học xuất từ lâu, nhƣng lý thuyết có số thuật ngữ đƣợc chấp nhận khác dùng cho khái niệm Vì sử dụng số thuật ngữ khác để lập mơ hình graph cho mạng Các thuật ngữ đƣợc trình bày dƣới thuật ngữ đƣợc công nhận đƣợc sử dụng thƣờng xuyên chƣơng

Một graphG, đƣợc định nghiã tập hợp đỉnh V tập hợp cạnh E Các đỉnh thƣờng

đƣợc gọi nút chúng biểu diễn vị trí (ví dụ điểm chứa lƣu lƣợng khu

vực chứa thiết bị truyền thông) Các cạnh đƣợc gọi liên kết và chúng biểu diễn phƣơng

tiện truyền thơng Graph đƣợc biểu diễn nhƣ sau:

G=(V, E)

Hình 2.1 ví dụ graph

Hình 2.1 Một graph đơn giản

Mặc dù theo lý thuyết, V tập hợp rỗng khơng xác định, nhƣng thông thƣờng V

tập hợp xác định khác rỗng, nghĩa biểu diễn

V={vi | i=1,2, N}

trong N số lƣợng nút Tƣơng tự E đƣợc biểu diễn:

E={ei | i=1,2, M}

Một liên kết, ej, tƣơng ứng kết nối cặp nút Có thể biểu diễn liên kết ej

nút i k

ej=(vi,vk)

hoặc

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

Một liên kết gọi là tới nút nếu nút hai điểm cuối liên kết Nút i

k gọi kề nếu tồn liên kết (i, k) chúng Những nút nhƣ đƣợc xem

các nút láng giềng Bậc nút số lƣợng liên kết tới nút số lƣợng nút láng giềng

Hai khái niệm tƣơng đƣơng graph thông thƣờng Tuy nhiên với graph có nhiều liên kết cặp nút, hai khái niệm khơng tƣơng đƣơng Trong trƣờng hợp đó, bậc nút đƣợc định nghĩa số lƣợng liên kết tới nút

Một liên kết có hai hƣớng Khi thứ tự nút khơng có ý nghiă Ngƣợc lại thứ tự nút có ý nghĩa Trong trƣờng hợp thứ tự nút có ý nghĩa, liên kết đƣợc

xem nhƣ cung đƣợc định nghĩa

aj=[vi,vk]

hoặc đơn giản

aj=[i,k]

ở đây k đƣợc gọi cận kề hƣớng đối với i cung [i,k] tồn bậc hướng ra i

là số lƣợng cung nhƣ Khái niệm cận kề hƣớng vào bậc cận kề hƣớng vào

đƣợc định nghĩa tƣơng tự

Một graph gọi mạng liên kết nút có mặt liên kết có thuộc tính

(chẳng hạn nhƣ độ dài, dung lƣợng, loại ) Các mạng đƣợc sử dụng để mơ hình vấn đề cần quan tâm truyền thơng, thuộc tính riêng biệt nút liên kết liên quan đến vấn đề cụ thể truyền thông

Sự khác liên kết cung quan trọng việc lập mơ hình cho mạng lẫn q trình hoạt động bên thuật tốn, khác cần phải đƣợc phân biệt rõ ràng Về mặt hình học liên kết đƣờng thẳng kết nối cặp nút cung đƣờng thẳng có mũi tên đầu, biểu diễn chiều cung

Một graph có liên kết gọi graph vô hƣớng, nhiên graph có cung gọi

graph hữu hƣớng Một graph hữu hƣớng có liên kết vô hƣớng Thông thƣờng , graph đƣợc giả sử vơ hƣớng, phân biệt khơng có ý nghĩa

