MẠNG VÀ TRUYỀN SỐ LIỆU

Transcript

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI GIẢNG MẠNG VÀ TRUYỀN SỐ LIỆU

2 THÁI NGUYÊN, NĂM

3 MỤC LỤC Chương 1. Giới thiệu về mạng truyền dữ liệu Mô hình truyền thông Truyền thông dữ liệu Kết nối mạng truyền thông dữ liệu Các giao thức và kiến trúc giao thức Chuẩn hóa mạng 23 Chương 2. Sự truyền dẫn và phương tiện truyền dẫn dữ liệu Truyền dẫn dữ liệu Các khái niệm và thuật ngữ cơ bản Sự suy yếu của tín hiệu truyền Phương tiện truyền dẫn Cáp xoắn đôi (Twisted Pair) Cáp đồng trục Sợi quang Vi ba mặt đất: Vi ba vệ tinh: Sóng Radio: Các chuẩn giao tiếp vật lý Giao tiếp IEA 232D/V Modem rỗng (null modem) Giao tiếp EIA Giao tiếp X Giao tiếp ISDN 53 Chương 3. Giao tiếp liên kết dữ liệu Các khái niệm cơ bản về truyền số liệu Các chế độ truyền thông Các chế độ truyền Kiểm soát lỗi Điều khiển luồng Các giao thức liên kết dữ liệu Mã truyền Các đơn vị dữ liệu Giao thức 58 2

4 Hoạt động kết nối Đường nối và liên kết Thông tin nối tiếp không đồng bộ Khái quát Nguyên tắc đồng bộ bit Nguyên tắc đồng bộ ký tự Nguyên tắc đồng bộ frame Thông tin nối tiếp đồng bộ Khái quát Nguyên tắc đồng bộ bit Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự Truyền đồng bộ thiên hướng bit Phát hiện và sửa lỗi Các kiểu lỗi Phát hiện sai trong truyền số liệu Sửa sai trong truyền số liệu Mã nén dữ liệu Các giao thức cửa sổ trượt ARQ dừng và chờ (Stop and Wait ARQ) Trở lại N - ARQ (Go back - N - ARQ) Mạch điều khiển truyền số liệu Khái quát Giao truyền có thể lập trình UART 8250 của Intel Các thiết bị điều khiển truyền số liệu Khái quát Bộ ghép kênh phân thời Bộ ghép kênh thống kê Một số giao thức liên kết dữ liệu Giao thức HDLC (High level data link control) Giao thức BSC (Binary Synchonous Communication) Giao thức PPP 96 Chương 4. Tầng mạng Vai trò của tầng mạng Các dịch vụ cung cấp cho tầng mạng 99 3

5 4.3. Tổ chức các kênh truyền tin trên mạng Kênh ảo (virtual circuit) Mạng Datagram Các kỹ thuật định tuyến trên mạng Các phương pháp định tuyến trong mạng chuyển mạch kênh Vấn đề tắc nghẽn và điều khiển luồng dữ liệu Vấn đề tắc nghẽn Điều khiển luồng (Flow Control) 117 Chương 5. Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) Những kiến thức cơ bản Cấu trúc tôpô của mạng Các phương thức truy nhập đường truyền Công nghệ Ethernet Giới thiệu chung về Ethernet Các đặc tính chung của Ethernet Hoạt động của Ethernet Các loại mạng Ethernet Các kỹ thuật chuyển mạch trong LAN Phân đoạn mạng trong LAN Các chế độ chuyển mạch trong LAN Mạng LAN ảo (VLAN) 140 Chương 6. Mạng diện rộng WAN Khái niệm về WAN Mạng WAN là gì? Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN Những điểm cần chú ý khi thiết kế WAN Một số công nghệ kết nối cơ bản dùng cho WAN Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Swiching Network) Mạng chuyển gói (Packet Switching Network) Kết nối WAN dùng VPN Các thiết bị dùng cho kết nối WAN Router (Bộ định tuyến) Chuyển mạch WAN Access Server 174 4

6 6.3.4 Modem CSU/DSU ISDN terminal Adaptor Đánh giá và so sánh một số công nghệ dùng cho kết nối WAN. 179 Chương 7. Họ giao thức TCP/IP và mạng Internet Lịch sử phát triển củatcp/ip và mạng Internet Giao thức TCP/IP So sánh giao thức TCP/IP và mô hình 7 lớp OSI Giao thức liên mạng IP Giao thức TCP Giao thức UDP Tổ chức của Internet Một số phương thức kết nối Internet phổ biến : Các dịch vụ thông dụng của Internet 209 Chương 8. Mạng thế hệ mới (NGN Next Generation Network) Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN Động lực của sự hội tụ và kết hợp mạng Động lực của công nghệ Động lực thị trường Động lực dịch vụ Giới thiệu chung về NGN Khái niệm mạng thế hệ sau NGN Mục tiêu của mạng thế hế sau NGN Đặc điểm cơ bản của mạng NGN Mô hình chức năng Các chức năng Tài nguyên mạng Kiến trúc NGN Các thành phần cơ bản của NGN Chuyển mạch mềm (Softswitch) Media Gateway - MG Signalling gateway Application server 222 5

7 8.5.5 Media Server Các công nghệ được áp dụng cho NGN Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng chuyển tải Công nghệ áp dụng cho lớp mạng truy nhập Dịch vụ của NGN Các dịch vụ NGN Đặc điểm của các dịch vụ mạng NGN Giao diện kết nối của NGN Kết nối tới PSTN Kết nối tới PLMN Kết nối tới mạng riêng ảo VPN 227 6

8 Chương 1. Giới thiệu về mạng truyền dữ liệu 1.1 Mô hình truyền thông Một mô hình truyền thông cơ bản được minh họa như hình 1.1a dưới đây Hình 1.1. Mô hình truyền thông đơn giản Mục đích chính của một hệ thống truyền thông là sự trao đổi dữ liệu giữa hai đối tượng truyền thông. Hình 1.1 b thể hiện một ví dụ cụ thể về mô hình truyền thông, đó là sự trao đổi dữ liệu giữa một máy chủ và một máy trạm qua mạng điện thoại công cộng. Những thành phần quan trọng của hệ thống truyền thông trên hình 1.1 bao gồm: a. Thiết bị nguồn (Source): Thiết bị này tạo ra những dữ liệu để được truyền đi; như là những chiếc điện thoại hay máy tính cá nhân (PC) b. Máy phát Dữ liệu được tạo ra bởi một nguồn tin thường không được truyền ngay với dạng ban đầu được tạo ra, mà nó thường được bộ phát chuyển đổi và mã hóa thành dạng tín hiệu điện từ trường để truyền qua các hệ thống truyền dẫn. Ví dụ như hình vẽ 1.1b ta thấy Modem là một máy phát, nó chuyển dòng bit (tín hiệu số) từ máy tính cá nhân thành tín hiệu tương tự để truyền qua mạng điện thoại công cộng (PSTN). c. Hệ thống truyền dẫn 7

9 Hệ thống truyền dẫn có thể là một đường truyền đơn hoặc là một mạng lưới kết nối thiết bị nguồn và đích. d. Máy thu Máy thu thực hiện việc thu tín hiệu từ hệ thống truyền dẫn và chuyển đổi nó sang dạng tín hiệu mà thiết bị đích sử dụng được. Từ hình vẽ 1.1b ta cũng thấy Modem nhận tín hiệu tương tự đến từ mạng PSTN và chuyển đổi ngược sang dòng tín hiệu số (các bit thông tin) e. Thiết bị đích Thiết bị đích nhận dữ liệu của thiết bị nguồn đã truyền qua mạng tại từ bộ thu. Trên đây chỉ là những ý niệm đơn giản về một mạng truyền thông, còn thực tế thì hệ thống mạng truyền thông bao hàm rất nhiều tính phức tạp về kỹ thuật. Để biết được một số ý tưởng về phạm vi của sự phức tạp này ta xem bảng 1.1, đó là những nhiệm vụ chính cần được thực thi trong một hệ thống truyền thông dữ liệu. STT Nhiệm vụ STT Nhiệm vụ 1 Sự sử dụng hệ thống truyền dẫn 8 Định địa chỉ mạng 2 Giao diện 9 Định tuyến 3 Sự tạo tín hiệu 10 Khôi phục 4 Sự đồng bộ 11 Định dạng bản tin 5 Quản lý giao dịch 12 Bảo mật 6 Phát hiện và sửa lỗi 13 Quản lý mạng 7 Điều khiển luồng dữ liệu Vấn đề đầu tiên đó là sự sử dụng hệ thống truyền dẫn, nó liên quan đến việc sử dụng hiệu quả các phương tiện truyền dẫn để chia sẻ giữa một số lượng lớn các thiết bị truyền thông. Có một số kỹ thuật được sử dụng để nâng cao hiệu suất sử dụng đường truyền, hay nâng cao dung lượng đường truyền. Các kỹ thuật điều khiển tắc nghẽn cũng được ứng dụng để đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải bởi các yêu cầu của các dịch vụ truyền dẫn. Để truyền tin thì một thiết bị cần thiết phải có những giao diện với hệ thống truyền dẫn. Tất cả các dạng truyền thông được nghiên cứu trong giáo trình này đều phụ thuộc vào việc sử dụng các tín hiệu điện từ trường mà được truyền qua các phương tiện truyền dẫn. Do đó khi một giao diện được thiết lập thì sự truyền thông yêu cầu cần có sự tạo tín hiệu. Các đặc tính của tín hiệu như là dạng tín hiệu, cường độ tín hiệu cần có khả năng truyền qua hệ thống truyền dẫn, và có thể chuyển đổi thành dữ liệu ở máy thu. 8

10 Không chỉ có tín hiệu dữ liệu được truyền trong hệ thống truyền dẫn và máy thu mà còn cần một số dạng tín hiệu đồng bộ giữa máy phát và máy thu. Máy thu cần có thể xác định được tín hiệu lúc bắt đầu và khi nó kết thúc, cũng như biết được chiều dài của mỗi thành phần tín hiệu. Ngoài những vấn đề cơ bản trong việc lựa chọn tính chất, sự quyết định thời gian của các tín hiệu thì còn một số yêu cầu để truyền thông giữa hai đối tượng là cần phải có sự quản lý giao dịch. Nếu như dữ liệu được chuyển đổi ở cả hai hướng trong một khoảng thời gian thì cả hai đối tượng cần phải có sự kết hợp với nhau trong việc truyền thông. Ví dụ như, khi có sự trao đổi thoại giữa hai bên gọi và bên được gọi thì quy trình kết hợp được thực hiện như sau: đầu tiên bên gọi cần phải bấm số cần gọi, tạo tín hiệu để tổng đài biết và tạo tín hiệu chuông đến bên bị gọi; Còn bên bị gọi cần nhấc ống nghe điện thoại mới hoàn thành kết nối giữa hai bên, Một vấn đề nữa trong hệ thống truyền thông đó là sự dò và sữa lỗi. Bởi vì trong tất cả các hệ thống truyền thông luôn tồn tại một số loại lỗi; các tín hiệu được truyền thường bị nhiễu trên đường truyền làm cho méo trước khi đến được đích. Và vấn đề điều khiển luồng cũng cần được quan tâm để đảm bảo rằng nguồn tin không làm cho nơi nhận tin bị tràn dữ liệu bởi dữ liệu đến nhanh hơn khả năng xử lý và nhận tin của nơi nhận. Tiếp theo chúng ta đề cập đến hai khái niệm khác nhau là định địa chỉ và định tuyến. Khi một phương tiện truyền dẫn được chia sẻ bởi nhiều thiết bị thì một hệ thống nguồn cần biết chính xác đích (địa chỉ) cần đến. Hệ thống truyền dẫn cần đảm bảo nơi thu nhận được dữ liệu. Hơn nữa hệ thống truyền dẫn có thể là một mạng trong đó có rất nhiều tuyến đường đến đích. Vì thế một tuyến đường xác định qua mạng này cần được lựa chọn. Định tuyến là việc chọn một tuyến đường tốt nhất và xác định để thông tin đi từ nguồn đến đích. Sự khôi phục tín hiệu là một khái niệm khác hẳn với sự sửa lỗi. Các kỹ thuật khôi phục cần thiết trong các tình huống mà sự trao đổi thông tin bị ngắt vì một lỗi hệ thống nào đó. Đối tượng vừa có thể hồi phục lại các hoạt động tại điểm bị ngắt vừa lấy lại trạng thái của các hệ thống liên quan đến điều kiện ban đầu của sự trao đổi thông tin. Việc định dạng bản tin phải làm với một sự thỏa thuận giữa hai bên như là dạng của dữ liệu cần được trao đổi, cần được truyền. Ví dụ như việc cả hai bên truyền thông cùng sử dụng một loại mã nhị phân cho các ký tự. Tiếp đến, việc cung cấp một vài biện pháp bảo mật trong hệ thống truyền thông là rất quan trọng. Bên gửi dữ liệu cần được đảm bảo rằng dữ liệu thực sự được 9

11 nhận bởi bên nhận chỉ định, còn bên nhận thì cũng cần chắc rằng dữ liệu mình nhận không bị thay đổi trong khi truyền và dữ liệu đến từ bên gửi thực sự. Cuối cùng, một phương tiện truyền thông dữ liệu là một hệ thống phức tạp mà không thể tạo ra hay vận hành cho chính nó. Các khả năng quản lý mạng cần dùng để cấu hình hệ thống, giám sát trạng thái của nó, tác động trở lại với các lỗi và những sự quá tải, lên kế hoạch cho sự phát triển trong tương lai. 1.2 Truyền thông dữ liệu Hình 1.2 dưới thể hiện một mô hình truyền thông dữ liệu đơn giản, để hiểu được quá truyền thông dữ liệu ta lấy ví dụ quá trình truyền thư điện tử từ nguồn đến đích. Hình 1.2. Mô hình truyền thông dữ liệu đơn giản Giả sử rằng thiết bị lối vào và bộ phát là những thành phần của một máy tính cá nhân (PC). Người dùng PC mong muốn gửi một bản tin tới người dùng khác với nội dung là Kế hoạch buổi họp chiều thứ 5 tuần này bị hủy, và ta quy định là (m). Người dùng này kích hoạt gói thư điện tử trên PC và đưa bản tin từ bàn phím (thiết bị lối vào) vào máy tính. Các chuỗi ký tự được lưu đệm vào bộ nhớ chính của máy tính, và chúng ta có thể xem nó như một dãy các bít (g) trong bộ nhớ. Máy tính được kết nối tới một vài phương tiện truyền dẫn, như mạng nội bộ hay một đường dây điện thoại bởi một thiết bị vào ra (bộ phát) như modem. Dữ liệu được truyền tới bộ phát (modem) như là một dãy của các mức dịch điện áp [g(t)] mà nó đưa các bít lên các cáp hay bus truyền thông. Bộ phát được kết nối trực tiếp tới phương tiện truyền thông và nó chuyển đổi dòng dữ liệu đến [g(t)] sang một tín hiệu [s(t)] thích hợp đề truyền trên hệ thống truyền dẫn. 10

12 Tín hiệu phát s(t) được truyền trên phương tiện truyền dẫn sẽ bị suy giảm trước khi nó đến bộ thu. Do đó tín hiệu thu được r(t) có sự sai khác so với tín hiệu s(t). Bộ thu sẽ ước lượng tín hiệu gốc s(t) dựa vào tín hiệu thu được r(t) và những hiểu biết của nó về phương tiện truyền dẫn, và nó đưa ra một dãy bit g (t). Những bít thông tin này được gửi tới lối ra của PC nơi mà nó được lưu đệm trong bộ nhớ như là một khối các bit (g). Trong nhiều trường hợp, hệ thống đích sẽ cố gắng xác định lỗi, và nó kết hợp với hệ thống nguồn để đạt được một khối dữ liệu hoàn chình không lỗi. Những dữ liệu đạt được này được đưa đến người dùng qua thiết bị lối ra như là màn hình của máy tính, hay máy in. Sau đó dữ liệu này được xem bởi người nhận như là một bản tin (m ), và nó là một bản sao chính xác như bản tin gốc (m). 1.3 Kết nối mạng truyền thông dữ liệu Trong dạng đơn giản nhất, truyền thông dữ liệu được xem như là sự kết nối trực tiếp giữa hai thiết bị qua một vài phương tiện truyền thông điểm điểm. Tuy nhiên, điều này thường không thực tế, bởi một hoặc cả hai sự bất ngờ sau: 1- Các thiết bị thường ở xa nhau. Vì vậy để kết nối chỉ hai thiết bị là quá tốn kém bởi một tuyến liên kết dài hàng nghìn km. 2- Có cả một hệ các thiết bị, mỗi thiết bị lại yêu cầu liên kết tới rất nhiều thiết bị khác tại các thời điểm khác nhau. Vì thế việc kết nối cặp thiết bị bởi một đường dây dành riêng là không thực tế. Giải pháp cho vấn đề này là gắn mỗi thiết bị tới một mạng truyền thông. Hình 1.3 có sự liên hệ với mô hình truyền thông ở hình 1.1 và còn thể hiện ra hai mạng truyền thông chủ yếu là mạng diện rộng (WAN) và mạng cục bộ (LAN). Sự so sánh giữa hai mạng này thể hiện ở cả lĩnh vực công nghệ cũng như ứng dụng. 11

13 Hình 1.3. Mô hình truyền thông đơn giản Mạng diện rộng Mạng diện rộng được biết đến là loại mạng máy tính bao phủ một vùng địa lý rộng lớn. Một cách điển hình, một WAN bao gồm một số lượng các node chuyển mạch liên nối với nhau. Một sự truyền dẫn từ một thiết bị nào đó được định tuyến qua những node này tới một thiết bị đích xác định. Những node mạng này không được liên quan gì đến nội dung của dữ liệu; mục đích của những node này là cung cấp một phương tiện chuyển mạch để chuyển dữ liệu từ node tới node cho đến khi nó đến được đích của nó. Các mạng diện rộng (WANs) được thực hiện bởi một trong hai kỹ thuật là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Những năm gần đây các mạng Frame Relay và ATM được sử dụng chủ yếu. Những vấn đề này sẽ được trình bày sâu hơn trong chương 3. Mạng cục bộ 12

14 LAN (Local Area Network) - Mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp thông thường khoảng vài trǎm mét. Kết nối được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao ví dụ cáp đồng trục thay cáp quang. LAN thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan/tổ chức...các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN. Cũng như là các mạng WAN, một mạng cục bộ là một mạng truyền thông mà liên nối một số lượng các thiết bị và cung cấp sự trao đổi thông tin giữa các thiết bị này. Tuy vậy có một số sự so sánh quan trọng giữa LAN và WAN như sau: 1- Phạm vi của LAN là nhỏ, thường thì trong một tòa nhà hay một phanà của tòa nhà. Sự khác nhau trong phạm vi địa lý sẽ dẫn đến sự khác nhau trong các giải pháp kỹ thuật 2- LAN được sử dụng bởi cùng một tổ chức mà sở hữu các thiết bị mạng. Còn với WAN, thì tổ chức sử dụng mạng chưa hẳn đã sở hữu các thiết bị mạng, một số thiết bị được sở hữu bởi nhà cung cấp dịch vụ. Hơn nữa với mạng LAN việc quản lý và bảo dưỡng mạng là do chính người sử dụng thực hiện. 3- Tốc tộ bên trong của LANs thường cao hơn tốc độ đó của WANs Có thể có nhiều cách bố trí (topology) cho các LAN quảng bá. Hình 1.4 nêu ra hai loại. Trong một mạng Bus (tức là một cáp tuyến tính), vào bất cứ thời gian nào một máy là máy chính và cho phép truyền tải, và mọi máy khác bị yêu cầu hạn chế việc truyền tải. Một cơ chế phân xử là cần thiết để giải quyết các xung đột khi hai hay nhiều máy muốn chuyển tin cùng một lúc. Cơ chế phân xử có thể là tập trung hay phân tán. Một loại hệ thống quảng bá thứ hai là ring (vòng). Trong một mạng ring, mỗi bit lan tỏa quanh nó, không chờ đợi phần còn lại của gói tin. Điển hình là từng bit dạo quanh toàn thể ring trong thời gian nó chiếm để truyền một vài bit. Như mọi hệ quảng bá khác, cần một số quy tắc để sắp xếp các thao tác truy cập đồng thời đến ring. Nhiều phương pháp được sử dụng sẽ được đề cập sau. Hình 1.4. Hai mạng quảng bá: (a) Bus; (b) Ring 1.4 Các giao thức và kiến trúc giao thức Khi các máy tính, đầu cuối và những thiết bị xử lý dữ liệu khác trao đổi dữ liệu thì phạm vi của những vấn đề quan tâm nhiều hơn những gì chúng ta đã thảo luận ở phần 1.2, 1.3. Chúng ta xét một ví dụ về việc truyền file giữa hai máy tính để làm sáng tỏ điều này. Không chỉ có một 13

15 tuyến truyền dữ liệu giữa hai máy tính có thể là trực tiếp hoặc qua một mạng truyền thông, mà quá trình truyền tin còn cần nhiều hơn các thủ tục. Các nhiệm vụ điển hình phải thực hiện bao gồm: 1. Hệ thống nguồn phải kích hoạt tuyến truyền thông dữ liệu trực tiếp hay thông tin cho mạng truyền thông biết về sự xác nhận của hệ thống thống đích đã yêu cầu. 2. Hệ thống nguồn phải biết chắc rằng hệ thống đích đã sẵn sàng nhận dữ liệu 3. Các ứng dụng truyền file trên hệ thống nguồn phải biết chắc rằng chương trình quản lý file trên hệ thống đích phải sẵn sàng chấp nhận và lưu trữ file cho người dùng. 4. Nếu các định dạng file được sử dụng trên hai hệ thống không tương thích thì một hoặc cả hai hệ thống phải thực hiện hàm chuyển đổi định dạng. Chúng ta thấy rõ ràng là cần có sự kết hợp cao giữa hai hệ thống máy tính (nguồn-đích). Sự chuyển đổi thông tin giữa hai máy tính cho hoạt động kết hợp của hai máy tính được biết đến như là sự truyền thông máy tính. Tương tự như vậy, khi hai hay nhiều máy tính được liên nối qua một mạng truyền thông thì một hệ các trạm máy tính này được biết đến như là một mạng máy tính. Bởi vì có sự yêu cầu về một mức liên kết giống nhau giữa một người dùng ở một đầu cuối và một người dùng ở một máy tính, nên các thuật ngữ thường được dùng khi một vài thực thể truyền thông là các đầu cuối. Khi trao đổi về mạng máy tính và sự truyền thông máy tính thì hai khái niệm có ý nghĩa lớn nhất là: Các giao thức Kiến trúc truyền thông máy tính, hay là kiến trúc giao thức Một giao thức được sử dụng để truyền thông giữa các thực thể ở các hệ thống khác nhau. Thuật ngữ thực thể và hệ thống được sử dụng ở trường hợp rất chung. Những thí dụ về các thực thể như là các chương trình ứng dụng, các gói truyền file, các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, các phương tiện mail điện tử và các đầu cuối. Còn những ví dụ về hệ thống như là các máy tính, các đầu cuối và các cảm biến từ xa. Chú ý rằng, trong một số trường hợp thực thể và hệ thống là có sự tương tự (như là các đầu cuối). Nói chung, một thực thể là một vài khả năng gửi hay là nhận thông tin còn một hệ thống là một thực thể vật lý mà chứa một hay nhiều thực thể. Hai hệ thống có thể truyền thông dữ liệu thành công thì chúng phải nói cùng một ngôn ngữ. Vậy truyền thông là gì, các thực thể truyền thông như thế nào và khi nó truyền thông thì phải tuân theo một vài sự thỏa thuận giữa các thực thể liên quan. Các thỏa thuận này được biết đến như là một giao thức, nó có lẽ được định nghĩa là một hệ các 14

16 quy tắc mà chi phối giao dịch dữ liệu giữa hai thực thể. Các thành phần cơ bản của một giao thức gồm: Cú pháp (Syntax): Bao gồm những điều như định dạng dữ liệu và các mức tín hiệu Ngữ nghĩa (Semantics): Bao gồm thông tin điều khiển cho sự cùng sắp xếp và điều khiển lỗi. Định thời (Timing): Bao gồm sự điều phối tốc độ và sự sắp xếp thứ tự Một cách rõ ràng rằng cần có một mức độ hợp tác cao giữa hai máy tính. Thay vì thực hiện điều này như là một mô đun đơn lẻ thì nhiệm vụ sẽ được chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ, mỗi một nhiệm vụ nhỏ này được thực hiện tách biệt nhau. Hình 1.5 đưa ra một ví dụ về sự thực thi một phương tiện truyền file. Có ba mô đun được sử dụng. Hình 1.5. Một kiến trúc đơn giản để truyền file Chúng ta hãy khảo sát chức năng của từng mô đun trong hình 1.5. Đầu tiên, mô đun truyền file (file transfer module) bao gồm tất cả những nguyên lý thiết kế máy mà chuyên dùng cho ứng dụng truyền file, như là truyền các mật khẩu, truyền các lệnh file, các bản ghi file. Cần thiết có sự tin cậy trong việc truyền các file và lệnh này. Tuy nhiên, có cùng các loại yêu cầu tin cậy liên quan đến một loạt các ứng dụng (như là thư điện tử, truyền tài liệu). Do đó các yêu cầu này được thỏa mãn bời một mô đun dịch vụ truyền thông (communications service module) riêng rẽ mà có thể được sử dụng bởi một loạt các ứng dụng. Mô đun dịch vụ truyền thông đảm bảo cho hai hệ thống máy tính được kích hoạt và sẵn sàng cho truyền dữ liệu và đảm bảo việc lưu vết (keeping track) của dữ liệu đang trao đổi tới đúng nơi phân phát. Mặc dù vậy những nhiệm vụ này là độc lập với loại mạng đang được sử dụng. Vì vậy các vấn đề chịu trách nhiệm về mạng được tách biệt ra thành một mô đun truy cập mạng 15

17 (network access module) riêng. Điều này có nghĩa là nếu mạng có sự thay đổi thì chỉ có mô đun truy cập mạng bị ảnh hưởng. Do đó, thay vì chỉ một mô đun đơn để thực hiện truyền thông dữ liệu thì chúng ta sử dụng một hệ các mô đun đã cấu trúc để thực hiện các chức năng truyền thông. Cấu trúc đó được biết đến như là một kiến trúc giao thức. Tiếp theo, ta xem xét một kiến trúc giao thức đơn giản nói chung, sau đó ta xét đến các ví dụ thực và phức tạp như kiến trúc giao thức TCP/IP và OSI. Mô hình ba lớp Trong các thuật ngữ nói chung thì truyền thông có thể được nói đến ba tác nhân là: các ứng dụng, các máy tính và các mạng. Một ví dụ về một ứng dụng là một hoạt động truyền file. Các ứng dụng này thực thi trên các máy tính mà có thể thường hỗ trợ nhiều ứng dụng cùng lúc. Các máy tính lại được kết nối tới các mạng, và dữ liệu để trao đổi thì được truyền bời mạng từ một máy tính đến máy tính khác. Do đó, việc truyền dữ liệu từ một ứng dụng này đến ứng dụng khác liên quan đến việc đầu tiên là lấy dữ liệu tới máy tính đích (máy tính mà trong đó chương trình ứng dụng kia cư trú) và sau đó đưa nó tới chương trình ứng dụng cần thiết trên máy tính đó. Chúng ta có thể đưa ra ý tưởng tổ chức nhiệm vụ truyền thông thành ba lớp độc lập một cách quan hệ với nhau như sau: Lớp truy cập mạng Lớp giao vận Lớp ứng dụng Lớp truy cập mạng đảm bảo việc trao đổi dữ liệu giữa một máy tính với mạng mà nó kết nối tới. Máy tính gửi dữ liệu phải cung cấp cho mạng địa chỉ của máy đích để cho mạng có thể định tuyến dữ liệu tới đích thích hợp. Máy tính gửi mong có những dịch vụ chắc chắn như dịch vụ ưu tiên mà được cung cấp bởi mạng. Các phần mềm chuyên dụng được sử dụng ở lớp này thì tùy thuộc vào loại mạng; các chuẩn khác nhau đã được phát triển cho từng loại: mạng chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, mạng cục bộ, Do đó, thật là nhạy cảm để phân tách những chức năng mà phài làm việc với sự truy cập mạng ra một lớp riêng. Điều này đã cho phép phần mềm truyền thông ở trên lớp truy cập mạng không cần bận tâm đến những cái riêng của mạng được sử dụng. Phần mềm cùng lớp cao hơn nên hoạt động một cách thích đáng bất chấp một mạng cụ thể nào mà máy tính kết nối tới Không chú ý đến bản chất của các chương trình ứng dụng mà đang trao đổi dữ liệu, việc trao đổi dữ liệu cần có sự tin cậy. Có nghĩa là chúng ta phài đảm bảo rằng tất cả dữ liệu đến đúng ứng dụng đích và dữ liệu đến trong cùng yêu cầu trong đó 16

18 chúng được gửi. Những cơ cấu đảm bảo sự tin cậy là độc lập với bản chất của các ứng dụng. Do đó chúng ta phải lựa chọn những cơ cấu này trong một lớp thông thường được chia sẻ bởi tất cả các ứng dụng; lớp này được gọi là lớp giao vận Cuối cùng, lớp ứng dụng bao gồm những nguyên lý thiết kế cần để hỗ trợ cho nhiều loại ứng dụng người dùng. Với mỗi loại ứng dụng khác nhau như truyền file chúng ta cần một mô đun riêng để đặc trưng cho loại ứng dụng. Hình 1.6 và 1.7 minh họa cấu trúc đơn giản này. Hình 1.6 đưa ra một mô hình có 3 máy tính kết nối tới mạng. Mỗi PC gồm phần mềm ở lớp truy cập mạng và lớp giao vận, và phần mềm ở lớp ứng dụng cho 1 hay nhiều ứng dụng. Để truyền thông thành công, tất cả các thực thể trong toàn hệ thống phải có một địa chỉ duy nhất. Thực tế ta cần hai mức địa chỉ. Mỗi một máy tính trên mạng cần một địa chỉ mạng duy nhất; nó cho phép mạng phân phát dữ liệu đến máy tính thích hợp. Mỗi một ứng dụng trên 1 máy tính phải có một địa chỉ duy nhất bên trong máy tính đó; địa chỉ này cho phép lớp giao vận hỗ trợ nhiều ứng dụng ở mỗi máy tính. Các địa chỉ thứ hai được biết đến như là các điểm truy cập dịch vụ (SAPs Service Access Points), nó có nghĩa là mỗi ứng dụng đang truy cập một cách riêng lẻ các dịch vụ của lớp giao vận. 17

19 Hình 1.6. Các kiến trúc giao thức và các mạng Hình 1.7. Các giao thức trong một kiến trúc đơn giản Hình 1.7 chỉ ra rằng các mô đun ở cùng một mức trên các máy tính khác nhau thì truyền thông với nhau. Một giao thức là một tập các quy tắc hay quy ước chi phối các cách thức trong đó hai thực thể hợp tác để trao đổi dữ liệu. Một thông số giao thức chi tiết hóa các chức năng điều khiển được thực thi, các định dạng và mã điều 18

20 khiển sử dụng để truyền thông các chức năng này, và các thủ tục mà hai thực thể phải theo. Chúng ta hãy xem xét một hoạt động đơn giản như sau. Giả sử một ứng dụng liên kết với SAP1 ở máy tính A muốn gửi một bản tin tới ứng dụng khác liên kết với SAP2 ở máy tính B. Ứng dụng ở A đưa bản tin qua lớp giao vận của nó với chỉ thị là gửi nó tới SAP2 trên B. Lớp giao vận lại đẩy bản tin qua lớp truy cập mạng, với chỉ thị cho mạng gửi bản tin tới máy tính B. Chú ý rằng mạng cần biết sự xác định điểm truy cập dịch vụ đích. Tất cả nó cần biết là dữ liệu hướng tới máy tính B. Để điều khiển hoạt động này thì thông tin điều khiển cũng như dữ liệu người dùng cần được truyền đi, như được đưa ra ở hình 1.8. Ở đó, ứng dụng gửi dữ liệu sẽ tạo một khối dữ liệu và đẩy nó tới lớp giao vận. Lớp giao vận có lẽ sẽ chia nhỏ nó ra thành nhiều đoạn nhỏ hơn để cho dễ quản lý hơn. Với mỗi đoạn này lớp giao vận sẽ nối thêm vào một phần đầu giao vận (transport header), nó bao gồm thông tin về điều khiển. Sự kết hợp này của dữ liệu từ lớp cao hơn kế tiếp và thông tin điều khiển này được gọi là một đơn vị dữ liệu giao thức (PDU); trong trường hợp của chúng ta là một đơn vị dữ liệu giao thức giao vận. Phần đầu này ở mỗi PDU giao vận bao gồm thông tin điều khiển để sử dụng bởi giao thức cùng cấp ở máy tính B. Những phần được lưu trữ trong phần đầu này bao gồm: SAP đích: Khi lớp giao vận đích nhận PDU giao vận thì nó phải biết nơi nào dữ liệu được phân phát (dữ liệu thuộc ứng dụng nào) Số tuần tự: Bởi vì giao thức lớp giao vận đang gửi một dãy các đơn vị dữ liệu giao thức, nên nó đánh số chúng một cách tuần tự để nếu như dữ liệu này có đến không đúng yêu cầu thì thực thể giao vận đích còn có thể sắp xếp lại chúng. Mã dò lỗi: Thực thể giao vận gửi dữ liệu có thể bao gồm một mật mã mà có một hàm của các nội dung của số dư của PDU. Giao thức giao vận bên nhận sẽ thực thi cùng một cách tính toán và so sánh kết quả với mật mã đến. Nến có kết quả khác biệt thì sẽ xảy ra một vài lỗi trên đường trường. Trong trường hợp này bên nhận sẽ loại PDU và thực hiện một số hoạt động cần thiết. 19

21 Hình 1.8. Các đơn vị dữ liệu giao thức Bước tiếp theo lớp giao vận sẽ đẩy mỗi PDU xuống lớp mạng với chỉ thị là truyền PDU này đến máy tính đích. Để thỏa mãn yêu cầu này, giao thức truy cập mạng phải hiện dữ liệu ra trong mạng với một yêu cầu nào đó cho truyền dẫn. Cũng như trước, hoạt động này đòi hỏi sử dụng thông tin điều khiển. Giao thức truy cập mạng nối thêm dữ liệu phần đầu truy nhập mạng với dữ liệu mà nó nhận được ở lớp giao vận, đó chính là sự tạo ra một PDU truy cập mạng. Các thành phần lưu trữ trong phần đầu của PDU truy cập mạng có thể gồm: Địa chỉ máy tính đích: Mạng cần biết máy tính nào trên mạng sẽ nhận dữ liệu Các yêu cầu tiện nghi: Giao thức lớp mạng có thể cần mạng đảm bảo một số tiện nghi như là quyền ưu tiên, Hình 1.9 tổng hợp tất cả quá trình trên trong một hình vẽ, nó đưa ra các tương tác giữa các mô đun cho việc truyền một khối dữ liệu. Với giả sử rằng mô đun truyền file trong máy tính X đang truyền một file (bản ghi) tới máy tính Y. Mỗi bản ghi được điều khiển qua mô đun lớp giao vận. Chúng ta có thể hình dung hoạt động này trong một dạng của một lệnh hay lời gọi thủ tục. Những đối số của lời gọi thủ tục bao gồm địa chỉ máy tính đích, điểm truy nhập dịch vụ đích, và bản ghi. Lớp giao vận thêm vào điểm truy nhập dịch vụ đích và thông tin điều khiển khác vào bản ghi để tạo ra một PDU giao vận. Sau đó nó được đẩy xuống lớp truy nhập mạng bằng một lời gọi thủ tục khác. Trong trường hợp này, các đối số cho lệnh là địa chỉ máy tính đích và PDU giao vận. Lớp truy nhập mạng sử dụng thông tin này để xây dựng một PDU mạng. PDU giao vận là một trường dữ liệu của PDU mạng và phần đầu PDU 20

22 mạng bao gồm thông tin có liên quan đến các địa chỉ máy tính nguồn và đích. Chú ý rằng phần đầu giao vận không có thể nhìn thấy được ở lớp truy cập mạng (hay nó vấn được coi là dữ liệu ở lớp truy cập mang); lớp truy cập mạng không quan tâm tới nội dung của PDU giao vận. Hình 1.9. Hoạt động của một kiến trúc giao thức Mạng sẽ chấp nhận PDU mạng từ X và phân phát nó tới Y. Mô đun truy cập mạng ở trong Y nhận các PDU, cởi bỏ phần đầu và truyền PDU giao vận được đính theo tới mô đun lớp giao vận của X. Lớp giao vận sẽ kiểm tra phần đầu đơn vị dữ liệu giao thức giao vận, phân phát bản ghi được đính theo tới ứng dụng thích hợp, ở đây là mô đun truyền file trong Y. Kiến trúc giao thức TCP/IP Hai kiến trúc giao thức được cung cấp những vấn đề cơ bản cho sự phát triển các chuẩn truyền thông đó là : bộ giao thức TCP/IP và mô hình tham chiếu OSI. TCP/IP là kiến trúc được sử dụng rộng rãi và OSI thì trở thành mô hình chuẩn để phân loại các chức năng truyền thông. Chúng ta sẽ xem xét tổng quan về hai kiến trúc này. TCP/IP là một hệ quả của việc nghiên cứu và phát triển giao thức được quản lý trên mạng chuyển mạch gói, ARPANET, và thường được gọi là bộ giao thức TCP/IP. Bộ giao thức này bao gồm một tập lớn các giao thức được sử dụng cho các chuẩn liên mạng (internet). Mô hình TCP/IP được chia thành 5 lớp như sau: 21

23 Lớp ứng dụng Lớp giao vận Lớp Internet Lớp truy cập mạng Lớp vật lý Trong đó, lớp vật lý bao gồm vấn đề về giao diện vật lý giữa một thiết bị truyền dữ liệu (như máy tính, trạm làm việc) và phương tiện truyền dẫn hoặc mạng. Lớp này liên quan với việc xác định các tính chất của phương tiện truyền dẫn, tính chất của tín hiệu, tốc độ dữ liệu và các vấn đề liên quan. Lớp truy cập mạng liên quan đến việc trao đổi dữ liệu giữa một hệ thống cuối và mạng mà nó kết nối tới. Máy tính gửi dữ liệu phải cung cấp cho mạng địa chỉ của máy tính đích để mạng có thể định tuyến cho dữ liệu đến đích chính xác. Máy tính gửi có thể cần các dịch vụ đặc biệt như quyền ưu tiên mà có thể được cung cấp bởi mạng. Phần mềm mạng chuyên dụng được sử dụng ở lớp này phụ thuộc vào loại mạng được sử dụng; các chuẩn khác nhau đã được phát triển cho các mạng khác nhau như chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, LANs,... Chức năng của lớp truy cập mạng như sau: - Cung cấp cho hệ thống phương thức để truyền dữ liệu trên các thiết bị phần cứng vật lý khác nhau của mạng. - Đóng gói các đơn vị dữ liệu IP (IP datagram) vào các frame truyền trên mạng và việc ánh xạ các địa chỉ IP thành các địa chỉ vật lý tương ứng dùng cho mạng trước khi truyền xuống kênh vật lý. - Định nghĩa cách thức truyền các khối dữ liệu IP: Các giao thức ở lớp này phải biết chi tiết các phần cấu trúc vật lý mạng ở dưới nó để định dạng chính xác các dữ liệu sẽ được truyền phụ thuộc vào từng loại vật lý cụ thể. Lớp mạng (internet) chịu trách nhiệm định tuyến các bản tin (message) qua các mạng vật lý khác nhau, liên mạng, giao thức ở lớp này là IP. Giao thức IP là quan trọng nhất vì IP cung cấp dịch vụ giao nhận gói tin cơ bản trên các mạng TCP/IP, mọi giao thức ở các lớp trên và bên dưới lớp mạng đều sử dụng giao thức IP để thực hiện việc giao nhận dữ liệu. Hơn nữa IP bổ sung một hệ thống địa chỉ logic được gọi là địa chỉ ip, được sử dụng bởi lớp Internet và các lớp cao hơn để nhận diện các thiết bị và thực hiện định tuyến Chức năng của lớp giao vận (hay còn gọi là lớp host to host): - Cung cấp phương tiện liên lạc từ một chương trình ứng dụng này đến chương trình ứng dụng khác, chịu trách nhiệm đảm bảo toàn vẹn dữ liệu đầu cuối. 22

24 - Trong lớp này có hai giao thức quan trọng là giao thức TCP và UDP. Trong đó, TCP sử dụng phương thức trao đổi các dòng dữ liệu giữa người sử dụng theo kiểu hướng kết nối, còn UDP cung cấp dịch vụ giao nhận theo kiểu không liên kết, có nghĩa là không cần phải thực hiện Lớp ứng dụng: Bao gồm tất cả các tiến trình sử dụng các giao thức của lớp giao vận để truyền dữ liệu. Có nhiều giao thức ứng dụng ở lớp này, phần lớn là nhằm cung cấp cho người dùng các dịch vụ ứng dụng, sử dụng 2 giao thức chính TCP và UDP. Hình 1.10 chỉ ra cách thức các giao thức TCP/IP được thực hiện ở các hệ thống cuối và liên quan đến mô hình truyền thông ở hình 1.1a. Với lưu ý rằng các lớp vật lý và lớp truy cập mạng cung cấp tương tác giữa hệ thống cuối và mạng, còn các lớp ứng dụng và giao vận được biết đến các giao thức đầu cuối tới đầu cuối; nó hỗ trợ tương tác giữa hai hệ thống cuối. Lớp mạng thì có một phần của cả hai sự tương tác trên. Tại lớp này, hệ thống cuối truyền thông tin định tuyến tới mạng và nó cũng phải cung cấp một vài hàm thông thường giữa hai hệ thống cuối. Hình Mô hình kiến trúc giao thức TCP/IP 23

25 Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) Mô hình OSI là một cơ sở dành cho việc chuẩn hoá các hệ thống truyền thông, nó được nghiên cứu và xây dựng bởi ISO. Việc nghiên cứu về mô hình OSI được bắt đầu tại ISO vào năm 1971 với mục tiêu nhằm tới việc nối kết các sản phẩm của các hãng sản xuất khác nhau và phối hợp các hoạt động chuẩn hoá trong các lĩnh vực viễn thông và hệ thống thông tin. Theo mô hình OSI chương trình truyền thông được chia ra thành 7 lớp với những chức năng phân biệt cho từng lớp. Hai lớp đồng mức khi liên kết với nhau phải sử dụng một giao thức chung. Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless) Giao thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai lớp đồng mức cần thiết lập một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết náy, việc có liên kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu. Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết logic và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó. Nhiệm vụ của các lớp trong mô hình OSI: Lớp ứng dụng (Application layer): lớp ứng dụng quy định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI, nó cung cấp các phương tiện cho người sử dụng truy cập vả sử dụng các dịch vụ củ mô hình OSI. Lớp trình bày (Presentation layer): lớp trình bày chuyển đổi các thông tin từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu, ngoài ra nó có thể nén dữ liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền đễ bảo mật. Lớp giao dịch (Session layer): lớp giao dịch quy định một giao diện ứng dụng cho lớp vận chuyển sử dụng. Nó xác lập ánh xa giữa các tên đặt địa chỉ, tạo ra các tiếp xúc ban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyền thông. Nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau. Lớp vận chuyển (Transport layer): lớp vận chuyển xác định địa chỉ trên mạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút (end-to-end). Để bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng lớp vận chuyển thường đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự. 24

