CHƯCfNG 3 : ĐẶC TÍNH CỦA INTERNET VÀ IP
3.1. Các đặc tính của Internet
Như chúng ta đã biết, Internet được phát triển để truyền dữ liệu giữa các máy tính và trạm làm việc bằng cách sử dụng các đặc điểm định tuyến thích nghi. Định tuyến thích nghi nghĩa là lưu lượng có thể được định tuyến theo nhiều đường khác nhau tùy thuộc vào điều kiện mạng như nghẽn, hư
hỏng đường dây... ở một thời điểm nhất định. Kết quả của định tuyến thích
nghi là người dùng đích nhận được các gói dữ liệu khơng đúng thứ tự và tốc độ đến đich của gói dữ iiẹu khác nhau, một số gói đến với thời gian trễ ít và một số gói đến với thời gian trễ nhiều hơn.
Internet là một mạng chuyển phát “best eíĩort”. Thuật ngữ “best ĩort” nghĩa là nó sẽ cố gắng hết sức phát di lưu lượng nhưng nếu có vấn dề xảy ra (các bit bị hủy do nhiễu, nghẽn ở router...) hoặc trạm đích khơng có thực thì lưu lượng sè bị hủy bỏ.
Internet hỗ trợ cả hai hoạt động unicast (một-một) hoặc multicast (một-nhiều). Đặc điểm của multicast đă chứng tỏ nó là cơng cụ hữu ích đối với các cuộc gọi hội nghị Gũng như là dối với việc tải phần mềm hoặc dữ liệu từ nhiều site. Một số tính chết điển hình của Internet như thời gian vòng khứ hồi, độ trề, jitter, băng thơng và sự mất gói.
3.1.1. Thời gian v ò n g khứ hồi RTT (Round-trỉp Time)
RTT là thời gian mà nó gửi một gói dữ liệu tới trạm đích và nhận được trả lời từ trạm đích đó. RTT bao gồm thời gian truyền dẫn ở cả hai hướng và thời gian xử lý ở trạm đích.
Hầu hết RTT trên Internet trong khoảng 70 - 160 ms, mặc dù sự biến động của RTT thường xảy ra rất lớn. Do bản chất bất đồng bộ của Internet nên RTT cũng luôn thay đổi. Trong các khoảng thời gian có nhiều lưu lượng trên Internet thì RTT có thể vượt q 300 ms.
Khuyến nghị ITƯ-T G.114 giới hạn RTT là 300 ms hoặc thấp hơn đối với lưu thoại.
3.1.2. Độ trễ
Độ trễ là thời gian mà một gói đi thơng qua một mạng từ đầu cuối đến đầu cuối. Trong thoại, độ trễ được tính bằng thời gian mà tín hiệu
thoại từ người nói đến tai người nghe. Độ trễ lớn không làm giảm châ't lượng âm thanh của cuộc gọi nhưng có thể dẫn đến làm mất sự đồng bộ, làm cho giọng người nói nghe có vẻ khơng liên tục.
Nói chung, độ trễ giữa hai đầu cuối có thể chấp nhận được là không vượt quá 150 ms đối với các cuộc gọi chất lượng tốt. Các nguồn gây trễ có thể kể ra một số sau đây:
• Thời gian mà đầu cuối tạo ra các gói dùng trong dịch vụ thoại cũng là một nguồn trễ. Trễ này gây ra khi nó lấy dữ liệu để tạo thành gói. Kích thước gói càng lớn thì trễ càng nhiều. Trễ gói hóa này bị ảnh hưởng bởi bộ mă hóa (CODEC) được dùng. Trễ này không vượt quá 30 ms.
