- Thực thể: là thành phần tớch cực trong mỗi tầng, nú cú thể là một tiến trỡnh
4.5.3. Giaothức PPP
Giao thức PPP(Point-to-Point Protocol) là giao thức dựng để đúng gúi dữ liệu cho
truyền thụng điểm điểm. PPP là một chuẩn để gỏn và quản lý địa chỉ IP, đúng gúi dị
bộ(asynchronous start/stop), đồng bộ định hướng bớt(bit-oriented synchronous), giao thức mạng phõn kờnh(network protocol multiplexing), cấu hỡnh kết nối(link configuration), kiểm tra chất lượng kết nối(link quality testing),phỏt hiện lỗi(error detection), bao gồm cả giao thức kiểm soỏt tầng kết nối LCP(Link Control Protocol) và giao thức kiểm soỏt tầng mạng NCP(Network Control Protocols) phục vụ cho việc lựa chọn địa chỉ tầng liờn kết, việc nộn dữ liệu truyền, cũng như xỏc định cỏc cấu hỡnh
Chế độ hỏi (Polling Mode) P oll E OT E OT AC K(1) AC K(n) I (n) I (1) P Prima ry S Secon dary Chế độ chọn (selecting Mode) Sele ct N AKE OT A CK AC K(n) I (n) I (1) AC K(1) E OT S P
tham số cho tầng liờn kết. PPP hỗ trợ trong nhiều bộ giao thức khỏc nhau như: bộ giao thức Intranet/Internet IP, bộ giao thức IPX - Novell's Internetwork Packet Exchange, bộ giao thức DECnet,...
Cỏc thành phần của PPP
PPP cung cấp phương phỏp để truyền cỏc khung dữ liệu(datagrams) trờn cỏc liờn kết tuần tự điểm - điểm(serial point-to-point links). PPP cú 3 thành phần chớnh:
− HDLC - Phương phỏp đúng gúi cỏc khung dữ liệu trờn cỏc liờn kết điểm - điểm.. PPP dựng giao thức HDLC(High-Level Data Link Control
protocol) là cơ sở cho việc đúng gúi này
− LCP - để lập cấu hỡnh và kiểm tra kết nối - data link connection.
− NCP - để lập cấu hỡnh cỏc giao thức tầng mạng(network layer protocols). PPP được thiết kế dựng cho nhiều bộ giao thức mạng khỏc nhau.
Nguyờn tắc làm việc của PPP
• Giới thiệu
Để lập kết nối qua liờn kết PPP, đầu tiờn PPP gửi khung LCP để cấu hỡnh và kiểm tra liờn kết dữ liệu(data link). Sau đú liờn kết được lập, PPP gửi khung NCP để chọn và cấu hỡnh cỏc giao thức tầng mạng(network layer).
• Yờu cầu của tầng vật lý
PPP cú khả năng làm việc với nhiều loại giao diện DTE/DCE,chẳng hạn như EIA/TIA-232-C (RS-232-C cũ), EIA/TIA-422 (RS-422 cũ), EIA/TIA-423 (RS-423 cũ), V.35. Yờn cầu tuyệt đối của PPP là mạch song cụng (duplex circuit), hoặc mạch chuyờn dụng(dedicated), hay chuyển mạch (switched), Cỏc mạch này cú thể làm việc ở chế độ tuần tự bit dị bộ (asynchronous) hay đồng bộ (synchronous bit-serial mode), trong suốt với cỏc khung PPP tầng liờn kết (link layer). PPP khụng bắt buộc một hạn chế gỡ về tốc độ truyền trờn DTE/DCE interface.
• Yờu cầu của tầng PPP link
PPP dựng cỏc nguyờn tắc, thuật ngữ, cấu trỳc khung của ISO(the International Organization for Standardization) HDLC thủ tục (ISO 3309-1979), được thay bằng ISO 3309:1984/PDAD1“Addendum 1: Start/Stop Transmission.” ISO 3309-1979 xỏc định cấu trỳc khung HDLC dựng cho mụi trường đồng bộ. ISO 3309:1984/PDAD1 thay cho ISO 3309-1979 dựng cho mụi trường dị bộ. Thủ tục điều khiển PPP dựng để xỏc định mó hoỏ trường điều khiển được chuẩn hoỏ trong ISO 4335-1979 and ISO 4335-1979/ Addendum 1-1979. Qui cỏch khung dữ liệu PPP gồm 6 trường được mụ tả dưới đõy:
Cỏc trường trong khung PPP gồm:
• Flag - Trường cờ 1 byte xỏc định bắt đầu hay kết thỳc của 1 khung, gồm một chuỗi nhị phõn 01111110.