26 Hình 3.5: Mô hình 7 lớp OSI Lớp mạng (Network layer): lớp mạng có nhiệm vụ xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói tin này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Lớp liên kết dữ liệu (Data link layer): lớp liên kết dữ liệu có nhiệm vụ xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, các dạng thức chung trong các gói tin, đóng các gói tin... Lớp vật lý (Phisical layer): lớp vật lý cung cấp phương thức truy cập vào đường truyền vật lý để truyền các dòng Bit không cấu trúc, ngoài ra nó cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện nối kết và các mức nối kết.. Hình 1.11 minh họa các lớp của các kiến trúc TCP và OSI, nó chỉ ra sự so sánh các chức năng tương ứng của từng lớp. Hình này cúng thể hiện sự thực thi trong các lớp khác nhau. 25

27 Hình Các kiến trúc giao thức 1.5 Chuẩn hóa mạng Trong phần trên chúng ta đã xem xét một mô hình truyền thông đơn giản, trong thực tế việc phân chia các tầng như trong mô hình trên thực sự chưa đủ. Trên thế giới hiện có một số cơ quan định chuẩn, họ đưa ra hàng loạt chuẩn về mạng tuy các chuẩn đó có tính chất khuyến nghị chứ không bắt buộc nhưng chúng rất được các cơ quan chuẩn quốc gia coi trọng. Hai trong số các cơ quan chuẩn quốc tế là: ISO (The International Standards Organization) - Là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế hoạt động dưới sự bảo trợ của Liên hợp Quốc với thành viên là các cơ quan chuẩn quốc gia với số lượng khoảng hơn 100 thành viên với mục đích hỗ trợ sự phát triển các chuẩn trên phạm vi toàn thế giới. Một trong những thành tựu của ISO trong lĩnh vực truyền thông là mô hình hệ thống mở (Open Systems Interconnection - gọi tắt là OSI). CCITT (Commité Consultatif International pour le Telegraphe et la Téléphone) - Tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại làm việc dưới sự bảo 26

28 trợ của Liên Hiệp Quốc có trụ sở chính tại Geneva - Thụy sỹ. Các thành viên chủ yếu là các cơ quan bưu chính viễn thông các quốc gia. Tổ chức này có vai trò phát triển các khuyến nghị trong các lĩnh vực viễn thông. 27

29 Chương 2. Sự truyền dẫn và phương tiện truyền dẫn dữ liệu 2.1 Truyền dẫn dữ liệu Sự truyền dẫn dữ liệu thành công tùy thuộc một cách nguyên lý vào hai yếu tố là: chất lượng của tín hiệu phát và đặc tính của phương tiện truyền dẫn Các khái niệm và thuật ngữ cơ bản Thuật ngữ truyền dẫn Truyền dẫn dữ liệu xảy ra giữa bộ thu và bộ phát qua một số môi trường truyền dẫn. Môi trường truyền dẫn được chia làm hai loại là có dây và không dây. Trong cả hai môi trường truyền dẫn này thì truyền thông đều ở dạng của các sóng điện từ. Với môi trường có dây, các sóng được dẫn đường dọc theo một tuyến đường vật lý, còn với môi trường không dây thì sóng điện từ được truyền đi mà không được dẫn đường. Thuật ngữ kết nối trực tiếp được sử dụng để chỉ tuyến truyền giữa hai thiết bị trong đó các tín hiệu truyền trực tiếp từ máy phát đến máy thu không qua một thiết bị trung gian nào. Hình 2.1 đều minh họa là tuyến liên kết trực tiếp. Chú ý rằng thuật ngữ kết nối trực tiếp có thể ứng dụng cho cả môi trường có dây và không dây. Hình 2.1. Các cấu hình truyền dẫn có dây 28

30 Một môi trường truyền dẫn có dây là kết nối điểm điểm nếu, thứ nhất nó cung cấp một kết nối trực tiếp giữa hai thiết bị, và chỉ có hai thiết bị chia sẻ phương tiện truyền thông (hình 2.1a). Còn một cấu hình kết nối đa điểm thì có hơn hai thiết bị chia sẻ cùng một phương tiện truyền dẫn. Một sự truyền dẫn có thể là đơn công, bán song công, hay song công. Với truyền đơn công thì tín hiệu được phát chỉ theo một hướng; hay một trạm là máy phát còn trạm kia là máy thu. Còn với truyền bán song công, cả hai trạm có thể phát nhưng chỉ tại một thời điểm nào đó. Với truyền song công thi cả hai trạm có thể truyền tín hiệu đồng thời. Tần số, phổ và băng thông của tín hiệu Tín hiệu được phát từ bộ phận phát và truyền qua môi trường truyền dẫn để đến bộ phận thu. Tín hiệu là một hàm của thời gian nhưng nó cũng có thể biểu diễn là một hàm của tần số, có nghĩa là tín hiệu bao gồm nhiều thành phần tần số khác nhau. Người ta có thể khảo sát tín hiệu theo quan điểm thời gian và cũng có thể khảo sát theo quan điểm tần số. Theo quan điểm thời gian: tín hiệu có thể chia làm 2 loại: tín hiệu liên tục và tín hiệu gián đoạn (rời rạc). Một tín hiệu là liên tục nếu: lim s( t) s( a) với tất cả giá trị a. Nếu điều kiện t a trên không đảm bảo (có nghĩa là chỉ thỏa mãn với một số hữu hạn giá trị a) ta gọi nó là tín hiệu rời rạc. Hình 2.2 chỉ cho ta 2 loại tín hiệu đó. 29

31 Hình 2.2 Tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc. Một tín hiệu s(t) được gọi là tuần hoàn khi và chỉ khi: s(t + T) = s(t) với - < t < + Ở đây T ta gọi là chu kỳ của tín hiệu. Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì tín hiệu đó không phải là tín hiệu tuần hoàn. Hình 2.3 chỉ cho ta 2 loại tín hiệu tuần hoàn: tín hiệu hình sin và xung vuông. 30

32 . Hình 2.3. Tín hiệu tuần hoàn Một tín hiệu điều hòa có 3 tham số đặc trưng: biên độ (A), tần số (f) và góc pha (q). Biên độ là giá trị tức thời của tín hiệu tại thời gian nào đó. Chúng ta thường khảo sát là tín hiệu điện hoặc điện từ nên biên độ thường được tính là volt (v). Tần số là số chu kỳ của tín hiệu xảy ra trong 1 giây. Nó là giá trị đảo của chu kỳ T. Người ta tính theo đơn vị Hz. Pha: giá trị đo vị trí tương đối theo thời gian trong của chu kỳ tín hiệu. Một chu kỳ tín hiệu có 2p radians = 360 o. Theo quan điểm tần số: Phần trên ta đã xem tín hiệu là một hàm của thời gian. Chúng ta cũng có thể xem tín hiệu là một hàm tần số. Trong thực tế, một tín hiệu 31

33 điện từ được xây dựng bởi nhiều tần số. Như hình 2.4 đã chỉ ra tín hiệu: Tín hiệu với 3 tần số f, 3f và 5f. Ta có thể tạo thành tín hiệu cho hàm: Hình 2.4 Tín hiệu có 3 thành phần tần số và s(f). Và chúng ta đã biết với bất kỳ tín hiệu nào cũng bao gồm nhiều tín hiệu thành phần hình sin có tần số thay đổi. Như vậy mỗi tín hiệu ta có thể biểu diễn theo thời gian s(t) và cũng có thể biểu diễn theo tần số s(f). Cho tín hiệu ở hình 2.4 ta có thể biểu diễn s(f) như hình 2.5. Đối với tín hiệu xung vuông được xác định trong khoảng đến ta có biểu diễn S(f) của nó như hình 2.6. Các cách biểu diễn các hàm S(f) cho tín hiệu theo tần số như vậy người ta gọi là biểu diễn phổ của tín hiệu. Khi hàm S(f) biểu diễn rời rạc ta gọi là phổ vạch. Khi s(f) là hàm liên tục ta gọi tín hiệu đó có phổ đặc. 32

34 Hình 2.5 Phổ của tín hiệu liên tục. Hình 2.6 Phổ của xung vuông. Dãy tần số chứa phổ của tín hiệu ta gọi là băng thông của tín hiệu đó. Trong hình 2.4 băng thông của tín hiệu trải dài từ f 1 đến 5f 1, vậy độ rộng băng thông của nó là 4f 1. Nhiều tín hiệu có băng thông không giới hạn (như hình 2.6). Tuy nhiên năng lượng của tín hiệu tập trung ở dãy băng tương đối hẹp. Người ta gọi đó là băng thông hiệu quả và sau này cũng coi đó như băng thông. Điều cuối cùng cần nói là các thanh phần của tín hiệu. Nếu tín hiệu có thành phần một chiều thì phổ của thành phần một chiều ở góc tọa độ (f=0). Tương quan giữa tốc độ truyền và băng thông Như ta đã biết với mỗi phần tử mạng ta sử dụng trong khi truyền nó chỉ cho phép một băng thông giới hạn về tần số. Trong trường hợp ta truyền trên nó các xung vuông với các giá trị 1 là xung dương và giá trị 0 là xung âm thì dạng sóng cho dãy tạo cho ta tần số lớn nhất, độ dài của một xung là như vậy tốc độ truyền sẽ là 2f.bps Như vậy dạng sóng này không có giới hạn về tần số thành phần và đương nhiên băng thông cũng không giới hạn. Tuy nhiên biên độ các xung thành phần thứ k chỉ là 33

35 như vậy năng lượng chỉ tập trung ở một số các thành phần ban đầu. Nhưng giới hạn của các tần số thành phần ban đầu là bao nhiêu? Người ta đã chứng minh được rằng: nếu tốc độ truyền là w bps thì băng thông yêu cầu là 2w Hz. Ví dụ cần truyền với tốc độ là bps thì băng thông cần là Hz Sự suy yếu của tín hiệu truyền Trong các hệ thống liên lạc ta thấy các tín hiệu khi nhận được có sự khác biệt với tín hiệu khi phát. Đối với tín hiệu liên tục (analog) sự suy yếu đó dẫn đến giảm chất lượng của tín hiệu, với tín hiệu số, dẫn đến làm sai số về bit. Một bit có giá trị 1 có thể trở thành bit giá trị 0 và ngược lại. Một tín hiệu trên đường truyền sẽ chịu các ảnh hưởng sau: Bị suy giảm và dẫn đến méo dạng. Bị làm chậm. Bị nhiễu. a. Sự làm suy giảm và méo dạng Khi truyền trong môi trường, công suất của tín hiệu sẽ suy giảm. Đối với môi trường định hướng sự suy giảm đó thông thường theo logarit, thông thường nó là giá trị cố định theo khoảng cách. Đối với môi trường không định hướng sự suy giảm đó là một hàm phức tạp phụ thuộc vào khoảng cách và áp suất không khí. Sự suy giảm sẽ dẫn đến: Tín hiệu thu được không đủ mạnh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu ở bộ phận thu. Tín hiệu thu được không đủ lớn để bảo đảm tỉ số (tỉ số tín hiệu trên tạp âm) dễ sinh ra sai số. Sự suy giảm sẽ là hàm của tần số. Với 2 ảnh hưởng trên ta có thể dùng bộ khuếch đại hoặc các bộ lặp lại tín hiệu (repeater) để khắc phục ảnh hưởng và ta thấy rất rõ trong trường hợp tín hiệu analog. Do sự suy giảm là hàm của tần số nên tín hiệu thu được sẽ khác nhiều với tín hiệu phát. Hình vẽ cho ta thấy sư suy giảm của tín hiệu âm tần là hàm theo tần số trên đường dây leased line. Ở đó cho ta sự so sánh tín hiệu đó so với tín hiệu Hz. 34

36 Hình 2.7 Sự suy giảm tín hiệu âm tần theo tần số. b. Sự làm trễ tín hiệu Tín hiệu truyền lan trên môi trường dẫn bao giờ cũng bị làm trễ. Đối với một tín hiệu có băng thông giới hạn, sự làm trễ phụ thuộc vào tần số của tín hiệu. Với tín hiệu có tần số khác nhau nó sẽ đến bộ thu thời gian khác nhau. Hiện tượng đó ta gọi là tín hiệu bị làm chậm trên đường truyền, đặc biệt với tín hiệu số hiện tượng làm trễ càng rõ ràng hơn. Hình 2.8 cho ta giá trị làm trễ tương quan với tần số. 35

37 Hình 2.8 Sự làm trễ tín hiệu. c. Nhiễu Khi truyền, thông thường tín hieu nhận được ở bộ thu bao giờ cũng bao gồm tín hiệu phát và một tín hiệu ta không hề mong muốn được thêm vào giữa bộ phát và bộ thu. Tín hiệu ta không mong muốn đó gọi là nhiễu. Nhiễu sẽ làm hạn chế kết quả hệ thống liên lạc của ta. Nhiễu thường được chia làm 4 loại sau: Nhiễu nhiệt độ. Tạp âm nội bộ. Xuyên âm. Nhiễu xung. Nhiễu nhiệt độ tạo ra do sự vận chuyển điện tử trong vật liệu, nó tồn tại trong tấr cả các thiết bị điện tư, trong môi trường và nó là hàm của nhiệt độ. Nhiễu nhiệt có ảnh hưởng trên tất cả dãy tần phổ nên có tên gọi là nhiễu trắng. Nhiễu nhiệt độ không thể tránh được. Nó được tính: N o = kt N o : độ nhạy nguồn nhiễu. 36

38 K : Hằng số Boltzman = 1,3803 x J/k T : Nhiệt độ Kelvin Nhiễu cũng không phụ thuộc vào tần số. Do đó nó được tính bằng watt trong toàn băng thông w. N = ktw hoặc tính bằng decibel - watts N = 10logk + 10 log T + 10logW = -228,6 dbw + 10logT + 10logW Nhiễu do phách tần số bên trong Khi tín hiệu với các tần số khác nhau truyền trên môi trường có thể sẽ sinh ra nhiễu nội bộ. Kết quả của nhiễu nội bộ có thể sinh ra tần số là cộng hoặc trừ 2 tín hiệu gốc hoặc là nhân của tín hiệu đó. Ví dụ sự trộn các tín hiệu có tần số f 1, f 2 có thể sinh ra tần số f 1 +f 2 và nó sẽ làm tăng cho tín hiệu tần số f 1 +f 2 sẵn có. Nhiễu do hiện tượng phách đó sinh ra do hiện tượng không tuyến tính trong các thiết bị phát, thu, hệ thống truyền... Thường hệ thống không tuyến tính, tín hiệu ở đầu ra là hàm phức tạp của tín hiệu đầu vào. 37

39 Hình 2.9 Ảnh hưởng nhiễu trên tín hiệu số. Nhiễu xuyên âm Nhiễu xuyên âm là nhiễu ta không mong muốn trong khi truyền. Ví dụ trong hệ thống điện thoại ta có thể nghe được cuộc nói chuyện của người khác. Nó sinh ra do sự ghép điện từ giữa các cặp cáp xoắn đôi, hay trong cáp đồng trục đồng thời truyền nhiều kênh, cũng có khi do các ăng ten vi ba tạo ra các búp sóng định hướng. Nhiễu xung Nhiễu xung là loại nhiễu không liên tục, không quy luật nhiều khi nó là những đột biến biên độ lớn, trong thời gian nhỏ. Nhiễu sinh ra do nhiều nguyên nhân khác nhau như đột biến điện từ trường, ánh sáng, tắt bật hệ thống máy... Tuy nhiên, nhiễu xung là nguyên nhân trước tiên gây sai số trong khi truyền tín hiệu số. Hình vẽ 2.9 cho ta ví dụ cách nhìn tổng quan vì ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu truyền. 38

40 2.2 Phương tiện truyền dẫn Phương tiện truyền là con đường vật lý nối giữa thiết bị phát và thiết bị thu trong hệ thống truyền dữ liệu. Những đặc tính và chất lượng của dữ liệu truyền được quyết định bởi tính chất tín hiệu và phương tiện truyền. Trong trường hợp sử dụng phương tiện truyền định hướng, bản thân phương tiện truyền là nhân tố quan trọng quyết định giới hạn sự truyền. Bảng 2.1 cho ta đặc tính cơ bản tốc độ truyền, băng thông và khoảng cách tối đa yêu cầu lặp lại với tín hiệu số cho các phương tiện truyền định hướng. Phương tiện truyền Tốc độ Băng thông Khoảng cách cần lặp lại truyền Cáp xoắn đôi 4 Mbps 250 KHz 2-10 Km Cáp đồng trục 500 Mbps 350 KHz 1-10 Km Sợi quang 2 Gbps 2 GHz Km Bảng 2.1 Đặc tính đường truyền với phương tiện định hướng. điểm-điểm Với phương tiện truyền không định hướng, phổ và băng tần số của tín hiệu do ăng ten phát quan trọng hơn phương tiện truyền. Như ta đã biết, tần số trung tâm của tín hiệu là yếu tố tạo ra băng thông và tốc độ truyền. Mặt khác khi dùng ang ten truyền tín hiệu phụ thuộc vào hướng của ăng ten. Thường tần số thấp được bức xạ về mọi hướng của ăng ten, còn tần số cao là yếu tố định hướng chùm tia về hướng cần thiết. Trong phương tiện không định hướng, sóng vi ba có phạm vi từ 2-40 Ghz, như vậy nó có khả năng định hướng chùm tia, và ta thường dùng cho điểm - điểm. Người ta chia khoảng tần số 30 MHz - 1 GHz cho radio và các dãy tần số khác như hình vẽ. 39

41 Hình 2.10 Phổ phân bố trường điện từ Cáp xoắn đôi (Twisted Pair) Miêu tả vật lý Đường dây song hành gồm có 2 sợi đặt song hành. Cặp dây đó là đường liên lạc đơn. Thường nhiều cặp dây như vậy được đặt chung trong một cáp có vỏ bọc. Những cáp dài, có thể chứa hàng trăm cặp. Các cặp dây được cách ly để tránh ảnh hưởng điện từ với nhau. Lõi dây thường từ 0,016-0,036 inches. Ứng dụng Nó được dùng để truyền cho tín hiệu analog cũng như tín hiệu số. Nó được dùng làm đuờng trục cho các hệ thống điện thoại cũng như cho sự liên lạc trong các dãy nhà. Trong hệ thống điện thoại, máy điện thoại được nối với hệ thống tổng đài hoặc tổng đài nội bộ qua dây song hành. Nó được gọi là vòng nội bộ. Một tổng đài nội bộ cho một nhà, tổng đài nội bộ đó thường được gọi là PBX (Private Branch Exchange). Chủ yếu PBX phục vụ sự liên lạc trong tòa nhà. Để gọi ra ngoài nó phải thông qua trung kế. Trong trường hợp đó đôi dây song hành làm nhiệm vụ chủ yếu là tải tiếng nói giữa các thuê bao và tổng đài nội bộ. Việc truyền dữ liệu chủ yếu qua khoảng cách ngắn. Với các PBX hiện đại, tốc độ truyền cực đại khoảng 64 Kbps. Những 40

42 vùng nối nội bộ thường thông qua một modem với tốc độ truyền 9600 bps. Tuy nhiên cáp xoắn đôi cũng được dùng cho các đường trung kế có khoảng cách xa và tốc độ truyền có thể đến 4 Mbps. Cáp xoắn đôi cũng được dùng cho mạng máy tính cục bộ trong một dãy nhà vì giá thành rẽ. Đặc tính truyền Cáp xoắn đôi được sử dụng truyền tín hiệu analog cũng như tín hiệu số (digital). Với tín hiệu analog thường được dùng ở khoảng 5-6 Km. Còn với tín hiệu số nó yều cầu khoảng 2-3 Km phải có repeater. Hình 2.11 Sự suy giảm của phương tiện truyền định hướng. Hình 2.11 cho ta thấy sự suy giảm tín hiệu trên cáp xoắn đôi rất mạnh theo tần số. Với cáp xoắn đôi dễ bị nhiễu vì dễ bị ành hưởng điện từ trường. Ví dụ nếu đường dây đặt song song với đường dây nguồn một chiều nó có thể tạo ra đỉnh nhiễu 60Hz. Nhiễu xung cũng dễ sinh ra trong cáp xoắn đôi. Các loại các xoắn Hiện nay có hai loại cáp xoắn là cáp có bọc kim loại ( STP - Shield Twisted Pair) và cáp không bọc kim loại (UTP -Unshield Twisted Pair). Cáp có bọc kim loại (STP): Lớp bọc bên ngoài có tác dụng chống nhiễu điện từ, có loại có một đôi giây xoắn vào nhau và có loại có nhiều đôi giây xoắn với nhau. Cáp không bọc kim loại (UTP): Tính tương tự như STP nhưng kém hơn về khả năng chống nhiễu và suy hao vì không có vỏ bọc. 41

43 thường dùng tóm tắt như bảng sau: Hình Cáp UTP loại 3(a), loại 5(b) STP và UTP có các loại (Category - Cat) C á p đ ồ n g trục M ô tả vật lý Cũng như cáp xo ắn đôi, cáp đ ồ n g t r ụ c gồm có 2 phần nhưng nó cấu trúc khác hơn để cho phép làm việc với dãy tần số rộng hơn. Hình 2.13 Cấu tạo cáp đồng trục. Như hình vẽ đã chỉ, cáp bao gồm ống trục bên ngoài và một dây dẫn bên trong. Giữa trục lõi và ống bên ngoài được đặt cách đều nhau và cách ly bởi phần cách điện. Trục bên ngoài được bao bởi một lớp áo hoặc vỏ bọc. Cáp đồng trục thường có độ lớn từ 0,4-1 inche. Ứng dụng Cáp đồng trục được dùng tương đối rộng rãi. Thường là: Đường truyền điện thoại với khoảng cách xa, đường truyền tivi. Đường tivi cáp. Mạng cục bộ (LAN) Đường nối hệ thống. Trong các hệ thống điện thoại, cáp đồng trục là phần tử quan trọng để nối trong 42

44 khoảng cách xa, qua nó dễ dàng nối đến cáp quang, mạng viba và mạng vệ tinh. Nếu dùng cáp đồng trục cho các bộ phân đường tần số (FDM) nó có thể truyền trên kênh tiếng nói đồng thời. Nó cũng được sử dụng cho tín hiệu tivi ở khoảng cách xa. Trong hệ thống tivi cáp, nó được nối sau khi tín hiệu được thu vào ăng ten nối đến các nhà như là đường điện thoại. Cáp có thể cho hàng chục tivi và khoảng cách đến hàng chục Km. Trong mạng cục bộ (LAN) nó có thể dùng để nối với số lượng máy lớn trong phạm vi tòa nhà. Và cuối cùng nó dùng để nối trong khoảng cách ngắn giữa các thiết bị sử dụng cho tín hiệu analog hoặc tín hiệu số. Đặc tính truyền Cáp đồng trục được dùng cho cả 2 loại tín hiệu: analog và digital ở khoảng cách gần hoặc xa.như hình 2.11 cho ta thấy về đặc tuyến tần số của cáp đồng trục tốt hơn nhiều so với cáp xoắn đôi. Trong trường hợp sử dụng cáp đồng trục để truyền tín hiệu analog với khoảng cách vài Km tần số cực đại có thể đạt được»400 Mhz. Với việc ứng dụng cho tín hiệu số ta có thể đạt được tốc độ truyền 500 Mbps cho khoảng cách tối đa 1,6 Km Sợi quang Mô tả vật lý Sợi quang có độ mỏng khoảng mm là phương tiện dẫn ánh sáng. Người ta dùng thủy tinh và chất dẻo (nhựa) để tạo thành sợi quang, sợi tinh khiết khó chế tạo thủ công. Sợi quang được dùng do tính kinh tế và hiệu quả cao. Một cáp quang có trục nhỏ bao gồm 3 phần: lõi, lớp bảo vệ và vỏ áo ngoài. Lõi là phần quan trọng trong cùng, nó gồm một hoặc nhiều sợi nhỏ xoắn lại hoặc sợi làm bằng thủy tinh hoặc chất dẽo. Mỗi sợi được bọc bởi lớp áo bảo vệ. Phần cuối cùng bên ngoài được bọc bời một hay nhiều lớp bảo vệ. Lớp bảo vệ ngoài là chất dẽo hoặc các vật liệu chống ẩm, va chạm, mài mòn và những ảnh hưởng của phương tiện. Ứng dụng Một trong những phát minh quan trọng trong việc truyền số liệu là sự phát triển ứng dụng sợi quang vào hệ thống liên lạc. Những đặc tính sau đây làm phân biệt giữa sợi quang và cáp xoắn đôi cũng như cáp đồng trục: 43

45 Băng thông rộng: Tiềm lực về băng thông và tốc độ truyền của vật dẫn tăng với tần số. Với dãy tần rộng lớn của sợi quang, tốc độ dữ liệu» 2 Gbps trên đoạn đường hàng chục Km đã chứng minh tính ưu việt của nó so với cáp đồng trục và dây song hành. Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ: Sợi quang thường nhỏ hơn cáp đồng trục và cáp xoắn đôi, điều đó rất thuận tiện khi sử dụng trong nhà. Trọng lượng nhỏ cũng là điều yêu cầu khi sử dụng. Suy giảm ít: Phần trước cho thấy cáp quang suy giảm quá nhỏ so với cáp đồng trục và cáp xoắn đôi và nó là hằng số với khoảng cách xa. Cách ly điện từ: Sợi quang khong bị ảnh hưởng bởi trường điện từ, do đó không sợ nhiễu xuyên âm, nhiễu xung. Khoảng cách lặp lại lớn: Ít cần phải repeater có nghĩa là giá thành giảm và ít bị sai số. Đó là ưu điểm rất lớn của sợi quang. Hãng Standard Electrik Lorenz AG của đức đã từng thiết lập hệ thống truyền với tốc độ 5 Gbps trong khoảng cách 111 km không cần repeater. Điều đó không thể có với cáp đồng trục và cáp xoắn đôi. Ta có 5 phạm vi ứng dụng quan trọng của sợi quang: Đường nối xa. Đường nối trong thành phố. Đường nối tổng đài nông thôn. Vòng lập địa phương. LAN. Đường nối xa: Sợi quang để nối những đường điện thoại có khoảng cách lớn hơn 1500 km hoặc là có dung lượng lớn (thường đến kênh tiếng nói). Hệ thống như vậy sẽ rẻ hơn khi dùng sóng vi ba hoặc đường cáp đồng trục. Đường nối trong thành phố: thường có khoảng cách 7-8 miles và có thể có đến kênh thoại. Thuận tien nhất người ta chôn nó xuống đất vá không sử dụng repeater để nối các tổng đài trong thành phố hoặc trong vùng phụ cận. Đường nối nông thôn: thường có khoảng cách từ miles, nó cũng thường nối nhiều tổng đài của nhiều hãng khác nhau. Hầu hết các hệ thống được dùng ở đây có đến hơn 5000 đường thoại. Nếu dùng cáp quang thì dễ dàng hơn vi ba. Mạch nối vòng lập: được nối trực tiếp từ một tổng đài đến các thuê bao. Thường người ta dùng cáp xoắn đôi hoặc tốt hơn thì dùng đường nối các đồng trục. LAN: Cuối cùng là ứng dụng của sợi quang trong LAN. Sợi quang có thể dùng để truyền với tốt độ hàng trăm Mbps và liên kết hàng ngàn máy trong nhiều tòa nhà. Đặc tính truyền 44

46 Sợi quang truyền tia ánh sáng tín hiệu mã được phản xạ bên trong hoàn toàn. Tia phản xạ hoàn toàn đó được giữ bên trong phương tiện truyền với hệ số phản xạ lớn hơn vỏ bọc bên ngoài của phương tiện. Kết quả sợi quang trở thành vật dẫn định hướng cho phạm vi tần số từ hz bao trùm cả dãy phổ nhìn được và không nhìn được. Hình 2.15 cho ta nguyên tắc truyền của sợi quang. Nguồn sáng đưa ánh sáng vào ống thủy tinh hoặc chất dẻo. Các tia có gốc phản xạ nhỏ đều được phản xạ hoàn toàn khi truyền dọc theo sợi quang. Các tia khác bị hấp thụ hoàn toàn ở vỏ bọc. Cách truyền như vậy được gọi là đa cách, tùy theo góc đến khác nhau mà nó phản xạ. Nếu như lõi được chế tạo với bán kính giảm đi thì các tia sẽ phản xạ với một số góc nhỏ. Nếu bán kính đó giãm như yêu cầu của độ dài bước sóng mong muốn thì chỉ có một góc hoặc một kiểu qua tia trục. Tia đó sẽ truyền với hiệu quả cao nhất. Với đa cách, tồn tại nhiều đường. Mỗi đường có bước sóng riêng thông qua sợi quang dẫn đến các tín hiệu thành phần triệt tiêu nhau theo thời gian, tốc độ truyền bị giảm. Do đó chỉ có cách truyền đơn với một đường truyền thì tín hiệu không bị suy giảm. Hình 2.14 Các cách truyền của sợi quang. Cuối cùng với cách thay đổi hệ số phản xạ cho từng loại lõi ta cũng có thể có cách truyền thứ 3 nó là cách truyền giữa 2 cách trước (hình 2.15b). 45

47 Có nhiều loại nguồn sáng được dùng với sợi quang. Bộ phát sáng diod (LED) và Laser diod (ILD). Hai loại này sẽ phát ra chùm sáng khi ta đặt vào nó một điện áp. Nếu dùng LED thì giá thành thấp hơn, giãi nhiệt độ rộng hơn và tuổi thọ dài hơn. Nếu dùng ILD thì hiệu quả hơn và có thể tăng tốc độ truyền. Ở bộ thu, bộ phận phát hiện tín hiệu sáng và đổi từ nguồn sáng thành tín hiệu điện là 1 diot quang (photo diod). Ta thường dùng 2 loại thiết bị sau: bộ phát hiện PIN và bộ phát hiện APD. Bộ PIN rẻ hơn nhưng không nhạy như APD. Cả 2 đều dựa trên nguyên tắc đếm các photon. Photo diod PIN dựa trên cơ sở mặt ghép giữa P và N của diod còn AID thì tương tự nhưng sử dụng trường mạnh hơn. Nguồn sáng LED hoặc Laser LED hoặc Laser Laser Băng thông 20MHz/km > 1GHz/km đến 1000GHz/km Sự nối dây khó khó khó ứng dụng điển đường nối dữ liệu đường dây điện đường liên lạc hình máy tính, LAN thoại khoảng cách xa Giá thành Rẻ Hơi đắt đắt Kích thước lõi (m m) Kích thước vỏ (m m) > 80 m m m m m m > 160 m m m m m m Độ suy giảm db/km Bảng so sánh giữa 3 loại sợi quang Bước sóng sử dụng có quan hệ nhiều với loại truyền và tốc độ. Trong 3 loại truyền thì truyền đơn và truyền đa cách có thể dùng cho hầu hết các bước sóng ánh sáng và có thể xử dụng laser hoặc LED làm nguồn sáng. Trong sợi quang sự truyền lan ánh sáng tốt nhất với 3 bước sóng 850, 1300, 1500nm (nanometer). Hầu hết các ứng dụng hiện nay đều dùng nguồn sáng LED hoặc laser có bước sóng 850nm vì nó không mắc lắm và có tốc độ truyền khoảng 100 Mbps trong khoảng cach vài km. để có được tốc độ cao hơn và khoảng cách xa hơn người ta dùng LED hoặc laser với bước sóng 1300nm, nếu cần tốc độ cao và khoảng cách xa hơn nữa thì dùng laser có bước sóng 1500nm. Trong kỹ thuật truyền số liệu dung sợi quang, người ta dùng phương pháp điều 46

48 biên (ASK). Để cho bộ phát LED làm việc với giá trị nhị phân là 1 thì cho ra xung ánh sáng ngắn, và với giá trị nhị phân là 0 thì không có ánh sáng. Như vậy nguồn sáng có mức thap biểu thị giá trị 0 và mức cao biểu thị giá trị Vi ba mặt đất: Mô tả vật lý Loại ăng-ten thường dùng cho nó thường là đĩa parabol với kích thước khoảng 10 feet. Ăng-ten được cố định và hướng chùm tia đến đường dẫn nhìn thấy được đến ăng ten bộ thu. Ăng-ten vi ba được gắn ở độ cao để phạm vi hoạt động giữa 2 ăng-ten không bị vật cản. Khi không có vật cản khoảng cách giữa 2 ăng-ten được định nghĩa: d: khoảng cách giữa 2 ăng-ten được tính bằng Km h: độ cao của ăng-ten được tính bằng m. K: là yếu tố thêm vào để tính cho sự phản xạ hoặc hấp thụ do bề mặt trái đất cong với sự truyền lan đến điểm thấy được. Giá trị K tốt nhất là K=4/3. Như vậy nếu như 2 ăng-ten vi ba đặt ở độ cao 100m có thể đặt xa nhau: d = 7.14 Ư 133 = 82Km. Để có thể truyền sóng vi ba ở khoảng cách xa, người ta đặt các tháp tiếp sức liên tiếp, đường nối điểm-điểm liên tiếp đó sẽ thỏa mãn khoảng cách ta mong muốn. Ứng dụng Công dụng trước tiên của hệ thống vi ba mặt đất là phục vụ cho hệ thống thông tin liên lạc xa trong khoảng cách lớn và chất lượng cao cũng như là thay thế hệ thống cáp đồng trục trong truyền hình cáp và tiếng nói. Giống như cáp đồng trục, sóng vi ba có thể yêu cầu khuếch đại hoặc phát lặp ở khoảng cách xa hơn nhưng yêu cầu phải nhìn thấy nhau. Người ta dùng vi ba cho cả hai trường hợp: tiếng nói và hình ảnh. Băng Tín hiệu liên tục Tín hiệu số Ứng dụng Tần số Tên Điều chế Băng thông Điều chế Tốc độ kHz LF AM To 4 khz ASK, FSK, 0. 1 Hàng hải MSK 100Bps kHz MF AM, SSB To 4 khz ASK,FSK, 1 0 Thương mại MSK 1000Bps 3 30MHz HF AM, SSB; 5 khz to ASK, 1 0 AM radio 47

49 FM 5MHz FSK, MSK 3000Bps Radio sóng ngắn MHz VHF FM, SSB 20MHz FSK, PSK 100Kbps Radio CB Tivi VHF MHz UHF FM 500 MHz PSK 10Mbps Radio FM Tivi UHF 3 30GHz SHF FM 1 GHz PSK 100Mbps Viba mặt đất GHz EHF PSK 750Mbps Viba trên không Ngắn điểm điểm Bảng đặc tính của băng liên lạc không định hướng Một ứng dụng nữa của vi ba là dùng cho các đường nối điểm-điểm giữa các tòa nhà, nó có thể dùng cho đường dây ti vi khép kín hoặc đường nối dữ liệu giữa các mạng máy tính. Ứng dụng cuối cùng của sóng vi ba mặt đất là để truyền dữ liệu số trong vùng nhỏ (bán kính <10Km). Dự án đó gọi là "cung cấp dữ liệu địa phương" và nó dự định sẽ thay thế đường dây điện thoại cho mạng kỹ thuật số. Đặc tính truyền Như bảng đã cho, phổ của sóng mang khi sử dụng vi ba rất rộng. Tần số được sử dụng để truyền đều trong phạm vi 2 40GHz. Tần số cao, băng thông rộng dẫn đến tốc độ truyền lớn. Bảng sau cho ta băng thông và tốc độ truyền của một số hệ thống điển hình: Băng tần Băng thông Tốc độ (GHz) (MHz) (Mbps) Cũng như bất kỳ hệ thống truyền nào, sự suy giảm của tín hiệu từ nguồn trong vi ba có thể tính: 48

50 ở đây, d: khoảng cách λ : bước sóng Độ suy giảm đó tỷ lệ với bình phương của khoảng cách. Như vậy khác với cáp xoắn đôi và cáp đồng trục, độ suy giảm của nó chỉ tỷ lệ với d. Các bộ repeater hoặc khuếch đại trong hệ thống sử dụng vi ba có thể đặt cách xa nhau từ Km. Như bảng trên cho ta phạm vi cho phép của tần số sóng mang ở các băng do FCC qui định. Băng thường được sử dụng cho thông tin liên lạc khoảng cách xa, tần số cao là 4GHz 6GHz. Do sự sử dụng quá nhiều dẫn đến nghẽn, hiện tại người ta sử dụng thêm băng 11GHz. Băng 12GHz dùng cho tivi cáp. FCC qui định băng 10GHz dự trữ cho việc cung cấp số liệu cục bộ gọi là dịch vụ đầu cuối dùng kỹ thuật số. Cuối cùng chúng ta thấy băng tần cao của viba được dùng cho đường nối điểm điểm khoảng cách ngắn giữa các dãy nhà, điển hình ở đây là tần số 22GHz. Những dãy tần số cao đó không được dùng ở khoảng cách xa vì nó bị suy giảm. Hơn nữa ở tần số cao ăng ten có kích thước nhỏ và rẻ Vi ba vệ tinh: Mô tả vật lý Vệ tinh thông tin là một trạm chuyển tiếp. Nó dùng để nối hai hoặc nhiều bộ thu phát cơ bản và được coi như là trạm mặt đất hay trạm đất. Bộ thu của vệ tinh truyền trên một băng tần (đường lên), khuyếch đại (cho tín hiệu analog), repeater (cho tín hiệu số) và chuyển nó sang băng tần khác (đường xuống). Một vệ tinh quỹ đạo đơn giản có thể tác động trên nhiều băng tần mà ta gọi là kênh, hay đơn giản là cầu truyền thông. Hình 2.15 cho ta một cách tổng quát con đường giữa hai trạm liên lạc qua vệ tinh. Hình a cho ta đường nối giữa 2 ăng ten mặt đất và hình b là vệ tinh sử dụng cho một trạm mặt đất truyền và nhiều trạm mặt đất thu. 49

51 Hình 2.15 Cấu hình thông tin liên lạc vệ tinh. Để một vệ tinh liên lạc làm việc có hiệu quả, thông thường yêu cầu nó phải tự quay quanh nó. Mặt khác vì lý do phải nhìn thấy nhau nên tốc độ quay của nó phải bằng tốc độ quay của trái đất. Tốc độ đó là Km. Hai vệ tinh có thể cùng dùng một băng tần số nếu nó cách nhau đủ xa. Hiện tại tiêu chuẩn yêu cầu là 4 0 (đo từ trái đất) cho dãy băng tần 4 6GHz và 3 0 cho dãy băng tần 12/14 GHz. Như vậy số lượng vệ tinh có thể sẽ bị hạn chế. Công dụng Vệ tinh liên lạc là cuộc cách mạng về kỹ thuật. Nó quan trọng cũng như sợi quang. Sau đây là một số ứng dụng quan trọng của nó: phân phối: truyền hình truyền điện thoại khoảng cách xa mạng thương mại tư nhân 50

52 Do sóng truyền lan tự nhiên nên vệ tinh là bộ phận cung cấp tốt cho truyền hình và do đó nó được dùng rộng rãi trên thế giới. Như thông lệ một mạng được chương trình hóa từ một trung tâm. Chương trình được truyền lên vệ tinh và nó được phủ xuống nhiều trạm với chương trình đã cung cấp. Một mạng dịch vụ phát thanh truyền hình công công PBS (Public Broadcasting Service), cung cấp chương trình của nó cho tất cả các máy dùng kênh của nó và hệ thống truyền hình cáp nhận các chương trình từ vệ tinh và cung cấp lại. Hầu hết các ứng dụng hiện tại của công nghệ vệ tinh cho hệ thống truyền hình phân bố là vệ tinh phát thanh truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite), trong hệ thống đó được truyền trực tiếp đến các gia đình sử dụng. Giá thành và kích thước ăng ten thu giảm dẫn đến hệ DBS sử dụng kinh tế và nhiều kênh được dự kiến đưa vào sử dụng. Sự truyền thông qua vệ tinh dạng điểm điểm còn được sử dụng cho các trung kế giữa tổng đài điện thoại trong mạng điện thoại công cộng. Nó là phương tiện tối ưu cho trung kế quốc tế và thích ứng với các hệ thống mặt đất cho những đường nối quốc tế khoảng cách xa. Cuối cùng, hàng loạt các ứng dụng số liệu thương mại ở vệ tinh. Vệ tinh có thể chia tổng dung lượng của nó cho các kênh và cung cấp các kênh đó cho người sử dụng. Người sử dụng tùy theo ăng ten của mình có thể dùng các kênh của vệ tinh cho mạng riêng. Thông thường, những ứng dụng như vậy có giá thành cao và bị hạn chế do nhiều tổ chức yêu cầu. Hiện tại đã có nhiều hệ thống thiết bị đầu cuối nhỏ (VSAT) giá thành thấp. Hình 2.16 cho ta cấu hình của VSAT. Nhiều thiết bị đầu cuối được nối vào ăng ten VSAT. Theo một số nguyên tắc nhất định, những trạm đó chia dung lượng truyền của nó cho sự truyền của các trạm hub. Các trạm HUB có thể trao đổi thông báo với các trạm thuê bao và có thể chuyển tiếp các thông báo giữa các thuê bao. 51

53 Hình 2.16 Cấu hình của VSAT. Đặc tính truyền Phạm vi tần số tốt nhất cho truyền vệ tinh trong khoảng 1 10GHz. Dưới 1GHz sẽ bị ảnh hưởng nhiễu từ thiên nhiên, mặt trời, khí quyển Trên 10GHz tín hiệu dễ bị suy giảm trong tần khí quyển. Hầu hết các vệ tinh điểm điểm hiện tại sử dụng băng thông tần số khoảng 5,926 6,425GHz để truyền từ mặt đất (truyền lên) và băng thông GHz để truyền từ vệ tinh xuống mặt đất (truyền xuống). Ta gọi băng đó là băng 4/6GHz hoặc băng C. Chú ý rằng: đường truyền lên và đường truyền xuống có tần số khác nhau. Với những tín hiệu liên tục, vệ tinh không thể truyền và nhận cùng tần số. Tín hiệu nhận từ mặt đất trên một tần số sẽ phải trở lại với tần số khác. Băng C tốt nhất trong khoảng từ 1GHz đến 10GHz nhưng bị bảo hòa, vì vậy băng 12/14GHz (băng Ku) được dùng (đường lên 14 14,5GHz) và đường xuống 11,7 12,2GHz). Trong băng tần này vấn đề suy giảm tín hiệu cần phải xử lý. Cũng như trong băng C. Những hệ thống ở băng Ku yêu cầu tốc độ đường lên và xuống cao và những cầu thu chuyển tiếp phải nhạy. Tuy nhiên, những trạm thu mặt đất nhỏ 52

