Hình 2-14:Thiết bị Bridge
Bridge là một thiết bị có xử lý d ùng để nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, nó có thể được dùng với các mạng có các giao thức khác nhau. Cầu nối hoạt động tr ên tầng liên kết dữ liệu nên không như bộ tiếp sức phải phát lại tất cả những g ì nó nhận được thì cầu nối đọc được các gói tin của tầng li ên kết dữ liệu trong mô h ình OSI và xử lý chúng trước khi quyết định có chuyển đi hay không.
Khi nhận được các gói tin Bridge chọn lọc v à chỉ chuyển những gói ti n mà nó thấy cần thiết. Điều này làm cho Bridge tr ở nên có ích khi nối một vài mạng với nhau và cho phép nó hoạt động một cách mềm dẻo.
Để thực hiện được điều này trong Bridge ở mỗi đầu kết nối có một bảng các địa chỉ các trạm được kết nối vào phía đó, khi hoạt động cầu nối xem xét mỗi gói tin nó nhận đ ược bằng cách đọc địa chỉ của nơi gửi và nhận và dựa trên bảng
địa chỉ phía nhận đ ược gói tin nó quyết định gửi gói tin hay không v à bổ xung bảng địa chỉ.
38
Hình 2-15: Hoạt động của Bridge
Khi đọc địa chỉ nơi gửi Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gói tin có địa chỉ đó hay không, n ếu không có thì Bridge tự động bổ xung bảng địa chỉ (cơ chế đó được gọi là tự học của cầu nối).
Khi đọc địa chỉ nơi nhận Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gói tin có địa chỉ đó hay không, nếu có thì Bridge sẽ cho rằng đó là gói tin nội bộ thuộc phần mạng mà gói tin đến nên không chuyển gói tin đó đi, nếu ng ược lại thì Bridge mới chuyển sang phía bên kia. Ở đây chúng ta thấy một trạm không cần thiết chuyển thông tin trên toàn mạng mà chỉ trên phần mạng có trạm nhận m à thôi.
Để đánh giá một Bridge người ta đưa ra hai khái niệm : Lọc và chuyển vận. Quá trình xử lý mỗi gói tin được gọi là quá trình lọc trong đó tốc độ lọc thể hiện trực tiếp khả năng hoạt động của Bridge. Tốc độ chuyển vận đ ược thể hiện số gói tin/giây trong đó thể h iện khả năng của Bridge chuyển các gói tin từ mạng n ày sang mạng khác.
Hiện nay có hai loại Bridge đang đ ược sử dụng là Bridge vận chuyển và Bridge biên dịch. Bridge vận chuyển d ùng để nối hai mạng cục bộ c ùng sử dụng một giao thức truyền thông của tầng liên kết dữ liệu, tuy nhiên mỗi mạng có thể sử dụng loại dây nối khác nhau. Bridge vận chuyển không có khả năng thay đổi cấu trúc các gói tin m à nó nhận được mà chỉ quan tâm tới việc xem xét và chuyển vận gói tin đó đi.
Bridge biên dịch dùng để nối hai mạng cục bộ có giao thức khác nhau nó có khả năng chuyển một gói tin thuộc mạng n ày sang gói tin thuộc mạng kia trước khi chuyển qua
Ví dụ : Bridge biên dịch nối một mạng Ethernet v à một mạng Token ring. Khi đó
Cầu nối thực hiện như một nút token ring tr ên mạng Token ring và m ột nút Enthernet tr ên mạng Ethernet. Cầu nối có thể chuyền một gói tin theo chuẩn đang sử dụng tr ên mạng Enthernet sang chuẩn đang sử dụng trên mạng Token ring.
Tuy nhiên chú ý ở đây cầu nối không thể chia một gói tin ra l àm nhiều gói tin cho nên phải hạn chế kích thước tối đa các gói tin ph ù hợp với cả hai mạng. Ví dụ nh ư kích thước tối đa của gói tin trên mạng Ethernet là 1500 bytes và trên m ạng Token ring là 6000 bytes do vậy nếu một trạm tr ên mạng token ring gửi một gói tin cho trạm tr ên mạng Ethernet với kích thước lớn hơn 1500 bytes thì khi qua cầu nối số lượng byte dư sẽ bị chặt bỏ.
40
Hình 2-16: Ví dụ về Bridge biên dịch
Người ta sử dụng Bridge trong các tr ường hợp sau :
Mở rộng mạng hiện tại khi đ ã đạt tới khoảng cách tối đa do Bridge sau khi sử lý gói tin đã phát lại gói tin trên phần mạng còn lại nên tín hiệu tốt hơn bộ tiếp sức.
