.Điều khiển truy nhập đ−ờng truyền

2.4 .Tầng liên kết dữ liệu

2.4.2 .Điều khiển truy nhập đ−ờng truyền

Trong các mạng topo hình bus và hình ring, cần phải có một số ph−ơng pháp để giải quyết việc tắc nghẽn hay xung đột thông tin khi nhiều thiết bị cùng truy nhập trên một đ−ờng truyền chung, đó là các giao thức chuẩn về điều khiển truy nhập đ−ờng truyền, có các ph−ơng pháp sau: 2.4.2.1. Đa truy nhập cảm ứng tần số tải không chống xung đột CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

Đây là ph−ơng pháp truy nhập đ−ờng truyền không chống nhiễu. Một node cần truyền dữ liệu, tr−ớc tiên nó phải kiểm tra trạng thái đ−ờng truyền

Svth : Tr−ơng Thành Giang 28 bận (busy) hay rỗi (free) bằng cách giửi tín hiệu sóng mang (carrier) và chờ nhận tín hiệu báo trạng thái của kênh truyền.

2.4.2.2. Đa truy nhập cảm ứng tần số tải có phát hiện ra chạm thơng tin CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)

Ph−ơng pháp CSMA/CD có thời gian chiếm dụng vơ ích đ−ờng truyền đ−ợc giảm xuống bằng thời gian để phát hiện xung đột. Giao thức đa truy nhập cảm ứng tần số tải có chống xung đột là giao thức điều khiển truy nhập đ−ờng truyền thông dụng trên tất cả các mạng LAN theo dạng Ethernet.

Ph−ơng pháp CSMA/CD thích hợp với mạng có l−u l−ợng gián đoạn, nghĩa là các đợt chuyển giao tập tin không liên tục và với số l−ợng các node mạng ít.

2.4.2.3. Các ph−ơng pháp truy nhập đ−ờng truyền bằng thẻ bài (Token) Ph−ơng pháp này dựa theo nguyên lý phát quay vịng tín hiệu thăm dị trạng thái của mạng gọi là tín hiệu Token. Token thẻ bài là một gói tin đặc biệt đ−ợc l−u chuyển trong mạng theo một chiều nhất định, dùng để cấp phát quyền truy nhập đ−ờng truyền cho các node có nhu cầu truyền dữ liệu.

Các mạng sử dụng ph−ơng pháp điều khiển truy nhập thẻ bài; - Token bus: định nghĩa bởi chuẩn IEEE802.4

- Token ring: định nghĩa bởi chuẩn IEEE802.5

- FDDI-Fiber Distributed Data Interface: chuẩn mạng sợi quang 100Mbps dùng ph−ơng pháp thẻ bài và ring.

2.4.2.4. Các ph−ơng pháp truy nhập dò báo (Polling)

2.4.3. Một số giao thức tầng liên kết dữ liệu.

Svth : Tr−ơng Thành Giang 29 Giao thức HDLC là giao thức h−ớng bit do tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hoá ISO đ−a ra trong những năm 70.

* Giao thức LAP-B (Link Access Procedure Balanced)

Giao thức LAP-B là do tổ chức CCITT (EIA) đề xuất, nó thực hiện các chức năng trong tầng 2 trong giao thức X25. LAP-B là thủ tục cân bằng dị bộ ABM (Asychronous Balance Mode) trong giao thức HDLC.

* Giao thức LAP-D (Link Access Procedure D Channel)

Giao thức LAP-D đ−ợc xây dung từ LAP-B và đ−ợc sử dụng nh− là giao thức liên kết dữ liệu cho các mạng dịch vụ tích hợp số ISDN cho phép các DTE truyền thông với nhau qua kênh D.

* Giao thức BSC (Banary Synchronous Control): là một giao thức h−ớng ký tự đ−ợc IBM đề xuất sau đó ISO phát triển thành giao thức h−ớng ký tự chuẩn.

2.5. Tầng mạng (layer network)

2.5.1. Vai trò và chức năng

Tầng mạng cung cấp các dịch vụ và giao thức đảm bảo cho việc truyền thông dữ liệu giữa các mạng con trong mạng lớn với các cơng nghệ chuyển mạch thích hợp.

