Ưu điểm của chuyển mạch gúi so với chuyển mạch kờnh:
- Hiệu quả sử dụng tài nguyờn cao hơn vỡ một liờn kết đơn giữa nỳt và nỳt cú thể sử dụng động cho nhiều gúi tại cựng một thời điểm.
- Hai trạm với tốc độ khỏc nhau cú thể thụng tin đựoc với nhau.
- Khi lưu lượng tăng nhiều, trong chuyển mạch kờnh một số cuộc gọi sẽ bị từ chối, nhưng trong chuyển mạch gúi cỏc gúi vẫn cú thểđược nhận, được lưu tạm và khi lưu lượng giảm cỏc gúi sẽđược truyền đi.
- Trong chuyển mạch gúi dễ sử dụng đặc tớnh ưu tiờn, cỏc gúi được sắp hàng tại nỳt, nỳt cú thể truyền gúi cú mức ưu tiờn cao trước cỏc gúi cú mức ưu tiờn thấp.
Kớch thước gúi
Một vấn đề gặp phải trong chuyển mạch gúi là kớch thước gúi đựơc sử dụng trong mạng. Cú một mối quan hệ chặt chẽ giữa kớch thước gúi và thời gian truyền dẫn (hỡnh 2.15).
Ta khảo sỏt một vớ dụ:
- Giả thiết một mạch ảo từ trạm X đến trạm Y qua cỏc nỳt a và b. - Bản tin M gồm 30 Octet (cũn gọi là 30 byte), tạo thành 1 gúi tin - Thờm 3 octet thụng tin điều khiển gọi là tiờu đềđược gỏn ởđầu gúi.
- Nếu toàn bộ bản tin M được gửi như một gúi đơn 33 octet, thỡ gúi đầu tiờn được truyền từ X đến a.
- Khi nhận được tất cả cỏc gúi thỡ nú được chuyển từ a đến b. Nếu nỳt b nhận được đấy đủ tất cả cỏc gúi thỡ nỳt b chuyển tiếp đến Y.
- Tổng thời gian truyền bằng 99 Octet thời gian (33 Octet x 3). Bõy giờ, giả sử rằng bản tin M chia làm hai gúi, trong đú - Mỗi gúi gồm 15 Octet số liệu thực,
- Thờm 3 octet tiờu đề.
Trong trường hợp này nỳt a cú thể bắt đầu phỏt gúi thứ nhất ngay khi gúi đến trạm X mà khụng cần chờ gúi thứ hai đến, như vậy cú sự chồng lấn thời gian truyền, nờn tổng thời gian truyền trong trường hợp này bằng 72 Octet thời gian.
Hỡnh 2.15. ảnh hưởng của kớch thước gúi đến thời gian truyền
t X a b Y Data Data Data Data 1 Data 2 Data 1 Data 2 Data 1 Data 2 1 3 4 5 2 6 7 8 9 10 1 3 4 5 2 6 7 8 9 10 1 3 4 5 2 6 7 8 9 10 X a b Y X a b Y 1 Gúi 2 Gúi 10 Gúi
Nếu chia M làm 5 gúi thỡ cỏc nỳt trung gian sẽ truyền gúi sớm hơn và thời gian truyền sẽ rỳt ngắn lại cũn 63 Octet thời gian.
Nhưng nếu chia M làm 10 gúi thỡ thời gian truyền sẽ lại tăng lờn vỡ mỗi gúi số liệu thật cũn phải kốm theo tiờu đề. Nếu phõn chia gúi quỏ nhỏ thỡ tỷ số tiờu đề/số liệu trong gúi sẽ tăng lờn, và do vậy thời gian truyền cũng tăng theo.
Như vậy, cú thể thấy rằng phải thiết kế gúi sao cho cú độ dài thớch hợp đểđảm bảo truyền gúi nhanh nhất.
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KỸ THUẬT MẠNG IP VÀ NGN
3.1. Cơ sở kĩ thuật mạng IP
Ngày nay giao thức IP được sử dụng rộng rói trờn phạm vi toàn cầu cho kết nối mạng viễn thụng. Mạng sử dụng giao thức IP loại bỏ ranh giới giữa dịch vụ số liệu và thoại. Trước đõy chỳng ta phải xõy dựng cỏc mạng riờng lẻ dựa trờn cỏc giao thức khỏc nhau. Do đú, khả năng kết nối giữa cỏc hệ thống là rất khú khăn.