Giảm bớt tắc nghẽn mạng khi có quá nhiều trạm bằng cách sử dụng Bridge, khi đó chúng ta chia mạng ra thành nhiều phần bằng các Bridge, các gói tin trong nội bộ tùng phần mạng sẽ không đ ược phép qua phần mạng khác.
Để nối các mạng có giao thức khác nhau.
Một vài Bridge còn có kh ả năng lựa chọn đối t ượng vận chuyển. Nó có thể chỉ chuyển vận những gói tin của những địa chỉ xác định. Ví dụ : cho phép gói tin của máy A, B qua Bridge 1, gói tin của máy C, D qua Bridge 2.
Hình 2-17:Liên kết mạng với 2 Bridge
Một số Bridge được chế tạo thành một bộ riêng biệt, chỉ cần nối dây và bật. Các Bridge khác chế tạo như card chuyên dùng cắm vào máy tính, khi đó trên máy tính s ẽ sử dụng phần
42 mềm Bridge. Việc kết hợp phần mềm với phần cứng cho phép uyển chuyển h ơn trong hoạt động của Bridge.
2.2.5 Switch (bộ chuyển mạch)
Hình 2-18:Thiết bị Switch
Là các bộ chuyển mạch thực sự. Khác với HUB thông th ường, thay vì chuyển một tín hiện đến từ một cổng cho tất cả các cổng, nó chỉ chuyển tín hiệu đến cổng có trạm dích. Do vậy Switch là một thiết bị quan trọng trong các mạng cục bộ lớn d ùng để phân đoạn mạng. Nhờ có switch mà đụng độ trên mạng giảm hẳn. Ng ày nay switch là thiết bị mạng quan trọng cho phép tuỳ biến trên mạng chẳng hạn lập mạng ảo.
Switch thực chất là một loại bridge, và tính năng kỹ thuật, nó là loại bridge có độ trễ nhỏ nhất. Khác với bridge là phải đợi đến hết frame rồi mới truyền, switch sẽ chờ cho đến khi nhận được địa chỉ đích của frame gởi tới v à lập tức được truyền đi ngay. Ðiều này có nghĩa là frame sẽ được gởi tới LAN cần gởi tr ước khi nó được switch nhận xong ho àn toàn.
2.2.6 Router (bộ tìm đường)
Hình 2-19: Thiết bị Router
Router là một thiết bị hoạt động tr ên tầng mạng theo mô h ình OSI hoặc tầng Internet theo mô hình TCP/IP, nó có th ể tìm được đường đi tốt nhất cho các gói tin q ua nhiều kết nối để đi từ trạm gửi thuộc mạng đầu đến trạm nhận thuộc mạng cuối. Router có thể đ ược sử dụng trong việc nối nhiều mạng với nhau v à cho phép các gói tin có th ể đi theo nhiều đường khác nhau để tới đích.
Khác với Bridge hoạt động tr ên tầng liên kết dữ liệu nên Bridge phải xử lý mọi gói tin trên đường truyền thì Router có địa chỉ riêng biệt và nó chỉ tiếp
nhận và xử lý các gói tin gửi đến nó mà thôi. Khi một trạm muốn gửi gói tin qua Router th ì nó phải gửi gói tin với địa chỉ trực tiếp của Router (Trong gói tin đó ph ải chứa các thông tin khác về đích đến) v à khi gói tin đến Router thì Router mới xử lý và gửi tiếp.
Khi xử lý một gói tin Router phải t ìm được đường đi của gói tin qua mạng. Để l àm được điều đó Router phải t ìm được đường đi tốt nhất trong mạng dựa trên các thông tin nó có v ề mạng, thông thường trên mỗi Router có một bảng chỉ đ ường (Router table). Dựa tr ên dữ liệu về Router gần đó và các mạng trong liên mạng, Router tính được bảng chỉ đường (Router table) tối ưu dựa trên một thuật toán xác định trước.
44 Bộ định tuyến sử dụng bảng định tuyến (routing table) để chứa địa chỉ của các nút mạng, nó sử dụng bảng n ày để xác định địa chỉ cho dữ liệu đến, bảng n ày liệt kê các thông tin sau:
Toàn bộ sổ địa chỉ mạng
Cách kết nối vào các mạng khác
Các lộ trình có thể có giữa các bộ định tuyến Phí tổn truyền dữ liệu qua các lộ tr ình đó
Các giao thức định tuyến: DECnet, IP, IPX, OSI, XNS, DDP (AppleTalk) Các giao thức không hổ trợ định tuyến: LAT (giao thức của h ãng Digital Equipment), NetBEUI.