54 và rẻ có thể dùng được. Ku băng được áp dụng tốt trong hệ thống VSAT sau C băng. Một phát triển mới là dung vệ tinh cho thông tin di động. Để phục vụ cho mục đích này những thiết bị thu nhỏ, rẻ được dùng đến và sự truyền là 2 chiều toàn phần giữa người sử dụng và vệ tinh. Dịch vụ này như là radio sử dụng trong phạm vi quốc gia. để phục vụ dịch vụ này người ta sử dụng băng L có dãy tần từ 1,6465 1,66GHz (đường lên 1,545GHz và đường xuống 1,5585GHz). Cần chú ý rằng trong thông tin vệ tinh do truyền trong khoảng cách xa nên bị chậm khoảng 240 đến 300ms kể từ khi truyền từ một trạm ở mặt đất đến khi thu được ở một trạm mặt đất khác. Thời gian chậm đó rất đáng quan tâm trong sự trao đổi giữa điện thoại và máy tính. Việc đó cũng tạo ra một số vấn đề khi kiểm tra sai và kiểm tra dòng, chúng ta sẽ thảo luận sau. Hơn nữa sóng vi ba vệ tinh là phương tiện truyền thông tự nhiên, nhiều trạm có thể truyền đến vệ tinh và sự truyền từ vệ tinh nhiều trạm có thể thu được đồng thời Sóng Radio: Mô tả vật lý Nguyên lý căn bản để phân biệt giữa radio và sóng viba là: radio thì không định hướng, còn viba là tập trung. Như vậy radio không cần ăng ten đĩa và ăng ten của nó cũng không cần đặt ở trên độ cao và có kích thước chính xác. Ứng dụng Radio là một cách gọi chung cho người sử dụng băng tần số như trong bảng đã cho ở trên. Chúng ta dùng nó với khoảng sử dụng rộng hơn gồm cả VHF và một phân băng UHF: 30MHz 1GHz. Băng này bao gồm cả FM và UHF, VHF cho truyền hình. Một loại thông tin dữ liệu số thường dùng là radio gói. Một hệ thống radio gói sử dụng ăng ten mặt đất cho nhiều địa điểm trong mạng truyền dữ liệu. Đặc tính truyền Phạm vi 30MHz đến 1GHz rất có hiệu quả cho thông tin liên lạc. Không giống như sóng điện từ tần số thấp, tầng điện ly là trong suốt cho sóng radio khoảng 30MHz. Sự truyền như vậy bị hạn chế bởi tầm nhìn thấy và khoảng cách truyền sẽ không bị ảnh hưởng giữa các trạm với nhau do sự phản xạ của tầng khí quyển. Cũng không giống như vùng của sóng viba tần số cao, sóng radio cũng không nhạy với mưa rơi. đối với thông tin đó, trở ngại lớn nhất của băng tần này là tốc độ truyền không cao, từ Kbps đến Mbps. Như trong hệ thống truyền lan điểm nhìn thấy được, sóng radio cũng sử dụng biểu thức độ xa cực đại để tính khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu: 53

55 Và biểu thức suy giam cũng được tính: Do bước sóng l của sóng radio không dài lắm nên độ suy giảm ít hơn. Có nhiều con đường làm ảnh hưởng đến sóng radio: phản xạ mặt đất, nước, các vật cản thiên nhiên giữa các ăng ten. Những hiệu ứng đo sẽ làm cho khi nhận tivi tạo thành nhiều ảnh, không nét. Những đặc tính truyền của sự sử dụng sóng radio trong thông tin liên lạc như đã nói ở trên. Hệ thống đầu tiên như vậy là hệ thống ALOHA ở Hawaii, hai băng tần số được dùng là 407,35MHz dùng cho thiết bị đầu cuối sử dụng truyền đến trung tâm điều khiển và 413,475MHz để truyền theo hướng vị trí. Băng thông cho cả hai kênh là 100KHz và tốc độ truyền là bps. Sự truyền được thực hiện từng khoảng ngắn dữ liệu gọi là gói. Khoảng cách giữa hai điểm khoảng 30Km. Người ta sử dụng bộ phát lặp để tăng khoảng cách lên khoảng 500Km. Một hệ thống tương tự ở Montréal, phạm vi tần số được dùng là 220MHz. Một hệ thống điện thoại di động được phát triển do hãng Printer Terminal Corp. sử dụng tần số khoảng MHz Các chuẩn giao tiếp vật lý Giao tiếp IEA 232D/V24 Giao tiếp EIA -232D/V24 được định nghĩa như là một giao tiếp chuẩn cho việc kết nối giữa DTE và modem.itu-t gọi là V24.Thông thường modem được đề cập đến như một DCE (Data connect Equipment) lược đồ hình thức ở hình 2.4 chỉ ra vị trí của giao tiếp trong kết nối điểm nối điểm giữa hai DTE (Data terminal equipment).đầu nối giữa DTE và modem là đầu nối

56 Hình 2.4 Chuẩn giao tiếp EIA 232D/V24 Chức năng giao tiếp Các đường dữ liệu truyên TxD (Transmitted data) và dữ liệu RxD (Received data) là các đường được DTE dùng để truyền và nhận dữ liệu.các đường khác thực hiện các chức năng định thời và điều khiển liên quan đến thiết lập, xóa cuộc nối qua PSTN (Public switching telephone network) và các hoạt động kiểm thử tùy chọn. Các tín hiệu định thời TxClk và RxClk có liên quan đến sự truyền và nhận của dữ liệu trên đường truyền nhận dữ liệu.như đã biết, dữ liệu được truyền theo chế độ đồng bộ hoặc chế độ bất đồng bộ.trong chế độ truyền bất đồng bộ cả hai đồng hồ truyền và thu đều được thực hiện độc lập ở cả hai đầu máy phát và máy thu.trong chế độ này chỉ các đường dữ liệu truyền/nhận là được nối đến modem và các đường điều khiển cần thiết khác.các đường tín hiệu đồng hồ vì vậy không cần dùng và không nối đến modem.tuy nhiên trong chế độ truyền đồng bộ số liệu truyền và nhận được truyền nhận một cách đồng bộ với tín hiệu đồng hồ tương ứng và thường được tạo ra bởi modem.các modem làm việc trong chế độ thứ hai này gọi là modem đồng bộ khi tốc độ baud nhỏ hơn tốc độ bít thì các tín hiệu đồng bộ được tạo ra bởi modem hoạt động với tần số thích hợp so với tốc độ thay đổi tín hiệu trên đường truyền. Chúng ta sẽ dễ hiểu hơn về các đường điều khiển với các chức năng và tuần tự hoạt động của nó trong quá trình thiết lập hay xóa cuộc nối qua điện thoại công cộng (PSTN) hình 2.5 sẽ mô tả tiến trình một cuộc gọi qua bước thiết lập đầu tiên rồi số liệu được trao đổi trong chế độ bán song công và sau cùng là cầu nối sẽ bị xóa.giả sử DTE khởi sướng gọi là một máy tính các nhân và modem của nó có dịch vụ gọi tự động.các dịch vụ này được định nghĩa trong khuyến nghị V2.5. Khi DTE sẵn sàng yêu cầu truyền nhận dữ liệu, tín hiệu trên DTR được đặt ở mức tích cực và modem nội bộ sẽ đáp ứng bằng tín hiệu tích cực được đặt trên DSR. Cuộc nối được thiết lập bởi DTE phát cuộc gọi gửi số điện ở đầu ra modem để thực hiện quay số (trường hợp quay qua PSTN) đến modem thu.khi nhận được tín hiệu chuông từ tổng đài gọi đến, modem được gọi sẽ đặt RI lên mức tích cực và DTE được gọi đáp ứng lại bằng cách đặt RTS vào mức tích cực.trong sự đáp ứng này modem được gọi đồng thời gợi sóng mang (âm hiệu dữ liệu của bít 1) đến modem gọi để báo rằng cuộc gọi đã được chấp nhận, sau một thời khắc gọi là thời gian trì hoãn thời gian trễ này cho phép modem nơi gọi chuẩn bị nhận dữ liệu modem được gọi đặt CTS ở mức tích cực để thông báo cho DTE được gọi rằng nó có thể bắt đầu truyền số 55

57 liệu.khi phát hiện được sóng mang ở đầu xa gởi đến modem gọi đặt CD ở mức tích cực lúc này cầu nối đã được thiết lập cung đoạn chuyển tin có thể bắt đầu. Hình 2.5 EIA -232D/V24: kết nối truyền dữ liệu bán song công và tuần tự xóa cầu nối DTE được gọi bắt đầu với việc gửi một thông điệp ngắn mang tính thăm dò qua cầu nối.khi thông điệp đã được gửi đi, nó lập tức chuẩn bị nhận đáp ứng từ DTE gọi bằng cách đặt RTS về mức không tích cực (off), phát hiện được điều này modem 56

58 được gọi ngưng gửi tín hiệu sóng mang và trả CD về mức không tích cực, ở phía gọi modem gọi phát hiện sóng mang từ đầu xa đã mất sẽ đáp ứng bằng cách trả CD về off.để truyền thông điệp đáp ứng DTE gọi đặt RTS lên mức tích cực và modem sẽ đáp ứng bằng mức tích cực trên CTS và bắt đầu truyền số liệu thủ tục này sau đó được lặp lại khi một bản tin được trao đổi giữa hai DTE. Cuối cùng sau khi đã truyền xong cuộc gọi bị xóa, công việc này đều có thể thực hiện bởi cả hai DTE bằng cách đặt RTS của chúng về mức không tích cực, lần lượt khiến hai modem cắt sóng mang.điều này được phát hiện ở cả hai modem và chúng sẽ đặt CD về off.cả hai DTE sau đó sẽ đặt DTR của chúng về off và hai modem sẽ đáp ứng với mức off trên DSR do đó cầu nối bị xóa.sau đó một khoảng thời gian DTE được gọi chuẩn bị nhận cuộc gọi mới bằng cách đặt DTR lên mức tích cực. Hình 2.6 Kiểm thử: (a) nội bộ (b) đầu xa Nếu modem nội bộ coi như tốt, tiếp theo DTE tiến hành kiểm tra thử modem đầu xa bằng cách đặt RL ở mức tích cực phát hiện được điều này modem nội bộ phát lệnh đã qui định trước đến modem đầu xa và tiến hành kiểm thử.modem đầu xa sau đó đặt TM ở mức tích cực để báo DTE nội bộ biết đang chuẩn bị kiểm thử (không truyền số 57

59 liệu lúc này) và gửi trợ lại một lệnh thông báo chấp nhận đến modem thử.modem thử sau khi nhận lệnh đáp ứng sẽ đặt TM lên mức tích cực và DTE khi phát hiện điều này sẽ gửi mẫu thử.nếu số liệu truyền và nhận như nhau thì cả hai modem hoạt động tốt và lỗi chỉ có thể ở DTE đầu xa.nếu không có tín hiệu nhận được thì đường dây có vấn đề Modem rỗng (null modem) Với tín hiệu được phân bố như hình 2.7 thì cả truyền và nhận số liệu từ đầu cuối đến máy tính đều trên cùng một đường, vì modem có cùng chức năng ở cả hai phía.tuy nhiên theo định nghĩa nguyên thủy chuẩn EIA-232D/V24 là giao tiếp chuẩn nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính nên để dùng được cần quyết định thiết bị nào sẽ là máy tính và thiết bị nào sẽ là thiết bị ngoại vi, vì cả hai thiết bị không thể truyền và nhận số liệu trên cùng một đường dây, có 3 khả năng lựa chọn: (1) Đầu cuối mô phỏng modem và định nghĩa các đường một cách thích hợp để hoàn chỉnh hoạt động. (2) Máy tính mô phỏng modem. (3) Cả đầu cuối và máy tính đều không thay đổi và các đầu dây dẫn được nối lại. Bất tiện của hai lựa chọn đầu là không có đầu cuối nào hay máy tính nào có thể được dùng trực tiếp với một modem.từ đó tiếp cận tổng quát cho vấn đề là bằng cách nối lại tín hiệu trên cổng giao tiếp EIA-232D/V24 để mô phỏng một modem, cho phép đầu cuối và máy tính nối trực tiếp vào modem, lựa chọn thứ 3 được dùng rộng rãi, yêu cầu một modem rỗng (null modem) chèn vào giữa đầu cuối và máy tính, các đường kết nối như mô tả ở hình

60 Hình 2.7 Kết nối modem rỗng Như chúng ta đã thấy, các đường truyền nhận trao đổi với nhau từng đôi một các đường điều khiển cũng được đổi lại.ví dụ, vì thông thường đầu cuối và máy tính hoạt động ở chế độ song công hoàn toàn.các đường RTS và CTS được nối với nhau tại đầu đường dây và sau đó tín hiệu này được nối đến ngõ vào DTR.Tín hiệu signal ground và shield ground được nối trực tiếp. Khi hai thiết bị liên lạc với nhau qua một liên kết số liệu đồng bộ thì đồng hồ truyền từ mỗi thiết bị thường được nối đến và được dùng như đồng hồ thu tại thiết bị kia.trong vài trường hợp không có thiết bị nào có đồng hồ và đồng hồ cho cả hai thiết bị được tạo ra trong modem rỗng thành phần này được gọi là bộ modem eliminator Giao tiếp EIA-530 Chuẩn EIA-530 là giao tiếp có tập tín hiệu giống giao tiếp EIA-232D/V24.Điều khác nhau là giao tiếp EIA-530 dùng các tín hiệu điện vi sai theo RS 422A/V11 để đạt được cự ly truyền xa hơn và tốc độ cao hơn.dùng bộ nối 37 chân cùng với bộ nối tăng cường 9 chân nếu tập tín hiệu thứ hai cũng được dùng. 59

61 Giao tiếp X21 Giao tiếp X21 được định nghĩa cho giao tiếp giữa một DTE và DCE trong một mạng dữ liệu công cộng.giao tiếp X21 cũng được dùng như một giao tiếp kết cuối cho các mạch thuê riêng số tốc độ là bội số của 64 kbps.đầu nối và các đường tín hiệu được trình bày trên hình 2.8. Tất cả các đường tín hiệu dùng đồng bộ phát và thu cân bằng (RS-422A/V11).Là giao tiếp đồng bộ, bên cạnh cặp tín hiệu truyền (T) và nhận (R) còn có tín hiệu định thời phân từ bít (s) và định thời byte (B).Các tín hiệu điều khiển (C) và (I) được dùng với các đường truyền và thu thiết lập nên cầu nối xuyên qua một mạng dữ liệu chuyển mạch số hóa hoàn toàn. 60

62 Hình 2.8 Giao tiếp chuẩn X.21: (a) chức năng giao tiếp (b) các tín hiệu Giao tiếp ISDN Giao tiếp ISDN là giao tiếp thay thế được số hóa hoàn toàn vao PSTN.Mạch thoại được số hóa hoạt động tại tốc độ 64 kbps và một kết cuối tốc độ cơ bản cung cấp hai mạch như vậy cùng với một mạch 16 kbps cho mục địch thiết lập và xóa cuộc gọi.ba mạch riêng biệt được ghép kênh cho mục đích truyền đến và đi từ một tổng đài gần nhất lên một cặp dây.thiết bị kết cuối mạng NT (network termination) tách biệt các đường dẫn đi và đến lên hai cặp dây riêng biệt.năng lượng có thể được cấp từ NT cho các DTE nếu có nhu cầu.giao tiếp giữa user và NT trên hai cặp dây được gọi là giao tiếp S xem hình 2.10.Nguồn năng lượng chính từ NT đến thiết bị đầu cuối được dẫn xuất từ các cặp truyền/nhận.một nguồn năng lượng thứ hai cũng có sẵn qua chân 7 và 8.Nhằm kết nối thiết bị có tốc độ thấp vào giao tiếp S có tốc độ cao này cần dùng thiết bị có tên là bộ thích nghi đầu cuối TA (terminal adapter). 61

63 Hình 2.10 Giao tiếp S-ISDN: (a) chức năng (b) các tín hiệu 62

64 Chương 3. Giao tiếp liên kết dữ liệu 3.1. Các khái niệm cơ bản về truyền số liệu Các chế độ truyền thông Khi một người đang diễn thuyết thì thông tin được truyền đi theo một chiều. Tuy nhiên, trong một cuộc đàm thoại giữa hai người thì thông điệp được trao đổi theo hai hướng.các thông điệp này thường được trao đổi lần lượt nhưng cũng có thể xảy ra đồng thời. Tương tự, khi truyền số liệu giữa hai thiết bị, có thể dùng một trong 3 chế độ thông tin sau: + Đơn công (one way hay simplex): được dùng khi dữ liệu được truyền theo một hướng, ví dụ trong một hệ thống thu thập số liệu định kỳ. + Bán song công (either way hay half-duplex): được dùng khi hai thiết bị kết nối với nhau muốn trao đổi thông tin một cách luân phiên, ví dụ một thiết bị chỉ gửi dữ liệu đáp lại khi đáp ưng một yêu cầu từ thiết bị kia. Rõ ràng hai thiết bị phải có thể chuyển đổi qua lại giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền. + Song công (both way hay full-duplex): được dùng khi số liệu được trao đổi giữa hai thiết bị theo cả 2 hướng một cách đồng thời Các chế độ truyền Truyền bất đồng bộ Cách thức truyền trong đó các ký tự dữ liệu mã hóa thông tin được truyền đi tại những thời điểm khác nhau mà khoảng thời gian nối tiếp giữa hai kí tự không cần thiết phải là một giá trị cố định. Ở chế độ truyền này hiểu theo bản chất truyền tín hiệu số thì máy phát và máy thu độc lập trong việc sử dụng đồng hồ, đồng hồ chính là bộ phát xung clock cho việc dịch bít dữ liệu (shift) và như vậy không cần kênh truyền tín hiệu đồng hồ giữa hai đầu phát và thu. Tất nhiên, để có thể nhận được dữ liệu máy thu buộc phải đồng bộ theo từng ký tự một. Mặc dù được dùng chủ yếu để truyền ký tự giữa một bàn phím và một máy tính, truyền bất đồng bộ cũng còn được dùng để truyền các khối ký tự giữa hai máy tính.trong trường hợp này, mỗi ký tự kế tiếp đi ngay sau stop bit của ký tự trước đó vì các ký tự trong một khối được truyền tức thời ngay sau ký tự mà không cần khoảng thời gian trì hoán nào giữa chúng. 63

65 Truyền đồng bộ Cách thức truyền trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là như nhau, và trong hệ thống truyền ky tự khoảng thời gian từ bit cuối của ký tự này đến bít đầu của ký tự kế tiếp bằng không hoặc bằng bội số tổng thời gian cần thiết truyền hoàn chỉnh một ký tự. Về góc độ truyền tín hiệu số thì máy phát và máy thu sử dụng một đồng hồ chung, nhờ đó náy thu có thể đồng bộ được với máy phát trong hoạt động dịch bit để thu dữ liệu. Như vậy, cần phải có kênh (cần hiểu hoặc là cặp dây dẫn hoặc là một kênh trên đường ghép kênh hay kênh do mã hóa) thứ hai cho tín hiệu đồng hồ chung. Tuy nhiên, khi xét đến các mức thông tin cao hơn mức vật lý trong mô hình hệ thống mở thì việc đồng bộ này được thực hiện theo từng khối dữ liệu và đặc tính truyền đồng bộ hiểu theo nghĩa hẹp trong một khối. Với truyền đồng bộ, khối dữ liệu hoàn chỉnh được truyền như một luồng bit liên tục không có trì hoãn giữa mỗi phần tử 8 bít. Để cho phép thiết bị thu hoạt động được các mức đồng bộ khác nhau, cần có các đặc trưng sau: + Luồng bit truyền được mã hóa một cách thích hợp để máy thu có thể duy trì trong một cơ cấu đồng bộ bít. + Tất cả các frame được dẫn đầu bởi một hay nhiều byte điều khiển nhằm đảm bảo máy thu có thể dịch luồng bit đến theo các ranh giới byte hay ký tự một cách chính xác. + Nội dung của frame được đóng gói giữa một cặp ký tự điều khiển để đồng bộ frame. Trong trường hợp truyền đồng bộ, khoảng thời gian giữa hai frame truyền liên tiếp có các byte nhàn rỗi được truyền liên tiếp để máy thu duy trì cơ cấu đồng bộ bit và đồng bộ byte hoặc mỗi frame được dẫn đầu bởi hai hay nhiều byte đồng bộ đặc biệt cho phép máy thu thực hiện tái đồng bộ Kiểm soát lỗi Trong quá trình truyền luồng bit giữa hai DTE, rất thường xảy ra sai lạc thông tin, có nghĩa là mức tín hiệu tương ứng với bít 0 bị thay đổi làm cho máy thu dịch ra là bit 1 và ngược lại, đặc biệt khi có khoảng cách vật lý truyền khá xa ví dụ như dùng mạng PSTN để truyền.vì thế, khi truyền số liệu giữa hai thiết bị cần có phương tiện phát hiện các lỗi có thể xảy ra lỗi nên có phương tiện sửa chữa chúng. 64

66 Chúng ta có thể dùng một số các lược đồ, nhưng việc chọn loại nào là tùy thuộc vào phương pháp truyền được dùng.khi dùng phương pháp truyền bất đồng bộ, vì mỗi ký tự được chăm sóc như một thực tế riêng biệt, nên thường thêm một số ký số nhị phân vào mỗi ký tự được truyền.ký số nhị phân thêm vào này gọi là bit chẵn lẻ - parity bit. Ngược lại, khi dùng phương pháp truyền đồng bộ, chúng ta thường xác định các lỗi xảy ra trên một frame hoàn chỉnh. Hơn thế nữa, nội dung của một frame có thể rất lớn và xác suất nhiều hơn một bit lỗi gia tăng.vì vậy cần dùng tuần tự kiểm tra lỗi phức tạp hơn. Cũng có một số dạng kiểm tra lỗi khác nhau, nhưng nhìn chung thiết bị sẽ tính toán ra tuần tự các ký số kiểm tra dựa vào nội dung của frame đang được truyền và gắn tuần tự này vào đuôi của frame sau ký tự dữ liệu hay trước byte báo hiệu kết thúc frame. Trong quá trình duyệt frame, máy thu có thể tính toán lại một cách tuần tự kiểm tra mới dựa vào nhận được từ frame hoàn chỉnh và so sánh với các ký tự số kiểm tra nhận được từ máy phát.nếu hai chuỗi ký số này không giống nhau, coi như có một lỗi truyền xảy ra. Cả hai lược đồ nói trên chỉ cho phép máy thu phát hiện lỗi truyền. Chúng ta cần máy thu lấy được một bản copy khác từ nguồn khi bản truyền bị lỗi.có một số lược độ cho phép điều này.ví dụ xem xét trường hợp một đầu cuối và một máy tính truyền số liệu truyền bất đồng bộ.khi user gõ vào bàn phím ký tự đã mã hóa được truyền đến máy tính dưới dạng in được. Ngay sau đó ký tự tương ứng với luồng bit vừa thu được máy tính dội trở lại (echo) đầu cuối và hiện lên màn hình.nếu ký tự xuất hiện không giống như ký tự đã truyền trước đó, user có thể gửi một ký tự đặc biệt để thông báo với máy tính bỏ qua ký tự vừa nhận.điều này được gọi là kiểm soát lỗi.một phương thức có chức năng tương tự cũng phải được dùng khi truyền các khối ký tự.chúng ta sẽ quay trở lại ở phần sau Điều khiển luồng Điều này là hết sức quan trọng khi hai thiết bị đang truyền thông tin qua mạng số liệu, khi mà rất nhiều mạng sẽ đệm số liệu trong các bộ đệm có kích thước giới hạn.nếu hai thiết bị hoạt động với tốc độ khác nhau, chúng ta thường phải điều khiển số liệu đầu ra của thiết bị tốc độ cao hơn để ngăn chặn trường hợp tắc nghẽn trên mạng.điều khiển luồn thông tin giữa hai thiết bị truyền thường được gọi tắt là điều khiển luồng. 65

67 Các giao thức liên kết dữ liệu Kiểm soát lỗi vào điều khiển luông là hai thành phần thiết yếu của một chủ đề tổng quát hơn đó là giao thức điều khiển truyền số liệu.về cơ bản, một giao thức là một tập hợp các tiêu chuẩn hay quy định phải tuân theo bởi cả hai đối tác ở hai đầu, nhằm đảm bảo thông tin đang trao đổi xuyên qua một liên kết số liệu nối tiếp được tiếp nhận và được biên dịch ra một cách chính xác. Bên cạnh kiểm soát lỗi và điều khiển luồng, giao thức liên kết số liệu cũng định nghĩa nhưng chi tiết sau: Khuôn dạng của mẫu số liệu đang trao đổi, nghĩa là số bít trên một phần tử thông tin và dạng lược đồ mã báo đang được dùng. Dạng và thứ tự thông điệp được trao đổi để đạt được độ tin cậy giữa hai đối tác truyền Mã truyền Trong hệ thống thông tin số liệu, thường muốn truyền dòng các văn bản, các giá trị số, hình ảnh, âm thanh, v.v.. từ nơi này đến nơi khác. Các thông tin thì có nhiều dạng, tuy nhiên máy tính hay các thiết bị đầu cuối chỉ biết các bit 1 hay 0 vì chúng là các hệ thống nhị phân.cần phải chuyển các thông tin về dạng nhị phân để thực hiện vấn đề phù hợp dữ liệu cho máy tính, đồng thời cũng phải có dấu hiệu nào đó cho con người hiểu được hay chuyển về dạng thông tin hiểu được khi nhận thông tin nhị phân.nhu cầu này là nguyên nhận cho việc ra đời các bộ mã. Các bộ mã là tập hợp một số giới hạn của các tổ hợp nhị phân, mỗi tổ hợp bit nhị phân mang ý nghĩa của một ký tự nào đó theo quy định của từng bộ mã. Số lượng bít nhị phân trong một tổ hợp bit nói lên quy mô của một bộ mã hay số ký tự chứa trong bộ mã. Nếu gọi n là số bit trong một tổ hợp bit thì số ký tự có thể mã hóa là.có một số bộ mã thông dụng như Baudot, BCD, EBCDIC, ASCII. Mặc dù các mã này được dùng để xuất nhập, nhưng một khi dữ liệu được nhập vào trong máy tính nó được chuyển đổi và được lưu giữ dưới dạng số nhị phân tương ứng có số bit cố định, thông thường là 8,16,hay 32 bit. Chúng ta gọi mẫu nhị phân 8 bit là một byte và mẫu dài hơn là một từ. Vì một dãy bit được dùng để biểu diễn cho một từ, nên thường dùng nhiều phần tử 8 bit khi truyền dữ liệu giữa hai DTE. Do đó trong vài trường hợp 8 bit được qua một liên kết số liệu có thể đại diện cho một ký tự có thể in được mã hóa nhị phân ( 7 bit cộng với một bit kiểm tra) trong khi ở trường hợp khác nó có thể đại diện cho thành phần 8 bit của một giá trị lớn hơn. Trong 66

68 trường hợp sau chúng ta sẽ xem xét phần tử như là byte hoặc là octet cho các mục đích truyền tin Các đơn vị dữ liệu Theo đơn vị đo lường dung lượng thông tin thì đơn vị cơ bản là byte, một byte là một tổ hợp 8 bit. 1Kb = byte = 1024 byte 1Mb = 1Gb = 1Tb = Kb = 1024 Kb Mb = 1024 Mb Gb = 1024 Gb Trong kỹ thuật truyền số liệu đôi khi xem các đơn vị dữ liệu truyền dưới dạng một ký tự hay một khối gồm nhiều các ký tự.việc nhóm các ký tự lại thành một khối gọi là đóng gói dữ liệu, và khối dữ liệu được xem như một đơn vị dữ liệu truyền trong một giao thức nào đó.một khối dữ liệu như vậy được gọi là một gói (packet) hay một khung (frame) Giao thức Giao thức truyền là một tập hợp các quy định liên quan đến các yếu tố kỹ thuật truyền số liệu, cụ thể hóa các công tác cần thiết và quy trình thực hiện việc truyền nhận số liệu từ đầu đến cuối.tùy vào việc lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và thiết kế quy trình làm việc mà sẽ có các giao thức khác nhau.mỗi giao thức sẽ được sử dụng tương ứng với thiết kế của nó Hoạt động kết nối Điểm nối điểm (point-to-point) là dạng kết nối trao đổi thông tin trong đó một đầu cuối số liệu chỉ làm việc với một đầu cuối khác tại một thời điểm.đa điểm (multipoint) là dạng kết nối trao đổi thông tin trong đó một đầu cuối số liệu có thể thông tin với nhiều đầu cuối khác một cách đồng thời Đường nối và liên kết Đường nối là đường kết nối thực tế xuyên qua môi trường truyền, vì vậy nó là đối tượng truyền dẫn mang tính vật lý.liên kết là kết nối giữa các đầu cuối dựa trên các đường nối và tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định, mỗi đường nối có thể chứa nhiều liên kết, ngoài ra một liên kết có thể được kết hợp từ nhiều liên kết hay 67

69 một liên kết có thể phân thành nhiều liên kết. Do đó liên kết là đối tượng truyền dẫn phụ thuộc mang tính logic Thông tin nối tiếp không đồng bộ Khái quát Như đã đề cập trong phần khái niệm, thông thường số liệu được truyền giữa hai DTE dưới dạng chuỗi liên tiếp các bit gồm nhiều phần tử 8 bit, gọi là byte hay ký tự, dùng chế độ truyền hoặc đồng bộ hoặc bất đồng bộ.trong các DTE, mỗi phần tử như vậy được lưu trữ, xử lý và truyền dưới dạng thức song song. Do đó, các mạch điều khiển trong DTE hình thành nên giao tiếp giữa thiết bị và liên kết dữ liệu nối tiếp, và phải thực thi các chức năng sau: Chuyển từ song song sang nối tiếp cho mỗi ký tự hay byte để chuẩn bị truyền chúng ra liên kết. Chuyển từ nối tiếp sang song song cho mỗi ký tự hay byte để chuẩn bị lưu trữ và xử lý bên trong thiết bị. Tại máy thu phải đạt được sự đồng bộ bit, byte, và frame. Thực hiện cơ cấu phát sinh cá ký số kiểm tra thích hợp để phát hiện lỗi và khả năng phát hiện lỗi ở máy thu phải khả thi. Việc chuyển từ song song sang nối tiếp bởi thanh ghi PISO (Parallel Input Serial Output) và việc chuyển ngược lại do SIPO (Serial Input Parallel Output) Nguyên tắc đồng bộ bit Trong truyền bất đồng bộ, đồng hồ thu chạy một cách bất đồng bộ với tín hiệu thu. Để xử lý thu hiệu quả cần phải có kế hoạch dùng đồng hồ thu để lấy mẫu tín hiệu đến ngay điểm giữa thời của bit dữ liệu. Để đạt được điều này, tín hiệu đồng hồ thu nhanh gấp N lần đồng hồ phát vì mỗi bit được dịch vào SIPO sau N chu kỳ xung đồng hồ. Sự chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 là dấu hiệu của bit start, có ý nghĩa bắt đầu của một ký tự và chúng được dùng để khởi động bộ đếm xung clock ở máy thu. Mỗi bit bao gồm cả bit start, được lấy mẫu tại khoảng giữa của thời bit. Ngay sau khi phát hiện, bit start được lấy mẫu sau N/2 chu kỳ xung clock, tiếp tục lấy mẫu sau N xung clock tiếp theo cho mỗi bit trong ký tự. Cần lưu ý rằng, đồng hồ thu chạy bất đồng bộ với tín hiệu đến, các vi trí tương đối của hai tín hiệu có thể ở bất kỳ vị trí nào trong một chu kỳ của xung đồng hồ thu, với N càng lớn thì vị trí lấy mẫu có khuynh hướng gần giữa thời bit hơn. Do vậy ở chế độ truyền này tốc độ truyền không thể cao được. 68

70 Nguyên tắc đồng bộ ký tự Mạch điều khiển truyền nhận được lập trình để hoạt động với số bít bằng nhau trong một ký tự kể cả số bit stop, bit start và bit kiểm tra giữa thu và phát. Sau khi phát hiện và nhận bit start, việc đồng bộ ký tự đạt được tại đầu thu rất đơn giản, chỉ việc đếm đúng số bit đã được lập trình. Sau đó sẽ chuyển ký tự nhận được vào thanh ghi đệm thu nội bộ và phát tín hiệu thông báo với thiết bị điều khiển (CPU) rằng đã nhận được một ký tự mới và sẽ đợi cho đến khi phát hiện bít start kế tiếp Nguyên tắc đồng bộ frame Khi thông điệp gồm khối các ký tự thường xem như một frame thông tin (information frame) được truyền, bên cạnh việc đồng bộ bit và đồng bộ ký tự, máy thu còn phải xác định được điểm đầu và điểm kết thúc một frame.điều này được gọi là sự đồng bộ frame. Nguyên tắc đơn giản nhất để truyền một khối ký tự có thể in được là đóng gói chúng thành một khối hoàn chỉnh bằng hai ký tự điều khiển truyền đặc biệt là STX và ETX. Mặc dù kế hoạch này thỏa mãn cho đồng bộ frame nhưng có trở ngại là nếu trong dữ liệu lại có bit giống STX và ETX thì sao? Để khắc phục vấn đề này, khi truyền STX hay ETX chúng ta sẽ được kèm theo một DLE ( Data Link Escape). Mặt khác để tránh nhầm lẫn giữa ký tự DLE đi kèm với STX hay ETX và byte giống DLE trong phần nội dung của frame, khi xuất hiện một byte giống DLE trong phần nội dung, nó sẽ được gấp đôi khi truyền đi Thông tin nối tiếp đồng bộ Khái quát Việc thêm các bit start và nhiều bit stop vào mỗi một ký tự hay byte trong thông tin nối tiếp bất đồng bộ làm cho hiệu suất truyền giảm xuống, đặc biệt là khi truyền một thông điệp gồm một khối ký tự. Mặt khác phương pháp đồng bộ bit được dùng ở đây trở lên thiếu tin cậy khi gia tăng tốc độ truyền. Vì lý do này người ta đưa ra phương pháp mới gọi là truyền đồng bộ, truyền đồng bộ khắc phục được những nhược điểm như trên. Tuy nhiên, cũng giống như truyền bất đồng bộ chúng ta chỉ cho phép những phương pháp nào cho phép máy thu đạt được sự đồng bộ bit, đồng bộ ký tự và đồng bộ frame. Trong thực tế có hai lược đồ truyền nối tiếp đồng bộ: truyền đồng bộ thiên hướng bit và truyền đồng bộ thiên hướng ký tự. 69

71 Nguyên tắc đồng bộ bit Sự khác nhau cơ bản của truyền bất đồng bộ và đồng bộ là đối với truyền bất đồng bộ đồng hồ thu chạy bất đồng bộ với tín hiệu đến, còn truyền đồng bộ thì đồng hồ thu chạy đồng bộ với tín hiệu đến, các bit start và bit stop không được dùng, thay vì vậy mỗi frame được truyền nhue là dòng liên tục các ký tự số nhị phân. Máy thu đồng bộ bit trong hai cách. Hoặc là thông tin định thời được nhúng vào trong tín hiệu truyền và sau đó được tách ra bởi máy thu, hoặc máy thu có một đồng hồ cục bộ được giữ đồng bộ với tín hiệu thu nhờ một thiết bị gọi là DPLL (Digital Phase Lock-Loop). Như chúng ta sẽ thấy, DPLL lơik dụng sự chuyển trạng thái từ bit 1->0 hay từ 0->1 trong tín hiệu thu để duy trì sự đồng bộ qua một khoảng thời gian định kì nào đó.lược đồ lai ghép là kết hợp cả hai cách.nguyên lí hoạt động của các lược đồ này được trình bày trên hình

72 71

73 Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự Có hai kiểu điều khiển truyền đồng bộ: đồng bộ thiên hướng ký tự và đồng bộ thiên hướng bit. Cả hai đều dùng các nguyên tắc đồng bộ bit giống nhau.khác nhau chủ yếu giữa hai lược đồ là phương pháp được dùng để đạt được sự đồng bộ ký tự và đồng bộ frame. Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự được dùng chủ yếu để truyền các khối ký tự, như là các tập tin dạng text.vì không có bit start hay bit stop nên cần phải có cách thức để đồng bộ ký tự.để thực hiện đồng bộ này, máy phát thêm vào các ký tự điều khiển, gọi là các ký tự đồng bộ SYN, ngay trước các khối ký tự truyền. Các ký tự điều khiển này phải có hai chức năng: trước hết, chúng cho máy thu duy trì đồng bộ bit, thứ hai, điều khiển đã được thực hiện, chúng cho phép máy thu bắt đầu biên dịch luồng bit theo các danh giới ký tự chính xác_ sự đồng bộ ký tự. Hình 3.2 (a) trình bày sự đồng bộ frame đạt được theo phương thức giống như truyền bất đồng bộ bằng cách đóng gói khối ký tự giữa cặp ký tự điều khiển truyền STX-ETX. Các ký tự điều khiển SYN thường được dùng bởi bộ thu để đồng bồ ký tự thì đứng trước ký tự STX (start of frame). Khi máy thu đã được đồng bộ bit thì nó chuyển vào chế độ làm việc gọi là chế độ bắt số liệu.điều này được trình bày trên hình 3.2 (b). Khi bộ thu vào chế độ bắt số liệu, nó bắt đầu dịch dòng bit trong một cửa sổ 8 bit khi tiếp nhận một bit mới. Bằng cachs này, khi nhận được mỗi bit, nó kiểm tra xem 8 bit sau cùng có đúng bằng ký tự đồng bộ hay không. Nếu không bằng, nó tiếp tục thu bit kế tiếp và lặp lại thao tác kiểm tra này. Nếu tìm thấy ký tự đồng bộ, cac ký tự tiếp được đọc sau mối 8 bit thu được. Khi ở trong trạng thái đồng bộ ký tự (và do đó đọc các ký tự theo đúng danh giới bit), máy thu bắt đầu xử lý mỗi ký tự thu nối tiếp để dò ra ký tự STX đầu frame. Khi phát hiện một STX, máy thu xử lý nhận nội dung frame và chỉ kết thúc công việc này khi phát hiện ra ký tự ETX. Trên một liên kết điểm nối điểm, thông thường máy phát sẽ quay trở lại truyền các ký tự SYN để máy thu duy trì cơ cấu đồng bộ.dĩ nhiên, toàn bộ thủ tục trên đều phải được lặp lại mỗi khi truyền một frame mới. Khi dữ liệu nhị phân đang được truyền, sự trong suôt dữ liệu đạt được giống như phương pháp đã được mô tả trong mục nguyên tắc đồng bộ frame trước đây, có nghĩa là dùng một ký tự DLE chèn vào trước STX và ETX, và chèn một DLE vào bất cứ vị trí nào trong nội dung có chứa một DLE.Trong trường hợp này, các ký tự SYN đứng trước ký tự DLE đầu tiên. 72

74 Truyền đồng bộ thiên hướng bit Việc dùng một cặp ký tự bắt đầu và kết thúc một frame để đồng bộ frame, cùng với việc thêm vào các ký tự DLE không hiệu quả cho việc truyền số liệu nhị phân.hơn nữa, dạng của các ký tự điều khiển truyền thay đổi theo các bộ mã ký tự khác nhau, 73

75 vì vậy chỉ có thể sử dụng với một bộ ký tự. Để khắc phục các vấn đề này người ta dùng lược đồ truyền đồng bộ thiên hướng bit. Lược đồ này được xem như lược đồ điều khiển dùng cho việc truyền các frame dữ liệu gồm dữ liệu in được và dữ liệu nhị phân. Ba lược đồ thiên hướng bít chủ yếu được trình bày trên hình 3.3.Chúng khác nhau chủ yếu ở phương pháp bắt đầu và kết thúc mỗi frame. Lược đồ hình 3.3 (a) được dùng nhiều cho các liên kết điểm nối điểm.bắt đầu và kết thúc một frame bằng một cờ 8 bit Dùng thuật ngữ thiên hướng bit vì luồng thu được dò theo từng bit. Do đó về nguyên lý nội dung của frame không nhất thiết phải là một bội số của bit. Để cho phép máy thu tiếp cận và duy trì cơ cấu đồng bộ bit, máy phát phải gửi một chuỗi các byte idle (nhàn rỗi) đúng trước cờ bắt đầu frame. Với NRZI mã hóa bit 0 trong idle cho phép DPLL tại máy thu tiếp cận duy trì sự đồng bộ đồng hồ. Khi nhận được cờ khởi đầu frame, nôi dung của frame được đọc và dịch theo các khoảng 8 bit cho đến khi gặp cờ kết thúc frame. 74

76 Để đạt được tính trong suốt dữ liệu, cần đảm bảo cờ không được nhận lầm trong phần nội dung.vì lý do này người ta dùng kỹ thuật chèn bit 0 hay còn gọi là kỹ thuật nhồi bit (bit stuffing). 75

77 Mạch thực hiện chức năng này đặt tại đầu ra của thanh ghi PISO.Mạch này chỉ hoạt động trong quá trình truyền nội dung của frame. Khi có một tuần tự 5 bit 1 liên tục nó sẽ tự động chèn vào một bit 0. Bằng cách này sẽ không bao giờ có cờ trong phần nội dung truyền đi. Một mạch tương tự tại máy thu nằm ngay trước lối vào thanh ghi PISO thực hiện chức năng gỡ bỏ bit 0 theo hướng ngược lại. 76

78 Lược đồ trình bày trong hình 3.3 (b) được dùng trong một vài mạng LAN.Khi đó môi trường truyền là môi trường quảng bá và chia sẻ cho tất cả các DTE.Để cho phép tất cả các trạm khác nhau đạt được sự đồng bộ bit. Trạm truyền đặt vào trước nội dung frame một mẫu bit gọi là mẫu mở đầu _preamble_ bao gồm mười cặp 10. Một khi đã đồng bộ, máy thu dò từng dòng bit một cho đến khi tìm thấy byte khởi đầu khung Một header cố định xác định phía sau bao gồm địa chỉ, thông tin chiều dài phần nội dung. Do đó, với lược đồ này máy thu chỉ cần đếm số byte thích hợp để xác định sự kết thúc mỗi frame. Lược đồ trình bày trên hình 3.3 (c) cũng được dùng với LAN.Sự bắt đầu và kết thúc của mối frame được chỉ định bởi các mẫu mã váo bit không chuẩn. Ví dụ mã Manchester, thay cho truyền một tín hiệu tại giữa thời bit, mức tín hiệu duy trì tại cùng mức như bit trước trong thời bit hoàn chỉnh (J) hay tại mức ngược (K). Một lần nữa, để phát hiện đầu và cuối frame, máy thu dò từng bit trước hết phát hiện JK0JK000 và sau đó phát hiện mẫu kết thúc JK1JK111. Vì các ký hiệu J, K là các mã bit không chuẩn, nên trong phần nội dung của frame sẽ không chứa các ký hiệu này, như vậy đạt được sự trong suốt dữ liệu Phát hiện và sửa lỗi Các mạng phải có khả năng cho phép truyền dữ liệu từ một thiết bị đến thiết bị khác với độ chính xác cao. Một hệ thống không thể đảm bảo rằng dữ liệu nhận được bởi một thiết bị là hoàn toàn giống với dữ liệu được truyền phát từ một thiết bị khác là một hệ thống vô dụng. Tại bất kỳ thời điểm nào dữ liệu được truyền đi từ nguồn tới đích, chúng có thể trở nên bị sai lạc trên đường truyền. Trong thực tế, người ta thấy rằng chỉ một phần nào đó của thông điệp bị thay đổi trên đường truyền. Có nhiều yếu tố, bao gồm nhiều đường truyền có thể thay đổi hoặc làm mất một hoặc một số bit của một đơn vị dữ liệu. Các hệ thống đáng tin cậy phải có cơ chế cho phép dò tìm và sửa những lỗi đó. Dữ liệu có thể bị sai lệch trong quá trình truyền. Đối với một truyền thông đáng tin cậy, các lỗi phải được dò tìm và sửa chữa. Dò tìm và sửa lỗi được thực hiện ở tầng liên kết dữ liệu hoặc tầng giao vận của mô hình OSI. 1. Các kiểu lỗi Bất cứ khi nào một tín hiệu điện từ di chuyển từ một điểm này tới điểm khác, nó dễ bị nhiễu không đoán trước từ sức nóng, từ tính và các dạng của của điện. Sự nhiễu này có thể làm thay đổi hình dạng và thời gian của tín hiệu. Nếu tín hiệu mang dữ 77