• Thời gian phát dữ liệu số lên các tuyến vật lý của thiết bị cũng là một nguồn trễ. Độ trễ này tỉ lệ nghịch với tốc độ của tuyến. Nói cách khác, mơi trường truyền dẫn càng nhanh, trễ càng thấp. Giá trị này cũng phụ thuộc vào kỹ thuật tuyến được dùng và phương pháp truy cập. Chẳng hạn, nó mất 125 .ụs để đưa nlệt byte lên kênh 64 Kbiưs. Cũng một byte đó khi đưa lên mạch 0C-3/STM-1 thì chỉ mất 0.05 ụs. • Độ trễ truyền dẫn là thời gian một tín hiệu diện (hoặc quang) truyền
qua chiều dài của một dây dẫn. Tốc độ của các tín hiệu ln ln thấp hơn tốc độ của ánh sáng. Ln luộn có dộ trễ truyền dẫn, tuy nhiên, nó chỉ trở nên quan trọng khi mà tín hiệu (hoặc gói tin) truyền qua một khoảng cách lớn.
• Độ trễ hàng đợi là thời gian mà một gói duy trì trong bộ đệm hàng đợi trong khi nó đợi được truyền dẫn. Lưu lượng trèn mạng làm biến động độ trễ hàng đợi. Lượng bộ đệm nhỏ thì tốt hơn cho độ trễ. Nếu hàng đợi dùng cho thoại không phục vụ đủ nhanh và hàng dợi quá ỉớn thì độ trễ sẽ lớn.
• Độ trễ chuyển mạch gói là thời gian một bộ định tuyến hoặc một chuyển mạch đệm các gói và quyết định hướng đi của các gói đó. Mặc dù độ trễ này thường nhỏ nhưng cấu trúc của bộ định tuyến hoặc chuyển mạch là nhân tố quyết định. Nếu một gói bị đệm quá lâu thì trễ lớn sẽ xảy ra.
3.1.3. J itter
Jitter là độ lệch giữa thời gian một gói dữ liệu đến theo mong muốn v^à thời gian đến thực sự của nó. Nói cách khác, với tốc dộ truyền dẫn mỗi 20 ms thì mỗi gói dữ liệu sẽ đến theo mong đợi ở đích chính xác mỗi 20 ms. Điều này không phải luôn luôn đúng. Chẳng hạn, hình 3.1 trình bày gói 1 (Pl) và gói 3 (P3) đến như mong muốn nhưng gói 2 (P2) đến trễ 12 ms và gói 4 (P4) đến trễ 5 ms.
30 Kỹ thuật thoại trên IP - VoIP Thởi gian đốn mong muốn 20 ms 20 ms 20 ms Thời gian dén thực sự Hình 3.1. Jitter.
Jitter cũng khá quan trọng trong VoIP bởi vì nó có thể làm cho lời thoại của người nói khơng liên tục khi đến tai người nghe.
Jitter được tính tốn liên tiếp khi mỗi gói dữ liệu được nhận từ nguồn bằng cách sử dụng sự khác nhau giữa gói dữ liệu hiện tại và gói dữ liệu trước theo thứ tự đến.
Một công cụ hiệu quả để giảm jitter là thiết lập hàng đợi jitter ở bộ thu. Một số hệ thống cho phép hàng đợi có thể thay đổi như táng hoặc giảm phụ thuộc vào thời gian đến của các gói dữ liệu.
3.1.4. B ăng thông
Sự cấp phát băng thông phải được xem xét cẩn thận dựa vào sự ưu tiên và băng thơng có sẵn của mạng. Nếu cấp phát q ít băng thơng cho địch vụ thoại thì có thể nhận được chất lượng không như mong muốn. Vì vậy, băng thơng cho dịch vụ thoại và báo hiệu phải được ưu tiên hơn so với các ỉoại ỉưu lượng Internet khác.
