CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG OSI
2.3. TẦNG MẠNG (NETWORK)
2.3.5.2. Kỹ thuật ATM
Hiện nay kỹ thuật Cell Relay dựa trờn phương thức truyền thụng khụng đồng bộ (ATM) cú thể cho phộp thụng lượng hàng trăm Mbps. Đơn vị dữ liệu dựng trong ATM được gọi là tế bào (cell). Cỏc tế bào trong ATM cú độ dài cốđịnh là 53 bytes, trong đú 5 bytes dành cho phần chứa thụng tin điều khiển (cell header) và 48 bytes chứa dữ liệu của tầng trờn.
Trong kỹ thuật ATM, cỏc tế bào chứa cỏc kiểu dữ liệu khỏc nhau được ghộp kờnh tới một đường dẫn chung được gọi là đường dẫn ảo (virtual path). Trong đường dẫn ảo đú cú thể gồm nhiều kờnh ảo (virtual channel) khỏc nhau, mỗi kờnh ảo được sử dụng bởi một ứng dung nào đú tại một thời điểm.
ATM đó kết hợp những đặc tớnh tốt nhất của dạng chuyển mạch liờn tục và dạng chuyển mạch gúi, nú cú thể kết hợp dải thụng linh hoạt và khả năng chuyển tiếp cao tốc và cú khả năng quản lý đồng thời dữ liệu số, tiếng núi, hỡnh ảnh và multimedia tương tỏc. Mục tiờu của kỹ thuật ATM là nhằm cung cấp một mạng dồn kờnh, và chuyển mạch tốc độ cao, độ trễ nhỏ dỏp ứng cho cỏc dạng truyền thụng đa phương tiện (multimecdia)
Chuyển mạch cell cần thiết cho việc cung cấp cỏc kết nối đũi hỏi băng thụng cao, tỡnh trạng tắt nghẽn thấp, hỗ trợ cho lớp dịch vụ tớch hợp lưu thụng dữ liệu õm thanh hỡnh ảnh. Đặc tớnh tốc độ cao là đặc tớnh nổi bật nhất của ATM.
ATM sử dụng cơ cấu chuyển mạch đặc biệt: ma trận nhị phõn cỏc phần tử chuyển mạch (a matrix of binary switching elements) để vận hành lưu thụng. Khả năng mở rộng (scalability) là một đặc tớnh của cơ cấu chuyển mạch ATM. Đặc tớnh này tương phản trực tiếp với những gỡ diễn ra khi cỏc trạm cuối được thờm vào một thiết bị liờn mạng như router. Cỏc router cú năng suất tổng cố định được chia cho cỏc trạm cuối cú kết nối với chỳng. Khi số lượng trạm cuối gia tăng, năng suất của router tương thớch cho trạm cuối thu nhỏ lại. Khi cơ cấu ATM mở rộng, mỗi thiết bị thu trạm cuối, bằng con đường của chớnh nú đi qua bộ chuyển mạch bằng cỏch cho mỗi trạm cuối băng thụng chỉđịnh. Băng thụng rộng được chỉ định của ATM với đặc tớnh cú thể xỏc nhận khiến nú trở thành một kỹ thuật tuyệt hảo dựng cho bất kỳ nơi nào trong mạng cục bộ của doanh nghiệp.
Như tờn gọi của nú chỉ rừ, kỹ thuật ATM sử dụng phương phỏp truyền khụng đồng bộ (asynchronouns) cỏc tề bào từ nguồn tới đớch của chỳng. Trong khi đú, ở tầng vật lý người ta cú thể sử dụng cỏc kỹ thuật truyền thụng đồng bộ như SDH (hoặc SONET).
Nhận thức được vị trớ chưa thể thay thế được (ớt nhất cho đến những năm đầu của thế kỷ 21) của kỹ thuật ATM, hầu hết cỏc hóng khổng lồ về mỏy tớnh và truyền thụng như IBM, ATT, Digital, Hewlett - Packard, Cisco Systems, Cabletron, Bay Network,... đều đang quan tõm đặc biệt đến dũng sản phẩm hướng đến ATM của mỡnh để tung ra thị trường. Cú thể kể ra đõy một số sản phẩm đú như DEC 900 Multiwitch, IBM 8250 hub, Cisco 7000 rounter, Cablectron, ATM module for MMAC hub.