Người ta phân chia Router thành hai lo ại là Router có phụ thuộc giao thức (The protocol dependent routers) và Router không ph ụ thuộc vào giao thức (The protocol independent router) dựa vào phương thức xử lý các gói tin khi qua Router.
Router có phụ thuộc giao thức: Chỉ thực hiện việc t ìm đường và truyền gói tin từ mạng này sang mạng khác chứ không chuyển đổi ph ương cách đóng gói c ủa gói tin cho nên cả hai mạng phải dùng chung một giao thức truyền thông.
Router không phụ thuộc vào giao thức: có thể liên kết các mạng dùng giao thức truyền thông khác nhau v à có thể chuyển đôiø gói tin của giao thức này sang gói tin của giao thức kia, Router cũng ù chấp nhận kích thức các gói tin khác nhau (Router có thể chia nhỏ một gói tin lớn th ành nhiều gói tin nhỏ trước truyền trên mạng).
Để ngăn chặn việc mất mát số liệu Router c òn nhận biết được đường nào có thể chuyển vận và ngừng chuyển vận khi đ ường bị tắc.
Các lý do sử dụng Router :
Router có các ph ần mềm lọc ưu việt hơn là Bridge do các gói tin mu ốn đi qua Router cần phải gửi trực tiếp đến nó nên giảm được số lượng gói tin qua nó. Router thường được sử dụng trong khi nối các mạng thông qua các đ ường dây thuê bao đắt tiền do nó không truyền d ư lên đường truyền.
Router có thể dùng trong một liên mạng có nhiều vùng, mỗi vùng có giao thức riêng biệt.
Router có thể xác định được đường đi an toàn và tốt nhất trong mạng n ên độ an toàn của thông tin được đảm bảo hơn.
thể gây nên tình trạng tắc nghẽn của mạng th ì các Router có thể được cài đặt các phương thức nhằm tránh được tắc nghẽn.
46
2.2.7 Gateway (cổng kết nối)
Hình 2-20: Thiết bị Gateway
Gateway dùng để kết nối các mạng không thuần nhất chẳng hạn nh ư các mạng cục bộ và các mạng máy tính lớn (Mainframe), do các mạng ho àn toàn không thuần nhất nên việc chuyển đổi thực hiện tr ên cả 7 tầng của hệ thống mở OSI. Th ường được sử dụng nối các mạng LAN vào máy tính lớn. Gateway có các giao thức xác định tr ước thường là nhiều giao thức, một Gateway đa giao th ức thường được chế tạo như các Card có ch ứa các bộ xử lý riêng và cài đặt trên các máy tính ho ặc thiết bị chuyên biệt.
Hoạt động của Gateway thông th ường phức tạp hơn là Router nên thông su ất của nó thường chậm hơn và thường không dùng nối mạng LAN -LAN.
Một số cổng kết nối sử dụng to àn bộ 7 tầng của mô h ình OSI, nhưng cổng kết nối thường thực hiện việc chuyển đổi giao thức tới tầng Application. Trong thực tế mức độ tính năng thay đổi đáng kể giữa các loại cổng giao tiếp.
Chương 3 KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ MÔ HÌNH OSI 3.1 Kiến trúc phân tầng
Để giảm độ phức tạp trong thiết kế, kiến trúc mạng đ ược tổ chức thành một cấu trúc đa tầng, mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước nó, tầng dưới sẽ cung cấp dịch vụ cho tầng cao hơn. Tầng n trên một máy thực hiện việc giao tiếp với tầng N tr ên một máy khác. Các qui tắc, luật lệ được sử dụng cho việc giao tiếp n ày gọi là các giao thức của tầng N.
Các thực thể(empty) nằm tr ên các tầng tương ứng trên những máy khác nhau gọi là các tiến trình đồng mức. Các tiến tr ình đồng mức giao tiếp với nhau bằng cách sử dụng các giao thức trong tầng của nó.
Giữa 2 tầng kề nhau tồn tại một giao diện (interface) xác định các h àm nguyên thủy và các dịch vụ tầng dưới cung cấp cho tầng trên.
Tập hợp các tầng và các giao thức được gọi là kiến trúc mạng (Network Architecture). Cấu trúc phân tầng của mạng máy tính có ý nghĩa đặc biệt nh ư sau:
- Thuận tiện trong công tác thiết kế, xây dựng v à cài đặt mạng máy tính, trong đó mỗi hệ thống thành phấn được xem như là một cấu trúc đa tầng.