79 liệu nhị phân được mã hóa, những thay đổi như thế có thể làm thay đổi ý nghĩa của dữ liệu. Trong một lỗi đơn bit, một bit 0 được thay đổi thành 1 hoặc 1 thành 0. Trong một lỗi hàng loạt bit, nhiều bit bịt thay đổi. Ví dụ một nhiễu xung hàng hoạt kéo dài 0.01 giây trên đường truyền cùng với một tốc độ dữ liệu 1200 bps có thể thay đổi tất cả hoặc một vài bit trong 12 bit thông tin. Lỗi bit đơn Thuật ngữ lỗi bit đơn có nghĩa là chỉ một bit của một đơn vị dữ liệu (như là một byte ký tự, đơn vị dữ liệu) bị thay đổi từ 1 thành 0 và tư 0 đến 1. Trong lỗi bit đơn, chỉ một bit trong đơn vị dữ liệu bị thay đổi Để hiểu tầm ảnh hướng của thay đổi đó, chúng ta hình dung rằng mỗi nhóm 8 bit là một ký tự ASCII với một bit 0 được bổ sung vào bên trái. Trong hình vẽ, (ASCII STX) được gửi đi, có nghĩa là ký tự bắt đầu, nhưng bên nhận lại nhận được (ASCII LF- line feed). Lỗi bit đơn Các lỗi bit đơn là kiểu lỗi ít xảy ra trong truyền dữ liệu nói tiếp. Để hiểu lí do tại sao, ta hãy hình dùng người gửi thực hiện gửi dữ liệu với tốc độ 1 Mbps. Điều đó có nghĩa là một bit chỉ kéo dài trong khoảng 1/ giây hay 1 micro giây. Để lỗi bit đơn xảy ra, nhiễu phải nằm trong khoảng 1 micro giây, điều đó ít khi xảy ra; nhiễu thường kéo dài hơn nhiều so với khoảng đó. 78

80 Tuy nhiên, lỗi bit đơn có thể xảy ra nếu chúng ta gửi dữ liệu sử dụng truyền dữ liệu song song. Ví dụ, nếu có 8 đường song song được sử dụng để gửi tất cả 8 bit của một byte ở cùng một thời điểm, một trong những đường đó bị nhiễu, một bit có thể bị thay đổi trong mỗi byte. Ví dụ như thực hiện truyền dẫn song song trong một máy tính giữa CPU và bộ nhớ. Lỗi hàng loạt- Burst Error Thuật ngữ lỗi hàng loạt nghĩa là có 2 hay nhiều bit trong đơn vị dữ liệu có thay đổi bit 1 thành bit 0 và từ 0 thành 1. Lỗi hàng loạt có độ dài bằng 5 Trong trường hợp này, được gửi, nhưng bên nhận thì nhận được Chú ý là lỗi bit hàng loạt không phải luôn luôn có nghĩa là xảy ra ở các bit liên tiếp nhau. Chiều dài của một loạt được định lượng từ bit bịt lỗi đầu tiên tới bit bị lỗi cuối cùng. Một số bit nằm giữa có thể không bị ảnh hưởng Phát hiện sai trong truyền số liệu Phương pháp dò dùng dư thừa Redundancy Một cơ chế dò tìm lỗi phải thoả mãn những yêu cầu đặt ra cần phải gửi tất cả dữ liệu 2 lần. Thiết bị nhận sau đó sẽ có thể thực hiện công việc so sánh bit-bit giữa hai phiên bản dữ liệu. Bất kỳ sự khác nhau nào sẽ chỉ bảo một lỗi và một cơ chế sửa lỗi phù hợp sẽ được thiết lập tại đó. Hệ thống này sẽ hoàn thành một cách chính xác (các lỗi bít lẻ được đưa ra bằng đúng các bit trong cả hai tập dữ liệu là rất nhỏ), nhưng cách này cũng khá chậm, Không chỉ mất gấp đôi thời gian cho việc truyền dẫn mà còn mất thời gian cho quá trình so sánh từng đơn vị bit-bit. Khái nhiệm bao gộp thông tin bổ sung trong truyền dẫn chỉ dành cho mục đích so sánh là một cách tốt. Nhưng thay vì lặp lại toàn bộ dòng dữ liệu, một nhóm nhỏ hơn các bit có thể được ghép thêm vào cuối mỗi đơn vị. Kỹ thuật này được gọi là dư thừa 79

81 redundancy bởi vì các bit phụ thêm là dư thừa đối với dữ liệu thông tin; chúng sẽ bị loại bỏ ngay khi độ chính xác của truyền dẫn được xác nhận. Dò tìm lỗi sử dụng khái niệm về dư thừa có nghĩa là ghép thêm các bit phụ thêm cho việc dò tìm lỗi tại thiết bị nhận. Mô hình hoạt động của kỹ thuật dư thừa Một khi dòng dữ liệu được tạo ra, nó truyền qua một thiết bị và thiết bị này thực hiện phân tích dòng dữ liệu, bổ sung một mã kiểm tra dư thừa một cách hợp lý. Đơn vị dữ liệu giờ có chiều dài được mở rộng thêm nhiều bit (trong hình minh họa là 7 bit thêm), đi qua đường kết nối tới bên nhận. Bên nhận chuyển toàn bộ dòng dữ liệu đó qua một bộ phận chức năng kiểm tra. Nếu dòng bit nhận được kiểm tra dựa vào các tiêu chuẩn xác định, phần dữ liệu của đơn vị dữ liệu được chấp nhận và các bit dư thừa được loại bỏ. Có 4 kỹ thuật kiểm tra kiểu dư thừa được sử dụng trong truyền số liệu; kiểm tra VRC (Vertical redundancy Check) hay còn được gọi là kiểm tra chẵn lẻ, kỹ thuật LRC (Longitudinal Redundancy Check), kỹ thuật CRC (Cyclical Redundancy Check) và CheckSum. Ba kỹ thuật đầu tiên VRC, LRC và CRC thường được thực hiện trong tầng vật lý cho mục đích sử dụng trong tầng liên kết dữ liệu, còn kỹ thuật thứ 4- Checksum được sử dụng chính thức trong các tầng phía trên 80

82 Các kỹ thuật dò tìm lỗi Kỹ thuật VRC Cơ chế phổ biến và chi phí ít nhất cho dò tìm lỗi là kỹ thuật VRC, thường được gọi là kiểm tra chẵn lẻ. Trong kỹ thuật này, một bit dư thừa được gọi là bit chẵn lẻ được ghép vào mọi đơn vị dữ liệu sao cho tổng số các bit 1 trong đơn vị dữ liệu đó (bao gồm cả bit chẵn lẻ) trở thành chẵn. Trong kỹ thuật VRC, một bit chẵn lẻ được bổ sung vào tất cả các đơn vị dữ liệu sao cho tổng số bit 1 trong đơn vị dữ liệu trở thành một số chẵn. Khái niệm về kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ VRC Chú ý rằng để cho đơn giản, chúng ta chỉ bản luận về kiểm tra chẵn lẻ ở đó số các bít 1 sẽ là một số chẵn. Trong một vài hệ thống có thể sử dụng kiểm tra tính lẻ chẵn (odd parity). Nguyên tắc thì giống nhau nhưng việc tính toán thì khác nhau. Hiệu quả của kỹ thuật VRC VRC có thể dò tìm tất cả các lỗi bit đơn. Nó cũng có thể do tìm các lỗi hàng loạt bit miễn là tổng số các bit thay đổi luôn là số lẻ ( 1, 3, 5 ). Chúng ta hãy lấy ví dụ một đơn vị dữ liệu chẵn lẻ ở đó tổng số các bit 1 bao gồm bit kiểm tra chẵn lẻ là 6: Nếu bất kỳ 3 bit nào thay đổi giá trị, kết quả chẵn lẻ sẽ là lẻ và lỗi sẽ được dò tìm: : 9, :7, :5. Bộ kiểm tra VRC sẽ trả về một kết quả là 1 và đơn vị dữ liệu bị loại bỏ. Điều này cũng đúng đối với bất kỳ lỗi kiểu bit lẻ nào. Tuy nhiên, giả sử có 2 bit của đơn vị dữ liệu bị thay đổi: :8, :6, :4. Trong mỗi trường hợp số các bit 1 trong đơn vị dữ liệu vẫn luôn là chẵn. Bộ kiểm tra VRC không thể dò tìm khi tổng số các bit bị thay đổi là chẵn. Nếu bất kỳ hai bit nào thay đổi trong truyền dẫn, những thay đổi này loại 81

83 bỏ lẫn nhau và đơn vị dữ liệu vẫn qua được kiểm tra tính chẵn lẻ thậm chí đơn vị dữ liệu bị hư hại. Điều này cùng đúng đối với bất kỳ lỗi số chẵn nào. VRC có thể dò tìm mọi kiểu lỗi đơn. Nó có thể dò tìm các lỗi loạt bit khi và chỉ khi tổng số các lỗi trong mỗi đơn vị dữ liệu là lẻ Kỹ thuật LRC (Longitudinal Redundancy Check) Trong kỹ thuật LRC, một khối các bit được tổ chức trong một bảng (các hàng và các cột). Ví dụ, thay vì gửi một khối 32 bit, chúng ta tổ chức chúng thành trong một bảng tạo bởi 4 hàng và 8 cột,. Sau đó tính toán bit chẵn lẻ cho từng cột và tạo ra một hàng mới 8 bit, các hàng đó là các bit kiểm tra tính chẵn lẻ cho toàn khối. Chú ý là bit chẵn lẻ đầu tiên trong hàng thứ 5 được tính dựa vào tất cả các bit đầu tiên. Bit chẵn lẻ thứ 2 được tính toán dựa trên trên tất cả các bit thứ 2, vân vân Sau đó có thể đính kèm 8 bit chẵn lẻ vào dữ liệu gốc và gửi chúng tới bên nhận. LRC Trong kỹ thuật kiểm tra LRC, một khối các bit được chia thành các hàng và một hàng các bit dư thừa được thêm vào toàn khối. Hiệu quả của kỹ thuật LRC LRC là kỹ thuật tăng cường khả năng dò tìm các lỗi bit hàng loạt. Như ví dụ trước chúng ta đã thấy, một LRC của n bit có thể dễ dàng dò tìm một lỗi loạt bit của n bit. Một lỗi hàng loạt của nhiều hơn n bit cũng được dò tìm qua LRC với khả quan rất cao. Tuy nhiên, khi ở đó có một mẫu các bit vẫn chưa khắc phục được. Nếu 2 bit trong một đơn vị dữ liệu bịt thay đổi và hai bit ở cùng đúng vị trí trong đơn vị dữ liệu khác cũng bị hưu hại, Bộ kiểm tra LRC sẽ không dò tìm thấy lỗi. Ví dụ, ay xem xét có 2 đơn vị dữ liệu: và Nếu các bit đầu tiên và các bit cuối 82

84 cùng trong từng đơn vị dữ liệu đó bị thay đổi, tạo ra các đơn vị dữ liệu được đọc là và , lỗi đó không thể được dò tìm bởi LRC Kỹ thuật kiểm tra vòng CRC (Cyclic Redundancy Check) Kỹ thuật thứ 3 và là kỹ thuật mạn nhất trong các kỹ thuật kiểm tra dư thừa đó là kỹ thuật kiểm tra vòng CRC. Không giống như kỹ thuật VRC và LRC dựa chủ yếu vào phần bit bổ sung, kỹ thuật CRC dựa trên phép chia nhị phân. Trong CRC, thay vì thêm các bit để cùng đạt được một tính chẵn lẻ theo mong đợi, một chuỗi các bit dư thừa được gọi là CRC hay số dư CRC, được ghép vào cuối đơn vị dữ liệu do đó đơn vị dữ liệu kết quả có thể chia hết cho số nhị phân thứ hai được xác định trước. Tại đích của nó, đơn vị dữ liệu đến được chia bởi cùng số đó. Nếu tại bước này, phép chia có số dư bằng 0, đơn vị dữ liệu được coi là còn nguyên vẹn và do đó được chấp nhận. Nếu số dư khác không có nghĩa là đơn vị dữ liệu đó đã bị hư hại trong quá trình truyền và do đó bị loại bỏ. Các bit dư thừa được sử dụng bởi CRC lấy được từ phép chia đơn vị dữ liệu theo số chia đã xác định trước; phần dư của phép chia sẽ là CRC. Để có thể phân loại quá trình này, chúng ta bắt đầu một cách tổng quan và sau đó đi sâu vào chi tiết hơn. Bộ tạo và bộ kiểm tra CRC Bước thứ nhất, một chuỗi n bit được ghép vào đơn vị dữ liệu. Số n là một số nhỏ hơn số các bit trong số chia xác định trước có chiều dài n+1 bit Bước thứ hai, đơn vị dữ liệu mới kéo dài chia cho số chia sử dụng một quá trình gọi là chia nhị phân. Phần dư của phép chia là CRC. Bước thứ 3, CRC của n bit dẫn ra từ bước 2 thay thế các bit 0 được ghép vào cuối đơn vị dữ liệu. Chú ý là CRC có thể bao gồm tất cả các bit 0. Đầu tiên, dữ liệu được nhận, theo đó là CRC. Bên nhận coi toàn bộ chuỗi dữ liệu đó là một đơn vị và chia nó cho cùng số chia mà đã được sử dụng trước đó để tìm ra số dư CRC. 83

85 Nếu chuỗi đến mà không có lỗi, bộ kiểm tra CRC sẽ cho kết quả đầu ra là số dư bằng 0 và đơn vị dữ liệu được qua. Nếu chuỗi đó bị thay đổi trong quá trình truyền, kết quả phép chia là một số khác 0, do đó đơn vị dữ liệu không được qua. Bộ sinh CRC- CRC generator Một bộ sinh CRC sử dụng phép chia modulor 2. Trong bước đầu tiên, số chia 4 bit được trừ đi từ 4 bit đầu tiên của số bị chia. Mỗi bit của số chia được trừ đi tương ứng với bit của số bị chia mà không cần nhớ sang bit tiếp theo cao hơn. Trong ví dụ của chúng ta, số chia 1101 được trừ từ 4 bit của số bị chia, 1001 cho kết quả là 100 ( số 0 ở đầu của số dư được bỏ đi). 84

86 Các bít chưa được sử dụng tiếp theo từ số bị chia sau đó được chuyển xuống dưới để tạo ra số các bit trong số dư bằng với số các bit ở số chia. Do đó, theo bước tiếp theo là =101 Trong quá trình này, số chia luôn bắt đầu với bit 1; số chia được trừ từ một phần của số bị chia/số dư trước bằng nhau về độ dài; số chia chỉ có thể được trừ đi từ số bị chia/số dư mà bit trái nhất của nó bằng 1. Tại bất kỳ thời điểm nào bit trái nhất này của bị chia/số dư là 0, một chuỗi các số 0, có cùng chiều dài như số chia, thay thế số chia trong bước đó của toàn bộ quá trình. Ví dụ, nếu số chia có độ dài 4 bit, nó được thay thế bằng 4 số 0. (Chú ý rằng chúng ta đang xử lý với các mẫu bit, chứ không phải với các giá trị định lượng; 0000 không giống 0.). Hạn chế này có nghĩa rằng tại bất kỳ bước nào bên trái nhất của phép trừ sẽ là 0-0 hoặc 1-1, cả hai đều bằng 0. Vì vậy, sau phép trừ, bit bên trái nhất của số dư sẽ luôn dẫn tới 0, do đó bit này được loại bỏ và bit tiếp theo chưa được sử dụng của số bị chia được đẩy xuống để đưa ra số dư. Cần chú ý là chỉ có bit đầu tiên của số dư được loại bỏ- nếu bit tiếp theo cũng là 0, nó vẫn được giữ lại, và số bị chia/số dư cho bước tiếp theo sẽ bắt đầu với 0. Quá trình này lắp lại cho đến khi toàn bộ số bị chia được sử dụng. Bộ kiểm tra CRC- CRC Checker Bộ kiểm tra CRC thực hiện chức năng một cách chính xác như bộ sinh CRC. Sau khi nhận được dữ liệu được ghép với CRC, nó tương tự thực hiện phép chia modulor-2. Nếu số dư tất cả bằng 0, các bit CRC được bỏ đi và dữ liệu được chấp nhận, nếu không dòng các bit nhận được bị bỏ đi và dữ liệu được gửi lại. Chúng ta giải sử rằng không có lỗi xảy ra. Số chia do đó tất cả bằng 0 và dữ liệu được chấp nhận. 85

87 Các đa thức CRC Bộ sinh CRC (số chia) thường được biểu diễn không chỉ ở dưới dạng chuỗi các bit 0 và 1 mà còn là một đa thức đại số. Khuôn dạng của đa thức là hữu dụng vì hai lý do: Nó ngắn, và có thể được sử dụng để chứng minh khái niệm toán học 86

88 Mối quan hệ của một đa thức đối với biểu diễn nhị phân Một đa thức sẽ được lựa chọn sao cho thỏa mãn: Nó sẽ không được chia hết bởi x Nó có thể được chia hết bởi (x+1) Điều kiện đầu tiên đảm bảo rằng tất cả các lỗi hàng loạt bit có độ dài bằng với độ dài của đa thức được dò thấy. Điều kiện thứ 2 đảm bảo rằng mọi lỗi bit hàng loạt ảnh hưởn g một số lẻ các bit được dò thấy. 87

89 Các đa thức chuẩn Hiệu quả của kỹ thuật của CRC CRC là phương pháp dò tìm lỗi rất hiệu quả. Nếu số chia được chọn theo nguyên tắc đã nếu trước đó thì: CRC có thể dò tất cả các lỗi hàng loạt bit mà ảnh hưởng một số lẻ các bit CRC có thể dò tất cả các lỗi hàng loạt có chiều dài nhỏ hơn hoặc bằng bậc của đa thức. CRC có thể dò tìm với khả năng tìm thấy lỗi hàng loạt bit có chiều dài lớn hơn bậc của đa thức CHECKSUM Phương pháp dò tìm lỗi được sử dụng bởi các giao thức ở tầng cao hơn được gọi là checksum. Giống như VRC, LRC và CRC, checksum dựa trên khái niệm về dư thừaredundancy Bộ sinh checksum Ở bên gửi, bộ sinh checksum chia nhỏ đơn vị dữ liệu thành các phân đoạn bằng nhau n bit (thường là 16). Các phân đoạn này được cộng vào với nhau sử dụng phép tính phần bù số học sao cho tổng số cùng là n bit. Tổng đó sau đó được lấy phần bù và được ghép vào cuối đơn vị dữ liệu gốc với vai trò là các bit dư thừa và được gọi là trường checksum. Đơn vị dữ liệu được mở rộng được truyền qua mạng. Vì thế nếu tổng của đơn vị dữ liệu là T thì checksum sẽ là T. Bộ kiểm tra Checksum Bên nhận chia nhỏ đơn vị dữ liệu thành các phân đoạn như nói ở trên và thêm tất cả các phân đoạn sử dụng phần bù kết quả. Nếu đơn vị dữ liệu mở rộng toàn vẹn, giá trị tổng được tìm thấy bằng cách cộng các đơn vị dữ liệu và trường checksum sẽ bằng 0. Nếu kết quả khác không, gói tin chứa một lỗi và bên nhận loại bỏ gói này. 88

90 Bên gửi sẽ thực hiện các bước sau: Đơn vị dữ liệu được chia thành k phần, mỗi phần n bit Tất cả các phần được cộng với nhau sử dụng phép lấy phần bù để lấy được tổng. Tổng được lấy phần bù và trở thành checksum. Checksum được gửi đi cùng với dữ liệu Đơn vị dữ liệu và Checksum Bên nhận thực hiện các bước sau: Đơn vị dữ liệu được chia thành k phần, mỗi phần n bit Tất cả các phần được cộng với nhau sử dụng phép lấy phần bù để lấy được tổng. Tổng đó được lấy phần bù Nếu kết quả bằng 0, dữ liệu được chấp nhận, bằng không chúng bị loại bỏ. 89

91 Hiệu quả của kỹ thuật checksum Checksum dò được mọi lỗi xảy đối với một số lẻ các bit, cũng như hầu hết các lỗi xảy ra đối với số chẵn các bit. Tuy nhiên, nếu một hoặc nhiều bit của một phân đoạn bị hư hại và tương ứng với bit hoặc các bit có giá trị đối ngược nhau trong một phân đoạn thứ 2 thì không giải quyết được. Nếu số cuối của một phân đoạn là 0 và nó được đổi thành 1 trong quá trình truyền, khi đó bit 1 cuối trong phân đoạn khác phải được thay đổi thành 0 bằng không lỗi đó không thể được dò thấy. Trong LRC, hai bit 0 có thể thay đổi cả thành 1 mà không sửa đổi tính chẵn lẻ bởi vì các số nhớ được loại bỏ. Checksum bảo toàn tất cả các số nhớ; vì vậy mặc dù 2 bit 0 trở thành các bit 1 không thay đổi giá trị tại vị trí của chúng, chúng sẽ thay đổi giá trị của vị trí của bit tiếp theo cao hơn. Nhưng bất kể thời thời gian nào một đảo ngược bit được cân xứng bằng một đảo ngược bit với số tương ứng của phân đoạn dữ liệu khác, do đó lỗi là không hiển minh Sửa sai trong truyền số liệu Các cơ chế mà chúng ta đã biết đến giờ chỉ cho phép dò tìm lỗi nhưng không phải là cơ chế sửa lỗi. Sửa lỗi có thể được xử lý bằng 2 cách. Trong cách thứ nhất, khi một lỗi được phát hiện, bên nhận có thể để người gửi gửi lại toàn bộ đơn vị dữ liệu. Trong cách thứ 2, bên nhận có thể sử dụng mã sửa lỗi để sửa một số lỗi nhất định một cách tự động. Theo lý thuyết, có thể sửa bất kỳ lỗi mã nhị phân nào một cách tự động. Tuy nhiên các mã sửa lỗi phức tạp hơn nhiều so với các mà dò tìm lỗi và đòi hỏi nhiều bit dư thừa hơn. SỐ các bit cần để sửa một lỗi đa bit hoặc lỗi hàng loạt bi quá lớn trong phần lớn các trường hợp do đó nó trở nên không hiệu quả. Vì lý do này, phần lớn các phương pháp sửa lỗi chỉ giới hạn sửa lỗi cho một, hai hoặc ba bit lỗi. Sửa lỗi bit đơn Single-bit error correction Khái niệm dưới cách tiếp cận sửa lỗi có thể được hiểu một cách dễ dàng bằng việc kiểm tra trường hợp đơn giản nhất: Các lỗi bit đơn. Như chúng ta đã thấy ở phần trước, các lỗi bit đơn có thể được dò tìm bằng việc bổ sung một bit (chẵn lẻ) dư thừa và đơn vị dữ liệu (VRC). Một bit đơn bổ sung có thể dò tìm các lỗi bit đơn theo bất kỳ trình tự nào của các bit bởi vì nó chỉ phải phân biệt hai điều kiện: lỗi hoặc không lỗi. Một bit có 2 trạng thái (0 và 1). Hai trạng thái này là vừa đủ cho mức độ dò tìm này. Nhưng nếu chúng ta muốn sửa lỗi cũng như dò tìm các lỗi bit đơn thì sao? Hai trạng thái là đủ để dò tìm lỗi nhưng không đủ để sửa lỗi đó. Một lỗi xảy ra khi người nhận đọc bit 1 là bit 0 và bit 0 là bit 1. Để sửa lỗi đó, bên nhận đơn giản đảo ngược giá trị 90

92 bị sửa đổi. Tuy nhiên đề làm điều đó, cần phải biết bit nào là bit lỗi. Do đó nhiệm vụ của sửa lỗi là định vị bit không hợp lệ hoặc các bit không hợp lệ. Ví dụ, để sửa lỗi bit đơn trong một ký tự ASCII, mã sửa lỗi phải xác định bit nào trong 7 bit đó đã thay đổi. Trong trường hợp này, chúng ta phải phân biệt giữa 8 trạng thái khác nhau; không có lỗi, lỗi ở vị trí 1, lỗi ở vị trí 2 đến lỗi ở vị trí 7. Để làm được điều này đòi hỏi phải có đủ các bit dư thừa để thể hiện tất cả 8 trạng thái. Thoáng qua, chúng ta thấy nó giống như mã 3 bit dư có thể là vừa đủ bởi vì 3 bit có thể thể hiện 8 trạng thái (000 tới 111) và do đó có thể xác định vị trí của 8 khả năng khác nhau. Nhưng nếu một lỗi xuất hiện ở chính các bit dư thừa thì sao? 7 bit của dữ liệu (ký tự ASCII) cộng với 3 bit dư thừa bằng 10 bit. Tuy nhiên 3 bit chỉ có thể xác định 8 khả năng khác nhau. Các bit bổ sung là cần thiết để xác định toàn bộ các vị trí gây lỗi có thể xảy ra. Các bit dư thừa redundancy bits Để tính toán số các bit dư thừa r cần để sửa một số các bít dữ liệu (m bit) được cho, chúng ta phải tìm một mối quan hệ giữa m và r. Hình 9.16 thể hiện m bit của dữ liệu với r bit dư thừa được thêm vào. Chiều dài của mã kết quả sẽ là m+r. Dữ liệu và các bit dư thừa Nếu tổng số các bit trong một đơn vị khả truyền là m+r, thì r phải có thể xác định ít nhất m+r+1 các trạng thái khác nhau. Tất nhiên một trạng thái có nghĩa không lỗi và m+r trạng thái xác định vị trí của lỗi trong từng m+r vị trí. Vì vậy, m+r+1 trạng thái phải được xác định bằng r bit; và r bit có thể chỉ định 2 r trạng thái khác nhau. Do đó, 2 r phải bằng hoặc lớn hơn m+r+1: 2 r >=m+r+1 Giá trị của r có thể được xác định bằng việc đặt giá trị của m (chiều dài nguyên bản của đơn vị dữ liệu được truyền). Ví dụ, nếu giá trị của m bằng 7 (7 bit mã ASCII), giá trị r nhỏ nhất có thể thỏa mãn phương trình này là 4: 91

93 2 4 >=7+4+1 Số các bit dữ liệu (m) Số các bit dư thừa (r) Tổng số bit (m+r) Mối quan hệ giữa dữ liệu và các bit dư thừa Mã Hamming Từ trước tới nay chúng ta đã kiểm tra số các bit cần thiết để có thể kiểm soát toàn bộ các trạng thái lỗi bit đơn có thể xảy ra trong khi truyền. Nhưng làm cách nào chúng ta có thể xử lý các bit này để khám phá ra trạng thái nào đã xảy ra?. Một kỹ thuật được phát triển bởi R.W Hamming cung cấp một giải pháp thực tế. Định vị trí các bit dư thừa Positioning Redundancy Bits Mã Hamming có thể được áp dụng cho các đơn vị dữ liệu có chiều dài bất kỳ và sử dụng mỗi quan hệ giữa dữ liệu và bit dư thừa được bàn luận ở phần trên. Ví dụ, một mã ASCII 7 bit cần phải có 4 bit dư thừa mà có thể được thêm vào cuối đơn vị dữ liệu hoặc đặt rải rác với các bit dữ liệu gốc. Trong hình 9.17, những bit này được đặt ở các vị trí 1,2,4 và 8 (các vị trí trong chuỗi tuần tự 11 bit là bình phương của 2). Để thấy rõ trong các ví dụ dưới đây, chúng ta cần xem các bit r1, r 2, r 4 và r 8 Các vị trí của các bit dư thừa trong mã Hamming 92

94 Tính toán các bit dư thừa Trong mã Hamming, mỗi r bit là bit VRC cho một tổ hợp các bit dữ liệu; r1 là bit VRC cho một tổ hợp các bit dữ liệu, r là bit VRC cho tổ hợp các bit dữ liệu khác, vân vân Các tổ hợp được sử dụng để tích toán từng giá trị r cho chuỗi 7 bit dữ liệu như sau: r 1 : Các bit 1,3, 5, 7, 9, 11 93

95 r 2 : các bit 2, 3, 6,7, 10, 11 r 4 : các bit 4, 5, 6, 7 r 8 : các bit 8, 9, 10, 11 Mỗi bit dữ liệu này có thể bao gồm một hoặc nhiều tính toàn VRC. Trong các chuỗi trên, từng bit dữ liệu gốc được bao gồm trong ít nhất 2 tập hợp, trong khi r bit chỉ được bao gộp một lần. Để xem mẫu theo giải pháp này, hãy xem biểu diễn nhị phân của từng vị trí bit. Bit r 1 được tính toàn bằng cách sử dụng tất cả các vị trí mà biểu diễn nhị phân của nó bao gồm một bit 1 ở vị trí phải nhất. Bit r2 được tính toán bằng cách sử dụng tất cả các vị trí bit với một bit 1 ở vị trí thứ 2. Tính toán các giá trị r Trong bước đầu tiên, chúng ta thay thế từng bit của ký tự gốc trong các vị trí thích hợp của nó bằng đơn vị dữ liệu có chiều dài 11 bit. Trong các bước tiếp sau, chúng ta tính toán các giá trị chẵn lẻ đối với nhiều tổ hợp bit. Giá trị chẵn lẻ cho từng tổ hợp đó là giá trị tương ứng với r bit. Ví dụ, giá trị của r 1 được tính toán để cung cấp tính chẵn lẻ-chẵn đối với tổ hợp các bit 3, 5, 7, 9 và 11. Giá trị của r 2 được tính toán để cung cấp tính chẵn lẻ-chẵn với các bit 3, 6, 7, 10 và 11 vân vân Mã 11 bit cuối cùng được gửi qua đường truyền dẫn. Dò sửa lỗi tìm và 94

96 Giờ chúng ta hãy hình dung rằng theo thời gian khi dữ liệu được truyền tới bên nhận, số 7 bit đã bị thay đổi từ 1 thành 0 Bên nhận lấy dữ liệu từ đường truyền và tính toán lại 4 VRC mới sử dụng cùng tập bit đã được sử dụng bởi bên gửi cộng với bit chẵn lẻ tương ứng (r) đối với từng tập hợp (xem hình 9.21). Sau đó nó lắp ghép các giá trị chẵn lẻ đó vào một số nhị phân theo thứ tự của r (r 8, r 4,r 2,r 1 ). Trong ví dụ của chúng ta, bước nay cho chúng ta số nhị phân 0111 (bằng 7 trong hệ mười), là vị trí chính xác của bit lỗi. Một khi bit lỗi đã được xác định, bên nhận có thể đảo ngược giá trị của nó và thực hiện sửa lỗi đó. Sửa lỗi hàng loạt bit Mã Hamming có thể được thiết kế để sửa các lỗi hàng loạt bit có chiều dài cụ thể. Số các bit dư thừa cần thiết để tạo ra những sửa lỗi này là lớn hơn rất nhiều so với sửa lỗi bit đơn. Ví dụ, để sửa lỗi bit đôi, chúng ta cần phải xem xem hai bit đó có thể là tổ hợp của bất kỳ 2 bit bất kỳ trong toàn bộ chuỗi bit hay không. Sửa lỗi 3 bit của nghĩa là bất kỳ 3 bit nào trong toàn bộ chuỗi bit, vân vân Vì thế, giải pháp đơn giản được sử dụng mã Hamming để sửa các lỗi bit đơn phải được thiết kế lại để có thể áp dụng cho sửa lỗi đa bit. Những phần sửa lỗi nhiều bit và lược đồ phức tạp của chúng nằm ngoài phạm vi của quyền sách này. Lỗi bit đơn 95

97 Mã nén dữ liệu Mã 2Fa vi phân : người ta chỉ truyền khi nào có sự thay đổi dữ liệu. Nhờ đó mà giảm nhá số lượng thông tin truyền trên đường dây. Mã Run -Length encoding : Mã này được ứng dụng khi dãy dữ liệu có dòng dài các bit lặp lại, người ta thay vào đó tín hiệu kiểm tra và phát đi. ở bên thu nhận được nó sẽ lặp lại dãy tín hiệu đã thay thế. Huffman code : Là một mã thống kê tối ưu. Các tin xuất hiện nhiều, xác suất xuất hiện lớn thì được mã hóa bằng từ mã ngắn và ngược lại. Do đó độ dài trung bình của các từ mã sẽ nhá nhất, làm giảm thiểu rất nhiều lượng thông tin truyền trên đường dây làm giảm sai số. 96

98 Ví dụ : để tạo mã cho việc đo nhiệt độ từ 20 0 đến 30 0 C người ta lấy xác suất của nó và được sắp xếp thứ tự xuất hiện như bảng Các giao thức cửa sổ trượt ARQ dừng và chờ (Stop and Wait ARQ) Trạm nguồn truyền 1 frame dữ liệu cho trạm thu rồi dừng và chờ trạm thu trả lời. Nếu trạm thu thu frame tốt, nó sẽ gửi tín hiệu ACK (chấp nhận) cho phía phát. Khi đó phía phát sẽ gửi frame tiếp theo. Nếu trạm thu không thu được frame hoặc frame thu bị sai, nó sẽ gửi tín hiệu NAK (không chấp nhận) cho phía phát. Khi đó phía phát sẽ phải phát lại frame đã truyền. 97

99 Ưu điểm : ARQ dừng và chờ có ưu điểm là đơn giản. Khuyết điểm : không hiệu quả, thời gian trễ lớn. Hiệu suất Thời gian tổng cộng T D n(2t prop t frame ) Hiệu suất đường truyền U n t T t d prop V R d a t L frame L V R Trở lại N - ARQ (Go back - N - ARQ) Trạm phát gửi một loạt frame sang phía thu và sau một vòng lặp N phía thu mới gửi tín hiệu ACK hoặc NAK. frame Có ba trường hợp mất frame : A truyền frame thứ i đến B : B phát hiện ở frame có sai a B gửi NAK chỉ rằng frame i phải truyền lại. D 98

100 Khi A nhận được NAK của frame thứ i thì tất cả các frame từ i trở đi đều phải truyền lại. Frame i bị mất trong khi truyền, frame (i + 1) sẽ được gửi đi. B nhận frame (i + 1) không đúng thứ tự gửi NAK i đến A. Frame i bị mất trong khi truyền nhưng sau đó A không truyền frame (i + 1). B không nhận được gì và không trả lại ACK hay NAK. A sẽ dừng và sau thời gian quy định nó truyền lại frame i. Mất ACK có 2 trường hợp : B nhận được frame i và truyền ACK i+1 và nó bị mất trong khi truyền. B nhận được frame i và phát hiện frame i sai. B sẽ gửi NAK i cho A. Hiệu suất 1- P N 2a 1 U 1 2aP N(1- P) N 2a 1 (2a 1)(1- P NP) Truyền lại có lựa chọn ARQ (Selective Reject ARQ) Khi phát hiện sai ta chỉ truyền lại frame nào mà ta nhận được NAK hoặc với thời gian tạm nghỉ. So sánh với phương pháp trên, phương pháp này hiệu quả hơn, ít tốn thời gian hơn. Nhưng phương pháp này đòi hái phải có các bộ đệm có kích thước lớn để chứa các frame đứng sau các frame bị sai và sau đó bộ thu sắp xếp các frame theo đúng thứ tự phát đi. Do sự phức tạp đó mà phương pháp này ít được sử dụng. Primary (P) I(N) I(N+1) I(N+2) I(N+3) I(N+4) I(N+5) I(N) ACK(N) I(N) Secondary (S) I(N+1) I(N+2) I(N+3) I(N+4) I(N+5) 99

101 Trong ba phương pháp trên thì phương pháp Go back N ARQ được sử dụng nhiều nhất. Hiệu suất 1- P N 2a 1 U N(1- P) N 2a 1 1 2a 3.6. Mạch điều khiển truyền số liệu Khái quát Để thực hiện được các phương thức truyền một cách cụ thể, các nhà chế tạo đã cung cấp một loạt các IC chuyên dùng, các IC này chính là phần cứng vật lý trong một hệ thống thông tin, chúng hoạt động theo nguyên tắc của kỹ thuật số và vì vậy chế độ truyền đồng bộ hay bất đồng bộ phụ thuộc vào việc sử dụng đồng hồ chung hay riêng khi truyền tín hiệu số đi xa. Các IC đều là các vi mạch có thể lập trình được.đầu tiên lập trình chế độ hoạt động mong muốn bằng cách ghi một byte có nghĩa và thanh ghi chế độ mode register.sau đó ghi tiếp byte điều khiển vào thanh ghi lệnh command register để vi mạch theo đó mà hoạt động. Vì các giao tiếp truyền được dùng khá rộng rãi trong các thiết bị điện tử hiện đại, các vi mạch ngoại vi LSI đặc biệt đã được phát triển cho phép thực hiện các loại giao tiếp này.tên tổng quát của hầu hết các IC này là: + UART (Universal asynchronous receiver transmitter). 100

102 + USRT (Universal synchronous receiver transmitter): mạch này đồng bộ thiên hướng ký tự. + USART có thể hoạt động theo UART hay USRT tùy chọn. + BOPs (Bit-Oriented protocol circuits) mạch này đồng bộ thiên hướng bít. + UCCs (Universal communication control circuits) có thể lập trình cho cả 3 loại trên (UART, USRT hay BOPs). Cả UART và USART đều có khả năng thực hiện nhu cầu chuyển đổi song song sang nối tiếp để truyền số liệu đi xa và chuyển đổi nối tiếp sang song song khi tiếp nhận số liệu.đối với số liệu được truyền theo chế độ bất đồng bộ chúng cũng có khả năng đóng khung cho ký tự một cách tự động với START bít, PARITY bít và các STOP bít thích hợp. Hơn nữa, để tiếp nhận dữ liệu, UART và USART đều có khả năng kiểm tra các ký tự một cách tự động để phát hiện lỗi parity, và cả hai loại lỗi khác là lỗi định dạng frame (framing error) và lỗi chồng chập ký tự nhận (overrun error).lỗi định dạng frame có nghĩa là sau khi phát hiện đầu ký tự với một START bít, máy thu không phát hiện được số STOP bít thích hợp.điều này có nghĩa là ký tự truyền không được nhận một cách hoàn hảo và cần phải truyền lại.lỗi chồng chập ký tự có nghĩa là ký tự được nhận nhưng không được bộ vi xử lý đọc ra khỏi thanh ghi dữ liệu thu của USART trước khi nhận tiếp một ký tự mới.do đó, ký tự trước bị mất và sẽ phải truyền lại. Một sơ đồ khối của UART được trình bày trên hình 3.4.Ở đây chúng ta thấy rằng nó có bốn giao tiếp tín hiệu chủ yếu: giao tiếp với bộ vi xử lý, giao tiếp truyền, giao tiếp thu và giao tiếp điều khiển bắt tay (handshake control interface). Các LSI UART và USART không thể đứng một mình trong hệ thống truyền tin.hoạt động của chúng được điều khiển bởi một bộ xử lý có ứng dụng tổng quát ví dụ như các bộ xử lý thông thường.giao tiếp với bộ xử lý là giao tiếp được dùng để kết nối UART vào đơn vị xử lý trung tâm CPU (central processing unit).xem hình 3.4, chúng ta thấy rằng giao tiếp này bao gồm một bus dữ liệu hai chiều 8 bít (D0-D7) và 3 đường điều khiển CS, RD và WR. Tất cả dữ liệu truyền giữa UART và CPU diễn ra qua bus dữ liệu 8 bít này.hai hoạt động có sử dụng bus này là nạp dữ liệu từ phần thu của UART vào và xuất hiện dữ liệu ra phần truyền của nó.các loại thông tin khác cũng được chuyển qua giữa CPU và UART.Ví dụ các chỉ thị điều khiển chế độ, các chỉ thi lệnh điều hành, và các thông tin trạng thái. 101

103 Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quát của UART Các LSI UART có thể được cấu hình cho các chế độ hoạt động khác nhau thông qua phần mềm.các chỉ thị điều khiển chế độ là những gì phải được gửi đến UART để khởi động các thanh ghi điều khiển của nó tạo chế độ hoạt động mong muốn.ví dụ như khuông dạng của frame được dùng để truyền hay nhận dữ liệu có thể được cấu hình thông qua phần mềm.các tùy chọn tiêu biểu gồm chiều dài ký tự thay đổi từ 5 đến 8 bít; kiểm tra chẵn lẻ hay không kiểm tra. Chúng ta đã biết một UART không thể hiện được chức năng truyền tin.thật vậy, tuần tự của các sự kiện cần thiết khởi động truyền và nhận được điều khiển bởi các lệnh của CPU gửi đến UART.Ví dụ CPU có thể bắt đầu yêu cầu truyền số liệu bằng cách ghi một lệnh vào UART khiến ngõ điều khiển hướng ra RTS được thiết lập ở mức tích cực (0).Mức tín hiệu tích cực 0 trên RTS báo cho hệ thống ở đầu bên kia của đường truyền (ví dụ DCE) chuẩn bị nhận dữ liệu tại đầu thu của đường truyền tin, CPU có thể chấp nhận sẵn sàng nhận gửi dữ liệu bằng cách gửi một lệnh cho UART của nó, làm cho tín hiệu điều khiển DTR xuống mức thấp (0). Hầu hết các UART đều có thanh ghi trạng thái (status register) chứa thông tin liên quan đến trạng thái hiện hành của nó.ví dụ có thể chứa các bít cờ (flag bít) biểu thị 102

