1. Mạng thụng tin và ứng dụng
3.2.4 Mạng dạng kết nối hỗn hợp
Là sự phối hợp cỏc kiểu kết nối khỏc nhau
Hỡnh 4-4. Sơ đồ kiểu kết nối hỗn hợp 4.3. Truyền dữ liệu
Khi được cài đặt vào trong mạng, cỏc mỏy trạm phải tuõn theo những quy tắc định trước để cú thể sử dụng đường truyền, đú là phương thức truy nhập. Phương thức truy nhập được định nghĩa là cỏc thủ tục điều hướng trạm làm việc làm thế nào và lỳc nào cú thể thõm nhập vào đường dõy cỏp để gửi hay nhận cỏc gúi thụng tin.
Cú 3 phương thức cơ bản:
4.3.1. Phương phỏp CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Collision Detection)
- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Phương phỏp đa truy nhập sử dụng súng mang cú phỏt hiện xung đột
-Phương phỏp này sử dụng cho topo dạng tuyến tớnh, trong đú tất cả cỏc trạm của mạng đều được nối trực tiếp vào bus. Mọi trạm đều cú thể truy nhập vào bus chung (đa truy nhập) một cỏch ngẫu nhiờn và do vậy rất cú thể dẫn đến xung đột (hai hoặc nhiều trạm đồng thời truyền dữ liệu). Dữ liệu được truyền trờn mạng theo một khuụn dạng đó định sẵn trong đú cú một vựng thụng tin điều khiển chứa địa chỉ trạm đớch
hub
Bộ chuyển đổi cỏp
-Phương phỏp CSMA/CD là phương phỏp cải tiến từ phương phỏp CSMA hay cũn gọi là LBT (Listen Before Talk - Nghe trước khi núi). Tư tưởng của nú: một trạm cần truyền dữ liệu trước hết phải “nghe” xem đường truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi thỡ truyền dữ liệu đi theo khuụn dạng đó quy định trước. Ngược lai, nếu bận (tức là đó cú dữ liệu khỏc) thỡ trạm phải thực hiện một trong 3 giải thuật sau (gọi là giải thuật “kiờn nhẫn”)
+ Tạm “rỳt lui” chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiờn nào đú rồi lại bắt đầu nghe đường truyền (Non persistent - khụng kiờn trỡ)
+ Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thỡ truyền dữ liệu đi với xỏc suất = 1 + Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thỡ truyền đi với xỏc suất p xỏc định trước (0 < p <1)
-Với giải thuật 1 cú hiệu quả trong việc trỏnh xung đột vỡ hai trạm cần truyền khi thấy đường truyền bận sẽ cựng “rỳt lui” chờ đợi trong cỏc thời đoạn ngẫu nhiờn khỏc. Nhược điểm cú thể cú thời gian chết sau mỗi cuộc truyền
-Giải thuật 2: khắc phục nhược điểm cú thời gian chết bằng cỏch cho phộp một trạm cú thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thỳc. Nhược điểm: Nếu lỳc đú cú hơn một trạm đang đợi thỡ khả năng xảy ra xung đột là rất cao
-Giải thuật 3: Trung hoà giữa hai giải thuật trờn. Với giỏ trị p lựa chọn hợp lý cú thể tối thiểu hoỏ được cả khả năng xung đột lẫn thời gian chết của đường truyền. Xảy ra xung đột là do độ trễ của đường truyền dẫn: một trạm truyền dữ liệu đi rồi nhưng do độ trễ đường truyền nờn một trạm khỏc lỳc đú đang nghe đường truyền sẽ tưởng là rỗi và cứ thể truyền dữ liệu đi xung đột. Nguyờn nhõn xảy ra xung đột của phương phỏp này là cỏc trạm chỉ “nghe trước khi núi” mà khụng “nghe trong khi núi” do vậy trong thực tế cú xảy ra xung đột mà khụng biết, vẫn cứ tiếp tục truyền dữ liệu đi gõy ra chiếm dụng đường truyền một cỏch vụ ớch
-Để cú thể phỏt hiện xung đột, cải tiến thành phương phỏp CSMA/CD (LWT - Listen While Talk - nghe trong khi núi) tức là bổ xung thờm cỏc quy tắc:
- Khi một trạm đang truyền, nú vẫn tiếp tục nghe đường truyền. Nếu phỏt hiện thấy xung đột thỡ nú ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục gửi súng mang thờm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả cỏc trạm trờn mạng đều cú thể nghe được sự kiện xung đột đú.
