Phần 1: Các dịch vụ mạng diện rộng
Hiện nay trên thế giới có nhiều dịch vụ dành cho việc chuyển thông tin từ khu vực này sang khu vực khác nhằm liên kết các mạng LAN của các khu vực khác nhau lại. Để có được những liên kết như vậy người ta thường sử dụng các dịch vụ của các mạng diện rộng. Hiện nay trong khi giao thức truyền thông cơ bản của LAN là Ethernet, Token Ring thì giao thức dùng để tương nối các LAN thông thường dựa trên chuẩn TCP/IP. Ngày nay khi các dạng kết nối có xu hướng ngày càng đa dạng và phân tán cho nên các mạng WAN đang thiên về truyền theo đơn vị tập tin thay vì truyền một lần xử lý.
Có nhiều cách phân loại mạng diện rộng, ở đây nếu phân loại theo phương pháp truyền thông tin thì có thể chia thành 3 loại mạng như sau:
1. Mạng chuyển mạch (Circuit Swiching Network) 2. Mạng thuê bao (Leased lines Network)
3. Mạng chuyển gói tin (Packet Switching Network)
I. Mạng chuyển mạch (Circuit Swiching Network)
Để thực hiện được việc liên kết giữa hai điểm nút, một đường nối giữa điểm nút này và điểm nút kia được thiết lập trong mạng thể hiện dưới dạng cuộc gọi thông qua các thiết bị chuyển mạch. (Hình trang sau)
Một ví dụ của mạng chuyển mạch là hoạt động của mạng điện thoại, các thuê bao khi biết số của nhau có thể gọi cho nhau và có một đường nối vật lý tạm thời được thiết lập giữa hai thuê bao. Với mô hình này mọi đường đều có thể một đường bất kỳ khác, thông qua những đường nối và các thiết bị chuyên dùng người ta có thể liên kết một đường tạm thời từ nơi gửi tới nơi nhận một đường nối vật lý, đường nối trên duy trì trong suốt phiên làm việc và chỉ giải phóng sau khi phiên làm việc kết thúc. Để thực hiện một phiên làm việc cần có các thủ tục đầy đủ cho việc thiết lập liên kết trong đó có việc thông báo cho mạng biết địa chỉ của nút nhận.
Hình: Mô hình mạng chuyển mạch
Hiện nay có 2 loại mạng chuyển mạch là chuyển mạch tương tự (analog) và chuyển mạch số (digital).
Chuyển mạch tương tự (Analog): Việc chuyển dữ liệu qua mạng chuyển mạch tương tự được thực hiện qua mạng điện thoại. Các trạm sử dụng một thiết bị có tên là modem, thiết bị này sẽ chuyển các tín hiệu số từ máy tính sao cho tín hiệu tuần tự có thể truyền đi trên mạng điện thoại và ngược lại.
Hình: Mô hình chuyển mạch tương tự
Chuyển mạch số (Digital): Đường truyền chuyển mạch số lần đầu tiên được AT&T thiệu vào cuối 1980 khi AT&T giới thiệu mạng chuyển mạch số Acnet với đường truyền 56 kbs. Việc sử dụng đường chuyển mạch số cũng đòi hỏi sử dụng thiết bị phục vụ truyền dữ liệu số (Data Service Unit - DSU) vào vị trí modem trong chuyển mạch tương tự. Thiết bị phục vụ truyền dữ liệu số có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu số đơn chiều (unipolar) từ máy tính ra thành tín hiệu số hai chiều (bipolar) để truyền trên đường truyền.
Hình: Mô hình chuyển mạch số
Mạng chuyển mạch số cho phép người sử dụng nâng cao tốc độ truyền (ở đây do khác biệt giữa kỹ thuật truyền số và kỹ thuật truyền tương tự nên hiệu năng của truyền mạch số cao hơn nhiều so với truyền tương tự cho dù cùng tốc độ), độ an toàn.
Vào năm 1991 AT&T giới thiệu mạng chuyển mạch số có tốc độ 384 Kbps. Người ta có thể dùng mạng chuyển mạch số để tạo các liên kết giữa các mạng LAN và làm các đường truyền dự phòng.
II.Mạng thuê bao (Leased line Network)
Với kỹ thuật chuyển mạch giữa các nút của mạng (tương tự hoặc số) có một số lượng lớn đường dây truyền dữ liệu, với mỗi đường dây trong một thời điểm chỉ có nhiều nhất một phiên giao dịch, khi số lượng các trạm sử dụng tăng cao người ta nhận thấy việc sử dụng mạng chuyển mạch trở nên không kinh tế. Để giảm bớt số lượng các đường dây kết nối giữa các nút mạng người ta đưa ra một kỹ thuật gọi là ghép kênh.