104 trạng thái hiện hành của các đường tín hiệu như RTS và DTR.Điều này cho phép CPU kiểm tra các trạng thái logic của các đường dây này bằng phần mềm. Ngoài các thông tin về mức logic của các đường điều khiển, thanh ghi trạng thái còn chứa các bít cờ biểu thị các điều kiện lỗi như parity, lỗi định dạng frame và lỗi chồng chập ký tự.sau khi nhận một ký tự, trước hết CPU đọc các bít này để chắc chắn rằng đã nhận được một ký tự hợp lệ, và nếu các bít này không ở mức tích cực (không lỗi) thì ký tự được đọc ra từ thanh ghi dữ liệu thu trong UART. Phía bên phải của sơ đồ khối ở hình 3.4 chúng ta có thể thấy giao tiếp truyền và giao tiếp thu.giao tiếp truyền có hai đường tín hiệu: transmit data (TxD) và transmit ready (TxRDY).TxD là đường mà qua đó bộ phận truyền của UART xuất ký tự nối tiếp ra đường truyền.như trình bày trên hình 3.5, đường ra này được nối đến ngõ nhập dữ liệu thu (RxD) của bộ phận thu trong hệ thống đầu xa của đường truyền. Thông thường bộ phận truyền của một LSI UART chỉ có thể giữa được một ký tự tại một thời điểm.các ký tự này được giữa trong thanh ghi dữ liệu truyền (transmit data register) trong UART.Vì chỉ có một ký tự có thể được giữ trong UART, nên UART phải phát tín hiệu cho CPU mỗi khi nó hoàn thành truyền ký tự này.đường TxRDY được cung cấp cho mục đích này.ngay sau khi hoàn tất truyền ký tự trong thanh ghi dữ liệu truyền, bộ phận truyền chuyển TxRDY sang mức tích cực.tín hiệu này sẽ gửi một ngắt (interrupt) vào CPU.Bằng cách này, sự xuất hiện của nó có thể khiến cho chương trình điều khiển qua chương trình phục vụ thích hợp và sẽ xuất các ký tự khác ra thanh ghi dữ liệu truyền và sau đó hoạt động truyền được khởi động trở lại. Bộ phận thu tương tự như bộ truyền mà chúng ta mới mô tả.tuy nhiên, ở đây đường dữ liệu thu (RxD) là đường nhập, nó chấp nhận các chuỗi bít ký tự nối tiếp được truyền từ bộ phận truyền của hệ thống ở đầu xa của đường truyền.lưu ý rằng trong hình 3.5 đầu nhập dữ liệu nối đến đầu truyền dữ liệu (TxD) của bộ phận truyền trong hệ thống tại đầu xa.ở đây tín hiệu hướng ra (RxRDY) được dùng như một ngắt gửi đến CPU, thông báo cho CPU biết đã nhận được một ký tự.chương trình con phục vụ ngắt này được khởi động, trước hết nó phải xác định ký tự này có hợp lệ hay không và nếu hợp lệ, nó phải đọc ký tự này ra khỏi thanh ghi dữ liệu thu của UART. Dùng các tín hiệu điều khiển bắt tay RTS, DTR và CTS, các loại giao thức truyền bất đồng bộ khác nhau có thể thực hiện được thông qua các giao tiếp này.một giao tiếp truyền truyền bất đồng bộ dùng các đường điều khiển này được trình bày trên hình 3.5.Trong ví dụ, một giao thức có thể được thiết lập sao cho khi đầu cuối số liệu muốn gửi số liệu đến máy tính nó sẽ phát một yêu cầu qua đầu ra RTS của nó.để làm điều này, CPU của đầu cuối số liệu một lệnh đến UART, lệnh này yêu cầu nó đưa 103

105 đường tín hiệu RTS xuống mức tích cực (mức logic 0).Mức tích cực trên RTS của đầu cuối được áp vào đầu nhập DRS của máy tính.bằng cách này, nó báo cho máy tính biết rằng đầu cuối số liệu muốn truyền số liệu vào máy tính. Khi máy tính sẵn sàng nhận số liệu, nó chấp nhận yêu cầu này bằng cách kích hoạt ngõ ra DTR trên UART của nó.cpu trong máy tính thực hiện điều này bằng cách gửi một lệnh cho UART bảo nó chuyển DTR xuống mức tích cực (mức 0).Tín hiệu này áp vào đầu ra CTS của UART của đầu cuối số liệu và báo với UART trong đầu cuối số liệu biết có thể bắt đầu xuất số liệu lên TxD.Cùng lúc đó, bộ phận thu trong UART ở máy tính cũng bắt đầu đọc số liệu từ ngõ nhập RxD của nó Giao truyền có thể lập trình UART 8250 của Intel Các hệ thông tin bất đồng bộ thường dùng các chip LSI giá thành rẻ như: Motorola 6850 ACIA (asynchronous communication interface adapters) dùng với họ vi xử lý 6800/68000 của motorola. National 8250 UART dùng với họ vi xử lý 8088/80x86 của intel. Hình 3.6 Mô tả cấu hình cơ bản của 8250 với ba phần giao tiếp chính là: giao tiếp với bus xuất/nhập IO của hệ thống, mạch định thời và giao tiếp RS

106 Giao tiếp Bus: + Đệm dữ liệu hai chiều 3 trạng thái (D0 D7): là cửa ngõ trao đổi dữ liệu song song, các từ điều khiển, và từ trạng thái của CPU. + DISTR (Data input strobe): tín hiệu hướng vào chọn đọc thông tin từ 8250, sử dụng một trong hai đường. + DOSTR (Data output strobe): tín hiệu hướng vào chọn ghi thông tin ra 8250, dùng một trong hai đường. + A0, A1 và A2: tín hiệu nhập, là địa chỉ dùng để chọn các thanh ghi bên trong 8250.Sự phân bố các địa chỉ tương ứng được trình bày trong bảng CS0, CS1 và CS2: cho phép 8250 hoạt động khi CS0 =0, CS1=1 và CS2=0. + ADS (address strobe) khi ở mức logic 0 cho phép thiết đặt địa chỉ A0, A1, A2 và các CS, cho các tín hiệu này ổn định trước khi sử dụng. + MR (master reset): khi ở mức logic 1 đưa 8250 về trạng thái ban đầu. 105

107 + INTRPT: là ngõ xuất yêu cầu ngắt quãng về CPU.Tín hiệu này lên mức logic 1 khi xảy ra một trong bốn loại ngắt quãng mà 8250 có thể phát ra: có cờ lỗi ở mức tích cực do số liệu nhị phân bị sai; nhạn số liệu tốt; bộ đệm truyền không còn số liệu để truyền; có thay đổi trạng thái trên các đường tín hiệu điều khiển modem. chọn. + CSOUT (chip select ouput): khi ở mức logic 1 báo cho biết 8250 đã được + DDIS (driver disable): ở mức logic 0 khi CPU đang đọc Xung đồng hồ và sự định thời gian Tần số xung đồng hồ của 8250 có thể được lấy từ một tín hiệu bên ngoài hoặc do một mạch dao động bên trong tạo ra nhờ nối với thạch anh.các tần số này xác định ở chân XTAL1, sau đó qua một mạch chia tần (có thể lập trình được) để tạo ra một tần số tín hiệu đồng hồ chủ.tần số này cao hơn tốc độ baud chọn 16 lần.tín hiệu đồng hồ chủ được dùng để điều khiển mạch phát bên trong 8250 sao cho mạch phát và mạch thu có thể làm việc theo những tần số khác nhau. Tần số tín hiệu đồng hồ chủ này được đưa ra ở chân BAUDOT, nếu chọn tần số đồng hồ khác cho mạch thu thì đưa vào các chân RCLK, còn nếu dùng cùng tần số thì nối hai chân này lại với nhau.cũng có thể xử lý tại tần số đồng hồ chủ để tạo ra tần số xung đồng hồ cho mạch thu Cấu trúc bên trong và hoạt động của 8250 Hoạt động của 8250 được điều khiển bởi các thành phần điều khiển và hỗ trợ điều khiển gồm các thanh ghi: thanh ghi điều khiển đường truyền LCR (line control register), thanh ghi trạng thái đường truyền (line status register), thanh ghi nhận dạng ngắt quãng IIR (interrupt iddentification register), thanh ghi cho phép ngắt quãng IER (interrupt enable register), thanh ghi điều khiển modem MCR (modem control register), thanh ghi đệm truyền THR (transmitter holding register) thanh ghi đệm nhận Các thiết bị điều khiển truyền số liệu Khái quát Trong nhiều ứng dụng truyền dữ liệu có một yêu cầu chung là phải đáp ứng sự phân tán các đầu cuối thông tin, thí dụ như các máy tính cá nhân, tất cả các đầu cuối đều có nhu cầu truy xuất một dịch vụ tính toán trung tâm. Dịch vụ này có thể điều hành một dịch vụ thư điện tử trung tâm hay một cơ sở dữ liệu trung tâm.nếu tất cả các đầu cuối đặt ở các vị trí khác nhau, chỉ có một giải pháp cung cấp một đường thông tin riêng biệt cho mỗi đầu cuối.giả sự các đầu cuối được phân bố xung quanh nối trực 106

108 tiếp vào máy tính trung tâm, còn nếu như các máy tính được phân bố xa trung tâm hầu hết đều phải dùng một Modem để thực hiện cầu nối chuyển mạch hay dùng đường dây thuê riêng.trong các trường hợp có nhiều đầu cuối gần nhau có thể dùng một thiết bị gọi là bô ghép kênh MUX (multiplexer) để tối thiểu số dây dẫn cần nối đến trung tâm.các thiết bị này được dùng cùng với đường truyền dẫn có tốc độ cao hơn tốc độ của các thiết bị đầu cuối thành phần. Có hai dạng thiết bị ghép kênh đó là: các bộ ghép kênh phân thời gian, và các bộ ghép kênh thống kê.bộ ghép kênh thời gian phân phối cố định cho mỗi đầu cuối một phần khả năng truyền để cùng chia sẻ đường truyền tốc độ cao với các đầu cuối khác. Bộ ghép kênh thống kê chỉ phân phối khả năng truyền theo như cầu mang tính thống kê Bộ ghép kênh phân thời Để thực hiện hoạt động ghép kênh, vi xử lý dùng 2 bộ đệm 2 byte cho mỗi UART, một cặp cho truyền và một cặp cho nhận. Để truyền, mỗi byte nhận từ UART được lưu giữ đơn giản theo phương pháp lặp trong bộ đệm 2 byte. Đồng thời vi xử lý đọc nội dung hiện hành của mỗi bộ đệm 2 byte theo các đoạn 8 bit đồng bộ với tốc độ bit của liên kết tốc độ cao. Thủ tục theo chiều ngược lại cũng được xúc tiến để tiếp nhận từ liên kết tốc độ cao dùng bộ đệm kia. Các bit điều khiển bắt tay được cài theo phương pháp đã thống nhất trước nhằm phản ánh trạng thái tương ứng của đường dây liên quan đến giao tiếp tương ứng Bộ ghép kênh thống kê Mỗi đầu cuối trong một bộ ghép kênh phân thời liên quan đến một khe ký tự cố định trong mỗi frame.nếu đầu cuối hay máy tính không có dữ liệu truyền khi bộ xử lý quét qua UART tương ứng, vi xử lý phải chèn các ký tự NUL vào trong khe này, vì thế rất không hiệu quả trong việc sử dụng băng thông đường truyền sẵn có.nếu liên kết dữ liệu thuộc sở hữu tư nhân thì điều này không cần bận tâm.nhưng nếu là đường truyền công cộng thì nó có ảnh hưởng rất lớn.phương pháp ghép kênh hiệu quả hơn là ghép kênh thống kê (statiscal multiplexing). Bộ ghép kênh thống kê hoạt động theo nguyên lý tốc độ trung bình dữ liệu của ký tự nhập tại một đầu cuối thường thấp hơn nhiều so với khả năng truyền dẫn của đường dây. Nếu tốc độ dữ liệu của người dùng thay vì tốc độ của đường truyền thì tốc độ bit của liên kết dữ liệu chung thấp hơn nhiều và giá thành giảm đi đáng kể.giả sử một vị trí ở xa có 8 đầu cuối cần nối đến một máy tính trung tâm ở xa qua đường truyền dẫn công cộng, giả sử đường truyền có tốc độ tối đa là 4800bps. Dùng một MUX cơ bản 107

109 và một đường dây đơn, tốc độ hoạt động danh định của mỗi đầu cuối phải nhỏ hơn 600bps, giả sử là 300bps.Ảnh hưởng của giới hạn này là thời gian đáp ứng của máy tính đối với mỗi ký tự được gõ vào đầu cuối thường thấp hoặc một nếu một khối ký tự đang được truyền đến đầu cuối thì thời gian trễ có thể nhận thấy được.dĩ nhiên nếu tốc độ dữ liệu trung bình đầu cuố là 300bps thì với bộ ghép kênh thống kê thì dữ liệu có thể được truyền bởi một đầu cuối với tốc độ tối đa có thể là 4800bps, do đó thời gian đáp ứng trung bình đối với mỗi ký tự gõ vào được cải thiện đáng kể. Vì các ký tự được truyền trên liên kết số liệu chung căn cứ theo thống kê thay cho sự phân phối trước, nên mỗi ký tự hay nhóm ký tự được truyền cũng phải mang thêm thông tin nhận dạng Một số giao thức liên kết dữ liệu Giao thức HDLC (High level data link control) Đây là giao thức hướng bit (BOP - Bit Oriented Protocol) Dạng bản tin G(x): x 16 + x 12 + x flag (Header) ( byte) 2 byte flag Address Control Tin (số các bít) FCS Để thông suốt bản tin (transparent): khi phát số liệu 5 bit 1 liên tiếp ta chèn thêm 1 bit 0 để không nhầm lẫn với Flag (báo hiệu kết thúc bản tin). Khi thu thì bit 0 chèn thêm được khử bỏ. Từ điều khiển Cho ta biết 3 dạng của bản tin: dạng I, dạng S, dạng U Dạng I (Information): Bit 0= 0 : dạng I; N(S): thứ tự cửa sổ phát ; N (R): thứ tự cửa sổ chờ thu. P =1: yêu cầu phải trả lời; F =1: bên thu trả lời. Dạng S (SuperVisor): điều khiển trao đổi số liệu Bit 0,1= 01 : dạng S 108

110 S = 00:RR, Receive Ready; đã nhận tới N(R)-1, chờ thu N(R) = 10: RNR, ---- Not ; , chưa thể thu N(R) = 10: REJ, Reject ; , yêu cầu phát lại từ N(R) = 11: SREJ, Select Rej ; , yêu cầu phát lại chỉ N(R). - Dạng U(Unnumbered): điều khiển quá trình nối, tách, thông báo Bit 0,1= 11 : dạng U U = 1111p100: SABM: yêu cầu kết nối 2 máy ngang nhau = 1111p000: SARM: có chính phụ = 1100p001: SNRM: ,phụ chỉ thực hiện = 1100p010: DISC: yêu cầu tách (kết thúc) = 1100F110: UA(Unnumbered Acknowlegde): đồng ý, chấp nhận Ngoài ra có lệnh reset RESET: khởi tạo lại kết nối. Frame Reject FRMR: khước từ nhận gói dữ liệu Command Reject CMDR: thông báo khước từ thực hiện lệnh Trao đổi bản tin Quá trình nối tách: Quá trình thu - phát: 109

111 Nhận xét HDLC: Sơ đồ điều khiển tương đối đơn giản (không cần tập kí tự điều khiển) Nhận bit by bit nên mềm dẻo, dễ tương thích với các hệ khác. Overhead ngắn, ít tín hiệu điều khiển nên tốc độ cao Thông suốt bản tin đơn giản, bổ sung ít bit HDLC được coi là chuẩn quốc tế thích ứng với các hệ thống phức tạp Giao thức BSC (Binary Synchonous Communication) Đây là giao thức hướng kí tự (COP Character Oriented Protocol) Tập kí tự điều khiển ( cột 1 và 2 trong bảng mã ASCII) SOH(01): Start of header ACK (06): Acknowledge STX(02): Text DLE (10): Data Link escape ETX(03): End of Text NAK (15): Negative ACK EOT(04): End of Tranmission SYN (16): Synchonous ENQ(05): Enquiry ETB (17): End of Block Dạng bản tin - Số liệu: 110

112 - Để thông suốt bản tin: Khi phát ra số liệu gặp Byte chùng với DLE ta chèn thêm DLE và khi thu khử bỏ DLE chen thêm. N(S): thứ tự của số phát, ADR: địa chỉ nơi nhận. - Điều khiển: SYN SYN EOT ADR P/S ENQ polling: hỏi Selecting: chọn ( NAK,EOT) EOT có hai chức năng: Kết thúc trao đổi SL Khởi tạo lại kết nối. Trao đổi bản tin Ở chế độ hỏi (Polling) P gửi lệnh hỏi tất cả các trạm, yêu cầu các trạm gửi cho P. 111

113 Chế độ hỏi (Polling Mode) Chế độ chọn (selecting Mode) P Poll EOT S Secondary P Select NA S I(1) EOT ACK(1) AC I(n) I(1 ACK(1) ACK(n) I(n) EOT ACK(n) EOT Nếu trạm Si có số liệu cần trao đổi với P, Si sẽ gửi số liệu cho đến khi không còn số liệu để trao đổi. nếu S i không có số liệu để trao đổi với P, S i gửi thông báo kết thúc EOT. Ở chế độ chọn (Selecting) P gửi lệnh chọn một trạm Si. Nếu Si không sẵn sàng trao đổi với P, Si gửi thông báo NAK và P sẽ kết thúc phiên giao dịch với Si bằng việc gửi thông báo EOT. Trong trường hợp ngược lại Si gửi ACK và P sẽ gửi số liệu cho Si. P chủ động kết thúc kết nối bằng việc gửi thông báo EOT khi không còn số liệu gửi cho S i nữa Giao thức PPP Giao thức PPP(Point-to-Point Protocol) là giao thức dùng để đóng gói dữ liệu cho truyền thông điểm điểm. PPP là một chuẩn để gán và quản lý địa chỉ IP, đóng gói dị bộ(asynchronous start/stop), đồng bộ định hướng bít(bit-oriented synchronous), giao thức mạng phân kênh(network protocol multiplexing), cấu hình kết nối(link configuration), kiểm tra chất lượng kết nối(link quality testing),phát hiện lỗi(error detection), bao gồm cả giao thức kiểm soát tầng kết nối LCP(Link Control Protocol) và giao thức kiểm soát tầng mạng NCP(Network Control Protocols) phục vụ cho việc lựa chọn địa chỉ tầng liên kết, việc nén dữ liệu truyền, cũng như xác định các cấu hình tham số cho tầng liên kết. PPP hỗ trợ trong nhiều bộ giao thức khác nhau như: 112

114 bộ giao thức Intranet/Internet IP, bộ giao thức IPX - Novell's Internetwork Packet Exchange, bộ giao thức DECnet,... Các thành phần của PPP PPP cung cấp phương pháp để truyền các khung dữ liệu(datagrams) trên các liên kết tuần tự điểm - điểm(serial point-to-point links). PPP có 3 thành phần chính: - HDLC - Phương pháp đóng gói các khung dữ liệu trên các liên kết điểm - điểm.. PPP dùng giao thức HDLC(High-Level Data Link Control protocol) là cơ sở cho việc đóng gói này - LCP - để lập cấu hình và kiểm tra kết nối - data link connection. - NCP - để lập cấu hình các giao thức tầng mạng (network layer protocols). PPP được thiết kế dùng cho nhiều bộ giao thức mạng khác nhau. Nguyên tắc làm việc của PPP Giới thiệu Để lập kết nối qua liên kết PPP, đầu tiên PPP gửi khung LCP để cấu hình và kiểm tra liên kết dữ liệu(data link). Sau đó liên kết được lập, PPP gửi khung NCP để chọn và cấu hình các giao thức tầng mạng(network layer). Yêu cầu của tầng vật lý PPP có 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. Yên cầu tuyệt đối của PPP là mạch song công (duplex circuit), hoặc mạch chuyên dụng(dedicated), hay chuyển mạch (switched), Các mạch này có thể làm việc ở chế độ tuần tự bit dị bộ (asynchronous) hay đồng bộ (synchronous bit-serial mode), trong suốt với các khung PPP tầng liên kết (link layer). PPP không bắt buộc một hạn chế gì về tốc độ truyền trên DTE/DCE interface. Yêu cầu của tầng PPP link PPP dùng các nguyên tắc, thuật ngữ, cấu trúc khung của ISO(the International Organization for Standardization) HDLC thủ tục (ISO ), được thay bằng ISO 3309:1984/PDAD1 Addendum 1: Start/Stop Transmission. ISO xác định cấu trúc khung HDLC dùng cho môi trường đồng bộ. ISO 3309:1984/PDAD1 thay cho ISO dùng cho môi trường dị bộ. Thủ tục điều khiển PPP dùng để xác định mã hoá trường điều khiển được chuẩn hoá trong ISO and ISO / Addendum Qui cách khung dữ liệu PPP gồm 6 trường được mô tả dưới đây: 113

115 Các trường trong khung PPP gồm: Flag - Trường cờ 1 byte xác định bắt đầu hay kết thúc của 1 khung, gồm một chuỗi nhị phân Address - Trường địa chỉ 1 byte gồm một chuỗi nhị phân , địa chỉ broadcast chuẩn, PPP không gán địa chỉ trạm riêng. Control - Trường điều khiển 1 byte gồm một chuỗi nhị phân , mà nó điều khiển việc truyền các khung dữ liệu không tuần tự. Protocol - Trường giao thức 2 byte xác định giao thức đóng gói của khung. Data - có thể là 0 hoặc nhiều byte, giá trị mặc định là 1500 byte. Frame check sequence (FCS) - Chuỗi kiểm tra khung 16 bit (2 byte). Cho phép PPP phát hiện lỗi Giao thức điều khiển PPP link LCP PPP LCP cung cấp phương pháp lập, cấu hình, duy trì và kết thúc kết nối điểm-điểm(point-to-point). LCP trải qua 4 pha khác nhau: Pha đầu lập và cấu hình kết nối, trước khi truyền dữ liệu LCP mở kết nối để cấu hình, xác lập các tham số kết nối. Khi pha này kết thúc khung xác lập cấu hình đã được gửi và nhận, do đó cũng xác định luôn được chất lượng kết nối. Pha xác định chất lượng kết nối. Pha cấu hình tầng mạng NCP làm việc khi chất lượng kết nối xác nhận là đảm bảo Pha cuối là kết thúc, khi chất lượng kết nối không đảm bảo hay kết thúc truyền. PPP trong kết nối WAN Các kết nối WAN trong mạng IP, IPX hay DECnet đều dùng PPP. 114

116 Chương 4. Tầng mạng 4.1. Vai trò của tầng mạng Tầng mạng nhắm đến việc kết nối các mạng với nhau bằng cách tìm đường (routing) cho các gói tin từ một mạng này đến một mạng khác. Nó xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Nó luôn tìm các tuyến truyền thông không tắc nghẽn để đưa các gói tin đến đích Các dịch vụ cung cấp cho tầng mạng - Các dịch vụ phải độc lập với công nghệ được dùng trong mạng. - Tầng giao vận phải độc lập với công nghệ được dùng trong mạng. - Các địa chỉ mạng phải thống nhất để tầng giao vận có thể dùng cả mạng LAN và WAN. Có 2 loại dịch vụ: - Dịch vụ truyền tin có liên kết (Connection Ặriennted Service) - Dịch vụ truyền tin không liên kết (Connectionless Service) Sự khác nhau giữa hai dịch vụ Vấn đề Dịch vụ có liên kết Dịch vụ không liên kết Khởi động kênh Cần thiết Không Địa chỉ đích Chỉ cần lúc khởi động Cần ở mọi gói tin Thứ tự gói tin Được đảm bảo Không đảm bảo Kiểm soát lỗi Ở tầng mạng Ở tầng giao vận Điều khiển thông lượng Ở tầng mạng Ở tầng giao vận Thảo luận tham số Có Không Nhậ dạng liên kết Có Không Các hàm cơ bản của dịch vụ liên 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) 115

117 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() Các hàm cơ bản của dịch vụ không liên 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 phép NSD dịch vụ mạng biết tỷ lệ phần trăm gói tin đang được giao vận. Hàm N_REPORT.indication cho phép tầng mạng thông báo lại cho NSD dịch vụ mạng Tổ chức các kênh truyền tin trên mạng Có hai loại kênh truyền tin hoạt động trong mạng: Kênh ảo (virtual circuit) Tương tự kênh điện thoại trong tầng vật lý sử dụng trong mạng có liên kết. Kênh ảo được thiết lập cho mỗi liên kết. Một khi đã được thiết lập thì các gói tin được chuyển đi tương tự trong mạng điện thoại cho đến khi liên kết bị hủy bỏ. Mỗi nút mạng chứa một kênh ảo, với cửa vào cho một kênh ảo Khi một liên kết được khởi động, một kênh ảo chưa dùng sẽ được chọn Nút chọn kênh ảo chứa đường dẫn đến trạm tiếp theo và có số thấp nhất Khi gói tin khởi động đến nút đích, nút chọn kênh ảo có số thấp nhất thay thế số trong gói tin và chuyển vào trạm đích. Số kênh ảo nối với trạm đích có thể khác số kênh ảo mà trạm nguồn sử sụng Mạng Datagram 116

118 Tương tự với điện báo sử dụng trong mạng không liên kết. Trong mạng này, không có tuyến đường nào được thiết lập. Các gói tin có thể đi theo nhiều đường khác nhau mà không nhất thiết theo một trình tự xác định. Thông tin vào là địa chỉ đích, thông tin ra là nút mạng phải tới. Mạng Datagram phức tạp về điều khiển nhưng nếu kênh hỏng thì dễ dàng đi theo kênh khác. Do đó có thể giải quyết được vấn đề tắc nghẽn dữ liệu. Các đắc trưng của mạng Datagram và mạng kênh ảo 4.4. Các kỹ thuật định tuyến trên mạng Các phương pháp định tuyến trong mạng chuyển mạch kênh Định tuyến trong mạng chuyển mạch kênh là quá trình xác định đường đi giữa các nút mạng đảm bảo tối ưu về kinh tế và kỹ thuật của mạng, các điều kiện phải tuân thủ trong quá trình định tuyến trong mạng PSTN gồm: Không lặp vòng giữa các nút mạng, thủ tục điều khiển đơn giản, sử dụng và quản lý thiết bị hiệu quả và đáp ứng được các yêu cầu thay đổi trong tương lai. Hai phương pháp định tuyến cơ bản thường sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh là định tuyến cố định và định tuyến luân phiên. Định tuyến cố định thường được sử dụng trong các kết nối trực tiếp hoặc các mạng cấp thấp. phương pháp này đơn giản và nhanh chóng khi toàn bộ các hướng đều được ngầm định. Định tuyến cố định bị hạn chế khi xảy ra sự cố và không linh hoạt lựa chọn tuyến, dẫn tới khả năng tắc nghẽn cao khi lưu lượng không ổn định. 117

119 Hình 4.1. Định tuyến luân phiên Định tuyến luân phiên bao gồm hai kiểu luân phiên cố định và luân phiên động, trong thực tế việc áp dụng nguyên tắc định tuyến luân phiên được thực hiện như hình 4.1. Trong đó, lưu lượng giữa hai nút mạng A và C có thể thực hiện qua hai tuyến: tuyến trực tiếp A-C, tuyến tràn A-T-C. Nguyên tắc chung khi các kênh trên tuyến A-C bị chiếm hết thì lập tức lưu lượng tràn sẽ được chuyển sang tuyến A-T-C. Nếu lúc đó, tuyến A-T-C mà cũng bị chiếm hết thì lưu lượng tràn này sẽ bị tổn thất. Trong định tuyến như hình 5.1, được gọi là định tuyến luân phiên cố định bởi vì mỗi một tuyến số kênh được khai báo sử dụng là cố định được tính toán dựa trên kết quả dự báo lưu lượng. Trong trường hợp kết quả dự báo lưu lượng sai thì sẽ xảy ra hai trường hợp: lưu lượng sẽ bị tổn thất nhiều dẫn đến chất lượng dịch vụ không cao hoặc các kênh bị thừa nhiều dẫn đến hiệu quả sử dụng kênh không cao. Trong định tuyến luân phiên tự động, nếu một cuộc gọi thành công trong một tuyến đã cho thì việc chọn mạch đó được lưu lại. Trái lại, đối với lựa chọn hiện tại mà cuộc gọi không thành công thì sẽ thực hiện một lựa chọn mới cho cuộc gọi tiếp theo. Do sử dụng báo hiệu kênh chung giữa các tổng đài kết hợp với các tổng đài có các tuyến nối đến nhiều trung tâm bậc cao hơn thì có thể tạo nên một kế hoạch định tuyến luân phiên tự động phức tạp. Như vậy, nếu một cuộc gọi gặp tắc ghẽn tại mức cao hơn trong phân cấp, nó có thể quay lại tổng đài bậc thấp hơn và chọn một tuyến đi khác. 118

120 Định tuyến luân phiên tự động sẽ định tuyến lại các cuộc gọi ra từ một tuyến mức sử dụng cao bất cứ khi nào mà nó không thể chuyển tải lưu lượng được. Điều này có thể xảy ra nếu có sự thay thế tuyến lưu lượng cao hơn hỏng hóc. Như thế rất có lợi vì lưu lượng vẫn đến được đích của nó trong khi nó không thể làm được nếu chỉ có các tuyến trực tiếp. Tuy vậy, nếu bổ sung thêm một lưu lượng lớn vào tuyến trung kế có thể gây nên tắc ghẽn các cuộc gọi cho các điểm thu mà chỉ do tuyến này phục vụ (nó sẽ đến hầu hết các tổng đài khác trong mạng). Một giải pháp cho khó khăn này là dành trước đường trung kế. Một phần các mạch trên tuyến cuối cùng được dành riêng cho các cuộc gọi mà chỉ xảy ra trên tuyến đó. Như vậy, các cuộc gọi này vẫn đạt được một mức dịch vụ hợp lý khi lưu lượng tràn qua một tuyến tăng bất thường. Để khắc phục nhược điểm trên kiểu định tuyến luân phiên động được đưa ra. Nó được chia thành hai loại: định tuyến động theo trạng thái trung kế và định tuyến động theo thời gian. Nguyên tắc định tuyến động theo trạng thái trung kế : Để truyền tải lưu lượng giữa hai nút mạng, số lượng kênh trên các hướng không gán cố định. Trong trường hợp có các cuộc gọi xuất hiện giữa hai nút trung tâm quản lý mạng sẽ xác định được trạng thái các kênh trên các hướng và điều khiển để chiếm vào một kênh rỗi. Để thực hiện được nguyên tắc này cần phải xây dựng được một mạng quản lý tổng thể. Một trung tâm quản lý mạng sẽ kết nối tới tất cả các phần tử trên mạng thông qua một mạng truyền số liệu và xử lý các số liệu về tình trạng chiếm dùng các trung kế. Nguyên tắc định tuyến động theo thời gian : Trong thực tế lưu lượng xuất hiện trong một khu vực hay giữa hai nút mạng là thay đổi theo giờ trong ngày. Ví dụ nếu vùng phục vụ của hai nút mạng là khu thương mại thì lưu lượng vào buổi sáng hoặc chiều là rất cao, trong khi đó lưu lượng vào buổi tối thấp. Ngược lại, trong các khu dân cư, lưu lượng vào buổi tối thường cao hơn ban ngày. Để đảm bảo đáp ứng được sự thay đổi lớn về lưu lượng như vậy tại các nút mạng số lượng kênh cung cấp cho các tuyến sẽ thay đổi theo nhu cầu một cách tự động (theo giờ). Định tuyến luân phiên tự động phức tạp hơn có thể gây ra tắc nghẽn bắt nguồn từ một phần của mạng dẫn đến sự bùng nổ lưu lượng tràn qua các tuyến khác. Rõ ràng điều này là không mong muốn, nên người ta dựa vào kỹ thuật quản lý mạng. Một trung tâm quản lý tập trung có thể giám sát lưu lượng trên các tuyến khác nhau và nếu cần nó có thể giảm hoặc cắt toàn bộ lưu lượng bắt nguồn từ các trung tâm chuyển mạch để ngăn ngừa sự quá tải. Theo kiểu định tuyến chuyển mạch theo thời gian, các thay đổi định tuyến thay thế luôn phù hợp với điều kiện lưu lượng trong mỗi một chu kỳ thời gian (tức là ngày/ đêm, ngày trong tuần, các dịp đặc biệt). 119

121 Kỹ thuật định tuyến trong mạng chuyển mạch gói Như trong chương 1 đã định nghĩa, định tuyến là một tiến trình lựa chọn con đường cho thực thể thông tin chuyển qua mạng. Nó được xem như là khả năng của một node trong vấn đề lựa chọn đường dẫn cho thông tin qua mạng. Định tuyến là một khái niệm cốt lõi của mạng chuyển mạch gói và nhiều loại mạng khác nhau. Định tuyến cung cấp phương tiện tìm kiếm các tuyến đường theo các thông tin mà thực thể thông tin được chuyển giao trên mạng. Mỗi nút trong mạng nhận gói dữ liệu từ một đường vào (incoming link) rồi chuyển tiếp nó tới một đường ra (outgoing link) hướng đến đích của dữ liệu. Như vậy ở mỗi nút trung gian phải thực hiện các chức năng chọn đường hay còn gọi là định tuyến và chuyển tiếp cho đơn vị dữ liệu. Các chức năng đó thuộc lớp mạng - lớp 3 của mô hình OSI, vì các giao thức định tuyến hoạt động ở trên lớp liên kết dữ liệu - lớp 2 và để cung cấp một dịch vụ trong suốt cho tầng giao vận, vì vậy chúng phải ở dưới tầng giao vận lớp 4. Mục tiêu cơ bản của các phương pháp định tuyến nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, và tối thiểu hoá giá thành mạng. Để đạt được điều này kỹ thuật định tuyến phải tối ưu được các tham số mạng và người sử dụng như : Xác suất tắc ngẽn, băng thông, độ trễ, độ tin cậy, giá thành,v..v. Vì vậy, một kỹ thuật định tuyến phải thực hiện tốt 2 chức năng chính sau đây: (i) Quyết định chọn đường theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó. (ii) Cập nhật thông tin định tuyến, tức là thông tin dùng cho chức năng (i) Tuỳ thuộc vào kiến trúc, hạ tầng cơ sở mạng mà các kỹ thuật định tuyến khác nhau được áp dụng. Các tiêu chuẩn tối ưu khi chọn đường dẫn từ trạm nguồn tới trạm đích có thể phụ thuộc vào yêu cầu người sử dụng dịch vụ mạng. Giữa mạng và người sử dụng có thể có các thoả thuận ràng buộc về chất lượng dịch vụ cung cấp hay một số yêu cầu khác. Điều đó có thể dẫn tới khả năng chọn đường của mạng chỉ là cận tối ưu đối với một loại hình dịch vụ cụ thể, hoặc với một số nhóm người sử dụng dịch vụ cụ thể. Chức năng cập nhật thông tin định tuyến là chức năng quan trọng nhất mà các giao thức định tuyến phải thừa hành. Các giải pháp cập nhật thông tin định tuyến đưa ra hiện nay tập trung vào giải quyết bài toán cân đối lưu lượng báo hiệu và định tuyến trên mạng với tính đầy đủ và sự nhanh chóng của thông tin định tuyến. Các tiêu chí cơ bản để so sánh giữa các giao thức định tuyến sẽ được chỉ ra trong phần sau với các bộ tham số đánh giá cụ thể. 120

122 Trong các mạng máy tính có rất nhiều các kỹ thuật định tuyến khác nhau đã được đưa ra. Sự phân biệt giữa các kỹ thuật định tuyến chủ yếu căn cứ vào các yếu tố liên quan đến 2 chức năng chính đã chỉ ra trên đây. Các yếu tố đó thường là: (a) Sự phân tán của các chức năng chọn đường trên các nút của mạng. (b) Sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng. (c) Các tiêu chuẩn tối ưu để định tuyến. Dựa trên yếu tố (a) ta có thể phân biệt kỹ thuật định tuyến thành: kỹ thuật định tuyến tập trung (centralized routing) và phân tán (distributed routing). Dựa trên yếu tố (b) ta có kỹ thuật định tuyến tĩnh (static hay fixed routing) hoặc động (adaptative routing). Cuối cùng các kỹ thuật định tuyến cùng loại theo (a) và (b) lại có thể phân biệt bởi yếu tố (c). Tiêu chuẩn tối ưu để định tuyến được xác định bởi người quản lý hoặc người thiết kế mạng, nó có thể là: Độ trễ trung bình của thời gian truyền gói tin. Số lượng nút trung gian giữa nguồn và đích của gói tin. Độ an toàn của việc truyền tin. Nguồn tài nguyên mạng sử dụng cho truyền tin. v.v.. Tổ hợp của các tiêu chuẩn trên. Việc chọn tiêu chuẩn tối ưu như vậy phụ thuộc vào nhiều bối cảnh mạng (topo, thông lượng, mục đích sử dụng.v.v..). Các tiêu chuẩn có thể thay đổi vì bối cảnh mạng cũng có thể thay đổi theo thời gian hoặc các triển khai ứng dụng trên mạng. Chính vì thế mà vấn đề tối ưu hoá định tuyến luôn được đặt ra trong thời gian triển khai mạng, nhất là sự đối lập về quan điểm người sử dụng dịch vụ và nhà khai thác dịch vụ mạng. Người sử dụng luôn muốn có những dịch vụ tốt nhất cho họ còn nhà khai thác lại muốn tối ưu dịch vụ người dùng trên nền mạng có sẵn hoặc đầu tư tối thiểu để đem lại lợi nhuận cao nhất, thậm chí ngay cả các dịch vụ của người sử dụng cũng không thể sử dụng một tiêu chuẩn cho tất cả. Vì vậy, các giải pháp định tuyến thường là giải pháp dung hoà hay còn gọi là giải pháp cận tối ưu. Về mặt nguyên tắc, các giải pháp quản trị mạng bao gồm cả chức năng định tuyến trong mạng thường được chia thành hai loại, quản lý kiểu tập trung và kiểu phân tán. Giải pháp quản lý định tuyến cho các mạng nhỏ (về kích cỡ mạng và độ phức tạp của mạng) thường ứng dụng kiểu định tuyến tập trung để giảm giá thành và thuận tiện trong công tác quản lý. Tuy nhiên kiểu định tuyến tập trung thường bộc lộ các yếu điểm vì phải công khai thông tin định tuyến cho toàn mạng và dễ bị tấn công.hơn nữa, định tuyến tập trung phản ứng với sự thay đổi trạng thái mạng kém nhanh nhạy. 121

123 Giải pháp định tuyến phân tán khá phù hợp với các mạng lớn và độ phức tạp cao, nó dựa trên sự tái tạo và kết hợp giữa các nút được coi là ngang hàng, vì vậy nếu có lỗi xảy ra thì nó chỉ mang tính cục bộ giữa các nút liên quan. Các thông tin định tuyến phân tán được xử lý và chuyển rất nhanh trong mạng qua các nút mạng có chức năng phân bổ thông tin định tuyến trên diện rộng của mạng Các thuật toán tìm đường ngắn nhất Hai thuật toán thường được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật định tuyến động là: Thuật toán định tuyến theo vecto khoảng cách DVA (Distance Vector Algorithm) và thuật toán định tuyến theo trạng thái liên kết LSA(Link State Algorithm). Việc tính toán định tuyến trong mạng chuyển mạch gói thường được gắn với đồ thị G(E,V) - (E: số cạnh, V: số đỉnh). Việc sử dụng đồ thị có hướng và có trọng số sẽ tường minh các bài toán định tuyến đảm bảo QoS. Trong phần này ta xem xét các thuật toán sử dụng mô tả hai kỹ thuật tìm đường ngắn nhất thông dụng hiện nay. Thuật toán định tuyến theo Vector khoảng cách: Là một thuật toán định tuyến tương thích nhằm tính toán con đường ngắn nhất giữa các cặp node trong mạng, dựa trên phương pháp tập trung được biết đến như là thuật toán Bellman-Ford. Các node mạng thực hiện quá trình trao đổi thông tin trên cơ sở của địa chỉ đích, node kế tiếp, và con đường ngắn nhất tới đích. Mô tả hình thức thuật toán này như sau: Giả thiết r là node nguồn, d là node đích Cd r là giá thấp nhất từ node r tới đích d N r d là node tiếp theo của r trên đường tới d C rs là giá của liên kết từ r tới s DVA giả thiết giá của tuyến liên kết có tính cộng giá và dương. Tính toán Bảng định tuyến trong mỗi node r được khởi tạo như sau: C r r=0; s : s N r d thì C r s= ; C r d(r,d,n r d) là tập các giá của con đường đi từ node r tới node d qua nhiều nhất (s-2) node trung gian. Bước s=1: C r d(r,d,1)=c s d(d,1)=csd, N r d r Bước s>1: C r d(d, N r d)=min[min[c r d(r,d,s)], C r d(r,d,s-1)], với mọi d r 122

124 Một khi nhận được thông tin vector khoảng cách ((d,c s d), ) từ node s,r sẽ cập nhật bảng định tuyến tất cả các đích tới d trong tập chứa s. Nếu (C s d + Crs < C r d hoặc N r d=s) thì (C r d = C s d+ Crs và N r d=s) thì thuật toán dừng. Thuật toán định tuyến theo trạng thái liên kết (LSA): Trong thuật toán lên quan tới trạng thái của các liên kết, các node mạng quảng bá giá trị liên kết của nó với các node xung quanh tới các node khác. Sau khi quảng bá tất cả các node đều biết rõ topo mạng và thuật toán sử dụng để tính toán con đường ngắn nhất tới node đích được mô tả hình thức như sau: Giả thiết : r là node nguồn, d là node đích Cd r là giá thấp nhất từ node r tới đích d N r d là node tiếp theo của r trên đường tới d C r s(r,s) là giá của liên kết từ r tới s, Tính toán: Bảng định tuyến trong mỗi node r được khởi tạo như sau: C r r = 0; s : s N r d thì C r s= ; Gọi Ω là tập các nót sau khi thực hiện sau k bước thuật toán : Khởi tạo: C r d(r,d) =, d Ω Bước 1: Ω = r C r s(r,s) = Min C r s(r,s); N r d=s, r s; Bước k: Ω = Ω w ( w Ω ) C r d(r,d)=min[c r s(r,s) + C s d(s,d)], s. Thuật toán dừng khi tất cả các node thuộc Ω. Khi tính toán đường đi ngắn nhất sử dụng các thuật toán trên đây, thông tin trạng thái của mạng thể hiện trong hệ đo lượng (metric), các bộ định tuyến phải được cập nhật giá trên tuyến liên kết. Một khi có sự thay đổi topo mạng hoặc lưu lượng các node mạng phải khởi tạo và tính toán lại tuyến đường đi ngắn nhất, tuỳ theo giao thức được sử dụng trong mạng Các giao thức định tuyến nội miền và liên miền 123