Giao thức IP độc lập với lớp liờn kết dữ liệu. Nghĩa là ở lớp 2, chỳng ta cú thể dựng ATM, Frame Relay, LAN hoặc PPP. Điều này cho phộp truyền gúi tin IP giữa hai điểm mà giữa chỳng là cỏc liờn kết lớp 2 bất kỳ. Mạng IP được xõy dựng dựa trờn cỏc tiờu chuẩn toàn cầu của IETF. Do đú, thiết bị của cỏc nhà sản xuất khỏc nhau cú thể dễ dàng tương hoạt. Hiện nay, nếu núi tới tiờu chuẩn truyền thụng phổ biến nhất thỡ đú chớnh là giao thức IP.
3.1.1.Bộ giao thức TCP/IP
TCP/IP là bộ giao thức được phỏt triển bởi cục cỏc dự ỏn nghiờn cứu cấp cao (ARPA) của bộ quốc phũng Mỹ. Ban đầu nú được sử dụng trong mạng ARPANET. Khi cụng nghệ mạng cục bộ phỏt triển, TCP/IP được tớch hợp vào mụi trường điều hành UNIX và sử dụng chuẩn Ethernet để kết nối cỏc trạm làm việc với nhau. Đến khi xuất hiện cỏc mỏy PC, TCP/IP lại được chuyển mang sang mụi trường PC, cho phộp cỏc mỏy PC chạy DOS và cỏc trạm làm việc chạy UNIX cú thể kết nối trờn cựng một mạng. Hiện nay, TCP/IP được sử dụng rất phổ biến trong mạng mỏy tớnh, mà điển hỡnh là mạng Internet.
TCP/IP được phỏt triển trước mụ hỡnh OSI. Do đú, cỏc tầng trong TCP/IP khụng tương ứng hoàn toàn với cỏc tầng trong mụ hỡnh OSI (hỡnh 3.1). Chồng giao thức TCP/IP được chia thành bốn tầng: giao diện mạng (network interface), liờn mạng (internet), giao vận (transport) và ứng dụng (application).
3.1.1.1.Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng cung cấp cỏc dịch vụ dưới dạng cỏc giao thức cho ứng dụng của người dựng. Một số giao thức tiờu biểu tại tầng này gồm:
− FTP (File Transfer Protocol): Đõy là một dịch vụ hướng kết nối và tin cậy, sử dụng TCP để cung cấp truyền tệp giữa cỏc hệ thống hỗ trợ FTP.
− Telnet (TERminaL NETwork): Cho phộp cỏc phiờn đăng nhập từ xa giữa cỏc mỏy tớnh. Do Telnet hỗ trợ chếđộ văn bản nờn giao diện người dựng thường ở dạng dấu nhắc lệnh tương tỏc. Chỳng ta cú thểđỏnh lệnh và cỏc thụng bỏo trả lời sẽđược hiển thị.
− HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Trao đổi cỏc tài liệu siờu văn bản để hỗ trợ WEB.
− SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Truyền thư điện tử giữa cỏc mỏy tớnh. Đõy là dạng đặc biệt của truyền tệp được sử dụng để gửi cỏc thụng bỏo tới một mỏy chủ thư hoặc giữa cỏc mỏy chủ thư với nhau.
− POP3 (Post Office Protocol): Cho phộp lấy thưđiện tử từ hộp thư trờn mỏy chủ.
− DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tờn miền thành địa chỉ IP. Giao thức này thường được cỏc ứng dụng sử dụng khi người dựng ứng dụng này dựng tờn chứ khụng dựng địa chỉ IP.
− DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Cung cấp cỏc thụng tin cấu hỡnh động cho cỏc trạm, chẳng hạn như gỏn địa chỉ IP.
− SNMP (Simple Network Managament Protocol): Được sử dụng để quản trị từ xa cỏc thiết bị mạng chạy TCP/IP. SNMP thường được thực thi trờn cỏc trạm của người quản lý, cho phộp người quản lý tập trung nhiều chức năng giỏm sỏt và điều khiển trong mạng.
3.1.1.2.Tầng giao vận
Tầng giao vận chịu trỏch nhiệm chuyển phỏt toàn bộ thụng bỏo từ tiến trỡnh-tới-tiến trỡnh. Tại tầng này cú hai giao thức là TCP và UDP, mỗi giao thức cung cấp một loại dịch vụ giao vận: hướng kết nối và phi kết nối.
Giao thức TCP
TCP là giao thức hướng kết nối, đầu cuối tới đầu cuối. Nú là giao thức cú độ tin cậy và cung cấp nhiều ứng dụng mạng. Giao thức TCP cung cấp cho ta nhiều hỡnh thức xử lý truyền tin đỏng tin cậy. Về cơ bản TCP cú thể hoạt động phớa trờn phạm vi rộng của những dóy hệ thống truyền tin từ đường kết nối hệ thống tới mạng chuyển mạch gúi. Giao thức IP cũng phõn mảnh hoặc nhúm lại từng phần TCP được đũi hỏi để hoàn thành việc vận chuyển và phõn chia thụng qua nhiều mạng và kết nối liờn tiếp nhiều cổng lại với nhau.