• Address - Trường địa chỉ 1 byte gồm một chuỗi nhị phõn 11111111, địa chỉ broadcast chuẩn, PPP khụng gỏn địa chỉ trạm riờng.
• Control - Trường điều khiển 1 byte gồm một chuỗi nhị phõn 00000011, mà nú điều khiển việc truyền cỏc khung dữ liệu khụng tuần tự.
• Protocol - Trường giao thức 2 byte xỏc định giao thức đúng gúi của khung.
• Data - cú thể là 0 hoặc nhiều byte, giỏ trị mặc định là 1500 byte.
• Frame check sequence (FCS) - Chuỗi kiểm tra khung 16 bit (2 byte). Cho phộp PPP phỏt hiện lỗi
• Giao thức điều khiển PPP link LCP
PPP LCP cung cấp phương phỏp lập, cấu hỡnh, duy trỡ và kết thỳc kết nối điểm- điểm(point-to-point).
LCP trải qua 4 pha khỏc nhau:
Pha đầu lập và cấu hỡnh kết nối, trước khi truyền dữ liệu LCP mở kết nối để cấu hỡnh, xỏc lập cỏc tham số kết nối . Khi pha này kết thỳc khung xỏc lập cấu hỡnh đó được gửi và nhận, do đú cũng xỏc định luụn được chất lượng kết nối .
Pha xỏc định chất lượng kết nối.
Pha cấu hỡnh tầng mạng NCP làm việc khi chất lượng kết nối xỏc nhận là đảm bảo Pha cuối là kết thỳc, khi chất lượng kết nối khụng đảm bảo hay kết thỳc truyền. • PPP trong kết nối WAN
CHƯƠNG 5, TẦNG MẠNG 5.1. Vai trũ của tầng mạng
Tầng mạng nhắm đến việc kết nối cỏc mạng với nhau bằng cỏch tỡm đường (routing) cho cỏc gúi tin từ một mạng này đến một mạng khỏc. Nú xỏc định việc chuyển hướng, vạch đường cỏc gúi tin trong mạng, cỏc gúi này cú thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đớch cuối cựng. Nú luụn tỡm cỏc tuyến truyền thụng khụng tắc nghẽn để đưa cỏc gúi tin đến đớch.
5.2. Cỏc dịch vụ cung cấp cho tầng giao vận
- Cỏc dịch vụ phải độc lập với cụng nghệ được dựng trong mạng. - Tầng giao vận phải độc lập với cụng nghệ được dựng trong mạng.
- Cỏc địa chỉ mạng phải thống nhất để tầng giao vận cú thể dựng cả mạng LAN và WAN.
• Cú 2 loại dịch vụ:
- Dịch vụ truyền tin cú liờn kết (Connection Ặriennted Service)
- Dịch vụ truyền tin khụng liờn kết (Connectionless Service) Sự khỏc nhau giữa hai dịch vụ
Vấn đề Dịch vụ cú liờn kết Dịch vụ khụng liờn kết
Khởi động kờnh Cần thiết Khụng
Địa chỉ đớch Chỉ cần lỳc khởi động Cần ở mọi gúi tin
Thứ tự gúi tin Được đảm bảo Khụng đảm bảo
Kiểm soỏt lỗi Ở tầng mạng Ở tầng giao vận
Điều khiển thụng lượng Ở tầng mạng Ở tầng giao vận
Thảo luận tham số Cú Khụng
Nhậ dạng liờn kết Cú Khụng
Cỏc hàm cơ bản của dịch vụ liờn kết tầng mạng
N-CONNECT. Request (callce, caller, acks wanted, exp wanted, qos, user data) N-CONNECT. Indication (callce, caller, acks wanted, exp wanted, qos, user data) N-CONNECT. Response (response acks wanted, exp wanted, qos, user data) N-CONNECT. Confirmation (response acks wanted, exp wanted, qos, user data) N-DISCONNNECT. Request (originator, reason, user data, responding address) N-DISCONNNECT. Indication (originator, reason, user data, responding address) N-DATA. Request (user data)
N-DATA. Indication (user data)
N-DATA-ACKNOWLEDGED. Request () N-DATA-ACKNOWLEDGED. Indication ()
N-EXPEDITED-DATA. Request (user data) N-EXPEDITED-DATA. Indication (user data) N-RESET. Request (originator, reason)
N-RESET. Indication (originator, reason) N-RESET. Response()
N-RESET. Confim()
Cỏc hàm cơ bản của dịch vụ khụng liờn kết tầng mạng
N-UNITDATA. Request (source address, destination address, qos, user_data) N-UNITDATA. Indication (source address, destination address, qos, user_data) N-FACILITY. Request (qos)
N-FACILITY. Indication (destination address, qos, reason) N-FACILITY. Indication (destination address, qos, reason)
Hàm N_FACILITY.request cho phộp NSD dịch vụ mạng biết tỷ lệ phần trăm gúi tin đang được giao vận.