Có thể có khả xảy tƣợng xuất nhiều liên kết cặp nút (điều tƣơng ứng với việc có nhiều kênh thơng tin hai chuyển mạch) Những liên kết

nhƣ đƣợc gọi liên kết song song Một graph có liên kết song song gọi

multigraph

Cũng có khả xuất liên kết nút nút Những liên kết

đó đƣợc gọi self loop Chúng xuất thƣờng xuất việc xem hai nút

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

thực thuật tốn có việc hợp nút Hình 4.2 minh hoạ graph có liên kết song song self loop Một graph khơng có liên kết song song self loop

gọi graph đơn giản Việc biểu diễn vận dụng graph đơn giản tƣơng đối dễ

dàng, giả thiết graph đƣợc xem xét graph đơn giản Nếu có khác biệt với giả thiết này, chúng đƣợc

2.2. CÁC MƠ HÌNH ĐỊNH TUYẾN QUẢNG BÁ (broadcast routing)

2.2.1 Lan tràn gói (flooding)

Một dạng mạnh định tuyến riêng biệt lan tràn gói Trong phƣơng thức này, gói đến router đƣợc gửi tất đƣờng trừ đƣờng mà đến Phƣơng thức lan tràn gói hiển nhiên tạo nhiều gói chép (duplicate) Trên thực tế, số gói không xác định trừ thực số biện pháp để hạn chế trình

Một biện pháp sử dụng đếm bƣớc nhảy phần tiêu đề gói Giá trị bị giảm bƣớc nhảy Gói bị loại bỏ đếm đạt giá trị không Về mặt lý tƣởng, đếm bƣớc nhảy có giá trị ban đầu tƣơng ứng với độ dài từ nguồn đến đích Nếu nhƣ ngƣời gửi khơng biết độ dài đƣờng đi, đặt giá trị ban đầu đếm cho trƣờng hợp xấu Khi giá trị ban đầu đƣợc đặt đƣờng kính mạng

Một kỹ thuật khác để ngăn lan tràn gói thêm số thứ tự vào tiêu đề gói Mỗi router cần có danh sach theo nút nguồn để số thứ tự từ nguồn đƣợc xem xét

Để tránh danh sách phát triển không giới hạn, danh sách tăng lên số đếm k để

ra tất số thứ tự đến k đƣợc xem Khi gói tới, dễ dàng kiểm tra

đƣợc gói hay khơng Nếu gói gói bị loại bỏ

Lan tràn gói có ƣu điểm lan tràn gói ln ln chọn đƣờng ngắn Có đƣợc ƣu điểm phƣơng diện lý thuyết chọn tất đƣờng chọn đƣợc đƣờng ngắn Tuy nhiên nhƣợc điểm số lƣợng gói gửi mạng nhiều

Sử dụng lan tràn gói hầu hết ứng dụng khơng thực tế Tuy lan tràn gói sử dụng ứng dụng sau

- Trong ứng dụng quân sự, mạng sử dụng phƣơng thức lan tràn gói để giữ cho mạng ln

luôn hoạt động tốt đối mặt với quân địch

- Trong ứng dụng sở liệu phân bố, cần thiết phải cập nhật tất sở

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN

- Phƣơng pháp lan tràn gói đƣợc dùng nhƣ đơn vị để so sánh phƣơng thức định

tuyến khác Lan tràn gói ln ln chọn đƣờng ngắn Điều dẫn đến khơng có giải thuật tìm đƣợc độ trễ ngắn

Một biến đổi phƣơng pháp lan tràn gói lan tràn gói có chọn lọc Trong giải thuật này, router gửi gói đƣờng mà theo hƣớng đích Điều có nghĩa khơng gửi gói đến đƣờng mà rõ rang nằm hƣớng sai

2.2.2 Định tuyến bước ngẫu nhiên (random walk)

Trong phƣơng pháp định tuyến này, router chuyển gói đến đƣờng đầu đƣợc chọn cách ngẫu nhiên Mục tiêu phƣơng pháp gói lang thang mạng cuối đến đích Với phƣơng pháp giúp cho trình cân tải đƣờng Cũng giống nhƣ phƣơng pháp định tuyến lan tràn gói, phƣơng pháp ln đảm bảo gói cuối đến đích So với phƣơng pháp trƣớc nhân rộng gói mạng Nhƣợc điểm phƣơng pháp đƣờng từ nguồn đến đích dài đƣờng ngắn Do trễ đƣờng truyền dài trễ ngắn thực tồn mạng