Các chức năng chủ yếu:

• Xác định đ−ờng đi của dữ liệu

• Xác định kênh truyền

• Chọn cơng nghệ thích hợp để truyền thơng

• Truyền và chuyển tiếp dữ liệu

• Thiết lập, duy trì và hủy bỏ các liên kết, cắt hợp dữ liệu, kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, dồn, phân kênh...

Svth : Tr−ơng Thành Giang 30

2.5.2. Giao thức tầng mạng

* Giao thức X25 là họ giao thức 3 tầng của mạng chuyển mạch gói (Packet Switched Network).

Physical layer: X25.1 t−ớng ứng X21 bit Data link layer: X25.2 t−ơng ứng với LAP-B Network layer: X25.3 đặc tả giao diện DTE/DCE * Các chuẩn X3, X28 và 29

* Các giao thức xử lý tuyến nối

- CCITT X25: xử lý tuyến nối giữa DTE đến PSPDN - CCITT X75: xử lý tuyến nối giữa PSPDN đến PSPDN - CCITT X28: xử lý tuyến nối giữa DTE đến PAD

- CCITT X29: xử lý tuyến nối giữa các DTE đến PSPDN 2.5.3. Các thuật tốn chọn đ−ờng (Routing)

• Thuật tốn Dykstra

• Thuật tốn Bellman Ford

• Thuật tốn tìm đ−ờng cố định (Fixed Routing)

2.6. Tầng vận chuyển (transport layer)

2.6.1. Vai trò và chức năng.

Cung cấp dịch vụ dữ liệu sao cho các chi tiết cụ thể của ph−ơng tiện truyền thông đ−ợc sử dụng ở bên d−ới trở nên "trong suốt" đối với các tầng cao. Nói cách khác, có thể hình dung tầng vận chuyển nh− một "bức màn" che phủ toàn bộ các hoạt động ở các tầng thấp bên d−ới nó.

Svth : Tr−ơng Thành Giang 31

2.6.2. Giao thức tầng vận chuyển

Tầng vận chuyển cung cấp các giao thức khác nhau để thực hiện chất l−ợng dịch vụ theo yêu cầu của các thực thể sử dụng dịch vụ vận chuyển. Những giao thức này đ−ợc điều chỉnh để đơn giản hoá sự đàm phán tổ hợp các cơ chế và các tham số khác nhau.

• Lớp giao thức lớp 0 (Simple Class): lớp giao thức đơn giản

• Giao thức lớp 1 (Base error recovery class): lớp khắc phục lỗi cơ bản

• Giao thức lớp 2 (Multiplex class): lớp giao thức nhân ghép

• Giao thức lớp 3 (Error recovery/Multiplex class): lớp phục hồi lỗi/nhân ghép kênh

• Giao thức lớp 4

2.7. Tầng phiên (session layer)

2.7.1. Vai trò và chức năng.

Quản lý các phiên liên lạc giữa 2 thực thể của mạng bằng cách thiết lập, quản lý và giải phóng các phiên truyền thơng. Nó cung cấp các ph−ơng tiện để các thực thể trình bày (Presentation) có thể thực hiện việc giám sát chuyển mạch dữ liệu trong các ksn, đàm phán, giải phóng các kết nối và thiết lập các điểm đồng bộ trong luồng dữ liệu

2.7.2. Giao thức tầng phiên - Dịch vụ điều khiển trao đổi

• Ph−ơng thức trao đổi đơn cơng (Simplex Dialog): trao đổi thơng tin một chiều

• Ph−ơng thức trao đổi bán song công (Half Duplex Dialog): trao đổi thơng tin 2 chiều khơng đồng thời

• Ph−ơng thức trao đổi song công (Duplax Dialog): trao đổi thông tin hai chiều đồng thời.

Svth : Tr−ơng Thành Giang 32

2.8. Tầng trình bày (presentation layer)

2.8.1. Vai trị và chức năng.

Đảm bảo cho các hệ thống đầu cuối có thể trao đổi thông tin đ−ợc với nhau ngay cả khi chúng sử dụng các kiểu biểu diễn thông tin khác nhau. Nói cách khác, tầng trình bày cung cấp các dịch vụ và giao thức trình bày cho các thực thể tầng ứng dụng có thể biểu diễn thông tin chung và đ−a chúng vào kích hoạt giữa các tầng ứng dụng.