Hàm N_REPORT.indication cho phộp tầng mạng thụng bỏo lại cho NSD dịch vụ mạng.
5.3. Tổ chức cỏc kờnh truyền tin trờn mạng
Cú hai loại kờnh truyền tin hoạt động trong mạng:
5.3.1. Kờnh ảo (virtual circuit)
Tương tự kờnh điện thoại trong tầng vật lý sử dụng trong mạng cú liờn kết. Kờnh ảo được thiết lập cho mỗi liờn kết. Một khi đó được thiết lập thỡ cỏc gúi tin được chuyển đi tương tự trong mạng điện thoại cho đến khi liờn kết bị hủy bỏ.
• Mỗi nỳt mạng chứa một kờnh ảo, với cửa vào cho một kờnh ảo
• Khi một liờn kết được khởi động, mooth kờnh ảo chưa dựng sẽ được chọn
• Nỳt chọn kờnh ảo chứa đường dẫn đến trạm tiếp theo và cú số thấp nhất Khi gúi tin khởi động đến nỳt đớch, nỳt chọn kờnh ảo cú số thấp nhất thay thế số trong gúi tin và chuyển vào trạm đớch. Số kờnh ảo nối với trạm đớch cú thể khỏc số kờnh ảo mà trạm nguồn sử sụng.
5.3.2. Mạng Datagram
Tương tự với điện bỏo sử dụng trong mạng khụng liờn kết. Trong mạng này, khụng cú tuyến đường nào được thiết lập. Cỏc gúi tin cú thể đi theo nhiều đường khỏc nhau mà khụng nhất thiết theo một trỡnh tự xỏc định. Thụng tin vào là địa chỉ đớch, thụng tin ra là nỳt mạng phải tới.
Mạng Datagram phức tạp về điều khiển nhưng nếu kờnh hỏng thỡ dễ dàng đi theo kờnh khỏc. Do đú cú thể giải quyết được vấn đề tắc nghẽn dữ liệu.
Hỡnh 5.1. Cỏc đặc trưng của mạng Datagram và mạng kờnh ảo
5.4. Giải thuật chọn đường
5.4.1 Chức năng của giải thuật vạch đường
Chức năng của giải thuật chọn đường là tỡm ra đường đi đến những điểm khỏc nhau trờn mạng. Giải thuật chọn đường chỉ cập nhật vào bảng chọn đường một đường đi đến một đớch đến mới hoặc đường đi mới tốt hơn đường đi đó cú trong bảng chọn đường.
5.4.2 Đại lượng đo lường (Metric)
Một đường đi tốt là một đường đi ôngắn ằ. Khỏi niệm ô dài ằ, ô ngắn ằ ở đõy khụng thuần tỳy là khoảng cỏch địa lý mà chỳng được đo dựa vào một thước đo (metric) nào đú. Cú thể dựng cỏc thước đo sau để đo độ dài đường đi cho cỏc giải thuật chọn đường:
• Chiều dài đường đi (length path): Là số lượng router phải đi qua trờn đường đi.
• Độ tin cậy (reliable) của đường truyền
• Độ trỡ hoón (delay) của đường truyền
• Băng thụng (bandwidth) kờnh truyền
• Tải (load) của cỏc router
• Cước phớ (cost) kờnh truyền
Cựng một đớch đến nhưng đo với hai tiờu chuẩn khỏc nhau cú thể sẽ chọn được hai đường đi khỏc nhau.
Mỗi giải thuật chọn đường phải xỏc định rừ tiờu chuẩn chọn lựa đường đi mà mỡnh sử dụng là gỡ. Cú thể chỉ là một thước đo hoặc là sự phối hợp của nhiều tiờu chuẩn lại với nhau.