Hình: Mô hình ghép kênh
Mô hình đó được mô tả như sau: tại một nút người ta tập hợp các tín hiệu trên của nhiều người sử dụng ghép lại để truyền trên một kênh nối duy nhất đến các nút khác, tại nút cuối người ta phân kênh ghép ra thành các kênh riêng biệt và truyền tới các người nhận.
Có hai phương thức ghép kênh chính là ghép kênh theo tần số và ghép kênh theo thời gian, hai phương thức này tương ứng với mạng thuê bao tuần tự và mạng thuê bao kỹ thuật số. Trong thời gian hiện nay mạng thuê bao kỹ thuật số sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian với đường truyền T đang được sử dụng ngày một rộng rãi và dần dần thay thế mạng thuê bao tuần tự.
1. Phương thức ghép kênh theo tần số
Để sử dụng phương thức ghép kênh theo tần số giữa các nút của mạng được liên kết bởi đường truyền băng tần rộng. Băng tần này được chia thành nhiều kênh con được phân biệt bởi tần số khác nhau. Khi truyền dữ liệu, mỗi kênh truyền từ người sử dụng đến nút sẽ được chuyển thành một kênh con với tần số xác định và được truyền thông qua bộ ghép kênh đến nút cuối và tại đây nó được tách ra thành kênh riêng biệt để truyền tới người nhận. Theo các chuẩn của CCITT có các phương thức ghép kênh cho phép ghép 12, 60, 300 kênh đơn.
Người ta có thể dùng đường thuê bao tuần tự (Analog) nối giữa máy của người sử dụng tới nút mạng thuê bao gần nhất. Khi máy của người sử dụng gửi dữ liệu thì kênh dữ liệu được ghép với
các kênh khác và truyền trên đường truyền tới nút đích và được phân ra thành kênh riêng biệt trước khi gửi tới máy của người sử dụng. Đường nối giữa máy trạm của người sử dụng tới nút mạng thuê bao cũng giống như mạng chuyển mạch tuần tự sử dụng đường dây điện thoại với các kỹ thuật chuyển đổi tín hiệu như V22, V22 bis, V32, V32 bis, các kỹ thuật nén V42 bis, MNP class 5.
2. Phương thức ghép kênh theo thời gian:
Khác với phương thức ghép kênh theo tần số, phương thức ghép kênh theo thời gian chia một chu kỳ thời gian hoạt động của đường truyền trục thành nhiều khoảng nhỏ và mỗi kênh truyền dữ liệu được một khoảng. Sau khi ghép kênh lại thành một kênh chung dữ liệu được truyền đi tương tự như phương thức ghép kênh theo tần số. Người ta dùng đường thuê bao là đường truyền kỹ thuật số nối giữa máy của người sử dụng tới nút mạng thuê bao gần nhất.
Hiện nay người ta có các đường truyền thuê bao T1 với tốc độ 1.544 Mbps nó bao gồm 24 kênh vớp tốc độ 64 kbps và 8000 bits điều khiển trong 1 giây.
III. Mạng chuyển gói tin (Packet Switching NetWork)
Mạng chuyển mạch gói hoạt động theo nguyên tắc sau: Khi một trạm trên mạng cần gửi dữ liệu nó cần phải đóng dữ liệu thành từng gói tin, các gói tin đó được đi trên mạng từ nút này tới nút khác tới khi đến được đích. Do việc sử dụng kỹ thuật trên nên khi một trạm không gửi tin thì mọi tài nguyên của mạng sẽ dành cho các trạm khác, do vậy mạng tiết kiệm được các tài nguyên và có thể sử dụng chúng một cách tốt nhất.
Người ta chia các phương thức chuyển mạch gói ra làm 2 phương thức:
Phương thức chuyển mạch gói theo sơ đồ rời rạc.
Phương thức chuyển mạch gói theo đường đi xác định.
Với phương thức chuyển mạch gói theo sơ đồ rời rạc các gói tin được chuyển đi trên mạng một cách độc lập, mỗi gói tin đều có mang địa chỉ nơi gửi và nơi nhận. Mỗi nút trong mạng khi tiếp nhận gói tin sẽ quyết định xem đường đi của gói tin phụ thuộc vào thuật toán tìm đường tại nút và những thông tin về mạng mà nút đó có. Việc truyền theo phương thức này cho ta sự mềm dẻo nhất định do đường đi với mỗi gói tin trở nên mềm dẻo tuy nhiên điều này yêu cầu một số lượng tính toán rất lớn tại mỗi nút nên hiện nay phần lớn các mạng chuyển sang dùng phương chuyển mạch gói theo đường đi xác định.