2.9. Tầng ứng dụng (application layer)

2.9.1. Vai trò và chức năng.

Tầng ứng dụng là tầng cao nhất của mơ hình OSI. Nó cung cấp các dịch vụ ứng dụng cho các ph−ơng tiện truy nhập đến môi tr−ờng OSI để xử lý các tiến trình ứng dụng AP (Application Process) trong các hệ thống của mạng. Một tiến trình ứng dụng AP đ−ợc định nghĩa nh− là một phần tử trong hệ thống thực hiện việc xử lý thông tin cho một ứng dụng cụ thể.

Svth : Tr−ơng Thành Giang 33 Ch−ơng III: Mạng cục bộ (mạng lan)

3.1. Khái niệm

Mạng LAN là mạng máy tính mà khoảng cách tối đa của 2 node bất kỳ trong mạng không v−ợt quá vài km, và thông th−ờng mạng LAN cục bộ đ−ợc xây dựng và cài đặt trong các cơ quan, xí nghiệp... trên phạm vi t−ơng đối hẹp.

3.2. Các đặc tr−ng cơ bản của một mạng lan

- Khoảng cách lớn nhất giữa các node không v−ợt quá vài km

- Các node nối với nhau trực tiếp. Trong quá trình truyền thơng khơng có sự tham gia của mạng viễn thông công cộng

- Tốc độ truyền cao có thể đạt trên 100Mbps hoặc 1 Gbps. Sử dụng ph−ơng thức truyền gói khơng liên kết.

- Lỗi truyền thấp: 10-8 đến 10-11 - Cấu hình mạng đa dạng

- Hiệu suất sử dụng đ−ờng truyền thấp

3.3. Các ph−ơng thức Truy nhập đ−ờng truyền

* Đa truy nhập có sử dụng sóng mang với sự phát hiện xung đột (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection). Tr−ớc khi truy nhập đ−ờng truyền, các node kiểm tra trạng thái của đ−ờng truyền và trong khi truyền dữ liệu, chúng cũng tiếp tục theo dõi sự cố tắc nghẽn và trong khi truyền dữ liệu, chúng cũng tiếp tục theo dõi sự cố tắc nghẽn và đụng độ thông tin xảy ra trên đ−ờng truyền. Giao thức truy nhập CSMA/CD th−ờng đ−ợc cài đặt trong các mạng Thin Ethernet và Thick Ethernet.

Svth : Tr−ơng Thành Giang 34 * Token Bus: Dùng gói tin đặc biệt - thẻ bài l−u chuyển trong vòng tròn logic để cấp phát truyền cho các node có u cầu truyền thơng.

* Token ring: gói tin đặc biệt - thẻ bài đ−ợc l−u chuyển trong vòng tròn đ−ờng truyền vật lý. Các node truy nhập đ−ờng truyền theo kiểu nối tiếp nhau.

So với ph−ơng pháp CSMA/CD thì độ phức tạp của các ph−ơng pháp thẻ bài khó hơn rất nhiều.

3.4. Bộ giao thức TCP/IP

Năm 1978 bộ giao thức TCP/IP trở thành tiêu chuẩn của DoD (Department of Defense) nên cịn gọi là bộ giao thức của mơ hình DoD.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) thực chất là chồng giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp ph−ơng tiện truyền thơng liên mạng.

3.4.1. Mơ hình kiến trúc của TCP/IP

Các giao thức và ứng dụng của TPC/IP đ−ợc gọi chung là bộ giao thức TCP/IP, đ−ợc định nghĩa bởi các khuyến nghị RFC ( Request For Comments) và số hiệu chuẩn của giao thức ( Standard Number ).

Các dịch vụ ứng dụng TCP/IP và phần lớn các giao thức network access hỗ trợ TCP/IP.