Nếu một mạng sử dụng biểu đồ mả hóa như hệ thống PSTN hiện tại thì băng thơng cần thiết cho mạng VoIP sẽ lớn hơn cho mạng chuyển mạch kênh với dung lượng tương tự. Lý do là tiêu đề trong các giao thức dùng để chuyển phát dịch vụ thoại. Tuy nhiên, các mạng VoIP thực hiện nén và triệt khoảng lặng nên có thể sử dụng ít băng thơng hơn mạng chuyển mạch kênh. Việc cấp phát băng thông phụ thuộc vào số cuộc gọi trong giờ cao điểm. Bất kỳ sự vượt quá thuê bao nào xảy ra sẽ làm giảm châ't lượng thoại. Vì vậy, mạng phải để dành một lượng băng thông vừa phải cho báo hiệu để đảm bảo các cuộc gọi hoàn thành và giảm sự ngắt dịch vụ.
Yêu cầu băng thông cho báo hiệu thay đổi phụ thuộc vào tốc độ tạo cuộc gọi và các giao thức báo hiệu được dùng. Nếu một số lượng lớn cuộc gọi khởi tạo trong một thời gian ngắn thì băng thơng đỉnh cần cho báo hiệu cuộc gọi rất cao. Nguyên tắc chung cho yêu cầu băng thông lớn nhâ't là giao thức báo hiệu IP cần 3% tất cả lưu thoại.
Chương 3: Đặc tính của Internet và IP 31
3.1.5. Sự m ất gói
Sự mất gói xảy ra bởi nhiều lý do và trong một số trường hợp thì khơng thể tránh khỏi. Trong quá trinh nghẽn, các bộ định tuyến và các chuyển mạch có thể bị vượt quá bộ đệm hàng đợi của chúng và bắt buộc
phải hủy bỏ các gói tin. Các giao thức dược sử dụng bởi các ứng dụng thời
gian khơng thực (thường là TCP) thì có thể chịu đựng một lượng lớn sự mất gói do chúng có khả năng truyền lại các gói đã bị mất.
Tuy nhiên, sự mâ't gói thì hồn tồn quan trọng đối với các ứng dụng thoại và video, do sự mất gói có thể ảnh hưởng dến tiến trình giải mã ỏ bộ thu và cũng có thể bị phát hiện bởi tai hoặc mắt người dùng. Mặc dù vậy, các bộ mã hóa ngày nay có thể tái tạo lại tín hiệu thoại chất lượng cao khi mất khoảng 5% các gói tin (như G.723.1) nếu các gói mất là ngẫu nhiên và độc lập (G.723.1 bù lại việc mất gói bằng cách sử dụng gói trước mơ phỏng lại đặc tuyến của tín hiệu thanh ám trong gói bị mâ't).
Sự mất gói trên Internet xảy ra theo từng cụm nhỏ. Đặc tính này hỗ trợ tốt cho thoại bởi vì thoại được gói hóa chỉ làm việc tốt khi các gói mất ỉà ngầu nhiên và dộc ỉập.
3.2. M ơ h ìn h h ệ th ố n g m ở OSỈ
- Cung cấp giao tiếp cho người dùng
Trình bày dữ liệu (nén, mã hóa-.)
Tạo, quản lý các phiên làm việc khác nhau
• Cung cấp sự truyển tải tin cậy hoặc không tin cậy
- Cung cấp địa chĩ logic vã định tuyến
- Kết hợp các gói thành các khung, kiểm tra lỏi
- Truyén các bit giữa các thiết bị
Hình 3.2. Mơ hình 7 lớp OSI.
Mơ hình hệ thống mở là mơ hình chuẩn để thiết lập các giao thức phục vụ cho q trình thơng tin giữa các máy tính trên mạng, là mơ hình được tham chiếu trong hầu hết các q trình xây dựng các hệ thống mạng.
Mơ hình hệ thống mở OSI được xây dựng trên cơ sở cấu trúc phân lớp. Mơ hình OSI gồm 7 lớp, lớp ở trên sẽ sử dụng các dịch vụ do lớp dưới cung câ'p để thực thi các chức năng của chúng. Trong khi đó, các lớp phía dưới phải thực hiện các chức năng của nó để cung cấp các dịch vụ cho lớp trên nó. Bảy lớp của mơ hình OSl theo thứ tự từ trên xuống dưới như hình 3.2.