125 Khái niệm miền hay hệ thống tự trị xuất phát từ mạng Internet. Mạng Internet là mạng diện rộng lớn đến mức một giao thức định tuyến không thể xử lý công việc cập nhật các bảng định tuyến của tất cả các bộ định tuyến. Vì lý do này, liên mạng được chia thành nhiều hệ thống tự trị AS (Autonomous System). Hệ thống tự trị là một nhóm các mạng và bộ định tuyến có chung chính sách quản trị. Nó đôi khi còn được gọi là miền định tuyến. Các giao thức định tuyến được sử dụng bên trong một AS được gọi là giao thức định tuyến nội miền IGP (Interior Gateway Protocol). Để thực hiện định tuyến giữa các AS với nhau chúng ta phải sử dụng một giao thức riêng gọi là giao thức định tuyến ngoại miền EGP (Exterior Gateway Protocol). Trong mục này ta xem xét một số giao thức định tuyến thông thường được sử dụng trong mạng internet. Bảng 5.2 dưới đây tổng kết các đặc điểm chính của các giao thức định tuyến. 124

126 Bảng 4.2: Các giao thức định tuyến và tiêu chí so sánh a) Giao thức thông tin định tuyến RIP RIP là một giao thức định tuyến miền trong được sử dụng cho các hệ thống tự trị. Giao thức thông tin định tuyến thuộc loại giao thức định tuyến khoảng cách vectơ. Giao thức sử dụng giá trị để đo lường đó là số bước nhảy (hop count) trong đường đi từ nguồn đến đích. Mỗi bước đi trong đường đi từ nguồn đến đích được coi như có giá trị là 1 hop count. Khi một bộ định tuyến nhận được 1 bản tin cập nhật định tuyến cho các gói tin thì nó sẽ cộng 1 vào giá trị đo lường bước nhảy đồng thời cập nhật vào bảng định tuyến. RIP thực hiện việc ngăn cản vòng lặp định tuyến vô hạn bằng cách thực hiện giới hạn số đường đi cho phép trong 1 đường đi từ nguồn tới đích. Số bước nhảy tối đa trong một đường đi là 15. Nếu 1 bộ định tuyến nhận được một bản tin cập nhật định tuyến và tại đây giá trị đo lường trở thành 16 thì đích coi như là nút mạng không thể đến được. Nhược điểm của RIP chính là giới hạn đường kính tối đa của 1 mạng RIP là dưới 16 hops. RIP có đặc điểm hoạt động ổn định nhưng khả năng thay đổi chậm. Khi có thay đổi về cấu hình mạng, RIP luôn thực hiện chế độ chia rẽ tầng (phạm vi) và áp đặt cơ chế ngăn chặn các thông tin định tuyến sai được phát tán trong các bộ định tuyến. RIP sử dụng các bộ định thời để điều chỉnh hoạt động của mình. Bộ định thời cập nhật định tuyến theo khoảng thời gian định trước, thông thường 30s là bộ 125

127 định thời lại được reset để cập nhật lại các thông tin định tuyến được gởi từ các bộ định tuyến lân cận. Điều này cũng giúp ngăn chặn sự tắc nghẽn trong mạng khi tất cả các bộ định tuyến cùng 1 thời điểm cố gắng cập nhật các bảng định tuyến lân cận. RIP có hai phiên bản là RIP1 và RIP2. b) Giao thức định tuyến OSPF OSPF là một giao thức định tuyến miền trong được sử dụng rộng rãi. Phạm vi hoạt động của nó cũng là một hệ thống tự trị (AS). Các router đặc biệt được gọi là các router biên AS có trách nhiệm ngăn thông tin các AS khác vào trong hệ thống hiện tại. Để thực hiện định tuyến hiệu quả, OSPF chia hệ thống tự trị ra thành nhiều khu vực (area) nhỏ. Mỗi AS có thể được chia ra thành nhiều khu vực khác nhau. Khu vực là tập hợp các mạng, trạm và router nằm trong cùng một hệ thống tự trị. Tất cả các mạng trong một khu vực phải được kết nối với nhau. Tại biên của khu vực, các router biên khu vực tóm tắt thông tin về khu vực của mình và gửi các thông tin này tới các khu vực khác. Trong số các khu vực bên trong AS, có một khu vực đặc biệt được gọi là đường trục; tất cả các khu vực trong một AS phải được nối tới đường trục. Hay nói cách khác đường trục được coi như là khu vực sơ cấp còn các khu vực còn lại đều được coi như là các khu vực thứ cấp. Các router bên trong khu vực đường trục được gọi là các router đường trục, các router đường trục cũng có thể là một router biên khu vực. Nếu vì một lý do nào đó mà kết nối giữa một khu vực và đường trục bị hỏng thì người quản trị mạng phải tạo một liên kết ảo (virtual link) giữa các router để cho phép đường trục tiếp tục hoạt động như một khu vực sơ cấp. OSPF là giao thức định tuyến trạng thái liên kết, được thiết kế cho các mạng lớn hoặc các mạng liên hợp và phức tạp. Các giải thuật định tuyến trạng thái sử dụng các giải thuật tìm đường ngắn nhất SPF (Shortest Path First) cùng với một cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu hình của mạng. Cơ sở dữ liệu cấu hình mạng về cơ bản bao gồm tất cả dữ liệu về mạng có liên kết đến bộ định tuyến chứa cơ sở dữ liệu. Giải thuật chọn đường ngắn nhất SPF là cơ sở cho hệ thống OSPF vằ nằm tại các bộ định tuyến. Khi một bộ định tuyến sử dụng SPF được khởi động, bộ định tuyến sẽ khởi tạo cấu trúc cơ sở dữ liệu của giao thức định tuyến và sau đó đợi chỉ báo từ các giao thức tầng thấp hơn dưới dạng các hàm. Bộ định tuyến sẽ sử dụng các gói tin OSPF Hello để thu nhận thông tin về các bộ định tuyến lân cận của mình. Bộ định tuyến gửi gói tin Hello đến các lân cận và nhận các bản tin Hello từ các bộ định tuyến lân cận. Ngoài việc sử dụng gói tin Hello để thu nhận các lân cận, bản tin 126

128 Hello còn được sử dụng để xác nhận việc mình vẫn đang hoạt động đến các bộ định tuyến khác. Mỗi bộ định tuyến định kỳ gửi các gói thông báo về trạng thái liên kết (LSA) để cung cấp thông tin cho các bộ định tuyến lân cận hoặc cho các bộ định tuyến khác khi một bộ định tuyến thay đổi trạng thái. Bằng việc so sánh trạng thái liên kết của các bộ định tuyến liền kề đã tồn tại trong cơ sở dữ liệu, các bộ định tuyến bị lỗi sẽ bị phát hiện ra nhanh chóng và cấu hình mạng sẽ được biến đổi thích hợp. Từ cấu trúc dữ liệu được sinh ra do việc cập nhật liên tục các gói LSA, mỗi bộ định tuyến sẽ tính toán cây đường đi ngắn nhất của mình và tự mình sẽ làm gốc của cây. Sau đó từ cây đường đi ngắn nhất sẽ sinh ra bảng định tuyến dưới dạng cơ sở dữ liệu. c) Giao thức cổng biên BGP Giao thức cổng biên là một giao thức định tuyến liên miền, thực hiện việc định tuyến giữa các hệ thống tự trị AS. Giao thức này dựa vào phương pháp định tuyến có tên là định tuyến véctơ đường đi. Trước khi xem xét về định tuyến véctơ đường đi thì ta xem xét xem tại sao hai phương thức định tuyến véctơ khoảng cách và trạng thái liên kết lại không thích hợp cho định tuyến giữa các AS. Véctơ khoảng cách không thích hợp vì tuyến được chọn luôn là tuyến có số bước nhảy nhỏ nhất. Trong khi đó, có nhiều trường hợp người quản trị không muốn cho gói đi qua một mạng không an toàn mặc dù tuyến này là tuyến có số bước nhảy nhỏ nhất. Định tuyến véctơ khoảng cách cũng không được vì các router chỉ thông báo số bước nhảy để tới đích chứ không định nghĩa đường đi cụ thể dẫn tới đích. Định tuyến trạng thái liên kết cũng không phù hợp cho định tuyến giữa các AS vì một liên mạng là quá lớn cho loại giao thức định tuyến này. Để sử dụng định tuyến trạng thái liên kết cho toàn bộ liên mạng yêu cầu mỗi router phải lưu trữ một cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết khổng lồ. Cũng mất rất nhiều thời gian để tính toán bảng định tuyến sử dụng giải thuật Dijkstra. Định tuyến véctơ đường đi khác với cả định tuyến véctơ khoảng cách và định tuyến trạng thái liên kết. Mỗi mục trong bảng định tuyến chứa địa chỉ mạng đích, router kế tiếp và đường đi đến đích. Đường đi ở đây được thể hiện dưới dạng một danh sách các AS mà gói phải đi qua để tới đích Định tuyến hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS Trong mục này sẽ trình bày về các vấn đề lý thuyết mấu chốt trong định tuyến hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS routing). Cơ chế định tuyến hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS được tạo ra nhằm giải quyết một số các hạn chế của cơ chế định tuyến truyền thống. Bên cạch mục tiêu đáp ứng các yêu cầu về QoS của luồng lưu lượng, định tuyến hỗ 127

129 trợ QoS còn cần phải năng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng, như vậy các mục tiêu chính của nó là: (i)đáp ứng đòi hỏi về QoS của các luồng dữ liệu. Định tuyến hỗ trợ QoS cần phải tìm ra một đường đi từ nguồn tới đích thỏa mãn yêu cầu của luồng dữ liệu về băng thông, trễ Cơ chế tìm đường thường là động theo yêu cầu chứ không cấu hình tĩnh hoặc hướng luân phiên. Ngay cả khi tồn tại vài đường có thể sử dụng thì việc chọn đường có thể dựa vào các ràng buộc về chính sách như: đường đi có số nút nhỏ nhất hoặc chi phí thấp nhất. (ii) Tối ưu hệ số sử dụng tài nguyên mạng. Định tuyến hỗ trợ QoS cần phải chuyển hưóng lưu lượng theo cách hiệu quả nhất để có thể tối đa nhất tổng thông lượng qua mạng. Vì đường dài sẽ tốn nhiều tài nguyên mạng, nên đường ngắn nhất trong các đường có thể đáp ứng sẽ được chọn. (iii) Hiệu suất mạng không bị giảm đáng kể khi có sự cố xuất hiện như tắc nghẽn. Khi mạng trong tình trạng tải nặng, định tuyến hỗ trợ QoS phải đưa ra một hiệu suất tốt hơn so với các cơ chế định tuyến cũ. Nghĩa là ngay cả khi tải nặng thì thông lượng toàn bộ mạng cũng không được giảm nhiều hơn so với định tuyến best effort. Để thực hiện định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, một số kiểu định tuyến đã được định nghĩa và phát triển gồm: Định tuyến hỗ trợ QoS là cơ chế định tuyến xác định các đường đi cho các luồng dựa vào hiểu biết về tài nguyên hiện có trên mạng cũng như yêu cầu về QoS của các luồng dữ liệu; Định tuyến theo chính sách không dựa vào thông tin về cấu trúc mạng và các tham số đo, mà dựa vào các chính sách quản trị; Định tuyến theo điều kiện ràng buộc để tính toán các tuyến theo nhiều điều kiện ràng buộc khác nhau, bao gồm cả định tuyến theo chính sách và định tuyến hỗ trợ QoS. Các đặc điểm cơ bản của kỹ thuật định tuyến, ta đã biết đối với một cơ chế định tuyến, có hai nhiệm vụ quan trọng là duy trì và trao đổi thông tin về trạng thái mạng và tính toán đường đi theo các tham số đã chọn. Ngoài thông tin về kết nối mạng như trong giao thức định tuyến hiện nay, giao thức định tuyến QoS còn phải duy trì thêm các thông về trạng thái mạng (như băng thông, trễ hiện có tại các liên kết). Các thông tin này thường thay đổi nhanh làm tần suất cập nhật thông tin thay đổi theo và dẫn đến chi phí (tính toán, truyền thông) tăng lên. Để tìm ra đường đi thỏa mãn các tham số cho trước, thuật toán định tuyến sẽ trở nên phức tạp hơn vì cần phải tính toán theo nhiều ràng buộc khác nhau. Vì vậy, để giảm độ phức tạp của thuật toán định tuyến, 128

130 các tham số được chọn cần phải biểu diễn các thuộc tính cơ bản của mạng, và không quá phức tạp để có thể thực hiện biện pháp lọc tuần tự các tham số. Trong môi trường Internet, định tuyến hỗ trợ QoS có một số khó khăn sau: Thứ nhất, các ứng dụng có yêu cầu QoS rất đa dạng, quá nhiều ràng buộc sẽ làm cho vấn đề định tuyến trở thành không khả thi. Thứ hai, một mạng thích hợp phải hỗ trợ cả lưu lượng nỗ lực tối đa best - effort và đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, nên vấn đề tối ưu hóa hiệu suất trở nên rất phức tạp. Rất khó có thể xác định điểm hoạt động tốt nhất cho cả hai lưu lượng nếu quá trình phân bổ chúng là độc lập với nhau. Mặc dù lưu lượng QoS không bị ảnh hưởng nhờ vào quá trình chiếm giữ tài nguyên, nhưng lưu lượng nỗ lực tối đa sẽ bị tổn thất nếu đánh giá phân bổ lưu lượng tổng thể sai. Khó khăn cuối cùng là trạng thái của mạng thay đổi rất nhanh do sự thay đổi của tải, kết nối, liên kết, hay sự tăng trưởng của mạng dẫn tới khó khăn trong quá trình thu thập thông tin về trạng thái của mạng trong một môi trường động. Nếu thông tin về trạng thái mạng không chính xác và đầy đủ thì hiệu suất của thuật toán định tuyến sẽ giảm. Thuật toán định tuyến QoS sẽ dựa vào các thông tin được thu thập và duy trì về tình trạng mạng để tìm ra đường đi tối ưu cho các gói dữ liệu. Có ba cách tiếp cận với bài toán tìm đường là: Định tuyến tập trung (định tuyến nguồn), định tuyến phân tán, định tuyến phân cấp. Phần này giới thiệu các nguyên tắc của ba thuật toán định tuyến trên và đánh giá những điểm mạnh và yếu của chúng. (1) Định tuyến tập trung Trong kỹ thuật định tuyến tập trung, mỗi nút duy trì thông tin về toàn bộ trạng thái mạng, bao gồm cấu trúc vật lý của mạng và thông tin trạng thái của từng liên kết. Giao thức trạng thái liên kết sẽ cập nhật trạng thái toàn mạng tại mỗi nút (như OSPF, IS-IS). Dựa vào thông tin này, toàn bộ đường đi sẽ được tính toán tại mỗi nút. Do vậy, nó tránh được các vấn đề của tính toán phân tán, như lặp đến vô cùng, đường đi lặp vòng. Có nhiều thuật toán đơn giản, dễ thực hiện sẽ thực hiện việc tính toán để tìm đường đi tối ưu. Tuy vậy, định tuyến tập trung gặp phải một số vấn đề sau. Thứ nhất, để hỗ trợ QoS, trạng thái toàn mạng tại mỗi nút phải được cập nhật đủ tần suất cần thiết để đáp ứng các thay đổi liên tục của các tham số mạng như băng thông và trễ. Yêu cầu này sẽ dẫn đến chi phí truyền tin khá cao đối với các mạng lớn. 129

131 Thứ hai, giao thức trạng thái liên kết chỉ có thể cung cấp thông tin gần đúng với trạng thái mạng và mức độ sai lệch càng lớn nếu thông tin chưa được cập nhật. Vì vậy, thuật toán định tuyến QoS có thể không tìm ra đường đi cho lưu lượng yêu cầu do thông tin trạng thái không chính xác. Thứ ba, vì quá trình tính toán chỉ tập trung tại nút nguồn nên chi phí là khá cao khi có một lượng lớn các yêu cầu và nhiều ràng buộc. Như vậy, vấn đề của cơ chế định tuyến tập trung chính là khả năng mở rộng kém. Định tuyến tập trung khó có thể được thực hiện với mạng có quy mô lớn. (2) Định tuyến phân tán Trong định tuyến phân tán, đường đi được tính toán tại các nút trung gian giữa nguồn và đích. Vì vậy, thời gian đáp ứng yêu cầu định tuyến là ngắn hơn và có thể mở rộng được. Định tuyến phân tán có thể tìm ra nhiều đường đi đồng thời cho cùng một nút và làm tăng xác suất thành công của bài toán định tuyến. Hầu hết các thuật toán định tuyến cũng yêu cầu mỗi nút duy trì trạng thái toàn mạng (thường dưới dạng các vectơ khoảng cách, mỗi bảng chứa thông tin cho từng tham số), các quyết định định tuyến được thực hiện tại từng nút mạng. Vì định tuyến phân tán cũng dựa vào trạng thái toàn mạng nên nó cũng gặp phải một số vấn đề về khả năng mở rộng như định tuyến tập trung. Ngoài ra, do thông tin trạng thái ở mỗi nút không hoàn toàn giống nhau nên có thể hình thành các đường đi lặp vòng, gây lãng phí tài nguyên mạng. Lặp vòng cũng có thể được phát hiện khi nút nhận được các bản tin điều khiển trong khoảng thời gian tính theo giây đồng hồ. Tuy nhiên, các vòng lặp thường làm cho quá trình định tuyến không thành công vì các vector khoảng cách không cung cấp đầy đủ các thông tin để tìm đường đi thay thế. (3) Định tuyến phân cấp Định tuyến phân cấp nhằm giải quyết khả năng mở rộng của định tuyến nguồn trong các mạng lớn. Định tuyến phân cấp có khả năng mở rộng rất tốt bởi vì mỗi nút mạng chỉ duy trì thông tin về trạng thái toàn mạng đã giản lược, nghĩa là các nhóm nút tương ứng với các nút logic. Ở mỗi cấp, trong mô hình phân cấp, định tuyến tập trung được sử dụng để tìm đường đi phù hợp dựa vào trạng thái mạng đã giản lược. Vì vậy định tuyến phân cấp có nhiều ưu điểm của định tuyến tập trung. Bên cạnh đó, nó cũng có ưu điểm của định tuyến phân tán vì quá trình tính toán được chia sẻ tại nhiều nút mạng. Tuy vậy, vì trạng thái mạng đã được gom lại nên thông tin này là càng trở nên không chính xác. Cụ thể hơn, mỗi nút logic có thể là một mạng con có rất nhiều nút và có nhiều liên kết vật lý khác nhau, nhưng các thông tin này không được thể hiện nếu coi 130

132 mạng đó là một nút logic. Vấn đề này càng trở nên phức tạp hơn khi cơ chế định tuyến hỗ trợ nhiều tham số QoS. Có thể có nhiều đường đi giữa hai nút biên của một logic ứng với các tài nguyên khác nhau trên các đường đi đó. Làm thế nào để gom các thông tin vẫn còn là một vấn đề mở đối với định tuyến phân cấp. Việc lựa chọn phương pháp định tuyến QoS nào còn phụ thuộc và chi phí của quá trình định tuyến và phân thành 3 loại: Chi phí giao thức, xử lý và lưu trữ thông tin. Chi phí giao thức: Một yêu cầu cơ bản để hỗ trợ định tuyến QoS là phải theo dõi sự thay đổi của các tài nguyên mạng hiện có (như băng thông liên kết) nên thông tin này sẽ có giá trị với thuật toán tìm đường. Giả sử giao thức trạng thái liên kết được sử dụng để cập nhật trạng thái mạng, vì cơ chế cập nhật sẽ đồng thời gửi thông tin về tất cả trạng thái liên kết của bộ định tuyến cho các bộ định tuyến còn lại trong mạng, nên chi phí xử lý và vận chuyển bản tin sẽ phân bổ nhiều cho các liên kết và các nút trong mạng. Mặt khác giao thức trạng thái liên kết chỉ cần thay đổi một chút để phân bổ thêm các thông tin về QoS, nhưng cần phải thêm cơ chế đề xác định thiết bị cần gửi bản tin cập nhật. Cụ thể hơn, các bộ định tuyến cần xác định băng thông hiện có tại các liên kết và xác định khi nào có một sự thay đổi đáng kể cần cập nhật. Cơ chế khởi động quá trình cập nhật sẽ quyết định chí phí và hiệu suất của định tuyến QoS. Cơ chế khởi động cập nhật sẽ xác định khi nào gửi bản tin cập nhật, mọi sự thay đổi của tài nguyên được thông báo sẽ cung cấp thông tin về trạng thái mạng rất chính xác, nhưng chi phí để chuyển tải thông tin này là rất đắt. Một phương pháp đơn giản để hạn chế tần suất cập nhật thông tin là sử dụng bộ định thời gian. Cơ chế này điều khiển trực tiếp lượng tin cập nhật, nhưng không bám sát mọi thay đổi quan trọng theo thời gian. Để bám sát mọi thay đổi quan trọng, người ta đánh giá mức độ thay đổi của tham số. Ví dụ, phương pháp dựa vào mức ngưỡng sẽ quyết định gửi bản cập nhật bất cứ lúc nào giá trị mới nằm ngoài phạm vi tính theo % của giá trị cũ. Phương pháp này điều khiển dựa vào sự cân đối giữa độ chính xác của thông tin và lượng tin cập nhật dẫn tới hiện tượng lưu lượng tăng đột biến và làm tắc nghẽn mạng. Vì vậy, người ta có thể sử dụng kết hợp bộ định thời với mức ngưỡng đánh giá thay đổi. Chu kỳ cập nhật xác định khoảng thời gian tối thiểu và tối đa giữa hai lần cập nhật. Mức ngưỡng sẽ đánh giá sự thay đổi của các tham số QoS là đáng kể hay không. Nếu thay đổi của tham số QoS là đáng kể (tức là vượt ngưỡng cho phép) và khoảng thời gian từ lần cập nhật trước đến hiện tại lớn hơn mức ngưỡng của chu kỳ cập nhật, thì thay đổi sẽ được thông báo cho các nút mạng. Nếu quá chu kỳ cho phép mà không có sự thay đổi đáng kể (có thể do mức ngưỡng đặt quá cao) thì bản tin 131

133 trạng thái vẫn sẽ được gửi đi. Như vậy, vấn đề là phải cân đối giữa chi phí của tần suất thông báo và độ chính xác của thông tin trạng thái. Chi phí yêu cầu xử lý: Chi phí xử lý bao gồm xử lý các bản tin cập nhật và tính toán, chọn đường đi. Chi phí xử lý các bản tin cập nhật truy nhập vào cơ sở dữ liệu dựa vào bản tin nhận được. Nếu số lần cập nhật tăng thì chi phí này sẽ tăng theo. Tính toán đường đi là thành phần có nhiều thay đổi hơn cả so với định tuyến nỗ lực tối đa. Các đường đi hỗ trợ QoS được tính toán dựa vào các tính chất của yêu cầu và thông tin về tài nguyên hiện có. Cơ chế định tuyến nỗ lực tối đa và định tuyến QoS khác nhau ở hai điểm: thuật toán thực hiện và điều kiện kích hoạt thuật toán. Điều kiện kích hoạt thuật toán chính là nhân tố quyết định chi phí tính toán của cơ chế định tuyến QoS. Trong định tuyến hỗ trợ QoS, các đường đi có thể được tính theo yêu cầu hoặc được tính trước. Trong cơ chế định tuyến nỗ lực tối đa, thông tin định tuyến được chuyển vào bảng chuyển tiếp gói FIB (Forward Information Base) theo mô hình đẩy push, tức là giao thức định tuyến đẩy toàn bộ nội dung của bảng định tuyến RIB. Khác với định tuyến nỗ lực tối đa, định tuyến QoS sử dụng mô hình pull (kéo). Các đường đi hỗ trợ QoS được chèn có chọn lọc vào bảng FIB. Việc chèn các đường vào bảng FIB được thực hiện bởi giao thức báo hiệu để thiệt lập đường đi cho loại lưu lượng nào đó. Nếu đường đi QoS được tính theo yêu cầu, thì ưu điểm là luôn sử dụng thông tin mới được cập nhật nên độ sai lệch với trạng thái mạng thực tế là thấp. Tuy nhiên, nếu yêu cầu đến quá nhiều sẽ làm tăng đáng kể chi phí tính toán. Cách tiếp cận thứ hai tương tự như định tuyến nỗ lực tối đa, các đường đi sẽ được tính trước. Tuy nhiên, khi yêu cầu về băng thông chưa được biết thì bảng định tuyến cần phải được tính trước cho từng nút đích với các yêu cầu băng thông có thể có trong tương lai. Thực hiện thuật toán theo yêu cầu là khá đơn giản vì nó chỉ duyệt cơ sở dữ liệu và quyết định một số đường đi QoS đơn giản. Chi phí để tính toán một đường đi phụ thuộc vào cấu hình mạng và khoảng cách tương đối giữa nguồn và đích. Một nhân tố quyết định đối với tính toán yêu cầu là tần suất của các yêu cầu mới. Ngược lại, tính toán trước hầu như không nhạy cảm với tần suất của các yêu cầu mới, nó chỉ phụ thuộc vào tần suất mà bảng định tuyến QoS được tính lại. Trong khi tần suất của yêu cầu mới không thể điều khiển được thì tần suất tính lại bảng định tuyến lại phụ thuộc vào bộ định tuyến. Việc tính toán lại bảng định tuyến thường xuyên sẽ làm tăng độ chính xác và hiệu suất định tuyến, nhưng cũng đồng thời làm tăng tải cần xử lý. Hơn nữa để xây dựng bảng định tuyến QoS sẽ phức tạp hơn nhiều 132

134 so với việc tính toán một đường đơn và nó đòi hỏi chi phí giải phóng bộ nhớ và tái cấp phát bộ nhớ. Ngoài ra, sau khi bảng định tuyến QoS đã được xây dựng, cần phải thêm một bước chọn đường từ bảng định tuyến - tức là tìm đường đi thích hợp khi có một yêu cầu đến. Chi phí xây dựng bảng định tuyến QoS trong cách tính trước phụ thuộc vào băng thông hiện có của các liên kết mạng, tập hợp các giá trị khác nhau sẽ tạo ra các bảng định tuyến khác nhau với chi phí khác nhau. Chi phí cho việc tìm đường thích hợp sau khi đã xây dựng bảng định tuyến QoS là nhỏ và không đáng kể so với các chi phí khác. Khi một đường được tính để phục vụ một yêu cầu mới, chi phí tính toán phụ thuộc vào vị trí đích của yêu cầu, vị trí đích sẽ quyết định số lần lặp của thuật toán. Khi chiều dài đường đi tăng lên, chi phí tính toán đường đi sẽ tiến gần đến chi phí xây dựng bảng định tuyến; vì với nút đích ở xa, các đường đi tới tất cả các nút sẽ được tính trước khi tới đích. Chi phí lưu trữ thông tin: Chi phí lưu trữ liên quan đến việc mở rộng cơ sở dữ liệu để lưu trữ thêm các thông tin về tài nguyên liên kết hiện có. Ngoài ra, nếu bảng định tuyến QoS được dùng thì cũng làm tăng thêm chi phí lưu trữ. Kích cỡ bảng định tuyến QoS phụ thuộc vào phần thực hiện cụ thể. Như vậy chi phí hoạt động của định tuyến QoS gồm chi phí cho giao thức trao đổi thông tin định tuyến, tính toán đường đi QoS, và lưu trữ các thông tin về tài nguyên trong cơ sở dữ liệu. Một số nghiên cứu cho thấy chi phí hoạt động của định tuyến QoS là có thể đáp ứng được với khả năng của các bộ vi xử lý hiện nay Vấn đề tắc nghẽn và điều khiển luồng dữ liệu Vấn đề tắc nghẽn Khi có quá nhiều gói tin trong mạng hay một phần của mạng làm việc cho hiệu suất của mạng bị giảm đi vì các nút mạng không có đủ khả năng lưu trữ, xử lý, gửi đi và chúng bắt đầu bị mất các gói tin. Hiện tượng này được gọi là sự tắc nghẽn (congestion) trong mạng. Hàng đợi sẽ bị đầy (phải lưu tập tin, tạo các bảng chọn đường ) nếu khả năng xử lý của nút yêu đi hoặc khi thông tin vào nhiều hơn khả năng của đường ra. Điều khiển dòng dữ liệu là xử lý giao thông giữa điểm với điểm, giữa tạm thu và phát. Trong khi đó điều khiển tránh tắc nghẽn là một vấn đề tổng quát hơn bao gồm việc tạo ra hoạt động hợp lý của các máy tính của các nút mạng, quá trình lưu trữ bên trong nút, điều khiển tất cả các yếu tố làm giảm khả năng vận chuyển của toàn mạng. Các biện pháp ngăn ngừa 133

135 Bố trí khả năng vận chuyển, lưu trữ, xử lý của mạng dư so với yêu cầu. Hủy bỏ các gói tin bị tắc nghẽn quá thời hạn. Hạn chế số gói tin vào mạng nhờ cơ chế cở sổ (flow control). Chặn đường vào của gói tin khi mạng quá tải 134

136 Điều khiển luồng (Flow Control) Hình 4.3. Điều khiển luồng (flow control) Khi lớp vận chuyển gửi các phân đoạn dữ liệu, nó cố gắng đảm bảo rằng dữ liệu không bị mất. Một host tiếp nhận số liệu nhưng không thể xử lý kịp theo tốc độ dữ liệu đến có thể đánh mất dữ liệu. Host thu buộc phải loại bỏ. Điều khiển luồng nhằm ngăn chặn tình trạng host truyền làm tràn ngập bộ đệm của host thu. TCP cung cấp cơ cấu điều khiển luồng bằng cách cho phép host truyền và host thu nhận thức được tình trạng của nhau qua kênh liên lạc. Sau đó hai host thiết đặt một tốc độ truyền sao cho đạt được sự thống nhất của cả hai phía. 135

137 Chương 5. Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) 5.1 Những kiến thức cơ bản Mạng cục bộ (LAN) là hệ truyền thông tốc độ cao được thiết kế để kết nối các máy tính và các thiết bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như ở một tầng của toà nhà, hoặc trong một toà nhà... Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc. Các mạng LAN trở nên thông dụng vì nó cho phép những người sử dụng dùng chung những tài nguyên quan trọng như máy in mầu, ổ đĩa CD-ROM, các phần mềm ứng dụng và những thông tin cần thiết khác. Trước khi phát triển công nghệ LAN các máy tính là độc lập với nhau, bị hạn chế bởi số lượng các chương trình tiện ích, sau khi kết nối mạng rõ ràng hiệu quả của chúng tǎng lên gấp bội Cấu trúc tôpô của mạng Cấu trúc tôpô (network topology) của LAN là kiến trúc hình học thể hiện cách bố trí các đường cáp, sắp xếp các máy tính để kết nối thành mạng hoàn chỉnh. Hầu hết các mạng LAN ngày nay đều được thiết kế để hoạt động dựa trên một cấu trúc mạng định trước. Điển hình và sử dụng nhiều nhất là các cấu trúc: dạng hình sao, dạng hình tuyến, dạng vòng cùng với những cấu trúc kết hợp của chúng. a. Mạng dạng hình sao (Star topology). Mạng dạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm và các nút. Các nút này là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng. Bộ kết nối trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng. Mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (Hub) bằng cáp, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với Hub không cần thông qua trục bus, tránh được các yếu tố gây ngưng trệ mạng. Hình 5.1. Cấu trúc mạng hình sao 136

138 Mô hình kết nối hình sao ngày nay đã trở lên hết sức phổ biến. Với việc sử dụng các bộ tập trung hoặc chuyển mạch, cấu trúc hình sao có thể được mở rộng bằng cách tổ chức nhiều mức phân cấp, do vậy dễ dàng trong việc quản lý và vận hành. Các ưu điểm của mạng hình sao: Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường. Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định. Mạng có thể dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp. Những nhược điểm mạng dạng hình sao: Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm. Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động. Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm. Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m). b. Mạng hình tuyến (Bus Topology). Thực hiện theo cách bố trí hành lang, các máy tính và các thiết bị khác - các nút, đều được nối về với nhau trên một trục đường dây cáp chính để chuyển tải tín hiệu. Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này. Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi một thiết bị gọi là terminator. Các tín hiệu và dữ liệu khi truyền đi dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơi đến. Hình 3.2. Cấu trúc mạng hình tuyến Ưu điểm: Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt, giá thành rẻ. Nhược điểm: Sự ùn tắc giao thông khi di chuyển dữ liệu với lưu lượng lớn. Khi có sự hỏng hóc ở đoạn nào đó thì rất khó phát hiện, một sự ngừng trên đường dây để sửa chữa sẽ ngừng toàn bộ hệ thống. Cấu trúc này ngày nay ít được sử dụng. c. Mạng dạng vòng (Ring Topology). 137

139 Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được thiết kế làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó. Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗi thời điểm chỉ được một nút mà thôi. Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận. Ưu điểm: Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với hai kiểu trên Mỗi trạm có thể đạt được tốc độ tối đa khi truy nhập. Nhược điểm: Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng. Hình 3.3. Cấu trúc mạng dạng vòng d. Mạng dạng kết hợp. Kết hợp hình sao và tuyến (star/bus Topology): Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu (spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệ thống dây cáp mạng có thể chọn hoặc Ring Topology hoặc Linear Bus Topology. Lợi điểm của cấu hình này là mạng có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau, ARCNET là mạng dạng kết hợp Star/Bus Topology. Cấu hình dạng này đưa lại sự uyển chuyển trong việc bố trí đường dây tương thích dễ dàng đối với bất cứ toà nhà nào. Kết hợp hình sao và vòng (Star/Ring Topology). Cấu hình dạng kết hợp Star/Ring Topology, có một "thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một cái HUB trung tâm. Mỗi trạm làm việc (workstation) được nối với HUB - là cầu nối giữa các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách cần thiết Các phương thức truy nhập đường truyền Khi được cài đặt vào trong mạng, các máy trạm phải tuân theo những quy tắc định trước để có thể sử dụng đường truyền, đó là phương thức truy nhập. Phương thức truy nhập được định nghĩa là các thủ tục điều hướng trạm làm việc làm thế nào 138

140 và lúc nào có thể thâm nhập vào đường dây cáp để gửi hay nhận các gói thông tin. Có 3 phương thức cơ bản: a. Giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Giao thức này thường dùng cho mạng có cấu trúc hình tuyến, các máy trạm cùng chia sẻ một kênh truyền chung, các trạm đều có cơ hội thâm nhập đường truyền như nhau (Multiple Access). Tuy nhiên tại một thời điểm thì chỉ có một trạm được truyền dữ liệu mà thôi. Trước khi truyền dữ liệu, mỗi trạm phải lắng nghe đường truyền để chắc chắn rằng đường truyền rỗi (Carrier Sense). Trong trường hợp hai trạm thực hiện việc truyền dữ liệu đồng thời, xung đột dữ liệu sẽ xảy ra, các trạm tham gia phải phát hiện được sự xung đột và thông báo tới các trạm khác gây ra xung đột (Collision Detection), đồng thời các trạm phải ngừng thâm nhập, chờ đợi lần sau trong khoảng thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi mới tiếp tục truyền. Khi lưu lượng các gói dữ liệu cần di chuyển trên mạng quá cao, thì việc xung đột có thể xẩy ra với số lượng lớn dẫn đến làm chậm tốc độ truyền tin của hệ thống. Giao thức này còn được trình bày chi tiết thêm trong phần công Ethernet. b. Giao thức truyền thẻ bài (Token passing) Giao thức này được dùng trong các LAN có cấu trúc vòng sử dụng kỹ thuật chuyển thẻ bài (token) để cấp phát quyền truy nhập đường truyền tức là quyền được truyền dữ liệu đi. Thẻ bài ở đây là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thưóc và nội dung (gồm các thông tin điều khiển) được quy định riêng cho mỗi giao thức. Trong đường cáp liên tục có một thẻ bài chạy quanh trong mạng. Phần dữ liệu của thẻ bài có một bit biểu diễn trạng thái sử dụng của nó (bận hoặc rỗi). Trong thẻ bài có chứa một địa chỉ đích và được luân chuyển tới các trạm theo một trật tự đã định trước. Đối với cấu hình mạng dạng xoay vòng thì trật tự của sự truyền thẻ bài tương đương với trật tự vật lý của các trạm xung quanh vòng. Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài rỗi. Khi đó trạm sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành bận, nén gói dữ liệu có kèm theo địa chỉ nơi nhận vào thẻ bài và truyền đi theo chiều của vòng, thẻ bài lúc này trở thành khung mang dữ liệu. Trạm đích sau khi nhận khung dữ liệu này, sẽ copy dữ liệu vào bộ đệm rồi tiếp tục truyền khung theo vòng nhưng thêm một thông tin xác 139

141 nhận. Trạm nguồn nhận lại khung của mình (theo vòng) đã được nhận đúng, đổi bit bận thành bit rỗi và truyền thẻ bài đi. Vì thẻ bài chạy vòng quang trong mạng kín và chỉ có một thẻ nên việc đụng độ dữ liệu không thể xẩy ra, do vậy hiệu suất truyền dữ liệu của mạng không thay đổi. Trong các giao thức này cần giải quyết hai vấn đề có thể dẫn đến phá vỡ hệ thống. Một là việc mất thẻ bài làm cho trên vòng không còn thẻ bài lưu chuyển nữa. Hai là một thẻ bài bận lưu chuyển không dừng trên vòng. Ưu điểm của giao thức là vẫn hoạt động tốt khi lưu lượng truyền thông lớn. Giao thức truyền thẻ bài tuân thủ đúng sự phân chia của phương tiện mạng, hoạt động dựa vào sự xoay vòng tới các trạm. Việc truyền thẻ bài sẽ không thực hiện được nếu việc xoay vòng bị đứt đoạn. Giao thức phải chứa các thủ tục kiểm tra thẻ bài để cho phép khôi phục lại thẻ bài bị mất hoặc thay thế trạng thái của thẻ bài và cung cấp các phương tiện để sửa đổi logic (thêm vào, bớt đi hoặc định lại trật tự của các trạm). c. Giao thức FDDI. FDDI là kỹ thuật dùng trong các mạng cấu trúc vòng, chuyển thẻ bài tốc độ cao bằng phương tiện cáp sợi quang. FDDI sử dụng hệ thống chuyển thẻ bài trong cơ chế vòng kép. Lưu thông trên mạng FDDI bao gồm 2 luồng giống nhau theo hai hướng ngược nhau. FDDI thường được sử dụng với mạng trục trên đó những mạng LAN công suất thấp có thể nối vào. Các mạng LAN đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao và dải thông lớn cũng có thể sử dụng FDDI. Hình 5.4. Cấu trúc mạng dạng vòng của FDDI Các loại đường truyền và các chuẩn của chúng a. Chuẩn Viện công nghệ điện và điện tử (IEEE) Tiêu chuẩn IEEE LAN được phát triển dựa vào uỷ ban IEEE

142 Tiêu chuẩn IEEE liên quan tới mạng CSMA/CD bao gồm cả 2 phiên bản bǎng tần cơ bản và bǎng tần mở rộng. Tiêu chuẩn IEEE liên quan tới sự phương thức truyền thẻ bài trên mạng hình tuyến (Token Bus) IEEE liên quan đến truyền thẻ bài trên mạng dạng vòng (Token Ring). Theo chuẩn 802 thì tầng liên kết dữ liệu chia thành 2 mức con: mức con điều khiển logic LLC (Logical Link Control Sublayer) và mức con điều khiển xâm nhập mạng MAC (Media Access Control Sublayer). Mức con LLC giữ vai trò tổ chức dữ liệu, tổ chức thông tin để truyền và nhận. Mức con MAC chỉ làm nhiệm vụ điều khiển việc xâm nhập mạng. Thủ tục mức con LLC không bị ảnh hưởng khi sử dụng các đường truyền dẫn khác nhau, nhờ vậy mà linh hoạt hơn trong khai thác. Chuẩn ở mức con LLC tương đương với chuẩn HDLC của ISO hoặc X.25 của CCITT. Chuẩn xác định phương pháp thâm nhập mạng tức thời có khả nǎng phát hiện lỗi chồng chéo thông tin CSMA/CD. Phương pháp CSMA/CD được đưa ra từ nǎm 1993 nhằm mục đích nâng cao hiệu quả mạng. Theo chuẩn này các mức được ghép nối với nhau thông qua các bộ ghép nối. Chuẩn thực chất là phương pháp thâm nhập mạng theo kiểu phát tín hiệu thǎm dò token qua các trạm và đường truyền bus. Chuẩn dùng cho mạng dạng xoay vòng và trên cơ sở dùng tín hiệu thǎm dò token. Mỗi trạm khi nhận được tín hiệu thǎm dò token thì tiếp nhận token và bắt đầu quá trình truyền thông tin dưới dạng các khung tín hiệu. Các khung có cấu trúc tương tự như của chuẩn Phương pháp xâm nhập mạng này quy định nhiều mức ưu tiên khác nhau cho toàn mạng và cho mỗi trạm, việc quy định này vừa cho người thiết kế vừa do người sử dụng tự quy định. 141

143 Hình 5.5. Mối quan hệ giữa các chuẩn IEEE và mô hình OSI b. Chuẩn uỷ ban tư vấn quốc tế về điện báo và điện thoại(ccitt) Đây là những khuyến nghị về tiêu chuẩn hóa hoạt động và mẫu mã mođem ( truyền qua mạng điện thoại) Một số chuẩn: V22, V28, V35...X series bao gồm các tiêu chuẩn OSI. Chuẩn cáp và chuẩn giao tiếp EIA. Các tiêu chuẩn EIA dành cho giao diện nối tiếp giữa modem và máy tính. RS-232 RS-449 RS Các thiết bị dùng để kết nối LAN. a. Bộ lặp tín hiệu (Repeater) Repeater là loại thiết bị phần cứng đơn giản nhất trong các thiết bị liên kết mạng, nó được hoạt động trong tầng vật lý của mô hình OSI. Khi Repeater nhận được một tín hiệu từ một phía của mạng thì nó sẽ phát tiếp vào phía kia của mạng. 142

144 Hình 5.8. Mô hình liên kết mạng sử dụng Repeater Repeater không có xử lý tín hiệu mà nó chỉ loại bỏ các tín hiệu méo, nhiễu, khuếch đại tín hiệu đã bị suy hao (vì đã được phát với khoảng cách xa) và khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Việc sử dụng Repeater đã làm tăng thêm chiều dài của mạng. Hình 5.9. Hoạt động của Repeater trong mô hình OSI Hiện nay có hai loại Repeater đang được sử dụng là Repeater điện và Repeater điện quang. Repeater điện nối với đường dây điện ở cả hai phía của nó, nó nhận tín hiệu điện từ một phía và phát lại về phía kia. Khi một mạng sử dụng Repeater điện để nối các phần của mạng lại thì có thể làm tăng khoảng cách của mạng, nhưng khoảng cách đó luôn bị hạn chế bởi một khoảng cách tối đa do độ trễ của tín hiệu. Ví dụ với mạng sử dụng cáp đồng trục 50 thì khoảng cách tối đa là 2.8 km, khoảng cách đó không thể kéo thêm cho dù sử dụng thêm Repeater. Repeater điện quang liên kết với một đầu cáp quang và một đầu là cáp 143