Nhỡn chung thị trường ATM sụi động do nhu cầu thực sự của cỏc ứng dụng đa phương tiện. Sự nhập cuộc ngày một đụng của cỏc hóng sản xuất đó làm giảm đỏng kể giỏ bỏn của cỏc sản phẩm loại này, từ đú càng mở rộng thờm thị trường. Ngay ở Việt Nam, cỏc dự ỏn lớn về mạng tin học đều đó được thiết kế với hạ tầng chấp nhận được với cụng nghệ ATM trong tương lai.
2.3.6. Dịch vụ OSI cho tầng mạng
(Tham khảo phần II.3.5, tr 71, 72) của giỏo trỡnh [1]).
2.4. TẦNG GIAO VẬN (TRANSPORTATION) 2.4.1. Vai trũ và chức năng của tầng Giao vận 2.4.1. Vai trũ và chức năng của tầng Giao vận
Tầng vận chuyển cung cấp cỏc chức năng cần thiết giữa tầng mạng và cỏc tầng trờn. nú là tầng cao nhất cú liờn quan đến cỏc giao thức trao đổi dữ liệu giữa cỏc hệ thống mở. Nú cựng cỏc tầng dưới cung cấp cho người sử dụng cỏc phục vụ vận chuyển.
Tầng vận chuyển (transport layer) là tầng cơ sở mà ở đú một mỏy tớnh của mạng chia sẻ thụng tin với một mỏy khỏc. Tầng vận chuyển đồng nhất mỗi trạm bằng một địa chỉ duy nhất và quản lý sự kết nối giữa cỏc trạm. Tầng vận chuyển cũng chia cỏc gúi tin lớn thành cỏc gúi tin nhỏ hơn trước khi gửi đi. Thụng thường tầng vận chuyển đỏnh số cỏc gúi tin và đảm bảo chỳng chuyển theo đỳng thứ tự.
Tầng vận chuyển là tầng cuối cựng chịu trỏch nhiệm về mức độ an toàn trong truyền dữ liệu nờn giao thức tầng vận chuyển phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của tầng mạng. Người ta chia giao thức tầng mạng thành cỏc loại sau:
− Mạng loại A: Cú tỷ suất lỗi và sự cố cú bỏo hiệu chấp nhận được (tức là chất lượng chấp nhận được). Cỏc gúi tin được giả thiết là khụng bị mất. Tầng vận chuyển khụng cần cung cấp cỏc dịch vụ phục hồi hoặc sắp xếp thứ tự lại.
− Mạng loại B: Cú tỷ suất lỗi chấp nhận được nhưng tỷ suất sự cố cú bỏo hiệu lại khụng chấp nhận được. Tầng giao vận phải cú khả năng phục hồi lại khi xẩy ra sự cố.
− Mạng loại C: Cú tỷ suất lỗi khụng chấp nhận được (khụng tin cậy) hay là giao thức khụng liờn kết. Tầng giao vận phải cú khả năng phục hồi lại khi xảy ra lỗi và sắp xếp lại thứ tự cỏc gúi tin.
2.4.2. Giao thức chuẩn cho tầng Giao vận
Trờn cơ sở loại giao thức tầng mạng chỳng ta cú 5 lớp giao thức tầng vận chuyển đú là:
− Giao thức lớp 0 (Simple Class - lớp đơn giản): cung cấp cỏc khả năng rất đơn giản để thiết lập liờn kết, truyền dữ liệu và hủy bỏ liờn kết trờn mạng "cú liờn kết" loại A. Nú cú khả năng phỏt hiện và bỏo hiệu cỏc lỗi nhưng khụng cú khả năng phục hồi.
− Giao thức lớp 1 (Basic Error Recovery Class - Lớp phục hồi lỗi cơ bản) dựng với cỏc loại mạng B, ở đõy cỏc gúi tin (TPDU) được đỏnh số. Ngoài ra giao thức cũn cú khả năng bỏo nhận cho nơi gửi và truyền dữ liệu khẩn. So với giao thức lớp 0 giao thức lớp 1 cú thờm khả năng phục hồi lỗi.
− Giao thức lớp 2 (Multiplexing Class - lớp dồn kờnh) là một cải tiến của lớp 0 cho phộp dồn một số liờn kết chuyển vận vào một liờn kết mạng duy nhất, đồng thời cú thể kiểm soỏt luồng dữ liệu để trỏnh tắc nghẽn. Giao thức lớp 2 khụng cú khả năng phỏt hiện và phục hồi lỗi. Do vậy nú cần đặt trờn một tầng mạng loại A.