Hình: Ví dụ phương thức sơ đồ rời rạc.
Phương thức chuyển mạch gói theo đường đi xác định:
Trước khi truyền dữ liệu một đường đi (hay còn gọi là đường đi ảo) được thiết lập giữa trạm gửi và trạm nhận thông qua các nút của mạng. Đường đi trên mang số hiệu phân biệt với các đường
đi khác, sau đó các gói tin được gửi đi theo đường đã thiết lập để tới đích, các gói tin mang số hiệu cũ đường ảo để có thể được nhận biết khi qua các nút. Điều này khiến cho việc tính toán đường đi cho phiên liên lạc chỉ cần thực hiện một lần.
Hình: Ví dụ phương thức đường đi xác định
Phần 2: Các công nghệ mạng diện rộng
I. Tổng quan về ISDN
1. Nguyên lý ISDN
Cung cấp thật nhiều ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp người sử dụng – mạng đa dịch vụ bằng một số giới hạn các kết nối.
ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm các kết nối, chuyển mạch và không chuyển mạch. Các kết nối chuyển mạch của ISDN bao gồm chuyển mạch thực, chuyển mạch gói và sự kết hợp của chúng.
Các dịch vụ mới phải tương hợp với các kết nối số chuyển mạch 64kbit/s.
ISDN phải chứa sự thông minh để cung cấp cho các dịch vụ, bảo dưỡng và các chức năng quản lý mạng. Tuy nhiên sự thông minh này có thể không đủ cho một vài dịch vụ mới và cần được tăng cường từ mạng hoặc từ sự thông minh thích ứng trong các thiết bị đầu cuối của người sử dụng.
Sử dụng cấu trúc kiến trúc phân lớp làm đặc trưng của truy xuất ISDN. Truy xuất của người sử dụng đến nguồn ISDN có thể khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu và tình trạng ISDN của từng quốc gia.
Cần thấy rằng ISDN được sử dụng với nhiều cấu hình khác nhau tùy theo hiện trạng mạng viễn thông của từng quốc gia.
2. Sự phát triển của ISDN
Sự phát triển của ISDN dựa vào các khái niệm của mạng điện thoại IDN và thêm các chức năng và đặc tính của các mạng khác ví dụ như chuyển mạch thực và chuyển mạch gói số liệu để cung cấp cho các dịch vụ hiện tại và tương lai.
Sự quá độ từ mạng hiện thời lên ISDN có thể kéo dài đến vài thập niên. Trong thời gian quá độ này phải thực hiện phối hợp giữa dịch vụ ISDN và dịch vụ trên các mạng khác.
Trong sự quá độ lên ISDN kết nối số giữa 2 điểm được thực hiện qua các thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch trên mạng hiện có.
Trong thời gian đầu của việc phát triển ISDN một vài sự thực hiện người sử dụng – mạng quá độ phải phù hợp các quốc gia cụ thể để thuận tiện thâm nhập sớm các dịch vụ số:
Một vài hình thức quá độ đã được CCITT (tiền thân của ITUT) kiến nghị.
Các hình thức quá độ khác tùy theo từng quốc gia mà có thể tuân theo một phần hay toàn bộ các khuyến nghị loạt I (I-Series) của CCITT (ITU-T).
Sau này ISDN dải rộng có thể có các kết nối chuyển mạch với tốc độ dữ liệu cao hoặc thấp hơn 64 kbit/s.
3. Giao diện người sử dụng
Cho thấy một vài ví dụ về các giao diện người sử dụng mạng ISDN là: 1. Truy xuất từ một thiết bị đầu cuối ISDN
2. Truy xuất từ nhiều thiết bị đầu cuối ISDN
3. Truy xuất từ các tổng đài nội bộ đa dịch vụ, các LAN
4. Truy xuất từ các trung tâm xử lý và lưu trữ thông tin đặc biệt Các giao diện này phải có thể cho phép:
1. Các loại thiết bị đầu cuối và các ứng dụng có thể sử dụng chung một giao diện. 2. Di chuyển dễ dàng các thiết bị đầu cuối từ nơi này đến nơi khác trong một quốc
gia hay từ quốc gia này đến quốc gia khác.
3. Tách biệt sự phát triển của thiết bị mạng và thiết bị đầu cuối cũng như công nghệ và cấu hình.
4. Kết nối hiệu quả với các trung tâm xử lý và lưu trữ thông tin đặc biệt cũng như các mạng khác.
4. Mục tiêu của ISDN
1. Tiêu chuẩn hóa (standardization): Các tiêu chuẩn giúp chúng ta
Có khả năng truy xuất toàn cầu.