- Sau đú trạm chờ đợi một thời gian ngẫu nhiờn nào đú rồi thử truyền lại theo cỏc quy tắc của CSMA
Rừ ràng với CSMA/CD thời gian chiếm dụng đường truyền vụ ớch giảm xuống bằng thời gian để phỏt hiện xung đột. CSMA/CD cũng sử dụng một trong 3 giải thuật “kiờn nhẫn” ở trờn, trong đú giải thuật 2 được ưa dựng hơn cả.
4.3.2. Phương phỏp TOKEN BUS
-Phương phỏp truy nhập cú điểu khiển dựng kỹ thuật “chuyển thẻ bài” để cấp phỏt quyền truy nhập đường truyền. Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu
đặc biệt, cú kớch thước và cú chứa cỏc thụng tin điều khiển trong cỏc khuụn dạng
- Nguyờn lý: Để cấp phỏt quyền truy nhập đường truyền cho cỏc trạm đang cú nhu cầu truyền dữ liệu,một thẻ bài được lưu chuyển trờn một vũng logic thiết lập bởi cỏc trạm đú. Khi một trạm nhận được thẻ bài thỡ nú cú quyền sử dụng đường truyền trong một thời gian định trước. Trong thời gian đú nú cú thể truyền một hoặc nhiều đơn vị dữ liệu. Khi đó hết dữ liệu hay hết thời đoạn cho phộp, trạm phải chuyển thẻ bài đến trạm tiếp theo trong vũng logic. Như vậy cụng việc phải làm đầu tiờn là thiết lập vũng logic (hay cũn gọi là vũng ảo) bao gồm cỏc trạm đang cú nhu cầu truyền dữ liệu được xỏc định vị trớ theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cựng của chuỗi sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiờn. Mỗi trạm được biết địa chỉ của cỏc trạm kề trước và sau nú. Thứ tự của cỏc trạm trờn vũng logic cú thể độc lập với thứ tự vật lý. Cỏc trạm khụng hoặc chưa cú nhu cầu truyền dữ liệu thỡ khụng được đưa vào vũng logic và chỳng chỉ cú thể tiếp nhận dữ liệu.
- bus
Trong hỡnh vẽ, cỏc trạm A, E nằm ngoài vũng logic, chỉ cú thể tiếp nhận dữ liệu dành cho chỳng.
Vấn đề quan trọng là phải duy trỡ được vũng logic tuỳ theo trạng thỏi thực tế của mạng tại thời điểm nào đú. Cụ thể cần phải thực hiện cỏc chức năng sau:
- Bổ sung một trạm vào vũng logic: cỏc trạm nằm ngoài vũng logic cần được xem xột định kỳ để nếu cú nhu cầu truyền dữ liệu thỡ bổ sung vào vũng logic.
- Loại bỏ một trạm khỏi vũng logic: Khi một trạm khụng cũn nhu cầu truyền dữ liệu cần loại nú ra khỏi vũng logic để tối ưu hoỏ việc điều khiển truy nhập bằng thẻ bài
- Quản lý lỗi: một số lỗi cú thể xảy ra, chẳng hạn trựng địa chỉ (hai trạm đều nghĩ rằng đến lượt mỡnh) hoặc “đứt vũng” (khụng trạm nào nghĩ đến lượt mỡnh)
- Khởi tạo vũng logic: Khi cài đặt mạng hoặc sau khi “đứt vũng”, cần phải khởi tạo lại vũng.