− Giao thức lớp 3 (Error Recovery and Multiplexing Class - lớp phục hồi lỗi cơ bản và dồn kờnh) là sự mở rộng giao thức lớp 2 với khả năng phỏt hiện và phục hồi lỗi, nú cần đặt trờn một tầng mạng loại B.
− Giao thức lớp 4 (Error Detection and Recovery Class - Lớp phỏt hiện và phục hồi lỗi) là lớp cú hầu hết cỏc chức năng của cỏc lớp trước và cũn bổ sung thờm một số khả năng khỏc để kiểm soỏt việc truyền dữ liệu.
2.4.3. Dịch vụ OSI cho tầng Giao vận
(Tham khảo phần II.4.3, tr 92-93 của giỏo trỡnh [1]).
2.5. TẦNG PHIấN (SESSION)
2.5.1. Vai trũ và chức năng của tầng Phiờn
Tầng giao Phiờn (session layer) thiết lập "cỏc giao dịch" giữa cỏc trạm trờn mạng, nú đặt tờn nhất quỏn cho mọi thành phần muốn đối thoại với nhau và lập ỏnh xa giữa cỏc tờn với địa chỉ của chỳng. Một giao dịch phải được thiết lập trước khi dữ liệu được truyền trờn mạng, tầng giao dịch đảm bảo cho cỏc giao dịch được thiết lập và duy trỡ theo đỳng qui định.
Tầng giao dịch cũn cung cấp cho người sử dụng cỏc chức năng cần thiết để quản trị cỏc giao dịnh ứng dụng của họ, cụ thể là:
− Điều phối việc trao đổi dữ liệu giữa cỏc ứng dụng bằng cỏch thiết lập và giải phúng (một cỏch lụgic) cỏc phiờn (hay cũn gọi là cỏc hội thoại - dialogues)
− Cung cấp cỏc điểm đồng bộđể kiểm soỏt việc trao đổi dữ liệu.
− Áp đặt cỏc qui tắc cho cỏc tương tỏc giữa cỏc ứng dụng của người sử dụng.
− Cung cấp cơ chế "lấy lượt" (nắm quyền) trong quỏ trỡnh trao đổi dữ liệu.
Trong trường hợp mạng là hai chiều luõn phiờn thỡ nẩy sinh vấn đề: hai người sử dụng luõn phiờn phải "lấy lượt" để truyền dữ liệu. Tầng giao dịch duy trỡ tương tỏc luõn phiờn bằng cỏch bỏo cho mỗi người sử dụng khi đến lượt họđược truyền dữ liệu. Vấn đề đồng bộ húa trong tầng giao dịch cũng được thực hiện như cơ chế kiểm tra/phục hồi, dịch vụ này cho phộp người sử dụng xỏc định cỏc điểm đồng bộ húa trong dũng dữ liệu đang
chuyển vận và khi cần thiết cú thể khụi phục việc hội thoại bắt đầu từ một trong cỏc điểm đú.
Ở một thời điểm chỉ cú một người sử dụng đú quyền đặc biệt được gọi cỏc dịch vụ nhất định của tầng giao dịch, việc phõn bổ cỏc quyền này thụng qua trao đổi thẻ bài (token). Vớ dụ: Ai cú được token sẽ cú quyền truyền dữ liệu, và khi người giữ token trao token cho người khỏc thi cũng cú nghĩa trao quyền truyền dữ liệu cho người đú.
Tầng giao dịch cú cỏc hàm cơ bản sau:
− Give Token cho phộp người sử dụng chuyển một token cho một người sử dụng khỏc của một liờn kết giao dịch.
− Please Token cho phộp một người sử dụng chưa cú token cú thể yờu cầu token đú.
− Give Control dựng để chuyển tất cả cỏc token từ một người sử dụng sang một người sử dụng khỏc.
2.5.2. Dịch vụ OSI cho tầng Phiờn
(Tham khảo phần II.5.2, tr 96-103 của giỏo trỡnh [1]).
2.5.3. Giao thức chuẩn cho tầng Phiờn
(Tham khảo phần II.5.3, tr 104-106 của giỏo trỡnh [1]).