Giảm chi phí thiết bị do sự cạnh tranh của nhiều nhà sản xuất.
Dùng cấu trúc phân lớp nên dễ thay thế, nâng cấp thiết bị. 2. Tính trong suốt (transparency):
Trong suốt là dịch vụ được cung cấp độc lập và không tác động đến dữ liệu được truyền của người sử dụng.
Tính trong suốt cho phép người sử dụng phát triển các nghi thức và các ứng dụng mà không chịu tác động của ISDN, người sử dụng có thể dùng kỹ thuật mật mã hóa để giữ bí mật thông tin.
3. Tách biệt các chức năng có thể cạnh tranh.
4. Cung cấp các dịch vụ thuê hẳn (leased services) và chuyển mạch (switched services). 5. Khung cước phí phụ thuộc giá thành (cost-related tariffs): và độc lập với kiểu dữ liệu
đang được truyền dẫn.
6. Chuyển đổi dần dần (smooth migration) sang ISDN:
Giao diện ISDN phải được xây dựng từ các giao diện hiện có và phải thiết kế các giao thức giữa ISDN và các mạng hiện thời.
Phải có các thiết bị thích ứng để cho phép các thiết bị đầu cuối có trước ISDN có thể giao tiếp với ISDN.
Phải có các nghi thức giao thức cho phép định tuyến dữ liệu xuyên qua mạng hỗn hợp ISDN/phi ISDN.
Phải có các bộ biến đổi nghi thức cho phép phối hợp giữa các dịch vụ ISDN và các dịch vụ tương ứng trong các mạng phi ISDN.
7. Phải có khả năng dung nạp hỗn hợp (multiplexed support) PABX và LAN. 5. Lợi ích từ ISDN
1. Với người sử dụng:
Tiết kiệm chi phí và uyển chuyển:
Không cần mua nhiều dịch vụ riêng lẻ.
Giá rẻ hơn mua lẻ từng dịch vụ.
Chỉ cần lắp đặt một giao diện nên giá thành rẻ hơn.
Lợi ích từ tiêu chuẩn hóa toàn cầu:
Cho phép dễ thay thế thiết bị và thiết bị ít bị lạc hậu do tiêu chuẩn rất ít khi được thay đổi.
2. Với các nhà cung cấp mạng:
Thị trường mạnh toàn cầu.
Các tiêu chuẩn giao tiếp cho phép thay đổi thiết bị, kỹ thuật mà không ảnh hưởng đến khách hàng.
3. Với các nhà sản xuất:
Có thể yên tâm nghiên cứu sản xuất thiết bị nhờ sự bảo đảm của một nhu cầu lớn.
Khả năng cạnh tranh của các nhà sản xuất nhỏ tăng.
4. Với các nhà cung cấp dịch vụ mở rộng: tăng lượng khách hàng nhờ khách hàng không cần mua thêm thiết bị đặc biệt.
5. Bất lợi:
Chi phí chuyển sang ISDN cao, từ phía khách hàng khi họ phải đầu tư cho việc lắp đặt bộ NT rất tốn kém (giá đến gần 1000 US$), từ phía mạng phải tăng giá thành dịch vụ mới bù đắp được chi phí làm cho số khách hàng quan tâm ít đi và lại làm cho chi phí tiếp tục tăng cao đặc biệt khi một số tổng đài vẫn còn là tương tự khi phải chuyển sang số, số đường dây ISDN tại Hoa Kỳ cho tới nay vẫn chỉ hơn 1 triệu trên tổng số hơn 150 triệu đường dây điện thoại.
Xử lý quá trình chuyển đổi lâu dài, phức tạp do vẫn còn sử dụng mạng IDN cũ với chất lượng số hoá không đều.
Tốc độ thông tin số liệu 2 × 64 kbps là chưa thực sự cao khi tốc độ MODEM trên PSTN theo ITU-T V.90 hiện nay đã lên đến 56 kbps đạt được bằng MODEM V.90 có giá xấp xỉ 10 US$.
Phương pháp xử lý cuộc gọi số liệu với thời lượng ngắn từ thời ISDN mới ra đời không thích ứng được với cuộc gọi số liệu kéo dài hàng vài tiếng đồng hồ khi dịch vụ Web trên Internet phát triển và người sử dụng từ chỗ chỉ truyền số liệu đơn thuần đã chuyển sang khám phá, thưởng thức Internet làm thường xuyên tắc nghẽn hệ thống