Svth : Tr−ơng Thành Giang 35

Hình 3.1. Mơ hình OSI và mơ hình kiến trúc của TCP/IP Application Presentation Session Application SMTP Transport FTP TELNET DNS UDP TCP Network ICMP IGMP ARP RARP IP Data Link Physical

Protocol defined by the underlying network

Svth : Tr−ơng Thành Giang 36

3.4.2. Vai trò và chức năng của các tầng

* Tầng truy nhập mạng (Network Access Layer): t−ơng ứng với tầng vật lý và liên kết dữ liệu trong mơ hình OSI, tầng truy nhập mạng cung cấp các ph−ơng tiện kết nối vật lý cáp, bộ chuyển đổi (Transceiver), card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy nhập đ−ờng truyền nh− CSMA/CD, Token Bus... nó cung cấp các dịch vụ cho tầng Internet.

* Tầng liên kết mạng (Internet Layer): ứng với tầng mạng (Network Layer) trong mơ hình OSI. Liên mạng cung cấp một địa chỉ logic cho giao diện vật lý mạng. Giao thức thực hiện của tầng liên mạng trong mơ hình DoD là giao thức kết nối không liên kết (Connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của Internet. Cùng với các thuật toán định tuyến RIP, OSPF, BGP, tầng liên mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng "vật lý" khác nhau nh− Ethernet, Tokenring, X25. Ngoài ra tầng này còn hỗ trợ các ánh xạ giữa địa chỉ vật lý (MAC) do tầng Network Access layer cung cấp với địa chỉ logic bằng các công thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) và phân giải địa chỉ đảo RARP (Reserve Address Resolution Protocol). Các vấn đề có liên quan đến chuẩn đoán lỗi và các tình huống bất th−ờng liên quan đến IP đ−ợc giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) thống kê và báo cáo. Tầng trên sử dụng các dịch vụ do tầng liên mạng cung cấp.

* Tầng cung cấp dịch vụ (Host to Host hoặc Service Provider); ứng với tầng vận chuyển (Transport layer) trong mơ hình OSI, giao thức Host to Host thực hiện những kết nối giữa máy chủ trên mạng hỗ trợ bằng hai giao thức: giao thức điều khiển dữ liệu TCP (Transmission Control Protocol) và giao thức bó dữ liệu ng−ời sử dụng UDP (User Datagram Protocol). Giao thức TCP là giao thức kết nối liên kết (Connection - Oriented) chịu trách nhiệm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao trong cơng việc trao đổi dữ liệu giữa các thành phần của mạng, tính đồng thời và kết nối song công (Full Duplex). Khái niệm độ tin cậy cao nghĩa là TCP kiểm soát lỗi bằng

Svth : Tr−ơng Thành Giang 37 cách truyền lại các gói tin bị lỗi. Giao thức TCP cũng hỗ trợ những kết nối đồng thời. Nhiều kết nối TCP có thể đ−ợc thiết lập tại một máy chủ và dữ liệu có thể đ−ợc truyền đi một cách đồng thời và động lập với nhau trên các kết nối khác nhau. Giao thức UDP đ−ợc sử dụng cho những ứng dụng khơng địi hỏi độ tin cậy cao trong tầng Host to Host.

* Tầng ứng dụng (Process/Application Layer): ứng với các tầng Session, Presentation và Application Layer trong mơ hình OSI, tầng ứng dụng hỗ trợ các ứng dụng phổ biến, các giao thức Host to Host, đó là các giao thức thu nhập từ xa (Telnet), truyền tập tin (FTP) ngày càng đ−ợc cài đặt phổ biến nh− UNIX và các hệ điều hành chuyên dụng cùng họ của nhà cung cấp thiết bị tính tốn nh− AIX của IBM, SINIX của Siemen, Digital Unix của DEC, Windows 9x/NT, Novell Network...). Tầng ứng dụng đại diện cho giao diện ng−ời sử dụng với chồng giao thức TCP/IP mơ hình DoD.