2.6. TẦNG TRèNH DIỄN (PRESENTATION) 2.6.1. Vai trũ và chức năng của tầng Trỡnh diễn 2.6.1. Vai trũ và chức năng của tầng Trỡnh diễn
Trong giao tiếp giữa cỏc ứng dụng thụng qua mạng với cựng một dữ liệu cú thể cú nhiều cỏch biểu diễn khỏc nhau. Thụng thường dạng biểu diễn dựng bởi ứng dụng nguồn và dạng biểu diễn dựng bởi ứng dụng đớch cú thể khỏc nhau do cỏc ứng dụng được chạy trờn cỏc hệ thống hoàn toàn khỏc nhau (như hệ mỏy Intel và hệ mỏy Motorola). Tầng trỡnh bày (Presentation layer) phải chịu trỏch nhiệm chuyển đổi dữ liệu gửi đi trờn mạng từ một loại biểu diễn này sang một loại khỏc. Để đạt được điều đú nú cung cấp một dạng biểu diễn chung dựng để truyền thụng và cho phộp chuyển đổi từ dạng biểu diễn cục bộ sang biểu diễn chung và ngược lại.
Tầng trỡnh bày cũng cú thểđược dựng kĩ thuật mó húa để xỏo trộn cỏc dữ liệu trước khi được truyền đi và giải mó ởđầu đến để bảo mật. Ngoài ra tầng biểu diễn cũng cú thể dựng cỏc kĩ thuật nộn sao cho chỉ cần một ớt byte dữ liệu để thể hiện thụng tin khi nú được truyền ở trờn mạng, ởđầu nhận, tầng trỡnh bày bung trở lại đểđược dữ liệu ban đầu.
2.6.2. Dịch vụ OSI cho tầng Trỡnh diễn
(Tham khảo phần II.6.2, tr 110-114 của giỏo trỡnh [1]).
2.6.3. Giao thức chuẩn cho tầng Trỡnh diễn
2.7. TẦNG ỨNG DỤNG (APPLICATION) 2.7.1. Vai trũ và chức năng của tầng Ứng dụng 2.7.1. Vai trũ và chức năng của tầng Ứng dụng
Tầng ứng dụng (Application layer) là tầng cao nhất của mụ hỡnh OSI, nú xỏc định giao diện giữa người sử dụng và mụi trường OSI và giải quyết cỏc kỹ thuật mà cỏc chương trỡnh ứng dụng dựng để giao tiếp với mạng.
Để cung cấp phương tiện truy nhập mụi trường OSI cho cỏc tiến trỡnh ứng dụng, Người ta thiết lập cỏc thực thểứng dụng (AE), cỏc thực thểứng dụng sẽ gọi đến cỏc phần tử dịch vụứng dụng (Application Service Element - viết tắt là ASE) của chỳng. Mỗi thực thểứng dụng cú thể gồm một hoặc nhiều cỏc phần tử dịch vụứng dụng. Cỏc phần tử dịch vụ ứng dụng được phối hợp trong mụi trường của thực thểứng dụng thụng qua cỏc liờn kết (association) gọi là đối tượng liờn kết đơn (Single Association Object - viết tắt là SAO). SAO điều khiển việc truyền thụng trong suốt vũng đời của liờn kết đú cho phộp tuần tự húa cỏc sự kiện đến từ cỏc ASE thành tố của nú.
2.7.2. Chuẩn hoỏ tầng ứng dụng
(Tham khảo phần II.7.2, tr 121-129 của giỏo trỡnh [1]).
2.8. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
CHƯƠNG 3. MẠNG CỤC BỘ – MẠNG LAN
3.1. ĐẶC TRƯNG MẠNG CỤC BỘ
Do nhu cầu thực tế của cỏc cơ quan, trường học, doanh nghiệp, tổ chức cần kết nối cỏc mỏy tớnh đơn lẻ thành một mạng nội bộ để tạo khả năng trao đổi thụng tin, sử dụng chung tài nguyờn (phần cứng, phần mềm). Vớ dụ trong một văn phũng cú một mỏy in, để tất cả mọi người cú thể sử dụng chung mỏy in đú thỡ giải phỏp nối mạng cú thể khắc phục được hạn chế này.
Mục đớch của việc sử dụng mạng ngày nay cú nhiều thay đổi so với trước kia. Mặc dự mạng mỏy tớnh phỏt sinh từ nhu cầu chia sẻ và dựng chung tài nguyờn, nhưng mục đớch chủ yếu vẫn là sử dụng chung tài nguyờn phần cứng. Ngày nay mục đớch chớnh của mạng là trao đổi thụng tin và CSDL dựng chung ặ cụng nghệ mạng cục bộ phỏt triển vụ cựng nhanh chúng
Để phõn biệt mạng LAN với cỏc loại mạng khỏc người ta căn cứ theo cỏc đặc trưng sau:
− Đặc trưng địa lý: cài đặt trong phạm vi nhỏ (toà nhà, một căn cứ quõn sự,..) cú đường kớnh từ vài chục một đến vài chục km ặ cú ý nghĩa tương đối.