2.2.3 Định tuyến khoai tây nóng (hot potato)

Định tuyến riêng biệt loại định tuyến mà router định tuyến dựa vào thơng tin thân lƣợm lặt đƣợc

Đây thuật tốn tƣơng thích riêng biệt (isolated adaptive algorithm) Khi gói đến nút, router cố gắng chuyển gói nhanh tốt cách cho vào hàng chờ đầu ngắn Nói cách khác, có gói đến router tính tốn số gói đƣợc nằm chờ để truyền tren đƣờng đầu Sau gán gói vào cuối hàng chờ ngắn mà khơng quan tâm đến đƣờng đâu Hình biễu diễn hàng chờ đầu bên router thời điểm Có ba hàng chờ đầu tƣơng ứng với 03 đƣờng Các gói

đang xếp hàng đƣờng để chờ đƣợc truyền Trong ví dụ đây, hàng chờ đến F

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐHSP KT HƯNG YÊN Hình 2.1 Hàng chờ bên router

Có thể biến đổi ý tƣởng chút cách kết hợp định tuyến tĩnh với giải thuật khoai tây nóng Khi gói đến, router tính đến trọng số tĩnh đƣờng dây độ dài hàng chờ Một khả sử dụng lựa chọn tĩnh tốt trừ độ dài hàng chờ lớn ngƣỡng Một khả khác sử dụng độ dài hàng chờ ngắn trừ trọng số tĩnh q thấp Cịn cách khác xếp đƣờng theo trọng số tĩnh sau lại xếp theo độ dài hàng chờ Sau chọn đƣờng có tổng vị trí xếp nhỏ Dù giải thuật đƣợc chọn có đặc tính tải đƣờng có trọng số cao đƣợc chọn, nhƣng làm cho hàng chờ cho đƣờng tăng lên Sau số lƣu lƣợng đƣợc chuyển sang đƣờng tải

2.2.4 Định tuyến nguồn (source routing) mơ hình (spanning tree)

Chúng ta xét số thuật tốn dùng cho việc tìm kiếm đƣợc sử dụng để thiết kế phân tích mạng Một graph khơng có vịng; cặp nút có đƣờng chủ yếu xem xét graph vơ hƣớng, graph có liên kết đƣợc sử dụng hai chiều trình tạo đƣờng

Vì số lý do, hữu dụng đƣợc sử dụng nhƣ graph cho thuật toán kỹ thuật phân tích thiết kế mạng Thứ nhất, mạng tối thiểu; cung cấp kết nối mà không liên kết không cần thiết Thứ hai, việc cung cấp đƣờng cặp nút bất kỳ, giải vần đề định tuyến (nghĩa định việc chuyển lƣu lƣợng hai nút) Điều làm đơn giản mạng dạng Tuy nhiên, liên thơng tối thiểu nên đơn giản có độ tin cậy tối thiểu Đó nguyên nhân mạng thực tế thƣờng có tính liên thơng cao Chính vậy, việc thiết kế mạng thƣờng bắt đầu

2.2.5 Duyệt

Cho trƣớc đó, tới nút Q trình gọi trình duyệt Trong trình thực hiện, cạnh đƣợc duyệt hai lần, lần theo hƣớng khác Có nhiều cách duyệt khác Đầu tiên, nút làm nút gốc Việc duyệt đƣợc thực xoay quanh nút Có số điều kiện để lựa chọn nút gốc (chẳng hạn nút gốc khu vực máy tính trung tâm) Ngồi ra, nút gốc đƣợc chọn cách ngẫu nhiên

Giả sử nút A hình 4.1 nút gốc Từ A lần lƣợt tới nút kề

cận nhƣ B, C D Sau đó, lại theo nút kề cận chúng (B, C D) E,