145 điện, nó chuyển một tín hiệu điện từ cáp điện ra tín hiệu quang để phát trên cáp quang và ngược lại. Việc sử dụng Repeater điện quang cũng làm tăng thêm chiều dài của mạng. Việc sử dụng Repeater không thay đổi nội dung các tín hiện đi qua nên nó chỉ được dùng để nối hai mạng có cùng giao thức truyền thông (như hai mạng Ethernet hay hai mạng Token ring) và không thể nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau. Thêm nữa Repeater không làm thay đổi khối lượng chuyển vận trên mạng nên việc sử dụng không tính toán nó trên mạng lớn sẽ hạn chế hiệu năng của mạng. Khi lưa chọn sử dụng Repeater cần chú ý lựa chọn loại có tốc độ chuyển vận phù hợp với tốc độ của mạng. b. Bộ tập trung (Hub) Hub là một trong những yếu tố quan trọng nhất của LAN, đây là điểm kết nối dây trung tâm của mạng, tất cả các trạm trên mạng LAN được kết nối thông qua Hub. Hub thường được dùng để nối mạng, thông qua những đầu cắm của nó người ta liên kết với các máy tính dưới dạng hình sao. Một hub thông thường có nhiều cổng nối với người sử dụng để gắn máy tính và các thiết bị ngoại vi. Mỗi cổng hỗ trợ một bộ kết nối dùng cặp dây xoắn 10BASET từ mỗi trạm của mạng. Khi tín hiệu được truyền từ một trạm tới hub, nó được lặp lại trên khắp các cổng khác của. Các hub thông minh có thể định dạng, kiểm tra, cho phép hoặc không cho phép bởi người điều hành mạng từ trung tâm quản lý hub. Nếu phân loại theo phần cứng thì có 3 loại hub: Hub đơn (stand alone hub) Hub modun (Modular hub) rất phổ biến cho các hệ thống mạng vì nó có thể dễ dàng mở rộng và luôn có chức nǎng quản lý, modular có từ 4 đến 14 khe cắm, có thể lắp thêm các modun Ethernet 10BASET. Hub phân tầng (Stackable hub) là lý tưởng cho những cơ quan muốn đầu tư tối thiểu ban đầu nhưng lại có kế hoạch phát triển LAN sau này. Nếu phân loại theo khả năng ta có 2 loại: Hub bị động (Passive Hub) : Hub bị động không chứa các linh kiện điện tử và cũng không xử lý các tín hiệu dữ liệu, nó có chức năng duy nhất là tổ hợp các tín hiệu từ một số đoạn cáp mạng. Hub chủ động (Active Hub) : Hub chủ động có các linh kiện điện tử có thể khuyếch đại và xử lý các tín hiệu điện tử truyền giữa các thiết bị của mạng. Qúa trình xử lý tín hiệu được gọi là tái sinh tín hiệu, nó làm cho tín hiệu trở nên tốt hơn, ít 144

146 nhạy cảm với lỗi do vậy khoảng cách giữa các thiết bị có thể tăng lên. Tuy nhiên những ưu điểm đó cũng kéo theo giá thành của Hub chủ động cao hơn nhiều so với Hub bị động. Các mạng Token ring có xu hướng dùng Hub chủ động. Về cơ bản, trong mạng Ethernet, hub hoạt động như một repeater có nhiều cổng. c. Cầu nối (Bridge) Bridge là một thiết bị có xử lý dùng để nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, nó có thể được dùng với các mạng có các giao thức khác nhau. Cầu nối hoạt động trên tầng liên kết dữ liệu nên không như bộ tiếp sức phải phát lại tất cả những gì nó nhận được thì cầu nối đọc được các gói tin của tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI và xử lý chúng trước khi quyết định có chuyển đi hay không. Khi nhận được các gói tin Bridge chọn lọc và chỉ chuyển những gói tin mà nó thấy cần thiết. Điều này làm cho Bridge trở nên có ích khi nối một vài mạng với nhau và cho phép nó hoạt động một cách mềm dẻo. Hình Hoạt động của cầu nối Để thực hiện được điều này trong Bridge ở mỗi đầu kết nối có một bảng các địa chỉ các trạm được kết nối vào phía đó, khi hoạt động cầu nối xem xét mỗi gói tin nó nhận được bằng cách đọc địa chỉ của nơi gửi và nhận và dựa trên bảng địa chỉ phía nhận được gói tin nó quyết định gửi gói tin hay không và bổ xung bảng địa chỉ. Khi đọc địa chỉ nơi gửi Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gói tin có địa chỉ đó hay không, nếu không có thì Bridge tự động bổ xung bảng địa chỉ (cơ chế đó được gọi là tự học của cầu nối). Khi đọc địa chỉ nơi nhận Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gói tin có địa chỉ đó hay không, nếu có thì Bridge sẽ cho rằng đó là gói tin nội bộ thuộc phần mạng mà gói tin đến nên không chuyển gói tin đó đi, nếu 145

147 ngược lại thì Bridge mới chuyển sang phía bên kia. Ở đây chúng ta thấy một trạm không cần thiết chuyển thông tin trên toàn mạng mà chỉ trên phần mạng có trạm nhận mà thôi. Hình Hoạt động của Bridge trong mô hình OSI Để đánh giá một Bridge người ta đưa ra hai khái niệm : Lọc và chuyển vận. Quá trình xử lý mỗi gói tin được gọi là quá trình lọc trong đó tốc độ lọc thể hiện trực tiếp khả năng hoạt động của Bridge. Tốc độ chuyển vận được thể hiện số gói tin/giây trong đó thể hiện khả năng của Bridge chuyển các gói tin từ mạng này sang mạng khác. Hiện nay có hai loại Bridge đang được sử dụng là Bridge vận chuyển và Bridge biên dịch. Bridge vận chuyển dùng để nối hai mạng cục bộ cùng sử dụng một giao thức truyền thông của tầng liên kết dữ liệu, tuy nhiên mỗi mạng có thể sử dụng loại dây nối khác nhau. Bridge vận chuyển không có khả năng thay đổi cấu trúc các gói tin mà nó nhận được mà chỉ quan tâm tới việc xem xét và chuyển vận gói tin đó đi. Bridge biên dịch dùng để nối hai mạng cục bộ có giao thức khác nhau nó có khả năng chuyển một gói tin thuộc mạng này sang gói tin thuộc mạng kia trước khi chuyển qua Ví dụ : Bridge biên dịch nối một mạng Ethernet và một mạng Token ring. Khi đó Cầu nối thực hiện như một nút token ring trên mạng Token ring và một nút Enthernet trên mạng Ethernet. Cầu nối có thể chuyền một gói tin theo chuẩn đang sử dụng trên mạng Enthernet sang chuẩn đang sử dụng trên mạng Token ring. Tuy nhiên chú ý ở đây cầu nối không thể chia một gói tin ra làm nhiều gói tin 146

148 cho nên phải hạn chế kích thước tối đa các gói tin phù hợp với cả hai mạng. Ví dụ như kích thước tối đa của gói tin trên mạng Ethernet là 1500 bytes và trên mạng Token Ring là 6000 bytes do vậy nếu một trạm trên mạng token ring gửi một gói tin cho trạm trên mạng Ethernet với kích thước lớn hơn 1500 bytes thì khi qua cầu nối số lượng byte dư sẽ bị chặt bỏ. Hình Bridge biên dịch Người ta sử dụng Bridge trong các trường hợp sau : Mở rộng mạng hiện tại khi đã đạt tới khoảng cách tối đa do Bridge sau khi sử lý gói tin đã phát lại gói tin trên phần mạng còn lại nên tín hiệu tốt hơn bộ tiếp sức. Giảm bớt tắc nghẽn mạng khi có quá nhiều trạm bằng cách sử dụng Bridge, khi đó chúng ta chia mạng ra thành nhiều phần bằng các Bridge, các gói tin trong nội bộ tùng phần mạng sẽ không được phép qua phần mạng khác. Để nối các mạng có giao thức khác nhau. Một vài Bridge còn có khả năng lựa chọn đối tượng vận chuyển. Nó có thể chỉ chuyển vận những gói tin của nhửng địa chỉ xác định. Ví dụ : cho phép gói tin của máy A, B qua Bridge 1, gói tin của máy C, D qua Bridge

149 Hình Liên kết mạng sử dụng 2 Bridge Một số Bridge được chế tạo thành một bộ riêng biệt, chỉ cần nối dây và bật. Các Bridge khác chế tạo như card chuyên dùng cắïm vào máy tính, khi đó trên máy tính sẽ sử dụng phần mềm Bridge. Việc kết hợp phần mềm với phần cứng cho phép uyển chuyển hơn trong hoạt động của Bridge. d. Bộ chuyển mạch (Switch) Bộ chuyển mạch là sự tiến hoá của cầu, nhưng có nhiều cổng và dùng các mạch tích hợp nhanh để giảm độ trễ của việc chuyển khung dữ liệu. Switch giữa bảng địa chỉ MAC của mỗi cổng và thực hiện giao thức Spanning- Tree. Switch cũng hoạt động ở tầng data link và trong suốt với các giao thức ở tầng trên. 5.2 Công nghệ Ethernet Giới thiệu chung về Ethernet Ngày nay, Ethernet đã trở thành công nghệ mạng cục bộ được sử dụng rộng rãi. Sau 30 năm ra đời, công nghệ Ethernet vẫn đang được tiếp tục phát triển những khả năng mới đáp ứng những nhu cầu mới và trở thành công nghệ mạng phổ biến và tiện dụng. Ngày 22 tháng 5 năm 1973, Robert Metcalfe thuộc Trung tâm Nghiên cứu Palto Alto của hãng Xerox PARC, bang California, đã đưa ra ý tưởng hệ thống kết nối mạng máy tính cho phép các máy tính có thể truyền dữ liệu với nhau và với máy in lazer. Lúc này, các hệ thống tính toán lớn đều được thiết kế dựa trên các máy tính trung tâm đắt tiền (mainframe). Điểm khác biệt lớn mà Ethernet mang lại là các máy tính có thể trao đổi thông tin trực tiếp với nhau mà không cần qua máy tính trung 148

150 tâm. Mô hình mới này làm thay đổi thế giới công nghệ truyền thông. Chuẩn Ethernet 10Mbps đầu tiên được xuất bản năm 1980 bởi sự phối hợp phát triển của 3 hãng : DEC, Intel và Xerox. Chuẩn này có tên DIX Ethernet ( lấy tên theo 3 chữ cái đầu của tên các hãng). Uỷ ban của IEEE đã lấy DIX Ethernet làm nền tảng để phát triển. Năm 1985, chuẩn đầu tiên đã ra đời với tên IEEE Carrier Sense Multiple Access with Collition Detection (CSMA/CD) Access Method vesus Physical Layer Specification. Mặc dù không sử dụng tên Ethernet nhưng hầu hết mọi người đều hiểu đó là chuẩn của công nghệ Ethernet. Ngày nay chuẩn IEEE là chuẩn chính thức của Ethernet. IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại mạng Ethernet Các đặc tính chung của Ethernet a. Cấu trúc khung tin Ethernet Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI vì thế đơn vị dữ liệu mà các trạm trao đổi với nhau là các khung (frame). Cấu trúc khung Ethernet như sau: Hình 5.14: Cấu trúc khung tin Ethernet Các trường quan trọng trong phần mào đầu sẽ được mô tả dưới đây: preamble: trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10Mhz. SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của 1 khung. Nó luôn mang giá trị Các trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xác định khung được gửi từ đâu và sẽ được gửi tới đâu. LEN: giá trị của trường nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo. FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toán trường này trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ. b. Cấu trúc địa chỉ Ethernet Mỗi giao tiếp mạng Ethernet được định danh duy nhất bởi 48 bit địa chỉ (6 149

151 octet). Đây là địa chỉ được ấn định khi sản xuất thiết bị, gọi là địa chỉ MAC (Media Access Control Address ). Địa chỉ MAC được biểu diễn bởi các chữ số hexa ( hệ cơ số 16 ). Ví dụ : 00:60:97:8F:4F:86 hoặc F-4F-86. Khuôn dạng địa chỉ MAC được chia làm 2 phần: 3 octet đầu xác định hãng sản xuất, chịu sự quản lý của tổ chức IEEE. 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định. Kết hợp ta sẽ có một địa chỉ MAC duy nhất cho một giao tiếp mạng Ethernet. Địa chỉ MAC được sử dụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong khung Ethernet. c. Các loại khung Ethernet Các khung unicast Giả sử trạm 1 cần truyền khung tới trạm 2 (trên hình vẽ 5.15) Hình Khung Ethernet do trạm 1 tạo ra có địa chỉ: MAC nguồn: DB-C1 MAC đích: AB-12 Đây là khung unicast. Khung này được truyền tới một trạm xác định. + Tất cả các trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này nhưng: + Chỉ có trạm 2 thấy địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nên tiếp tục xử lý các thông tin khác trong khung. + Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không tiếp tục xử lý khung nữa. 150

152 Các khung broadcast Các khung broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF ( 48 bit 1). Khi nhận được các khung này, mặc dù không trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nhưng các trạm đều phải nhận khung và tiếp tục xử lý. Giao thức ARP sử dụng các khung broadcast này để tìm địa chỉ MAC tương ứng với một địa chỉ IP cho trước. Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng các khung broadcast để các router trao đổi bảng định tuyến. Các khung multicast Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả. Địa chỉ MAC đích của khung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ các trạm trong cùng nhóm mới chấp nhận các khung gửi tới địa chỉ này. Note: Địa chỉ MAC nguồn của khung luôn là địa chỉ MAC của giao tiếp mạng tạo ra khung. Trong khi đó địa chỉ MAC đích của khung thì phụ thuộc vào một trong ba loại khung nêu trên Hoạt động của Ethernet Phương thức điều khiển truy nhập CSMA/CD quy định hoạt động của hệ thống Ethernet. Một số khái niệm cơ bản liên quan đến quá trình truyền khung Ethernet: Khi tín hiệu đang được truyền trên kênh truyền, kênh truyền lúc này bận và ta gọi trạng thái này là có sóng mang carrier. Khi đường truyền rỗi: không có sóng mang absence carrier. Nếu hai trạm cùng truyền khung đồng thời thì chúng sẽ phát hiện ra sự xung đột và phải thực hiện lại quá trình truyền khung. Khoảng thời gian để một giao tiếp mạng khôi phục lại sau mỗi lần nhận khung được gọi là khoảng trống liên khung ( interframe gap) ký hiệu IFG. Giá trị của IFG bằng 96 lần thời gian của một bit. Ethernet 10Mb/s: IFG = 9,6 us Ethernet 100Mb/s: IFG = 960 ns Ethernet 1000Mb/s: IFG = 96 ns Cách thức truyền khung và phát hiện xung đột diễn ra như sau: + 1. Khi phát hiện đường truyền rỗi, máy trạm sẽ đợi thêm một khoảng thời gian bằng IFG, sau đó nó thực hiện ngay việc truyền khung. Nếu truyền nhiều khung thì giữa các khung phải cách nhau khoảng IFG Trong trường hợp đường truyền bận, máy trạm sẽ tiếp tục lắng nghe đường 151

153 truyền cho đến khi đường truyền rỗi thì thực hiện lại Trường hợp khi quá trình truyền khung đang diễn ra thì máy trạm phát hiện thấy sự xung đột, máy trạm sẽ phải tiếp tục truyền 32 bit dữ liệu. Nếu sự xung đột được phát hiện ngay khi mới bắt đầu truyền khung thì máy trạm sẽ phải truyền hết trường preamble và thêm 32 bit nữa, việc truyền nốt các bit này (ta xem như là các bit báo hiệu tắc nghẽn) đảm bảo tín hiệu sẽ tồn tại trên đường truyền đủ lâu cho phép các trạm khác ( trong các trạm gây ra xung đột) nhận ra được sự xung đột và xử lý : Sau khi truyền hết các bit báo hiệu tắc nghẽn, máy trạm sẽ đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên hy vọng sau đó sẽ không gặp xung đột và thực hiện lại việc truyền khung như bước 1. Trong lần truyền khung tiếp theo này mà vẫn gặp xung đột, máy trạm buộc phải đợi thêm lần nữa với khoảng thời gian ngẫu nhiên nhưng dài hơn Khi một trạm truyền thành công 512 bit (không tính trường preamble), ta xem như kênh truyền đã bị chiếm. Điều này cũng có nghĩa là không thể có xung đột xảy ra nữa. Khoảng thời gian ứng với thời gian của 512 bit được gọi là slottime. Đây là tham số quan trọng quyết định nhiều tới việc thiết kế. Do bản chất cùng chia sẻ kênh truyền, tại một thời điểm chỉ có một trạm được phép truyền khung. Càng có nhiều trạm trong phân đoạn mạng thì sự xung đột càng xảy ra nhiều, khi đó tốc độ truyền bị giảm xuống. Sự xung đột là hiện tượng xảy ra bình thường trong hoạt động của mạng Ethernet ( từ xung đột dễ gây hiểu nhầm là mạng bị sự cố hay là hoạt động sai, hỏng hóc). a. Khái niệm slottime 152

154 Hình Hai trạm hai phía xa nhất trong mạng Ethernet 10Mb/s Trong ví dụ này, trạm 1 và trạm 2 được xem như hai trạm ở hai phía xa nhất của mạng. Trạm 1 truyền khung tới trạm 2, ngay trước khi khung này tới trạm 2, trạm 2 cũng quyết định truyền khung (vì nó thấy đường truyền rỗi). Để mạng Ethernet hoạt động đúng, mỗi máy trạm phải phát hiện và thông báo sự xung đột tới trạm xa nhất trong mạng trước khi một trạm nguồn hoàn thành việc truyền khung. Khung Ethernet kích cỡ nhỏ nhất là 512 bit (64 octet), do đó khoảng thời gian nhỏ nhất để phát hiện và thông báo xung đột là 512 lần thời gian một bit. Ethernet 10Mb/s : slot Time = 51,2 us Ethernet 100Mb/s : slot Time = 5,12 us Ethernet 1000Mb/s : slot Time = 512 ns Trường hợp vi phạm thời gian slottime, mạng Ethernet sẽ hoạt động không đúng nữa. Mỗi lần truyền khung, máy trạm sẽ lưu khung cần truyền trong bộ đệm cho đến khi nó truyền thành công. Giả sử mạng không đáp ứng đúng tham số slottime. Trạm 1 truyền 512 bit thành công không hề bị xung đột, lúc này khung được xem là truyền thành công và bị xoá khỏi bộ đệm. Do sự phát hiện xung đột bị trễ, trạm 1 lúc này muốn truyền lại khung cũng không được nữa vì khung đã bị xoá khỏi bộ đệm rồi. Mạng sẽ không hoạt động đúng. Một mạng Ethernet được thiết kế đúng phải thoả mãn điều kiện sau: Thời gian trễ tổng cộng lớn nhất để truyền khung Ethernet từ trạm này tới trạm khác trên mạng phải nhỏ hơn một nửa slottime. Thời gian trễ tổng cộng nói tới ở đây bao gồm trễ qua các thành phần truyền khung: trễ truyền tín hiệu trên cáp nối, trễ qua bộ repeater. Thời gian trễ của từng thành phần phụ thuộc vào đặc tính riêng của chúng. Các nhà sản xuất thiết bị ghi rõ và khi thiết kế cần lựa chọn và tính toán để thoả mãn điều kiện hoạt động đúng của mạng Ethernet Các loại mạng Ethernet IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại mạng Ethernet. Mỗi loại mạng được mô tả dựa theo ba yếu tố: tốc độ, phương thức tín hiệu sử dụng và đặc tính đường truyền vật lý. a. Các hệ thống Ethernet 10Mb/s : 10Base5. Đây là tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa trên cáp đồng trục loại dày. Tốc độ đạt được 10 Mb/s, sử dụng băng tần cơ sở, chiều dài cáp tối đa cho 1 phân đoạn mạng là 500m. 153

155 10Base2. Có tên khác là thin Ethernet, dựa trên hệ thống cáp đồng trục mỏng với tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185 m (IEEE làm tròn thành 200m). 10BaseT. Chữ T là viết tắt của twisted : cáp xoắn cặp. 10BaseT hoạt động tốc độ 10 Mb/s dựa trên hệ thống cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên. 10BaseF. F là viết tắt của Fiber Optic (sợi quang). Đây là chuẩn Ethernet dùng cho sợi quang hoạt động ở tốc độ 10 Mb/s, ra đời năm b. Các hệ thống Ethernet 100 Mb/s Ethernet cao tốc (Fast Ethernet ) 100BaseT. Chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s trên cả cắp xoắn cặp lẫn cáp sợi quang. 100BaseX. Chữ X nói lên đặc tính mã hóa đường truyền của hệ thống này (sử dụng phương pháp mã hoá 4B/5B của chuẩn FDDI). Bao gồm 2 chuẩn 100BaseFX và 100BaseTX 100BaseFX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp sợi quang đa mode. 100BaseTX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cắp xoắn cặp. 100BaseT2 và 100BaseT4. Các chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặp cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên tuy nhiên hiện nay hai chuẩn này ít được sử dụng. c. Các hệ thống Giga Ethernet 1000BaseX. Chữ X nói lên đặc tính mã hoá đường truyền ( chuẩn này dựa trên kiểu mã hoá 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel được phát triển bởi ANSI). Chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại: 1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn. 1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài. 1000Base-CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng. 1000BaseT. Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên. Sử dụng kiểu mã hoá đường truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại cáp này. 5.3 Các kỹ thuật chuyển mạch trong LAN Phân đoạn mạng trong LAN a. Mục đích của phân đoạn mạng Mục đích là phân chia băng thông hợp lý đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng trong mạng. Đồng thời tận dụng hiệu quả nhất băng thông đang có. Để thực hiện tốt điều này cần hiểu rõ khái niệm: miền xung đột ( collition domain ) và miền quảng bá (broadcast domain) Miền xung đột (còn được gọi là miền băng thông bandwidth domain) 154

156 Như đã mô tả trong hoạt động của Ethernet, hiện tượng xung đột xảy ra khi hai trạm trong cùng một phân đoạn mạng đồng thời truyền khung. Miền xung đột được định nghĩa là vùng mạng mà trong đó các khung phát ra có thể gây xung đột với nhau. Càng nhiều trạm trong cùng một miền xung đột thì sẽ làm tăng sự xung đột và làm giảm tốc độ truyền, vì thế mà miền xung đột còn có thể gọi là miền băng thông (các trạm trong cùng miền này sẽ chia sẻ băng thông của miền). Miền quảng bá (broadcast domain) Miền quảng bá được định nghĩa là tập hợp các thiết bị mà trong đó khi một thiết bị phát đi một khung quảng bá (khung broadcast) thì tất cả các thiết bị còn lại đều nhận được. Khi sử dụng các thiết bị kết nối khác nhau, ta sẽ phân chia mạng thành các miền xung đột và miền quảng bá khác nhau. b. Phân đoạn mạng bằng Repeater Thực chất repeater không phân đoạn mạng mà chỉ mở rộng đoạn mạng về mặt vật lý. Nói chính xác, repeater cho phép mở rộng miền xung đột. Hình 5.17: Kết nối mạng Ethernet 10BaseT sử dụng Hub Hệ thống 10BaseT sử dụng hub như là một bộ repeater nhiều cổng. Các máy trạm cùng nối tới một hub sẽ thuộc cùng một miền xung đột. Giả sử 8 trạm nối cùng một hub 10BaseT tốc độ 10Mb/s, vì tại một thời điểm chỉ có một trạm được truyền khung nên băng thông trung bình mỗi trạm có được là: 10 Mb/s : 8 trạm = 1,25 Mbps / 1 trạm. Hình sau minh hoạ miền xung đột và miền quảng bá khi sử dụng repeater: 155

157 Hình Miền xung đột và miền quảng bá khi phân đoạn mạng bằng Repeater Một điều cần chú ý khi sử dụng repeater để mở rộng mạng, thì khoảng cách xa nhất giữa 2 máy trạm sẽ bị hạn chế. Trong hoạt động của Ethernet, trong cùng miền xung đột, giá trị slottime sẽ quy định việc kết nối các thiết bị. Việc sử dụng nhiều repeater làm tăng giá trị trễ truyền khung vượt quá giá trị cho phép gây ra hoạt động không đúng trong mạng. 156

158 Hình Luật quy định việc sử dụng Repeater để liên kết mạng c. Phân đoạn mạng bằng cầu nối Cầu nối hoạt động ở tầng 2 trong mô hình OSI, nó có khả năng kiểm tra phần địa chỉ MAC trong khung, và dựa vào địa chỉ nguồn, đích, nó sẽ đưa ra quyết định đẩy khung này tới đâu. Quan trọng là qua đó ta có thể liên kết các miền xung đột với nhau trong cùng một miền quảng bá mà các miền xung đột này vẫn độc lập với nhau. Hình Việc truyền khung tin diễn ra phía A không xuất hiện bên phía B Khác với trường hợp sử dụng repeater ở trên, băng thông lúc này chỉ bị chia sẻ trong từng miền xung đột, mỗi máy trạm được sử dụng nhiều băng thông hơn. Lợi ích khác của việc sử dụng cầu là ta có hai miền xung đột riêng biệt nên mỗi miền có riêng giá trị slottime do vậy có thể mở rộng tối đa cho từng miền. 157

159 Hình Miền xung đột và miền quảng bá khi sử dụng Bridge Tuy nhiên việc sử dụng cầu cũng bị giới hạn bởi quy tắc 80/20. Theo quy tắc này, cầu chỉ hoạt động hiệu quả khi chỉ có 20 % tải của phân đoạn đi qua cầu, 80% là tải trong nội bộ phân đoạn. Hình Quy tắc 80/20 đối với việc sử dụng Bridge Trường hợp ngược lại với quy tắc này, hai phân đoạn kết nối bởi cầu có thể xem như cùng một phân đoạn mạng, không được lợi gì về băng thông. d. Phân đoạn mạng bằng router 159

160 Router hoạt động ở tầng 3 trong mô hình OSI, nó có khả năng kiểm tra header của gói IP nên đưa ra quyết định. Đơn vị dữ liệu mà các bộ định tuyến thao tác là các gói IP (các bộ chuyển mạch và cầu nối thao tác với các khung tin). Bộ định tuyến đồng thời tạo ra các miền xung đột và miền quảng bá riêng biệt. Hình Phân đoạn mạng bằng Router e. Phân đoạn mạng bằng bộ chuyển mạch Bộ chuyển mạch là một thiết bị phức tạp nhiều cổng cho phép cấu hình theo nhiều cách khác nhau. Có thể cấu hình để nó trở thành nhiều cầu ảo như sau: 160

161 Hình Có thể cấu hình bộ chuyển mạch thành nhiều cầu ảo Bảng tổng kết thực hiện phân đoạn mạng bằng các thiết bị kết nối khác nhau: Thiết bị Miền xung đột Miền quảng bá Repeater Một Một Bridge Nhiều Một Router Nhiều Nhiều Switch Nhiều Một hoặc nhiều Các chế độ chuyển mạch trong LAN Như phần trên đã trình bày, bộ chuyển mạch cung cấp khả năng tương tự như cầu nối, nhưng có khả năng thích ứng tốt hơn trong trường hợp phải mở rộng quy mô, cũng như trong trường hợp phải cải thiện hiệu suất vận hành của toàn mạng. Bộ chuyển kết nối nhiều đoạn mạng hoặc thiết bị thực hiện chức năng của nó bằng cách xây dựng và duy trì một cơ sở dữ liệu lưu danh sách các cổng và các phân đoạn mạng kết nối tới. Khi một khung tin gửi tới, bộ chuyển mạch sẽ kiểm tra địa chỉ đích có trong khung tin, sau đó tìm số cổng tương ứng trong cơ sở dữ liệu để gửi khung tin tới đúng cổng. Cách thức nhận và chuyển khung tin cho ta hai chế độ chuyển mạch: - Chuyển mạch lưu-và-chuyển ( store- and- forward switching ) - Chuyển mạch ngay (cut-through switching) a. Chuyển mạch lưu-và-chuyển ( store- and- forward switching ) Các bộ chuyển mạch lưu và chuyển hoạt động như cầu nối. Trước hết, khi có khung tin gửi tới, bộ chuyển mạch sẽ nhận toàn bộ khung tin, kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu của khung tin, sau đó mới chuyển tiếp khung tin tới cổng cần chuyển. 161

162 Khung tin trước hết phải được lưu lại để kiểm tra tính toàn vẹn do đó sẽ có một độ trễ nhất định từ khi dữ liệu được nhận tới khi dữ liệu được chuyển đi. Với chế độ chuyển mạch này, các khung tin đảm bảo tính toàn vẹn mới được chuyển mạch, các khung tin lỗi sẽ không được chuyển từ phân đoạn mạng này sang phân đoạn mạng khác. b. Chuyển mạch ngay (cut-through switching) Các bộ chuyển mạch ngay hoạt động nhanh hơn so với các bộ chuyển mạch lưuvà-chuyển. Bộ chuyển mạch đọc địa chỉ đích ở phần đầu khung tin rồi chuyển ngay khung tin tới cổng tương ứng mà không cần kiểm tra tính toàn vẹn. Khung tin được chuyển ngay thậm chí trước khi bộ chuyển mạch nhận đủ dòng bit dữ liệu. Khung tin đi ra khỏi bộ chuyển mạch trước khi nó được nhận đủ. Các bộ chuyển mạch đời mới có khả năng giám sát các cổng của nó và quyết định sẽ sử dụng phương pháp nào thích hợp nhất. Chúng có thể tự động chuyển từ phương pháp chuyển ngay sang phương pháp lưu-và-chuyển nếu số lỗi trên cổng vượt quá một ngưỡng xác định Mạng LAN ảo (VLAN) Như trong phần phân đoạn mạng đã trình bày, cầu nối và bộ chuyển mạch có thể tách mỗi cổng của chúng là một miền xung đột riêng nhưng tất cả đều thuộc cùng một miền quảng bá. Cách duy nhất để chia tách các miền quảng bá khác nhau là sử dụng các bộ định tuyến. 162

163 Hình Mạng LAN ảo theo chức năng các phòng ban Tuy nhiên trong phần này chúng ta nói tới khả năng khác của các bộ chuyển mạch hiện đại, chúng có thể lọc các khung tin quảng bá và chỉ gửi chúng tới miền quảng bá xác định. Sử dụng các bộ chuyển mạch để kết hợp các thiết bị thành các vùng quảng bá logic sẽ tạo ra các mạng LAN ảo (VLAN). a. Tạo mạng LAN ảo với một bộ chuyển mạch Mỗi mạng LAN ảo và các thành viên của nó được xác định bởi một nhóm các cổng trên bộ chuyển mạch. Mỗi cổng của bộ chuyển mạch thuộc về một mạng LAN ảo nào đó, do đó các thiết bị gắn với cổng này sẽ thuộc về mạng LAN ảo này. Các khung tin quảng bá chỉ được phát tới các cổng thuộc cùng một mạng LAN ảo. Một thiết bị có thể chuyển từ LAN ảo sang LAN ảo khác bằng cách kết nối tới cổng khác của bộ chuyển mạch. Một thiết bị khi thay đổi vị trí địa lý vẫn thuộc về LAN ảo cũ nếu nó vẫn duy trì kết nối tới một trong các cổng thuộc về LAN ảo này. b. Tạo mạng LAN ảo với nhiều bộ chuyển mạch Trong thực tế, việc sử dụng nhiều bộ chuyển mạch để xây dựng các mạng LAN ảo được thực hiện nhiều hơn. Hình Cấu hình các bộ chuyển mạch tạo thành các miền quảng bá cho các mạng LAN ảo Để thực hiện mạng LAN ảo bằng nhiều bộ chuyển mạch, một số định danh đặc biệt VLAN ID được gán cho các khung tin, số này xác định mạng LAN ảo mà 163

164 khung tin cần chuyển tới. Giả sử một máy trạm A gửi khung tin tới máy trạm B thuộc cùng LAN ảo với mình (nhưng không cùng thuộc một bộ chuyển mạch). Bộ chuyển mạch mà máy A nối trực tiếp tới sẽ gán thêm vào khung tin chỉ số VLAN ID và chuyển nó tới bộ chuyển mạch kế tiếp. Mỗi bộ chuyển mạch sẽ sử dụng VLAN ID để định tuyến khung tin, nó sẽ đọc VLAN ID và chuyển tiếp khung tin cho bộ chuyển mạch thích hợp. Khi khung tin tới bộ chuyển mạch cuối cùng, bộ chuyển mạch này nhận ra đích tới nối trực tiếp tới một trong các cổng của mình. Nó sẽ loại bỏ phần đầu chứa chỉ số VLAN ID rồi gửi khung tới đúng cổng. Khung tin khi tới trạm đích sẽ được khôi phục nguyên dạng ban đầu. c. Cách xây dựng mạng LAN ảo Để tạo ra mạng LAN ảo, cần phải xác định nhóm logic. Nhóm các máy tính (thiết bị) trong mạng LAN ảo thường được tổ chức theo hai mô hình: Mô hình nhóm làm việc. Theo mô hình này, các thành viên trong mạng LAN ảo là các máy tính cùng thực hiện một chức năng, người sử dụng trong cùng một nhóm công việc. Các mạng LAN ảo thường được chia theo các phòng ban, ví dụ Phòng kế toán, phòng Bán hàng, Phòng nghiên cứu... Các tài nguyên khác chung của mạng sẽ thuộc về một hoặc nhiều mạng LAN ảo. Mô hình dịch vụ. Theo mô hình này, các mạng LAN ảo được phân chia theo loại hình dịch vụ cụ thể. Ví dụ, tất cả các máy tính cần truy nhập tới dịch vụ đặc thù nào đó sẽ là thành viện của cùng một mạng LAN ảo. Các máy tính có thể là thành viên của nhiều mạng LAN ảo khác nhau tuỳ thuộc vào các dịch vụ mà nó cần truy nhập tới. d. Ưu điểm và nhược điểm của mạng LAN ảo Ưu điểm: Có thể tạo ra mạng LAN ảo, tạo ra các nhóm làm việc không phụ thuộc vào vị trí của thiết bị, chẳng hạn, những người thuộc cùng nhóm nghiên cứu không cần ngồi cùng một phòng hay cùng một tầng trong toà nhà mà vẫn là các thành viên trong một mạng LAN ảo. Có thể dễ dàng di chuyển thiết bị từ mạng LAN ảo này sang mạng LAN ảo khác. Mạng LAN ảo cho phép kiểm soát kiểm soát các miền quảng bá và kiếm soát tính bảo mật. Ưu điểm khác là bằng việc sử dụng các bộ chuyển mạch thay cho các bộ định 164

165 tuyến, hiệu năng làm việc đạt được cao hơn, giá thành rẻ hơn, khả năng quản trị tốt hơn. Nhược điểm: Hiện nay, chuẩn chính thức cho VLAN ( Uỷ ban IEEE 802.1q đang soạn thảo) chưa được phê chuẩn mặc dù chuẩn này được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp. Do đó các thiết lập và cấu hình VLAN phụ thuộc vào nhà sản xuất thiết bị. 165

166 Chương 6. Mạng diện rộng WAN 6.1 Khái niệm về WAN Mạng WAN là gì? Wide Area Networks WAN, là mạng được thiết lập để liên kết các máy tính của hai hay nhiều khu vực khác nhau, ở khoảng cách xa về mặt địa lý, như giữa các quận trong một thành phố, hay giữa các thành phố hay các miền trong nước. Đặc tính này chỉ có tính chất ước lệ, nó càng trở nên khó xác định với việc phát triển mạnh của các công nghệ truyền dẫn không phụ thuộc vào khoảng cách. Tuy nhiên việc kết nối với khoảng cách địa lý xa buộc WAN phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: băng thông và chi phí cho băng thông, chủ quản của mạng, đường đi của thông tin trên mạng. WAN có thể kết nối thành mạng riêng của một tổ chức, hay có thể phải kết nối qua nhiều hạ tầng mạng công cộng và của các công ty viễn thông khác nhau. WAN có thể dùng đường truyền có băng thông thay đổi trong khoảng rất lớn từ 56Kbps đến T1 với Mbps hay E1 với Mbps,...và đến Giga bít-gbps là các đường trục nối các quốc gia hay châu lục. Ở đây bps (Bit Per Second) là một đơn vị trong truyền thông tương đương với 1 bit được truyền trong một giây, ví dụ như tốc độ đường truyền là 1 Mbps tức là có thể truyền tối đa 1 Megabit trong 1 giây trên đường truyền đó). Do sự phức tạp trong việc xây dựng, quản lý, duy trì các đường truyền dẫn nên khi xây dựng mạng diện rộng WAN người ta thường sử dụng các đường truyền được thuê từ hạ tầng viễn thông công cộng, và từ các công ty viễn thông hay các nhà cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu. Tùy theo cấu trúc của mạng những đường truyền đó thuộc cơ quan quản lý khác nhau như các nhà cung cấp đường truyền nội hạt, liên tỉnh, liên quốc gia, chẳng hạn ở Việt Nam là công ty Viễn thông liên tỉnh VTN, công ty viễn thông quốc tế - VTI. Các đường truyền đó phải tuân thủ các quy định của chính phủ các khu vực có đường dây đi qua như: tốc độ, việc mã hóa. Với WAN đường đi của thông tin có thể rất phức tạp do việc sử dụng các dịch vụ truyền dữ liệu khác nhau, của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Trong quá trình hoạt động các điểm nút có thể thay đổi đường đi của các thông tin khi phát hiện ra có trục trặc trên đường truyền hay khi phát hiện có quá nhiều thông tin cần truyền giữa hai điểm nút nào đó. Trên WAN thông tin có thể có các con đường đi khác nhau, điều đó cho phép có thể sử dụng tối đa các năng lực của đường truyền và nâng cao điều kiện an toàn trong truyền dữ liệu. Phần lớn các WAN hiện nay được phát triển cho việc truyền đồng thời trên đường truyền nhiều dạng thông tin khác nhau như: video, tiếng nói, dữ liệu...nhằm 166

167 làm giảm chi phí dịch vụ. Các công nghệ kết nối WAN thường liên quan đến 3 tầng đầu của mô hình ISO 7 tầng. Đó là tầng vật lý liên quan đến các chuẩn giao tiếp WAN, tầng liên kết dữ liệu liên quan đến các giao thức truyền thông của WAN, và một số giao thức WAN liên quan đến tầng mạng. Các quan hệ này được mô tả trong hình 3.1 Hình 6.1: Các chuẩn và giao thức WAN trong mô hình ISO 7 tầng Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN. Xã hội càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin càng đòi hỏi việc xử lý thông tin phải được tiến hành một cách nhanh chóng và chính xác. Sự ra đời và phát triển không ngừng của ngành công nghệ thông tin đã góp phần quan trọng vào sự phát triển chung đó. Với sự ra đời máy tính, việc xử lý thông tin hơn bao giờ hết đã trở nên đặc biệt nhanh chóng với hiệu suất cao. Đặc biệt hơn nữa, người ta đã nhận thấy việc thiết lập một hệ thống mạng diện rộng - WAN và truy cập từ xa sẽ làm gia tăng gấp bội hiệu quả công việc nhờ việc chia sẻ và trao đổi thông tin được thực hiện một cách dễ dàng, tức thì (thời gian thực). Khi đó khoảng cách về mặt địa lý giữa các vùng được 167

168 thu ngắn lại. Các giao dịch được diễn ra gần như tức thì, thậm chí ta có thể tiến hành các hội nghị truyền hình, các ứng dụng đa phương tiện... Nhờ có hệ thống WAN và các ứng dụng triển khai trên đó, thông tin được chia sẻ và xử lý bởi nhiều máy tính dưới sự giám sát của nhiều người đảm bảo tính chính xác và hiệu quả cao. Phần lớn các cơ quan, các tổ chức, và cả các cá nhân đều đã nhận thức được tính ưu việt của xử lý thông tin trong công việc thông qua mạng máy tính so với công việc văn phòng dựa trên giấy tờ truyền thống. Do vậy, sớm hay muộn, các tổ chức, cơ quan đều cố gắng trong khả năng có thể, đều cố gắng thiết lập một mạng máy tính, đặc biệt là WAN để thực hiện các công việc khác nhau. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, công nghệ viễn thông và kỹ thuật máy tính, mạng WAN và truy cập từ xa dần trở thành một phương tiện làm việc căn bản, gần như là bắt buộc khi thực hiện yêu cầu về hội nhập quốc tế. Trên WAN người dùng có thể trao đổi, xử lý dữ liệu truyền thống thuần túy song song với thực hiện các kỹ thuật mới, cho phép trao đổi dữ liệu đa phương tiện như hình ảnh, âm thanh, điện thoại, họp hội nghị,... qua đó tăng hiệu suất công việc, và làm giảm chi phí quản lý cũng như chi phí sản xuất khác. Đặc biệt đối với các giao dịch Khách chủ (Client Server), hệ thống kết nối mạng diện rộng từ các LAN của văn phòng trung tâm (NOC) tới LAN của các chi nhánh (POP) sẽ là hệ thống trao đổi thông tin chính của cơ quan hay tổ chức. Nó giúp tăng cường và thay đổi về chất công tác quản lý và trao đổi thông tin, tiến bước vững chắc tới một nền kinh tế điện tử (e-commerce), chính phủ điện tử (egoverment) trong tương lai không xa Những điểm cần chú ý khi thiết kế WAN Khi thiết kế WAN chúng ta cần chú ý đến ba yếu tố: Môi trường: các yếu tố liên quan đến mục tiêu thiết kế như môi trường của WAN, các yêu cầu về năng lực truyền thông của WAN (hiệu năng mạng), khả năng cung cấp động và các ràng buộc về băng thông, thoả mãn các đặc trưng của dữ liệu cần trao đổi trên WAN, đặc biệt các loại dữ liệu cần đảm bảo chất lượng dịch vụ như dữ liệu đa phương tiện, dữ liệu đòi hỏi đáp ứng thời gian thực như giao dịch về tài chính. Môi trường của WAN ở đây được thể hiện qua các tham số như số lượng các trạm làm việc, các máy chủ chạy các dịch vụ, và vị trí đặt chúng, các dịch vụ và việc đảm bảo chất lượng các dịch vụ đang chạy trên WAN. Việc chọn số lượng và vị trí đặt các máy chủ, các máy trạm trong WAN liên quan nhiều đến vấn đề tối ưu các 168