− Đặc trưng về tốc độ truyền: cao hơn mạng diện rộng, khoảng 100 Mb/s, cú thể đến 1000 Mbps với cụng nghệ Gigabit.
− Đặc trưng độ tin cậy: tỷ suất lỗi thấp, cú thểđạt 10-8đến 10-11.
− Đặc trưng quản lý: thường là sở hữu riờng của một tổ chức ặ việc quản lý khai thỏc tập trung, thống nhất.
Tuy nhiờn sự phõn biệt mạng LAN theo cỏc đặc trưng trờn chỉ mang tớnh tương đối, cựng với cụng nghệ ngày càng cao thỡ ranh giới giữa LAN, MAN, WAN ngày càng mờ đi.
3.2. KIẾN TRÚC MẠNG CỤC BỘ 3.2.1. Topology
Về nguyờn tắc mọi topology của mạng mỏy tớnh núi chung đều cú thể dựng cho mạng cục bộ. Song do đặc thự của mạng cục bộ nờn chỉ cú 3 topology thường được sử dụng: hỡnh sao (star), hỡnh vũng (ring), tuyến tớnh (bus)
3.2.1.1. Hỡnh sao (star)
- Tất cả cỏc trạm được nối vào một thiết bị trung tõm cú nhiệm vụ nhận tớn hiệu từ cỏc trạm và chuyển đến trạm đớch của tớn hiệu.
- Thiết bị trung tõm cú thể là Hub, Switch, router
Vai trũ của thiết bị trung tõm là thực hiện việc “bắt tay” giữa cỏc trạm cần trao đổi thụng tin với nhau, thiết lập cỏc liờn kết điểm - điểm giữa chỳng.
3.2.1.2. Hỡnh vũng (ring)
- Tớn hiệu được lưu chuyển theo một chiều duy nhất
- Mỗi trạm làm việc được nối với vũng qua một bộ chuyển tiếp (repeater), cú nhiệm vụ nhận tớn hiệu rồi chuyển đến trạm kế tiếp trờn vũng
Để tăng độ tin cậy của mạng, phải lắp vũng dự phũng, khi đường truyền trờn vũng chớnh bị sự cố thỡ vũng phụ được sử dụng với chiều đi của tớn hiệu ngược với chiều đi của mạng chớnh.
3.2.1.3. Dạng đường thẳng (Bus)
- Tất cả cỏc trạm đều dựng chung một đường truyền chớnh (Bus) được giới hạn bởi hai đầu nối (terminator).
- Mỗi trạm được nối vào Bus qua một đầu nối chữ T (T-connector).
Hỡnh 3.1. Sơđồ kết nối hỡnh sao Máy 1 Máy 2 Máy 3 Máy 4 Máy 5 Máy 6 Hỡnh 3.2. Sơđồ kết nối vũng (ring)
Sơ đồ Kiểu kết nối dạng vòng
Máy 3 Máy 4 Máy 2
Máy 5
Máy 1
- Khi một trạm truyền dữ liệu thỡ tớn hiệu được quảng bỏ trờn 2 chiều của Bus (tất cả cỏc trạm khỏc đều cú thể nhận tớn hiệu)
* So sỏnh giữa cỏc cỏch kết nối và ưu nhược điểm của chỳng:
- Khỏc nhau: kiểu hỡnh sao là kết nối điểm - điểm trực tiếp giữa hai mỏy tớnh thụng qua một thiết bị trung tõm. Kiểu vũng thỡ tớn hiệu lưu chuyển trờn vũng là một chuỗi cỏc kết nối điểm - điểm. Kiểu tuyến tớnh thỡ dữ liệu truyền dựa trờn điểm - nhiều điểm hoặc quảng bỏ.
- Ưu điểm: Cả ba cỏch kết nối đều đơn giản, dễ lắp đặt, dễ thay đổi cấu hỡnh
Hỡnh sao:
- Ưu điểm: Dễ kiểm soỏt. Do sử dụng liờn kết điểm - điểm nờn tận dụng được tối đa tốc độ của đường truyền vật lý
- Nhược điểm: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tõm bị hạn chế