3.2.1. Lớp ứng dụng (Appỉỉcatỉon layer)
Lớp ứng dụng là lớp chứa các thành phần dịch vụ để hỗ trợ cho các trình ứng dụng, đồng thời cung cấp giao tiếp giữa trình ứng dụng với các dịch vụ thông tin bên dưới. Một số trình ứng dụng thường gặp bao gồm:
- Thư điện tử. - Truy cập Web.
- Các trình quản lý mạng. - Truyền nhận file.
3.2.2. Lớp trinh d iễn (P resentation layer)
Lớp trình diễn có chức năng đảm bảo cho các thông tin được gửi đi từ một ỉớp ứng dụng ở đầu cuối này có thể được thơng hiểu bởi ỉớp ứng dụng ở một đầu cuối khác.
Chức năng đỉển hinh của ỉớp trình diễn ỉà phiên dịch các định dạng dữ liệu cũng như cú pháp chương trình cho các trinh ứng đụng trên các hệ thấng khác nhau.
Thêm vào dó, dể đảm bảo cho tính bảo mật của thơng tin dược truyền đi trên mạng, lớp trinh diễn cịn cung cấp thêm một số tính năng mã hóa và giải mã dữ liệu dựa trên các quy tắc mă hóa được thấng nhất giữa hai đầu cuối,
3.2.3. Ldp p h iên (Sessỉon layer)
Lớp phiên thực hiện tiến trình thiết lập, quản lý và kết thúc các phiên làm việc giữa các trình ứng dụng trên các đầu cuối.
Lớp phiên cung cấp phương tiện cho việc thống nhất q trình thơng tin giữa các đầu cuối theo một trong ba mơ hình sau:
- Song cơng (full duplex); thông tin truyền hai chiều đồng thời.
- Bán song công (halp duplex): thông tin truyền hai chiều nhưng không đồng thời.
- Đơn công (simplex): thông tin chỉ truyền trên một chiều duy nhất.
3.2.4. Lớp tru yền tả i (Transport ỉayer)
Lớp truyền tải là lớp giao tiếp giữa tầng ứng dụng bên trên với các tầng cung cấp dịch vụ kết nối mạng bên dưới. Lớp truyền tải có nhiệm
vụ đảm bảo cho quá trình truyền tải thơng tin được thực hiện giữa các đầu cì user.
Các thơng tin có thể được truyền tải trên mạng theo một trong hai dạng sau:
- Truyền tải thông tin theo đạng dòng dữ liệu đảm bảo độ tin cậy. Các bản tin sẽ được phân thành các đoạn dữ liệu để truyền đi trên mạng. Quá trình truyền dữ liệu sẽ được đảm bảo độ tin cậy bằng các cơ chế báo nhận, cũng như phát lại các gói bị mất, bị hư hỏng trên đường truyền. Quá trình truyền tải này còn được hỗ trự bởi các cơ chế diều khiển lưu lượng và kiểm soát tắc nghẽn trên mạng.
- Truyền tải thông tin theo dạng không kết nối và không dảm bảo dộ tin cậy. Theo cơ chế phân phơi này, tồn bộ bản tin sẽ được phát đi mà khơng có cơ chế báo nhận, cũng như phát lại. Điều này có nghĩa là sau khi phát đi các bản tin, các đầu cuối sẽ không cần quan tâm đến việc bản tin có được chuyển đến đầu cuối đích hay khơng,
3.2.5. Lớp m ạng (N etw ork ỉayer)
Là lớp thực thi quá trình phân phối thông tin giừa các dầu cuối mạng. Nó cung cấp cơ chế phân định địa chỉ luận lý đảm bảo cho việc xác định duy nhất một nút mạng trên toàn bộ hệ thống mạng. Việc phân định địa chỉ cho các nút mạng còn phục vụ cho q trình thơng tin trên mạng, nó cho phép xác định đường đi giữa các hệ thống trên mạng.