bus
Đường truyền vật lý
Vòng logic
Hỡnh 4-5 vũng logic trong mạch bus
A B C D
Cỏc giải thuật cho cỏc chức năng trờn cú thể làm như sau:
- Bổ sung một trạm vào vũng logic, mỗi trạm trong vũng cú trỏch nhiệm định kỳ tạo cơ hội cho cỏc trạm mới nhập vào vũng. Khi chuyển thẻ bài đi, trạm sẽ gửi thụng bỏo “tỡm trạm đứng sau” để mời cỏc trạm (cú địa chỉ giữa nú và trạm kế tiếp nếu cú) gửi yờu cầu nhập vũng. Nếu sau một thời gian xỏc định trước mà khụng cú yờu cầu nào thỡ trạm sẽ chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nú như thường lệ. Nếu cú yờu cầu thỡ trạm gửi thẻ bài sẽ ghi nhận trạm yờu cầu trở thành trạm đứng kề sau nú và chuyển thẻ bài tới trạm mới này. Nếu cú hơn một trạm yờu cầu nhập vũng thỡ trạm giữ thẻ bài sẽ phải lựa chọn theo giải thuật nào đú.
- Loại một trạm khỏi vũng logic: Một trạm muốn ra khỏi vũng logic sẽ đợi đến khi nhận được thẻ bài sẽ gửi thụng bỏo “nối trạm đứng sau” tới trạm kề trước nú yờu cầu trạm này nối trực tiếp với trạm kề sau nú
- Quản lý lỗi: Để giải quyết cỏc tỡnh huống bất ngờ. Chẳng hạn, trạm đú nhận được tớn hiệu cho thấy đó cú cỏc trạm khỏc cú thẻ bài. Lập tức nú phải chuyển sang trạng thỏi nghe (bị động, chờ dữ liệu hoặc thẻ bài). Hoặc sau khi kết thỳc truyền dữ liệu, trạm phải chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nú và tiếp tục nghe xem trạm kề sau đú cú hoạt động hay đó bị hư hỏng. Nếu trạm kề sau bị hỏng thỡ phải tỡm cỏch gửi cỏc thụng bỏo để vượt qua trạm hỏng đú, tỡm trạm hoạt động để gửi thẻ bài.
- Khởi tạo vũng logic: Khi một trạm hay nhiều trạm phỏt hiện thấy đường truyền khụng hoạt động trong một khoảng thời gian vượt quỏ một giỏ trị ngưỡng (time out) cho trước - thẻ bài bị mất (cú thể do mạng bị mất nguồn hoặc trạm giữ thẻ bài bị hỏng). Lỳc đú trạm phỏt hiện sẽ gửi đi thụng bỏo “yờu cầu thẻ bài” tới một trạm được chỉ định trước cú trỏch nhiệm sinh thẻ bài mới và chuyển đi theo vũng logic.
4.3.3. Phương phỏp TOKEN RING
-Phương phỏp này dựa trờn nguyờn lý dựng thẻ bài để cấp phỏt quyền truy nhập đường truyền. Thẻ bài lưu chuyển theo vũng vật lý chứ khụng cần thiết lập vũng logic như phương phỏp trờn
Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đú cú một bớt biểu diễn trạng thỏi sử dụng của nú (bận hoặc rụĩ). Một trạm muốn truyền dữ liệu thỡ phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài rỗi. Khi đú nú sẽ đổi bớt trạng thỏi thành bận và truyền một đơn vị dữ liệu cựng với thẻ bài đi theo chiều của vũng. Giờ đõy khụng cũn thẻ bài rỗi trờn vũng nữa, do đú cỏc trạm cú dữ liệu cần truyền buộc phải đợi. Dữ liệu đến trạm đớch sẽ được sao lại, sau đú cựng với thẻ bài đi tiếp cho đến khi quay về trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoỏ bỏ dữ liệu, đổi bớt trạng thỏi thành rỗi cho lưu chuyển tiếp trờn vũng để cỏc trạm khỏc cú thể nhận được quyền truyền dữ liệu
D A free token C nguồn đích B A có dữ liệu cần truyền đến C. Nhận đ- ợ c thẻ bài rỗi nó đổi trạng thái thành bận và truyền dữ liệu đi cù ng vớ i thẻ bài D busytoken A C nguồn data đích B Trạm đích C sao dữ liệu dành cho nó và chuyển tiếp dữ liệu cù ng thẻ bài đi về h- ớ ng trạm nguồn A sau khi đã gửi thông tin báo nhận và đơn vị dữ liệu. D data A C nguồn đích B A nhận đ- ợ c dữ liệu cù ng thẻ bài quay về, đổi trạng thái của thẻ bài thành “rỗi” và chuyển tiếp trêb vòng, xoá dữ liệu đã truyền
Hỡnh 4-6: Hoạt động của phương phỏp Token Ring
-Sự quay về trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo một cơ chế nhận từ nhiờn: trạm đớch cú thể gửi vào đơn vị dữ liệu cỏc thụng tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mỡnh.