TCP thực hiện một số chức năng như sau.
Chức năng đầu tiờn là nhận luồng dữ liệu từ chương trỡnh ứng dụng; dữ liệu này cú thể là tệp văn bản hoặc là một bức ảnh. TCP chia luồng dữ liệu nhận được thành cỏc gúi nhỏ cú thể quản lý. Sau đú gắn mào đầu vào trước mỗi gúi. Phần mào đầu này cú chứa địa chỉ cổng nguồn và cổng đớch. Ngoài ra, nú cũn chứa số trỡnh tự để chỳng ta biết gúi này nằm ở vị trớ nào trong luồng dữ liệu.
Sau khi nhận được một số lượng gúi nhất định, TCP sẽ gửi xỏc nhận. Vớ dụ, nếu số lượng gúi được quy định là 3 thỡ phớa thu sẽ gửi xỏc nhận cho phớa gửi sau khi nhận được 3 gúi. Ưu điểm của việc làm này là TCP cú khả năng điều chỉnh việc gửi và nhận cỏc gúi tin.
Giao thức UDP
UDP (User Datagram protocol) là một giao thức truyền thụng phi kết nối, được dựng thay thế cho TCP ở trờn IP theo yờu cầu của ứng dụng. UDP khụng cung cấp sự tin cậy, nú gửi gúi tin vào tầng IP nhưng khụng cú sự đảm bảo rằng gúi tin sẽđến được đớch của chỳng. UDP cú trỏch nhiệm truyền cỏc thụng bỏo từ tiến trỡnh-tới-tiến trỡnh, nhưng khụng cung cấp cỏc cơ chế giỏm sỏt và quản lý.
UDP cũng cung cấp cơ chế gỏn và quản lý cỏc số cổng đểđịnh danh duy nhất cho cỏc ứng dụng chay trờn một trạm của mạng. Do ớt chức năng phức tạp nờn UDP cú xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nú thường được dựng cho cỏc ứng dụng khụng đũi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận.
Kỹ thuật điều khiển luồng và lỗi
Trong tầng giao vận cú 2 vấn đề kỹ thuật quan trọng là điều khiển luồng và điều khiển lỗi. Điều khiển luồng định nghĩa lượng dữ liệu mà nguồn cú thể gửi trước khi nhận một xỏc nhận từ đớch. Trong trường hợp đặc biệt, giao thức tầng giao vận cú thể gửi một byte dữ liệu và đợi xỏc nhận trước khi gửi byte tiếp theo. Nhưng nếu làm như vậy, quỏ trỡnh gửi sẽ diễn ra rất chậm. Nếu dữ liệu phải đi qua đoạn đường dài thỡ nguồn sẽở trạng thỏi rỗi trong khi đợi xỏc nhận. Trong một trường hợp đặc biệt khỏc, giao thức tầng giao vận cú thể gửi tất cả dữ liệu nú cú mà khụng quan tõm tới xỏc nhận. Làm như vậy sẽ tăng tốc độ truyền, nhưng cú thể làm tràn ngập trạm đớch (trạm đớch khụng xử lý kịp). Bờn cạnh đú, nếu một phần dữ liệu bị mất, bị nhõn đụi, sai thứ tự hoặc bị hỏng thỡ trạm nguồn sẽ khụng biết.
TCP sử dụng một giải phỏp nằm giữa hai trường hợp đặc biệt này. Nú định nghĩa một cửa sổ, đặt cửa sổ này lờn bộđệm gửi và chỉ gửi lượng dữ liệu bằng kớch thước cửa sổ. Kỹ thuật này gọi là kỹ thuật cửa sổ trượt (sliding window). Hay núi một cỏch khỏc, để thực hiện điều khiển luồng, TCP sử dụng giao thức cửa sổ trượt. Hai trạm ở hai đầu kết nối TCP đều sử dụng một cửa sổ trượt. Cửa sổ này bao phủ phần dữ liệu trong bộđệm mà một trạm cú thể gửi trước khi quan tõm tới xỏc nhận từ trạm kia. Nú được gọi là cửa sổ trượt do cú thể trượt trờn bộđệm khi trạm gửi nhận được xỏc nhận.
Ngoài điều khiển luồng, TCP cũn hỗ trợđiều khiển lỗi. Nú là kỹ thuật đảm bảo tớnh tin cậy cho TCP. Điều khiển lỗi gồm cỏc cơ chế phỏt hiện phõn đoạn bị hỏng, bị mất, sai thứ tự hoặc nhõn đụi. Nú cũng gồm cơ chế sửa lỗi sau khi chỳng được phỏt hiện.