Lớp mạng còn cung cấp các cơ chế cho phép việc thực thỉ các thuật toán để xác lập đường dẫn cho việc thông tin giừa các mạng trèn hệ thống mạng.
Các chức năng chính của lớp mạng bao gồm: - Xác lập định dạng gói.
- Phân định địa chỉ mạng.
- Thực thi các thuật toán định tuyến để xác ỉập đường đi trong mạng.
3.2.6. Lđp liê n k ế t dữ liệ u (Data lỉnk layer)
Lớp liên kết dữ liệu cung câp đường truyền tải vật lý tin cậy cho các thông tin trên mạng. Lớp liên kết dữ liệu thiết lập cơ chế phân định địa chỉ hoàn toàn độc lập với lớp mạng, địa chỉ của lớp liên kết dữ liệu gọi là địa chỉ vật lý.
Chức năng chính của lớp liên kết dừ liệu là xác lập các định dạng dữ liệu sẽ được truyền tải trên các kết nối vật lý cũng như quy định các phương thức phân phối dữ liệu trên các kết nối vật lý, các phương thức xử lý xung đột dữ liệu.
Đơn vị xử lý dữ liệu ở lớp này được xác lập theo từng khung. Mỗi
khung gồm phần đầu khung (header) cũng như đi khung (trailer).
Q trình phân phơi các khung dữ liệu trên lớp liên kết dữ liệu cũng được kiểm soát bởi các cơ chế điều khiển lưu lượng cũng như kiểm soát lồi khung.
3.2.7. Lớp vật lý (Physical layer)
Lớp vật lý là lóp xác ỉập các phương thức kết nối vật lý giữa các đầu cuối cũng như giữa các thiết bị định tuyến, chuyển mạch trên mạng. Lớp vật lý quy định tốc độ truyền số liệu, các đặc tính điện, đặc tính đầu cắm, . cho các đường truyền vật lý.
3,3. C ấu tr ú c h ệ t h ố n g TCP/IP 3.3.1. Cấu trú c phân lớp của TCP/IP
Tương tự như mơ hình OSI, các hệ thống mạng TCP/IP cũng được xây dựng theo cấu trúc phân ỉớp và được hỗ trợ bởi một họ các giao thức TCP/IP phục vụ cho quá trình thơng tin liên lạc trên mạng. Hệ thống TCP/IP được cấu thành từ 4 lớp chính:
Lớp ứng dụng (Application): ỉà phần giao tiếp với người dùng để
cung cấp các dịch vụ trên mạng. Lớp ứng dụng cho phép việc truy xuất các dịch vụ hiện diện trên toàn mạng TCP/IP. Một số các giao thức lớp ứng dụng được sử dụng rộng răi bao gồm:
- File Transfer Protocol (FTP); thực hiện sự trao đổi íìle giữa các host. - Telnet; cho phép các người dùng thực hiện các phièn với các h(»t ở xa. - Simple Mail Transíer Protocol (SMTP): hỗ trợ các dịch vụ phân
phối bản tin cơ bản.
- HyperText Transfer Protocol (HTTP): hỗ trợ truyền dẫn file với phần header nhỏ. Đây là một giao thức hướng kết nối và hướng đối tượng với các lệnh đơn giản hỗ trợ việc lựa chọn và truyền các đối tượng giữa Client và server.
- Domaỉn Name Service (DNS); ứng dụng này ánh xạ địa chỉ IP thành các tên tương ứng với các thiết bị mạng.
- Routing Information Protocol (RIP): định tuyến là một việc quan trọng trong hoạt động của mạng TCP/IP. Các thiết bị mạng dùng RIP để chuyển đổi thông tin định tuyến.
- Simple Netvvork Management Protocol (SNMP): đây là giao thức để tập hợp các thông tin quản lý từ các thiết bị mạng.
Lớp tru y ề n tả i (Transport): nhiệm vụ chính của lớp truyền tải là