+ Trạm đớch khụng tồn tại hoặc khụng hoạt động
+ Trạm đớch tồn tại nhưng dữ liệu khụng sao chộp được + Dữ liệu đó được tiếp nhận
-Phương phỏp này cần phải giải quyết hai vấn đề cú thể gõy phỏ vỡ hệ thống:
+ Mất thẻ bài: trờn vũng khụng cũn thẻ bài lưu chuyển nữa + Một thẻ bài bận lưu chuyển khụng dừng trờn vũng
-Giải quyết: Đối với vấn đề mất thẻ bài, cú thể quy định trước một trạm điều khiển chủ động. Trạm này sẽ phỏt hiện tỡnh trạng mất thẻ bài bằng cỏch dựng cơ chế ngưỡng thời gian (time out) và phục hồi bằng cỏch phỏt đi một thẻ bài “rỗi” mới.
Đối với vấn đề thẻ bài bận lưu chuyển khụng dừng, trạm monitor sử dụng một bit trờn thẻ bài (gọi là monitor bit) để đỏnh dấu đặt giỏ trị 1 khi gặp thẻ bài bận đi qua nú. Nếu nú gặp lại một thẻ bài bận với bớt đó đỏnh dấu đú thỡ cú nghĩa là trạm nguồn đó khụng nhận lại được đơn vị dữ liệu của mỡnh và thẻ bài “bận” cứ quay vũng mói. Lỳc đú trạm monitor sẽ đổi bit trạng thỏi của thẻ thành rỗi và chuyển tiếp trờn vũng. Cỏc trạm cũn lại trờn trạm sẽ cú vai trũ bị động: chỳng theo dừi phỏt hiện tỡnh trạng sự cố của trạm monitor chủ động và thay thế vai trũ đú. Cần cú một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm monitor hỏng.
Chương 5: CÁC BỘ GIAO THỨC
Trỡnh bày được cấu trỳc của một địa chi mạng.
Trỡnh bày được cỏc giao thức điều khiển.
Xỏc định gúi dữ liệu IP và cỏch thức truyền tải cỏc gúi dữ liệu trờn mạng.
Xõy dựng được phương thức định tuyến trờn IP.
Tuõn thủ cỏc quy định trong giờ thực hành.
Rốn luyện tư duy logic để phõn tớch, tổng hợp.
Thao tỏc cẩn thận, tỉ mỉ.
Làm việc theo nhúm tăng tớnh chia sẻ và làm việc cộng đồng.
5.1. Cỏc mụ hỡnh và giao thức 5.1.1. Giới thiệu chung 5.1.1. Giới thiệu chung
Giao thức liờn mạng IP là một trong những giao thức quan trọng nhất của bộ giao thức TCP/IP. Mục đớch của giao thức liờn mạng IP là cung cấp khả năng kết nối cỏc mạng con thành liờn mạng để truyền dữ liệu. IP là giao thức cung cấp dịch vụ phõn phỏt datagram theo kiểu khụng liờn kết và khụng tin cậy nghĩa là khụng cần cú giai đoạn thiết lập liờn kết trước khi truyền dữ liệu, khụng đảm bảo rằng IP datagram sẽ tới đớch và khụng duy trỡ bất kỳ thụng tin nào về những datagram đó gửi đi. Khuụn dạng đơn vị dữ liệu dựng trong IP được thể hiện trờn hỡnh vẽ .