Phỏt hiện lỗi trong TCP được thực hiện thụng qua việc sử dụng ba cụng cụđơn giản: tổng kiểm tra, xỏc nhận và thời gian chờ (time-out). Mỗi phõn đoạn cú chứa một trường tổng kiểm tra để phỏt hiện phõn đoạn lỗi. Nếu phõn đoạn lỗi, nú sẽ bị TCP phớa nhận bỏ đi. TCP sử dụng phương phỏp xỏc nhận để thụng bỏo sự nhận cỏc gúi đó tới đớch mà khụng lỗi. Khụng cú xỏc nhận gúi hỏng trong TCP. Nếu một phõn đoạn khụng được xỏc nhận trước khi hết giờ thỡ nú được xem như bị hỏng hoặc bị mất trờn đường đi.
Cơ chế sửa lỗi trong TCP rất đơn giản. TCP nguồn đặt một bộđịnh thời cho mỗi phõn đoạn được gửi đi. Bộđịnh thời được kiểm tra định kỳ. Khi nú tắt, phõn đoạn tương ứng được xem như bị hỏng hoặc bị mất và sẽđược truyền lại.
3.1.1.3.Tầng liờn mạng
Tầng liờn mạng trong chồng giao thức TCP/IP tương ứng với tầng mạng trong mụ hỡnh OSI, cho phộp kết nối nhiều mạng với cỏc cụng nghệ khỏc nhau qua mạng lừi sử dụng giao thức IP (hỡnh 3.2).
Hỡnh 3.2. Kết nối liờn mạng sử dụng giao thức IP
Chức năng chớnh của tầng mạng là đỏnh địa chỉ lụgic và định tuyến gúi tới đớch. Giao thức đỏng chỳ ý nhất ở tầng liờn mạng chớnh là giao thức liờn mạng (IP – Internet Protocol). Ngoài ra cũn cú một số giao thức khỏc như ICMP, ARP và RARP. Sau đõy sẽ trỡnh bày khỏi quỏt về cỏc giao thức này.
Giao thức IP
IP là một giao thức phi kết nối và khụng tin cậy. Nú cung cấp dịch vụ chuyển gúi nỗ lực tối đa. Nỗ lực tối đa ởđõy cú nghĩa IP khụng cung cấp chức năng theo dừi và kiểm tra lỗi. Nú chỉ cố gắng chuyển gúi tới đớch chứ khụng cú sựđảm bảo. Nếu độ tin cậy là yếu tố quan trọng, IP phải hoạt động với một giao thức tầng trờn tin cậy, chẳng hạn TCP.
Giao thức ICMP
Như đó trỡnh bày ở trờn, IP là giao thức chuyển gúi phi kết nối và khụng tin cậy. Nú được thiết kế nhằm mục đớch sử dụng cú hiệu quả tài nguyờn mạng. IP cung cấp dịch vụ chuyển gúi nỗ lực nhất. Tuy nhiờn nú cú hai thiếu hụt: thiếu điều khiển lỗi và thiếu cỏc cơ chế hỗ trợ; IP cũng thiếu cơ chế truy vấn. Một trạm đụi khi cần xỏc định xem router hoặc một trạm khỏc cú hoạt động khụng. Một người quản lý mạng đụi khi cần thụng tin từ một trạm hoặc router khỏc.
Giao thức thụng bỏo điều khiển liờn mạng (ICMP – Internet Control Message Protocol) được thiết kếđể bự đắp hai thiếu hụt trờn. Nú được đi kốm với giao thức IP.
3.1.1.4.Tầng truy nhập mạng
Tầng truy nhập mạng đụi khi cũn được gọi là giao diện mạng. Nú cung cấp giao tiếp với mạng vật lý (thụng thường tầng này bao gồm cỏc driver thiết bị trong hệ thống vận hành và cỏc card giao diện mạng tương ứng trong mỏy tớnh. Chức năng của tầng này là điều khiển tất cả cỏc thiết bị phần cứng, thực hiện giao tiếp vật lý với cỏp hoặc với bất kỳ mụi trường nào được sử dụng cũng như là kiểm soỏt lỗi dữ liệu phõn bố trờn mạng vật lý. Tầng truy nhập mạng khụng định nghĩa một giao thức riờng nào cả, nú hỗ trợ tất cả cỏc giao thức chuẩn (standard) và độc quyền (proprietory), vớ dụ như Ethernet, Token Ring, FDDI, X25, Frame Relay, ATM, …