Chức năng chớnh của giải thuật chọn đường là tỡm ra được đường đi đến những điểm khỏc nhau trờn mạng. Tuy nhiờn, tựy vào mục tiờu khi thiết kế giải thuật chọn đường sẽ dẫn đến chất lượng về đường đi sẽ khỏc nhau. Cỏc giải thuật chọn đường cú thể được thiết kế cho cỏc mục tiờu sau:
• Tối ưu (optimality): Đường đi do giải thuật tỡm được phải là đường đi tối ưu trong số cỏc đường đi đến một đớch đến nào đú
• Đơn giản, ớt tốn kộm (Simplicity and overhead): Giải thuật được thiết kế hiệu quả về mặt xử lý, ớt đũi hỏi về mặt tài nguyờn như bộ nhớ, tốc độ xử lý của router.
• Tớnh ổn định (stability): Giải thuật cú khả năng ứng phú được với cỏc sự cố về đường truyền.
• Hội tụ nhanh (rapid convergence): Quỏ trỡnh thống nhất giữa cỏc router về một đường đi tốt phải nhanh chúng.
• Tớnh linh hoạt (Flexibility): Đỏp ứng được mọi thay đổi về mụi trường vận hành của giải thuật như băng thụng, kớch bộ nhớ, độ trỡ hoón của đường truyền
5.4.4. Phõn loại giải thuật chọn đường
Thụng thường cỏc giải thuật chọn đường được phõn loại bằng cỏc tiờu chuẩn cú tớnh chất đối ngẫu nhau, vớ dụ như:
• Giải thuật chọn đường tĩnh - Giải thuật chọn đường động
• Giải thuật chọn đường bờn trong - Giải thuật chọn đường bờn ngoài khu vực
• Giải thuật chọn đường trạng thỏi nối kết - Giải thuật vộctơ khoảng cỏch.
5.4.4.1 Giải thuật chọn đường tĩnh - Giải thuật chọn đường động
• Giải thuật chọn đường tĩnh (static routing): Bảng chọn đường được cập nhật bởi nhà quản trị mạng. Hỡnh thức này chỉ phự hợp cho cỏc mạng nhỏ, cú hỡnh trạng đơn giản, ớt bị thay đổi. Nhược điểm của loại này là khụng cập nhật kịp thời bảng chọn đường khi hỡnh trạng mạng bị thay đổi do gặp sự cố về đường truyền.
• Giải thuật chọn đường động (dynamic routing): Router tự động tỡm kiếm đường đi đến những điểm khỏc nhau trờn mạng. Loại này thớch hợp cho cỏc mạng lớn, hỡnh trạng phức tạp. Nú cú thể ứng phú kịp thời với những thay đổi về hỡnh trạng mạng
5.4.4.2 Giải thuật chọn đường một đường - Giải thuật chọn đường nhiều đường đường
• Giải thuật chọn đường một đường (single path): Tồn tại một đường đi đến một đớch đến trong bảng chọn đường.
• Giải thuật chọn đường nhiều đường (multi path): Hỗ trợ nhiều đường đi đến cựng một đớch đến, nhờ đú tăng được thụng lượng và độ tin cậy trờn mạng.
5.4.4.3 Giải thuật chọn đường bờn trong khu vực - Giải thuật chọn đường liờn khu vực khu vực
Một số giải thuật chọn đường xem cỏc router đều cựng một cấp. Cỏc router cú vai trũ ngang bằng nhau. Người ta gọi là giải thuật chọn đường phẳng (Flat routing).
Hỡnh 5.2 – Mạng cấu trỳc phẳng và mạng phõn cấp
Tuy nhiờn, trong cỏc mạng lớn người ta thường xõy dựng mạng theo kiểu phõn cấp. Ở đú cỏc mỏy tớnh lại nhúm lại với nhau thành những vựng tự trị (Autonomous System) và cú sự phõn cấp cỏc router. Cỏc router bỡnh thường (Normal Router) đảm nhiệm việc vạch đường bờn trong một Autonomous System. Cụng việc vạch đường giữa cỏc autonomous system thỡ được giao về cho cỏc router nằm ở đường trục (Backbone router).
Một autonomous system là một tập hợp cỏc mạng và cỏc router chịu sự quản lý duy nhất của một nhà quản trị mạng. Vớ dụ là mạng của một cụng ty, một trường đại học hay mạng đường trục của một quốc gia.
Việc phõn cấp cỏc router thành hai loại dẫn đến cú hai loại giải thuật chọn đường: Giải thuật chọn đường bờn trong vựng (Intradomain hay Interior Protocol) và liờn vựng (Interdomain hay Exterior protocol).