Hỡnh 5-1: Khuụn dạng dữ liệu trong IP
í nghĩa cỏc tham số trong IP header:
− Version (4 bit): chỉ phiờn bản (version) hiện hành của IP được cài đặt. − IHL (4 bit): chỉ độ dài phần header tớnh theo đơn vị từ (word - 32 bit) − Type of Service (8 bit): đặc tả tham số về yờu cầu dịch vụ
− Total length (16 bit): chỉ độ dài toàn bộ IP datagram tớnh theo byte. Dựa vào trường này và trường header length ta tớnh được vị trớ bắt đầu của dữ liệu trong IP datagram.
− Indentification (16 bit): là trường định danh, cựng cỏc tham số khỏc như địa chỉ nguồn (Source address) và địa chỉ đớch (Destination address) để định danh duy nhất cho mỗi datagram được gửi đi bởi 1 trạm. Thụng thường phần định danh (Indentification) được tăng thờm 1 khi 1 datagram được gửi đi.
− Flags (3 bit): cỏc cờ, sử dụng trong khi phõn đoạn cỏc datagram. Bit 0: reseved (chưa sử dụng, cú giỏ trị 0)
bit 1: ( DF ) = 0 (May fragment) = 1 (Don’t fragment)
bit 2 : ( MF) =0 (Last fragment) =1 (More Fragment)
− Fragment Offset (13 bit): chỉ vị trớ của đoạn phõn mảnh (Fragment) trong datagram tớnh theo đơn vị 64 bit.
− TTL (8 bit): thiết lập thời gian tồn tại của datagram để trỏnh tỡnh trạng datagram bị quẩn trờn mạng. TTL thường cú giỏ trị 32 hoặc 64 được giảm đi 1 khi dữ liệu đi qua mỗi router. Khi trường này bằng 0 datagram sẽ bị hủy bỏ và sẽ khụng bỏo lại cho trạm gửi.
− Protocol (8 bit): chỉ giao thức tầng trờn kế tiếp
− Header checksum (16 bit): để kiểm soỏt lỗi cho vựng IP header. − Source address (32 bit): địa chỉ IP trạm nguồn
− Destination address (32 bit): địa chỉ IP trạm đớch
− Option (độ dài thay đổi): khai bỏo cỏc tựy chọn do người gửi yờu cầu, thường là:
Độ an toàn và bảo mật,
Bảng ghi tuyến mà datagram đó đi qua được ghi trờn đường truyền,
Time stamp,
Xỏc định danh sỏch địa chỉ IP mà datagram phải qua nhưng datagram khụng bắt buộc phải truyền qua router định trước,
Xỏc định tuyến trong đú cỏc router mà IP datagram phải được đi qua.
5.1.2. Cỏc giao thức.
Giao thức cú khả năng định tuyến: Là cỏc giao thức cho phộp đi qua cỏc thiết bị liờn mạng như Router để xõy dựng cỏc mạng lớn cú qui mụ lớn hơn
Vớ dụ, cỏc giao thức cú khả năng định tuyến là: TCP/IP, SPX/IPX
Giao thức khụng cú khả năng định tuyến: Ngược với giao thức cú khả năng định tuyến, cỏc giao thức này khụng cho phộp đi qua cỏc thiết bị liờn mạng như Router để xõy dựng cỏc mạng lớn.
Vớ dụ về giao thức khụng cú khả năng định tuyến là : NETBEUI Hiện cú 3 loại giao thức thường hay sử dụng:
- TCP/IP
- SPX/IPX (Novell Netware) - Microsoft Network
- Bộ giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)
TCP/IP được thiết kế hoàn toàn độc lập với cỏc phương phỏp truy cập mạng, cấu trỳc gúi dữ liệu (data frame), mụi trường truyền, do đú mà TCP/IP cú thể dựng để liờn kết cỏc dạng mạng khỏc nhau như mạng LAN Ethernet, LAN Token Ring hay cỏc dạng WAN như: Frame Relay, X.25
TCP/IP là một lớp cỏc giao thức ( protocol stack) bao gồm cỏc giao thức sau:
+ FTP (File Transfer Protocol): FTP cung cấp phương phỏp truyền nhận file giữa cỏc mỏy với nhau, nú cho phộp người sử dụng cú thể gởi một hay