- Mỗi tầng được xây dựng dựa tr ên cơ sở tầng kề liền trước đó. Như vậy tầng dưới sẽ cung cấp dịch vụ cho tầng tr ên.
- Số lượng, tên gọi và chức năng của mỗi tầng sẽ đ ược người thiết kế mạng máy tính cụ thể qui định.
- Tập hợp các giao thức, các vấn đề kỹ thuật v à công nghệ cho mỗi tầng có thể đựoc khảo sát, nghiên cứu triển khai độc lập với nhau. Giao thức: mỗi khi trao đổi thông tin nh ư: điện thoại, telex, viết…ng ười ta
phải tuân theo một số qui luật. Các qui luật n ày nhóm lại và gọi là giao thức. Giao thức có các chức năng chính nh ư sau:
1. Định nghĩa cấu trúc khung chính xác cho từng byte, các ký tự v à bản tin. 2. Phát hiện và xử lý các lỗi, thông th ường là gởi lại bản tin gốc sau khi
phát hiện lần trước bị lỗi.
3. Quản lý thứ tự các lệnh để đếm các bản tin, nhận dạng tránh mất hoặc thu thừa bản tin.
4. Đảm bảo không nhầm lẫn giữa bản tin v à lệnh.
48 bán song công.
6. Giải quyết vấn đề xung đột thâm nhập (y êu cầu đồng thời), gởi khi chưa có số liệu, mất liên lạc, khởi động.
3.2 Mô hình OSI
Dựa trên kiến trúc phân tầng ISO đ ưa ra mô hình 7 tầng (layer) cho mạng gọi l à mô hình kết nối hệ thống mở hoặc mô h ình OSI (Open Systems Interconnection model), vào n ăm
1984.
Nhóm các tầng thấp (physical, data link, network, transport) li ên quan tới các phương tiện cho phép truyền dữ liệu qua mạng. Các tầng thấp đảm nhận việc truyền dữ liệu, thực hiện quá trình đóng gói, dẫn đường, kiểm duyệt và truyền từng nhóm dữ liệu. Các tầng n ày không cần quan tâm đến loại dữ liệu m à nó nhận được từ tầng ứng dụng, m à chỉ đơn thuần là gởi chúng đi.
Nhóm các tầng cao (session, presentation, application) li ên quan chủ yếu đến việc đáp ứng các yêu cầu của người sử dụng để triển khai các ứng dụng của họ tr ên mạng thông qua các phương tiện truyền thông cung cấp bởi nhóm các tầng thấp.
Hệ thống kết nối mở OSI l à hệ thống cho phép truyền thông tin với các hệ thống khác, trong đó các mạng khác nhau, sử dụng những giao thức khác nhau, có thể thông báo cho nhau thông qua chương tr ình để chuyển từ một giao thức n ày sang một giao thức khác.
Mô hình OSI đưa ra giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các máy tính không giống nhau. Hai hệ thống, dù khác nhau đều có thể truyền thông với nhau một cách hiệu quả nếu chúng đảm bảo những điều kiện chung sau đây:
1. Các hệ thống đều cài đặt cùng một tập hợp các chức năng truyền thông. 2. Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng. Các tầng
đồng mức phải cung cấp các chức năng nh ư nhau, nhưng phương th ức cung cấp không nhất thiết phải giống nhau..
3. Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung.
50 và dịch vụ được cung cấp bởi một tầng (nh ưng không cần chỉ ra chúng phải c ài đặt như thế nào). Các chuẩn cũng phải xác định các giao thức ở các tầng đồng mức. Mô h ình OSI chính là c ơ sở để xây dựng các chuẩn đó.
3.2.1 Tầng vật lý
Tầng vật lý sẽ truyền các bit (m ã nhị phân ‘1’ và ‘0’ trong truyền thông số mà bạn đã có dịp nghiên cứu trong chương 2). Tầng vật lý không hiểu g ì về các thông tin chứa trong các bit; thay vào đó nó ch ỉ biết các liên kết vật lý, thực hiên các thao tác nhận và gửi tín hiệu.
Electrical, optical, or radio signal
1. Physical layer 1. Physical layer
Physical circuit
Hình 3-1: Tầng vật lý tạo ra các mạng vật lý với các loại tín hiệu điện, quang v àvô tuyến
Mức này định nghĩa các chi tiết vật lý v à điện tử, như cách biểu diễn mã ‘1’ và mã ‘0’, đầu nối mạng có bao nhi êu chân cắm, dữ liệu được đồng bộ như