3.4.2.1. Giao thức TCP

Giao thức điều khiển truyền TCP (Transmission Control Protocol) là một giao thức kết nối liên kết (Connection - Oriented) nghĩa là cần thiết bị liên kết (logic) giữa một cặp thực thể TCP tr−ớc khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau. TCP cũng cung cấp khả năng truyền dữ liệu một cách an toàn giữa các trạm máy trong hệ thống các mạng. Nó cung cấp thêm các chức năng nhằm kiểm tra tính chính xác của dữ liệu khi đến và truyền lại dữ liệu khi có lỗi xảy ra. TCP cung cấp các chức năng chính sau:

• Thiết lập duy trì, kết thúc liên kết giữa hai thực thể

• Phân phát gói tin một cách tin cậy

• Đánh số thứ tự (Sequencing) các gói dữ liệu nhằm truyền dữ liệu một cách tin cậy

• Cho phép điều khiển lỗi

• Cung cấp khả năng đa kết nối với các quá trình khác nhau giữa trạm nguồn và trạm đích nhất định thơng qua việc sử dụng các cổng

Svth : Tr−ơng Thành Giang 38

• Truyền dữ liệu sử dụng cơ chế song cổng (Full Duplex) 3.4.2.2. Cấu trúc gói dữ liệu TCP.

• Source Port (16 bits): số hiệu cổng của trạm nguồn

• Destination Port (16 bits): số hiệu cổng của trạm đích

• Sequence Number (32 bits): số hiệu của byte đầu tiên của Segment trừ khi bits SYN đ−ợc thiết lập. Nếu bits SYN đ−ợc thiết lập thì Sequence Number là số hiệu tuần tự khởi đầu (ISN) và byte dữ liệu đầu tiên là ISN + 1

• Acknowledgment: vị trí t−ơng đối của byte cuối cùng đ< nhận đúng bởi thực thể gửi gói ACK cộng thêm 1. Giá trị của tr−ờng này còn gọi là số tuần tự thu. Tr−ờng này đ−ợc kiểm tra chỉ khi bit ACK = 1.

0 31

Source Port Destination Port Sequence Number Acknowledment U A P R S F R C S S Y I Data Offset Reserved G K H T N M Window

Checksum Urgent Pointer

Options Padding

TCP Data

Hình 3.2. Khn dạng của TCP Segment

Svth : Tr−ơng Thành Giang 39

• Reserved (6 bits): dành để dùng trong t−ơng lai. Phải đ−ợc thiết lập là 0

• Control bits: các bit điều khiển

- URG: vùng con trỏ khẩn (Urgent point) có hiệu lực - ACK: vùng báo nhận (ACK Number) có hiệu lực

- PSH: chức năng Push. PSH = 1 thực thể nhận phải chuyền dữ liệu này cho ứng dụng tức thời

- RST: thiết lập lại (Reset) kết nối

- SYN: đồng bộ hoá các số hiệu tuần tự, dùng để thiết lập kết nối TCP - FIN: thống báo thực thể gửi đ< kết thúc gửi dữ liệu.

• Window (16 bits): cấp phát Credit để kiểm soát luồng dữ liệu (cơ chế cửa sổ)

• Checksum (16 bits): m< kiểm sốt lỗi (theo ph−ơng pháp CRC) cho tồn bộ Segment (Header và Data)

• Urgent Point (16 bits): chỉ có hiệu lực khi bit URG đ−ợc thiết lập

• Options (độ dài thay đổi): khai báo các option của TCP

• Padding (độ dài thay đổi): phần chèn thêm vào header để bảo đảm phần header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits

• TCP data (độ dài thay đổi): chứa dữ liệu của tầng trên 3.4.2.3. Thiết lập và kết thúc kết nối TCP

TCP/IP sử dụng cho truyền dữ liệu, một kết nối phải đ−ợc thiết lập giữa 2 máy chủ và sau khi kết nối đ−ợc thiết lập, những giá trị cổng (port) hoạt động nh− một nhận dạng logic sử dụng nhân mạch ảo (Virtual Circuit). Trên mạch ảo dữ liệu đ−ợc truyền sóng cơng (Full Duplex). Kết nối TCP đ−ợc duy trì trong khoảng thời gian truyền dữ liệu. Nếu kết thúc truyền, kết nối TCP đ−ợc giải phóng, đồng thời các tài nguyên hệ điều hành, bộ nhớ, các bảng trạng thái... cũng đ−ợc giải phóng

Svth : Tr−ơng Thành Giang 40

3.4.3. Giao thức IP (Internet Protocol)

3.4.3.1. Các chức năng chính của giao thức IP

IP (Internet Protocol) là giao thức kết nối không liên kết. Chức năng chủ yếu của IP là cung cấp các dịch vụ datagram và các khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu với ph−ơng thức chuyển