Vớ dụ:
• Một số giải thuật chọn đường bờn trong vựng:
o RIP: Routing Information Protocol
o OSPF: Open Shortest Path First
o IGRP: Interior Gateway Routing Protocol
• Một số giải thuật chọn đường liờn vựng:
o EGP: Exterior Gateway Protocol
5.4.4.4 Giải thuật chọn đường theo kiểu trạng thỏi nối kết (Link State Routing) và Giải thuật chọn đường theo kiểu vector khoảng cỏch (Distance Routing) và Giải thuật chọn đường theo kiểu vector khoảng cỏch (Distance vector)
• Trong giải thuật vạch đường theo kiểu trạng thỏi nối kết
o Mỗi router sẽ gởi thụng tin về trạng thỏi nối kết của mỡnh (cỏc mạng nối kết trực tiếp và cỏc router lỏng giềng) cho tất cả cỏc router trờn toàn mạng. Cỏc router sẽ thu thập thụng tin về trạng thỏi nối kết của cỏc router khỏc, từ đú xõy dựng lại hỡnh trạng mạng, chạy cỏc giải thuật tỡm đường đi ngắn nhất trờn hỡnh trạng mạng cú được. Từ đú xõy dựng bảng chọn đường cho mỡnh.
o Khi một router phỏt hiện trạng thỏi nối kết của mỡnh bị thay đổi, nú sẽ gởi một thụng điệp yờu cầu cập nhật trạng thỏi nối kết cho tất cỏc cỏc router trờn toàn mạng. Nhận được thụng điệp này, cỏc router sẽ xõy dựng lại hỡnh trạng mạng, tớnh toỏn lại đường đi tối ưu và cập nhật lại bảng chọn đường của mỡnh.
o Giải thuật chọn đường trạng thỏi nối kết tạo ra ớt thụng tin trờn mạng. Tuy nhiờn nú đũi hỏi router phải cú bộ nhớ lớn, tốc độ tớnh toỏn của CPU phải cao.
• Trong giải thuật chọn đường theo kiểu vectơ khoảng cỏch:
o Đầu tiờn mỗi router sẽ cập nhật đường đi đến cỏc mạng nối kết trực tiếp với mỡnh vào bảng chọn đường.
o Theo định kỳ, một router phải gởi bảng chọn đường của mỡnh cho cỏc router lỏng giềng.
o Khi nhận được bảng chọn đường của một lỏng giềng gởi sang, router sẽ tỡm xem lỏng giềng của mỡnh cú đường đi đến một mạng nào mà mỡnh chưa cú hay một đường đi nào tốt hơn đường đi mỡnh đó cú hay khụng. Nếu cú sẽ đưa đường đi mới này vào bảng chọn đường của mỡnh với Next hop để đến đớch chớnh là lỏng giềng này.
5.5. Vấn đề tắc nghẽn và điều khiển luồng dữ liệu5.5.1. Vấn đề tắc nghẽn 5.5.1. Vấn đề tắc nghẽn
Khi cú quỏ nhiều gúi tin trong mạng hay một phần của mạng làm việc cho hiệu suất của mạng bị giảm đi vỡ cỏc nỳt mạng khụng cú đủ khả năng lưu trữ, xử lý, gửi đi và chỳng bắt đầu bị mất cỏc gúi tin. Hiện tượng này được gọi là sự tắc nghẽn (congestion) trong mạng.
Hàng đợi sẽ bị đầy (phải lưu tập tin, tạo cỏc bảng chọn đường…) nếu khả năng xử lý của nỳt yờu đi hoặc khi thụng tin vào nhiều hơn khả năng của đường ra.
Điều khiển dũng dữ liệu là xử lý giao thụng giữa điểm với điểm, giữa tạm thu và phỏt. Trong khi đú điều khiển trỏnh tắc nghẽn là một vấn đề tổng quỏt hơn bao gồm việc tạo ra hoạt động hợp lý của cỏc mỏy tớnh của cỏc nỳt mạng, quỏ trỡnh lưu trữ bờn trong nỳt, điều khiển tất cả cỏc yếu tố làm giảm khả năng vận chuyển của toàn mạng.
• Cỏc biện phỏp ngăn ngừa
Bố trớ khả năng vận chuyển, lưu trữ, xử lý của mạng dư so với yờu cầu. Hủy bỏ cỏc gúi tin bị tắc nghẽn quỏ thời hạn.
Hạn chế số gúi tin vào mạng nhờ cơ chế cở sổ (flow control).