169 luồng dữ liệu truyền trên mạng. Chẳng hạn khu vực nào có nhiều trạm làm việc, chúng cần thực hiện nhiều giao dịch với một hay nhiều máy chủ nào đó, thì các máy chủ đó cũng cần phải đặt trong khu vực đó, nhằm giảm thiểu dữ liệu truyền trên WAN. Yêu cầu về hiệu năng cần được quan tâm đặc biệt khi thiết kế các WAN yêu cầu các dịch vụ đòi hỏi thời gian thực như VoIP, hay hội nghị truyền hình, giao dịch tài chính,... Khi đó các giới hạn về tốc độ đường truyền, độ trễ,... cần được xem xét kỹ, nhất là khi dùng công nghệ vệ tinh, vô tuyến,... Các đặc trưng của dữ liệu cũng cần được quan tâm để nhằm giảm thiểu chi phí về băng thông khi kết nối WAN. Các đặc trưng dữ liệu đề cập ở đây là dữ liệu client/ server, thông điệp, quản trị mạng,... băng thông nào đảm bảo chất lượng dịch vụ? Các yêu cầu kỹ thuật: năm yêu cầu cần xem xét khi thiết kế WAN đó là tính khả mở rộng, tính dễ triển khai, tính dễ phát hiện lỗi, tính dễ quản lý, hỗ trợ đa giao thức. Tính khả mở rộng thể hiện ở vấn đề có thể mở rộng, bổ sung thêm dịch vụ, tăng số lượng người dùng, tăng băng thông mà không bị ảnh hưởng gì đến cấu trúc hiện có của WAN, và các dịch vụ đã triển khai trên đó. Tính dễ triển khai thể hiện bằng việc thiết kế phân cấp, mô đun hoá, khối hoá ở mức cao. Các khối, các mô đun của WAN độc lập một cách tương đối, quá trình triển khai có thể thực hiện theo từng khối, từng mô đun. Tính dễ phát hiện lỗi là một yêu cầu rất quan trọng, vì luồng thông tin vận chuyển trên WAN rất nhậy cảm cho các tổ chức dùng WAN. Vậy việc phát hiện và cô lập lỗi cần phải thực hiện dễ và nhanh đối với quản trị hệ thống. Tính dễ quản lý đảm bảo cho người quản trị mạng làm chủ được toàn bộ hệ thống mạng trong phạm vi địa lý rộng hoặc rất rộng. Hỗ trợ đa giao thức có thể thực hiện được khả năng tích hợp tất cả các dịch vụ thông tin và truyền thông cho một tổ chức trên cùng hạ tầng công nghệ thông tin, nhằm giảm chi phí thiết bị và phí truyền thông, giảm thiểu tài nguyên con người cho việc vận hành hệ thống. An ninh-an toàn: việc đảm bảo an ninh, xây dựng chính sách an ninh, và thực hiện an ninh thế nào ngay từ bước thiết kế. 6.2 Một số công nghệ kết nối cơ bản dùng cho WAN Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Swiching Network) a. Giới thiệu Mạng chuyển mạch kênh thực hiện việc liên kết giữa hai điểm nút qua một 169

170 đường nối tạm thời hay giành riêng giữa điểm nút này và điểm nút kia. Đường nối này được thiết lập trong mạng thể hiện dưới dạng cuộc gọi thông qua các thiết bị chuyển mạch. 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 nút mạng có thể kết nối với bất kỳ một nút khác. Thông qua những đường nối và các thiết bị chuyên dùng người ta có thể tạo ra một liên kết tạm thời từ nơi gửi tới nơi nhận, kết nối này duy trì trong suốt phiên làm việc và được giải phóng ngay 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 gửi và nút nhận. Hiện nay có 2 loại mạng chuyển mạch kênh là chuyển mạch tương tự (analog) và chuyển mạch số (digital) Hình 6.2. Mô hình kết nối WAN dùng mạng chuyển mạch b. Chuyển mạch tương tự (Analog) Việc chuyển dữ liệu qua mạng chuyển mạch tương tự được thực hiện qua mạng điện thoại. Các trạm trên mạng sử dụng một thiết bị có tên là modem ("MODulator" and "DEModulator"), thiết bị này sẽ chuyển các tín hiệu số từ máy tính sang tín hiệu tương tự có thể truyền dữ liệu đi trên các kênh điện thoại và ngược lại biến tín hiệu dạng tương tự thành tín hiệu số. Một minh họa kết nối dùng mạng chuyển mạch là kết nối qua mạng điện thoại PSTN, hay còn gọi là kết nối quay số (dial-up). 170

171 Hình 6.3. Mô hình kết nối WAN dùng mạng chuyển mạch tương tự Kết nối PSTN Thiết bị: Dùng modem tương tự loại truyền không đồng bộ, hay truyền đồng bộ, để kết nối thiết bị mạng vào mạng điện thoại công cộng. Phương thức kết nối: Dùng kết nối PPP từ máy trạm hay từ thiết bị định tuyến qua modem, qua mạng điện thoại công cộng. Kết nối đơn tuyến- dùng 1 đường điện thoại. Hình6.4. Mô hình kết nối dùng một đường điện thoại Các hạn chế khi dùng kết nối PSTN: Các kết nối tương tự (analog) thực hiện trên mạng điện thoại công cộng và cước được tính theo phút. Đây là hình thức kết nối phổ biến nhất do tính đơn giản và tiện lợi của nó. Tuy nhiên chi phí cho nó tương đối cao cho các giao dịch liên tỉnh và chất lượng đường truyền không đảm bảo tính ổn định thấp, băng thông thấp, tối đa 56Kbps cho 1 đường. Hình thức kết nối này chỉ phù hợp cho các chi nhánh nối tới Trung tâm mạng trong cùng một thành phố, đòi hỏi băng thông thấp và cho các người dùng di động, và cho các kết nối dùng không quá 4 giờ/ngày. Kết nối bó (multilink đa tuyến)- dùng nhiều đường điện thoại. 171

172 Hình 6.5. Mô hình kết nối dùng nhiều đường điện thoại Kết nối bó nhằm tăng dung lượng của đường truyền theo yêu cầu của dịch vụ (dial on demand) c. Mạng chuyển mạch số (Digital) Hình 6.6. Mô hình kết nối WAN dùng mạng chuyển mạch số Kết nối ISDN Giới thiệu Dịch vụ số ISDN - Intergrated Services Digital Network: ISDN là một loại mạng viễn thông số tích hợp đa dịch vụ cho phép sử dụng cùng một lúc nhiều dịch vụ trên cùng một đường dây điện thoại thông thường. Với cơ sở điện thoại cố định hạ tầng hiện có, ISDN là giải pháp cho phép truyền dẫn thoại, dữ liệu và hình ảnh tốc độ cao. Người dùng cùng một lúc có thể truy cập WAN và gọi điện thoại, fax mà chỉ cần một đường dây điện thoại duy nhất, thay vì 3 đường nếu dùng theo kiểu thông thường. Kết nối ISDN có tốc độ và chất lượng cao hơn hẳn dịch vụ kết nối theo kiểu quay số qua mạng điện thoại thường (PSTN). Tốc độ truy cập mạng WAN có thể lên đến 128 Kbps nếu sử dụng đường ISDN 2 kênh (2B+D) và tương đương Mbps nếu sử dụng ISDN 30 kênh (30B+D). Các thiết bị dùng cho kết nối ISDN ISDN Adapter: Kết nối với máy tính thông qua các giao tiếp PCI, RS-232, USB, PCMCIA và cho phép máy tính kết nối với mạng WAN thông qua mạng đa dịch vụ tích hợp ISDN với tốc độ 128Kbps ổn định đa dịch vụ và cao hơn hẳn so với các kết nối tương tự truyền thống mà tốc độ tối đa lý thuyết là 56Kbps. ISDN Router: Thiết bị này cho phép kết nối LAN vào WAN cho một số lượng không giới hạn người dùng. Thông qua giao tiếp ISDN BRI, thiết bị này còn có thể đóng vai trò như một bộ chuyển đổi địa chỉ mạng (Network Address Translation) hoặc một máy chủ truy nhập từ xa. Khả năng thiết lập kết nối LAN-to-LAN qua dịch vụ ISDN cho phép nối mạng giữa Văn phòng chính và Chi nhánh hết sức thuận tiện. Cổng kết nối Ethernet tốc độ 10/100Mbps cho phép kết nối dễ dàng với mạng LAN. 172

173 Các tính năng Quay số theo yêu cầu (Dial-on-Demand) và băng thông theo yêu cầu (Bandwidth- on-demand) tự động tối ưu hoá các kết nối theo yêu cầu của người dùng trên mạng. Các đặc tính của ISDN ISDN được chia làm hai loại kênh khác nhau: Kênh dữ liệu (Data Channel), tên kỹ thuật là B channel, hoạt động ở tốc độ 64 Kbps. Kênh kiểm soát (Control Channel), tên kỹ thuật là D Channel, hoạt động ở 16 Kbps (Basic rate) và 64 Kbps (Primary rate) Dữ liệu của người dùng sẽ được truyền trên các kênh B, và dữ liệu báo hiệu (signaling data) được truyền qua kênh D. Bất kể một kết nối ISDN có bao nhiêu kênh B, nó chỉ có duy nhất một kênh D. Đường ISDN truyền thống có hai tốc độ cơ bản là residential basic rate và commercial primary rate. Một vài công ty điện thoại không có đường truyền và thiết bị đầu cuối thích hợp cho dịch vụ tốc độ cơ bản nên họ cung cấp một tốc độ cơ bản cố định, có giá trị trong khoảng từ 64 Kbps đến 56 Kbps. Những biến thể này hoạt động như một kênh B riêng biệt. Basic rate ISDN hoạt động với hai kênh B 64 Kbps và một kênh D 16 Kbps qua đường điện thoại thông thường, cung cấp băng thông dữ liệu là 128 Kbps. Tốc độ cơ bản được cung cấp phổ biến ở hầu hết các vùng ở Mỹ và châu Ấu, với giá gần bằng với điện thoại thường ở một số vùng. (ở Đức, đường ISDN hoạt động với tốc độ cơ bản, với hai kênh B 64 Kbps và một kênh D 16 Kbps). Primary rate hoạt động với hai mươi ba kênh B 64 Kbps và một kênh D 64 Kbps qua một đường T1, cung cấp băng thông 1472 Kbps. Primary rate đưa ra đường truyền quay số tốc độ cao, cần thiết cho các tổ chức lớn. Đôi khi ISDN adaptor bị gọi là "ISDN modem" vì nó có chức năng quay số và trả lời cuộc gọi trên đường dây số, như modem thực hiện trên đường dây tương tự. Tuy nhiên, ISDN adaptor không phải là modem vì không thực hiện chức năng modulation/demodulation và việc chuyển đổi tín hiệu giữa số và tương tự (digital/analog conversion). Đánh giá khi dùng kết nối ISDN ISDN gồm hai kiểu BRI và PRI, đều đắt hơn điện thoại thông thường nhưng băng thông cao hơn. Hiện tại tốc độ cao nhất có thể cung cấp tại Việt Nam là 128 Kbps. Đây là hình thức kết nối mạng liên tỉnh tương đối rẻ so với các loại khác. Tuy nhiên nó đòi hỏi tổng đài điện thoại phải hỗ trợ kết nối ISDN (Cần phải khảo sát trước). 173

174 Mạng kênh thuê riêng (Leased lines Network) Hình 6.7. Mô hình kết nối WAN dùng các kênh thuê riêng Giới thiệu Cách kết nối phổ biến nhất hiện nay giữa hai điểm có khoảng cách lớn vẫn là Leased Line (tạm gọi là đường dành riêng). 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 6.8. 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. 174

175 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 tương tự. 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 dử 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 tương 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 đưòng 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 tương 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. 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 tuyền 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. Hệ thống mang tín hiệu T-carrier được dùng ở Bắc mỹ từ 1962, dùng chế độ phân chia thời gian (Time Division Multiplexing - TDM) để cung cấp tín hiệu thoại qua các đường truyền số. Nó được thiết kế hoạt động trên hệ thống cáp đồng, các đường này cũng được dùng dể truyền số liệu hay các tín hiệu video. Tại mỗi đầu cuối trước khi nối vào thiết bị của khách hàng, phải sử dụng một thiết bị đầu cuối là CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit - CSU/DSU) để mã hoá dữ liệu truyền. Thông thường thiết bị của khách hàng là các bộ hợp kênh (multiplexer) hay một cầu nối (LAN bridge) dùng cho việc chuyển mạch với T-carrier. Nó có thể mang 175

176 tín hiệu giọng nói dưới dạng mã số, khi đó băng thông sử dụng là 64 Kbps, giá trị này được xác định theo định luật Nyquist và điều biến theo mã xung Pulse Code Modulation - PCM. Theo định luật Nyquist tín hiệu giọng nói phải được lấy 8000 mẫu trên giây. Dùng điều biến PCM yêu cầu mỗi mẫu phải biểu diễn bằng giá trị 8-bit. Tốc độ 64 Kbps được xác định như một kênh truyền ký hiệu là DS-0 (Digital Signal level 0) cho hệ thống T-carrier. Mỗi kênh DS-0 được dùng cho một kênh thoại. Khi dùng hệ thống T-carrier cho truyền số, mỗi khung dữ liệu là 193 bit, 8000 mẫu trên giây ta có: Tốc độ Mbps được gọi là kênh T-1, nó bằng 24 kênh DS-0, được ký hiệu là DS-1 (DigitalSignal level 1). Hiện nay người ta có các đường truyền thuê bao như sau : Leased Line được phân làm hai lớp chính là Tx (theo chuẩn của Mỹ và Canada) và Ex (theo chuẩn của châu Ấu, Nam Mỹ và Mehicô), x là mã số chỉ băng thông (bandwidth) của kết nối. Thông số kỹ thuật của các đường truyền Tx và Ex được liệt kê trong bảng dưới. Loại kênh Thông lượng Ghép kênh T0 56 Kbps 1 đường thoại T Mbps 24 đường T0 T Mbps 4 đường T1 T Mbps 28 đường T1 T Mbps 168 đường T1 T0/E0 là tương đương với một kênh truyền thoại đơn lẻ, T0 hoạt động ở tốc độ 56 Kbps và E0 hoạt động ở tốc độ 64 Kbps. Sở dĩ có sự khác biệt về tốc độ là vì các hệ thống viễn thông ở Bắc Mỹ dùng giao thức truyền tín hiệu cũ hơn, đảm bảo tạo ra chế độ sử dụng luân phiên 8 bit. Các máy biến đổi cảm ứng điện từ (Magnetic inductance transformer) trên công tắc chuyển mạch điện thoại (phone switch) cũ sẽ không khóa cứng (block) các công tắc chuyển mạch luân phiên (alternating switch) hiện nay. Còn chuẩn của châu Ấu sử dụng 8 bit để truyền tải thông tin do hệ thống 176

177 chuyển mạch ở đây không dùng máy biến đổi cảm ứng. T0 và E0 tạo nền tảng cho các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao hơn vì các đường trung kế thoại (Telephone trunk line) đều có thể truyền cuộc gọi được số hóa (digitized voice conversation). Tất cả các công ty điện thoại đều tối ưu hóa đường truyền của họ cho dịch vụ truyền thoại (voice service). Bên cạnh việc phân chia trực tiếp các mức độ khác nhau của dịch vụ E/T, có nhiều đường truyền cung cấp dịch vụ phân chia nhỏ hơn, cho phép người dùng đặt thuê một số lượng bất kỳ các kênh (channel) T0 trong một đường truyền T1 (tất nhiên số channel T0 đặt thuê phải nhỏ hơn hoặc bằng số channel T0 có trong một đường T1), hoặc đặt thuê các channel T1 trong một đường truyền T3 (số channel T1 đặt thuê phải nhỏ hơn hoặc bằng số channel T0 có trong một đường T3). Ví dụ nếu người dùng chỉ cần (hoặc chỉ đủ tiền để trả) một đường truyền khoảng 336 Kbps, họ có thể thuê 6 channel T0 của một đường truyền T1. Trong điều kiện đó, CSU/DSU (Channel Service Unit/Digital Service Unit) của người dùng phải có khả năng hỗ trợ các kênh phân chia (fractional channel). Khi đó công ty điện thoại sẽ tính tiền một phần của đường truyền T1 cho việc phân chia một phần thông lượng đường truyền mà người dùng sử dụng. Các đường leased line được gắn vào cổng nối tiếp (serial port) của máy tính hoặc router thông qua một CSU/DSU. Các công nghệ xdsl Giới thiệu Việc kết nối WAN được thực hiện đầu tiên dùng modem tương tự qua mạng điện thoại, đến nay phương thức này chỉ dừng lại ở tốc độ truyền tải rất thấp, tối đa là 56kbps/line, điều này đã được cha đẻ của ngành lý thuyết thông tin Claude Shannon đã đưa ra giới hạn dung lượng cho kênh truyền có nhiễu là 35 kbps và thực tế đã đạt được 33.6kbps. Hạn chế của kênh truyền điện thoại với tốc tộ thông tin truyền số liệu do đôi dây cáp đồng như người ta nghĩ mà là khi qua mạch mã hóa PCM (Pulse Code Modulation) dãy tần truyền dẫn chỉ cho qua các tín hiệu từ 300hz đến 400hz. Sau này Modem X2 của hãng US Robotics và modem của hãng Rockwell được thống nhất bởi tiêu chuẩn V90 của ITU-T (liên minh viễn thông quốc tế) nhằm mục đích lách khỏi mạch lọc này trong chiều từ ISP về đến người sử dụng (downtream) đạt được tốc độ 56kbps nhưng tốc độ chiều từ người dùng lên ISP (uptream) vẫn là 33.6kbps và đây là tốc độ cao nhất có thể đạt được của modem. Đến nay cải tiến thành chuẩn V92 thực hiện kết nối nhanh hơn. Không đạt được tốc độ như đường T1: 1544kbps hay E1: 2048 kbps. 177

178 Để vượt qua ngưỡng tốc độ người ta chuyển sang dùng kỹ thuật số xdsl. Trên đường dây điện thoại thì thực tế chỉ dùng một khoảng tần số rất nhỏ từ 0KHz đến 20KHz để truyền dữ liệu âm thanh (điện thoại). Công nghệ DSL tận dụng đặc điểm này để truyền dữ liệu trên cùng đường dây, nhưng ở tần số KHz đến MHz. HDSL (High-speed DSL) là đường truyền thuê bao kỹ thuật số tốc độ cao, đạt 1,544-2,048 Mbps và cần dùng tới 2 hoặc 3 đường cáp đôi. SDSL (Symmtric DSL) tương tự như HDSL, nhưng chỉ sử dụng một đường cáp và dung lượng truyền dữ liệu hai chiều bằng nhau, đạt khoảng 1,544-2,048 Mbps. IDSL (Intergrated Service Digital Network DSL) là mạng tích hợp dịch vụ số, có tốc độ download và upload như nhau, đạt 128 Kbps. RADSL (Rate Adaptive DSL) điều chỉnh tốc độ truyền theo chất lượng tín hiệu. Tốc độ download từ 640 Kbps tới 2,2 Mbps và upload từ 272 Kbps tới 1,088 Mbps. CDSL (Consumer DSL) là một phiên bản của DSL, tốc độ download khoảng 1 Mbps và tốc độ upload thì thấp hơn. UDSL (Unidirectional DSL) là một phiên bản dự kiến sắp đưa ra của một công ty ở châu Âu, tương tự như HDSL. DSL Lite (còn gọi là G-Lite) có tốc độ đạt 1,544-6 Mbps. ADSL (asymmetrical DSL) là đường truyền thuê bao kỹ thuật số không đối xứng, tốc độ download đạt 1,544-8 Mbps, upload đạt Kbps. VDSL (Very-high-bit-rate DSL) là đường truyền thuê bao kỹ thuật số tốc độ rất cao. Hiện nay, VDSL là hình thức DSL đạt tốc độ cao nhất với tốc độ download có thể đạt 12,9-52,8 Mbps và upload 1,5-2,3 Mbps. G.SHDSL(Single pair High bit-rate DSL) là tiêu chuẩn quốc tế mới về truyền dẫn trên đôi cáp đơn, DSL tốc độ cao, được đưa ra trong tiêu chuẩn G của ITU-T. Không giống như DSL không đối xứng, được thiết kế cho các ứng dụng ở khu vực mà băng tần đường xuống lớn hơn băng tần đường lên. G.SHDSL là chuẩn đối xứng cho phép truyền với tốc độ 2,3Mbit/s cho cả hai hướng. Do đó GSHDSL thích hợp hơn cho các ứng dụng thương mại đòi hỏi băng thông tốc độ cao cả hai hướng. G.SHDSL tích hợp được cả các tính năng tin cậy của cáp đồng hiện hành và truyền thông tốc độ cao mang lại hiệu quả: nâng cao tốc độ dữ liệu, cự ly dài hơn và ít tạp âm hơn. Các dịch vụ kênh riêng, frame relay và Internet tại Bắc Mỹ ngày nay chủ yếu sử dụng tốc độ 1,544Mbit/s. Kỹ thuật mã hoá luồng T1 chuyển từ phương pháp mã 178

179 hoá AMI/B8ZS sang DSL tốc độ cao (HDSL) từ những năm Luồng T1 sử dụng mã AMI/B8ZS sử dụng hai đôi cáp (4 dây) với cự ly bị giới hạn, do đó đòi hỏi những bộ lặp trong phạm vi từ feet (xấp xỉ 1-2km) tuỳ thuộc vào lưu lượng. Trong khi đó để mua, lắp đặt và bảo dưỡng các bộ lặp T1 là khá đắt. HDSL đưa ra phương pháp điều chế mới mã cơ số 2 và mã cơ số 4 (2 binary 1 quaternary) cho đường truyền T1 do đó cự ly truyền dẫn được nâng lên tới 9000 feet (3km) mà không cần bộ lặp. Vì thế các công ty điện thoại Bắc Mỹ đã nhanh chóng chuyển sang HDSL để tiết kiệm chi phí. Tại châu Âu và các nước khác, các ứng dụng thương mại chủ yếu tại tốc độ E1 2,048Mbit/s. Châu Âu cũng muốn nắm ưu thế của DSL mang lại, tiêu chuẩn đã được Liên minh Viễn thông quốc tế ITU công nhận, tính năng kỹ thuật của G.SHDSL cho phép mở rộng băng tần và giảm nhiễu. Ngày nay, các đường dây DSL ở Mỹ chủ yếu là DSL không đối xứng (ADSL), kỹ thuật này chỉ truyền số liệu ở tốc độ 384kbit/s với các dịch vụ đối xứng. Các công ty điện thoại vừa và nhỏ ở Bắc Mỹ đang chuyển sang ứng dụng G.SHDSL cho các dịch vụ Internet, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ là 786kbit/s, 1,544Mbit/s và 2,3Mbit/s, cho phép giảm cấp dịch vụ (service-level) ngang với các dịch vụ T1 hoặc E1 với mức cước hàng tháng thấp hơn. Có 4 yếu tố cho làm cho G.SHDSL được quan tâm là: Một là được tiêu chuẩn hoá: Nhu cầu của nền công nghiệp đòi hỏi tốc độ truyền dẫn số cao hơn cho ứng dụng thương mại. HDSL không bao giờ được chấp nhận như một tiêu chuẩn quốc tế. DSL đối xứng được đưa ra kinh doanh vào cuối những năm 1990 nhưng chưa bao giờ trở thành tiêu chuẩn và gây trở ngại cho dịch vụ ADSL vì nó không tương thích với phổ của ADSL (rất nhiễu). G.SHDSL được đưa ra để triển khai Internet và các ứng dụng cơ sở hạ tầng T1/E1 bởi vì nó là tiêu chuẩn được quốc tế hoá. Hai là tốc độ dữ liệu được cải thiện: Chuẩn G.SHDSL cho phép tốc độ truyền dẫn lên tới 2,3Mbit/s (2 dây) và 4,6Mbit/s (4 dây) trong khi HDSL ban đầu chỉ cho phép tốc độ 1,544Mbit/s với 4 dây. G.SHDSL cung cấp tốc độ nhanh xấp xỉ 3 lần, và khi so sánh với các dịch vụ HDSL2 và HDSL4 (1,544Mbit/s qua hai dây hoặc 4 dây), và sử dụng băng tần hiệu quả hơn. Ba là cự ly truyền dẫn được cải thiện: cự ly truyền dẫn của GSHDSL xa hơn HDSL từ 20% đến 30% tại cùng tốc độ truyền dẫn. Ngoài ra khi kỹ thuật đa liên kết được sử dụng, G.SHDSL cho phép truyền xa gấp hai lần HDSL Bốn là băng phổ tương thích: GSHDSL có phổ tần tương thích với ADSL, do 179

180 đó giảm can nhiễu và xuyên âm giữa các sợi cáp. Do đó các dịch vụ G.SHDSL có thể dùng chung với ADSL trên cùng một đôi cáp mà không có bất kỳ can nhiễu nào. Vì những lý do trên mà G.SHDSL nhanh chóng trở nên phổ biến ở châu Âu và Bắc Mỹ. ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line): đường thuê bao kỹ thuật số không đối xứng là một công nghệ mới nhất cung cấp kết nối tới các thuê bao qua đường cáp điện thoại với tốc độ cao cho phép người sử dụng kết nối internet 24/24 mà không ảnh hưởng đến việc sử dụng điện thoại và fax. Công nghệ này tận dụng hạ tầng cáp đồng điện thoại hiện thời để cung cấp kết nối, truyền dữ liệu số tốc độ cao. ASDL là một chuẩn được Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ thông qua năm 1993 và gần đây đã được Liên minh viễn thông quốc tế ITU công nhận và phát triển. ADSL hoạt động như thế nào? ADSL hoạt động trên đôi cáp đồng điện thoại truyền thống, tín hiệu được truyền bởi 2 modem chuyên dụng, một modem phía người dùng và 1 modem phía nhà cung cấp dịch vụ kết nối. Các modem này hoạt động trên dải tần số ngoài phạm vi sử dụng của các cuộc gọi thoại trên cáp đồng và có thể cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhiều so với các modem 56k hiện nay. Một thiết bị lọc (Spliter) đóng vai trò tách tín hiệu điện thoại và tín hiệu dữ liệu (data), thiết bị này được lắp đặt tại cả phía người sử dụng và phía nhà cung cấp kết nối. Tín hiệu điện thoại và tín hiệu DSL được lọc và tách riêng biệt cho phép người dùng cùng 1 lúc có thể nhận và gửi dữ liệu DSL mà không hề làm gián đoạn các cuộc gọi thoại. ADLS tận dụng tối đa khả năng của cáp đồng điện thoại nhưng vẫn không làm hạn chế dịch vụ điện thoại thông thường. Spliter tạo nên 3 kênh thông tin: một kênh tải dữ liệu xuống tốc độ cao, một kênh đẩy ngược dữ liệu với tốc độ trung bình và 1 kênh cho dịch vụ điện thoại thông thường. Để đảm bảo dịch vụ điện thoại thông thường vẫn được duy trì khi tín hiệu ADSL bị gián đoạn, kênh tín hiệu thoại được tách riêng khỏi modem kỹ thuật số bởi các thiết bị lọc. Những ưu điểm của ADSL: o Tốc độ truy nhập cao: Tốc độ Download: 1,5-8 Mbps. Nhanh hơn Modem dial-up 56Kbps 140 lần. Nhanh hơn truy nhập ISDN 128Kbps 60 lần. Tốc độ Upload: Kbps. o Tối ưu cho truy nhập Internet. Tốc độ chiều xuống cao hơn nhiều lần so với tốc độ chiều lên. Vừa truy nhập Internet, vừa sử dụng điện thoại. Tín hiệu truyền độc lập so với tín hiệu thoại/fax đo đó cho phép vừa truy nhập Internet, vừa sử dụng 180

181 điện thoại. o Kết nối liên tục: Liên tục giữ kết nối (Always on) Không tín hiệu bận, không thời gian chờ. o Không phải quay số truy nhập: Không phải thực hiện vào mạng/ra mạng. Không phải trả cước điện thoại nội hạt. o Cước phí tuỳ vào chính sách của ISP: Thông thường cấu trúc cước theo lưu lượng sử dụng, dùng bao nhiêu, trả tiền bấy nhiêu. o Thiết bị đầu cuối rẻ USD cho một máy đơn lẻ USD cho một mạng LAN (10-15 máy). Nhược điểm: o Sự phụ thuộc của tốc độ vào khoảng cách từ nhà thuê bao đến nơi đặt tổng đài ADSL (DSLAM). Khoảng cách càng dài thì tốc độ đạt được càng thấp. Nếu khoảng cách trên 5Km thì tốc độ sẽ xuống dưới 1Mbps. Tuy nhiên, hiện tại hầu hết các tổng đài vệ tinh của nhà cung cấp (nơi sẽ đặt các DSLAM) chỉ cách các thuê bao trong phạm vi dưới 2km. Như vậy, sự ảnh hưởng của khoảng cách tới tốc độ sẽ không còn là vấn đề lớn. o Trong thời gian đầu cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp dịch vụ sẽ không thể đầu tư các DSLAM tại tất cả các tổng đài điện thoại vệ tinh (chi phí rất lớn) vì vậy một số khách hàng có nhu cầu không được đáp ứng do chưa đặt được DSLAM tới tổng đài điện thoại vệ tinh gần nhà thuê bao. Như vậy, trong thời gian đầu cung cấp dịch vụ, dịch vụ sẽ chỉ được triển khai tại các thành phố lớn, các khu vực tập trung nhiều khách hàng tiềm nǎng. Tuy nhiên, khi số lượng khách hàng tăng thì sẽ tăng cường số lượng DSLAM để phục vụ khách hàng. o ADSL dùng kỹ thuật ghép kênh phân tầng rời rạc DMT, tận dụng cả 3: tần số, biên độ, pha của tín hiệu sóng mang để truyền tải dữ liệu. Quá trình điều chế: Input Data --> Serial to Parallel Input Data Buffer --> DMT Symbol Encoder --> Invert Fast Fourier Transform (IFFT) --> A/D Tranceiver(Analog to Digital) --> Line Filter --> Output Data. Dữ liệu vào sẽ qua bộ đệm dữ liệu, tại đây sẽ tiến hành lấy N mẫu và đưa ra N đường song song, chuyển đến bộ mã hoá DMT. Bộ mã hóa DMT tiến hành ghép N mẫu với tần số sóng mang fi, tín hiệu đã điều chế này theo N kênh song song đến bộ biến đổi fourier ngược IFFT. Bộ IFFT thực hiện ghép các sóng đã điều chế f1,f2,..fn thành f0 sao cho f1,f2,..fn là các hài của f0. f0 lúc này là tín hiệu thực sự và duy nhất đi vào bộ biến đổi analog-->digital(a/d). 181

182 Bộ A/D thực hiện biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để phù hợp với đường truyền. Tín hiệu ra đến bộ lọc đường truyền để giới hạn băng thông(bandwidth), loại bỏ nhiễu(noise) --> output data. Quá trình giải điều chế: ngược lại: Input Data --> Line Filter --> D/A (Digital to Analog) --> Fast Fourier Transform (FFT) --> DMT Symbol Encoder --> Parallel to Serial Data Buffer --> Output Data Căn bản về công nghệ ADSL ADSL là một thành viên của họ công nghệ kết nối modem tốc độ cao hay còn gọi là DSL, viết tắt của Digital Subscriber Line. DSL tận dụng hệ thống cáp điện thoại bằng đồng có sẵn để truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao, tiết kiệm kinh phí lắp đặt cáp quang (fibre-optic) đắt tiền hơn. Tất cả các dạng DSL hoạt động dựa trên thực tế là truyền âm thanh qua đường cáp điện thoại đồng chỉ chiếm một phần băng thông rất nhỏ. DSL tách băng thông trên đường cáp điện thoại thành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm, phần lớn dành cho truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao. Đánh giá các công nghệ xdsl 182

183 * Khoảng cách cáp từ thuê bao đến tổng đài, nếu nằm trong khoảng cách này thì có thể dùng công nghệ xdsl. ** Khả năng dùng điện thoại bình thường khi xdsl đang hoạt động trên đường cáp. Phần này chúng tôi đề cập chủ yếu về công nghệ ADSL, là công nghệ mới đang được dùng phổ biến. Đặc biệt là đối với các doanh nghiệp thương mại điện tử và nền công nghiệp thông tin là nền tảng tương lai của mọi nền kinh tế. ADSL nói riêng và broadband Internet nói chung khiến thương mại điện tử trở nên khả thi. Các cửa hàng trên mạng có thể được thiết kế với tính tương tác cao hơn, cách trình bày sản phẩm hấp dẫn hơn với người dùng. Loại cửa hàng này dễ thiết kế, dễ bảo quản, giá thành rẻ, kết hợp với khả năng tương tác trực tiếp với người dùng sẽ giúp cho doanh nghiệp nhỏ có thể cạnh tranh với các cơ sở lớn hơn trên quy mô toàn cầu. Nền công nghệ phần mềm của Việtnam 183

184 sẽ đạt tính cạnh tranh cao hơn với Internet băng thông rộng. Việc phát triển, thăm dò và xâm nhập thị trường cũng như nhận đơn đặt hàng và giao sản phẩm sẽ trở nên dễ dàng hơn và kinh tế hơn rất nhiều Mạng chuyển gói (Packet Switching Network) Hình6.9. Mô hình kết nối WAN dùng chuyển mạch gói 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 chế độ đơn vị dữ liệu (datagram). Phương thức chuyển mạch gói theo chế độ lập cầu ảo (virtual circuit). Với phương thức chuyển mạch gói theo chế độ đơn vị dữ liệucác gói tin được chuyển đi trên mạng một cách độc lập, mỗi gói tin đều có mang địa chỉ nơi gửi và nơi nhận. Mổi 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 chế độ lập cầu ảo. 184

185 Hình Ví dụ phương thức đơn vị dữ liệu (datagram) a. Phương thức chuyển mạch gói theo chế độ lập cầu ảo: Trước khi truyền dữ liệu một đưòng 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 củ 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 chế độ lập cầu ảo(virtual circuit) b. Kết nối dùng chuẩn X.25 Hình Hình kết nối WAN dùng mạng X25 Giới thiệu Mạng X25 được CCITT công bố lần đầu tiên vào 1970, lúc đó lĩnh vực viễn 185

186 thông lần đầu tiên tham gia vào thế giới truyền dữ liệu với các đặc tính: X25 cung cấp quy trình kiểm soát luồng giữa các đầu cuối đem lại chất lương đường truyền cao cho dù chất lượng mạng lưới đường dây truyền thông không cao. X25 được thiết kế cho cả truyền thông chuyển mạch lẫn truyền thông kiểu điểm nối điểm. Được quan tâm và triển khai nhanh chóng trên toàn cầu. Trong X25 có chức năng dồn kênh (multiplexing) đối với liên kết logic (virtual circuits) chỉ làm nhiệm vụ kiểm soát lỗi cho các frame đi qua. Điều này làm tăng độ phức tạp trong việc phối hợp các thủ tục giữa hai tầng kề nhau, dẫn đến thông lượng bị hạn chế do tổng phí xử lý mỗi gói tin tăng lên. X25 kiểm tra lỗi tại mỗi nút trước khi truyền tiếp, điều này làm hạn chế tốc độ trên đường truyền có chất lượng rất cao như mạng cáp quang. Tuy nhiên do vậy khối lượng tích toán tại mỗi nút khá lớn, đối với những đường truyền của những năm 1970 thì điều đó là cần thiết nhưng hiện nay khi kỹ thuật truyền dẫn đã đạt được những tiến bộ rất cao thì việc đó trở nên lãng phí. Do vậy công nghệ X25 nhanh chóng trở thành lạc hậu. Đánh giá khi dùng kế nối X.25 Hiện nay không còn phù hợp với công nghệ truyền số liệu. b. Kết nối dùng mạng Frame Relay Hình Mô hình kết nối WAN dùng mạng Frame relay 186

187 Giới thiệu về mạng Frame Relay Frame relay - mạng chuyển mạch khung: Bước sang thập kỷ 80 và đầu thập kỷ 90, công nghệ truyền thông có những bước tiến nhảy vọt đặc biệt là chế tạo và sử dụng cáp quang vào mạng truyền dẫn tạo nên chất lượng thông tin rất cao. Việc xử dụng thủ tục hỏi đáp X25 để thực hiện truyền số liệu trên mạng cáp quang luôn đạt được chất lượng rất cao, và vì thế khung truyền từ 128 byte cho X25 được mở rộng với khung lớn hơn, thế là công nghệ Frame Relay ra đời. Frame relay có thể chuyển nhận các khung lớn tới 4096 byte, và không cần thời gian cho việc hỏi đáp, phát hiện lỗi và sửa lỗi ở lớp 3 (No protocol at Network layer) nên Frame Relay có khả nǎng chuyển tải nhanh hơn hàng chục lần so với X25 ở cùng tốc độ. Frame Relay rất thích hợp cho truyền số liệu tốc độ cao và cho kết nối LAN to LAN và cả cho âm thanh, nhưng điều kiện tiên quyết để sử dụng công nghệ Frame relay là chất lượng mạng truyền dẫn phải cao. Các thiết bị dùng cho kết nối Frame Relay Cơ sở để tạo được mạng Frame relay là: o Các thiết bị truy nhập mạng FRAD (Frame Relay Access Device), o Các thiết bị mạng FRND (Frame Relay Network Device), Đường nối giữa các thiết bị và mạng trục Frame Relay, mô tả trong hình vẽ dưới đây. Hình Mạng Frame relay - mạng chuyển mạch khung Thiết bị FRAD có thể là các LAN bridge, LAN Router v.v... Thiết bị FRND có thể là các Tổng đài chuyển mạch khung (Frame) hay tổng đài chuyển mạch tế bào (Cell Relay - chuyển tải tổng hợp các tế bào của các dịch vụ khác nhau như âm thanh, truyền số liệu, video v.v..., mỗi tế bào độ dài 53 byte, đây là phương thức của công nghệ ATM). Đường kết nối giữa các thiết bị là giao diện chung cho FRAD và FRND, giao thức người dùng và mạng hay gọi F.R UNI (Frame 187

188 Relay User Network Interface). Mạng trục Frame Relay cũng tương tự như các mạng viễn thông khác có nhiều tổng đài kết nối với nhau trên mạng truyền dẫn, theo thủ tục riêng của mình. Trong OSI 7 lớp, lớp 3 - lớp network, Frame Relay không dùng thủ tục gì cả (Transparent). Các đặc tính của Frame Relay Người sử dụng gửi một Frame (khung) đi với giao thức LAP-D hay LAP-F (Link Access Protocol D hay F), chứa thông tin về nơi đến và thông tin người sử dụng, hệ thống sẽ dùng thông tin này để định tuyến trên mạng. Công nghệ Frame Relay có một ưu điểm đặc trưng rất lớn là cho phép người sử dụng dùng tốc độ cao hơn mức họ đǎng ký trong một khoảng thời gian nhất định, có nghĩa là Frame Relay không cố định độ rộng bǎng thông (Bandwith) cho từng cuộc gọi một mà phân phối bandwith một cách linh hoạt, điều mà dịch vụ X25 và thuê kênh riêng không có. Ví dụ người sử dụng ký hợp đồng sử dụng với tốc độ 64 kb, khi họ chuyển đi một lượng thông tin quá lớn, Frame Relay cho phép truyền chúng ở tốc độ cao hơn 64 kb. Hiện tượng này được gọi là "bùng nổ" - Bursting. Thực tế trên mạng lưới rộng lớn có rất nhiều người sử dụng với vô số frame chuyển qua chuyển lại, hơn nữa Frame Relay không sử dụng thủ tục sửa lỗi và điều khiển thông lượng (Flow control) ở lớp 3 (Network layer), nên các Frame có lỗi đều bị loại bỏ thì vấn đề các frame được chuyển đi đúng địa chỉ, nguyên vẹn, nhanh chóng và không bị thừa bị thiếu là không đơn giản. Để đảm bảo được điều này Frame relay sử dụng một số giao thức sau: DLCI (Data link connection identifier) - Nhận dạng đường nối data. Cũng như X25, trên một đường nối vật lý frame relay có thể có rất nhiều các đường nối ảo, mỗi một đối tác liên lạc được phân một đường nối ảo riêng để tránh bị lẫn, được gọi tắt là DLCI. CIR (Committed information rate) - Tốc độ cam kết. Đây là tốc độ khách hàng đặt mua và mạng lưới phải cam kết thường xuyên đạt được tốc độ này. CBIR (Committed burst information rate) - Tốc độ cam kết khi bùng nổ thông tin. Khi có lượng tin truyền quá lớn, mạng lưới vẫn cho phép khách hàng truyền quá tốc độ cam kết CIR tại tốc độ CBIR trong một khoảng thời gian (Tc) rất ngắn vài ba giây một đợt, điều này tuỳ thuộc vào độ "nghẽn" của mạng cũng như CIR. DE bit (Discard Eligibility bit) - Bit đánh dấu Frame có khả nǎng bị loại bỏ. Về lý mà nói nếu chuyển các Frame vượt quá tốc độ cam kết, thì những Frame 188

189 đó sẽ bị loại bỏ và bit DE được sử dụng. Tuy nhiên có thể chuyển các frame đi với tốc độ lớn hơn CIR hay thậm chí hơn cả CBIR tuỳ thuộc vào trạng thái của mạng Frame relay lúc đó có độ nghẽn ít hay nhiều (Thực chất của khả nǎng này là mượn độ rộng bǎng thông "Bandwith" của những người sử dụng khác khi họ chưa dùng đến). Nếu độ nghẽn của mạng càng nhiều (khi nhiều người cùng làm việc) thì khả nǎng rủi ro bị loại bỏ của các Frame càng lớn. Khi Frame bị loại bỏ, thiết bị đầu cuối phải phát lại. Do mạng Frame relay không có thủ tục điều khiển luồng (Flow control) nên độ nghẽn mạng sẽ không kiểm soát được, vì vậy công nghệ Frame relay sử dụng hai phương pháp sau để giảm độ nghẽn và số frame bị loại bỏ. Sử dụng FECN (Forward explicit congestion notification): thông báo độ nghẽn cho phía thu và BECN (Backward Explicit Congestion Notification) Thông báo độ nghẽn về phía phát. Thực chất của phương pháp này để giảm tốc độ phát khi mạng lưới có quá nhiều người sử dụng cùng lúc. Hình Nguyên lý sử dụng FECN và BECN Sử dụng LMI (Local Manegment Interface): để thông báo trạng thái nghẽn mạng cho các thiết bị đầu cuối biết. LMI là chương trình điều khiển giám sát đoạn kết nối giữa FRAD và FRND. Đánh giá khi dùng kế nối Frame Relay Hiện nay nhu cầu kết nối WAN được đặt ra và biến đổi theo từng ngày, có rất nhiều công nghệ được đưa ra thảo luận và thử nghiệm để xây dựng nền tảng mạng lưới cung cấp các dịch vụ truyền số liệu cho quốc gia. Theo xu thế chung, tất cả các dịch vụ thoại và phi thoại dần dần sẽ tiến tới được sử dụng trên nền của mạng thông tin bǎng rộng tích hợp IBCN (Integrated Broadband Communacation Network). Trên cơ sở mạng IBCN, ngoài các dịch vụ truyền thống về thoại và truyền dữ liệu còn có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ liên quan tới hình ảnh động và dịch vụ từ xa như: 189

190 truyền hình chất lượng cao, hội thảo truyền hình, thư viện điện tử, đào tạo từ xa, kênh video theo yêu cầu (video on demand),... Quá trình tiến tới mạng IBCN hiện tại có thể xem như có hai con đường: Hướng thứ nhất là từ các mạng điện thoại tiến tới xây dựng mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN (Integrated Service Digital Network) rồi tiến tới BISDN hay IBCN. Hướng thứ hai là từ các mạng phi thoại tức là các mạng truyền số liệu tiến tới xây dựng các mạng chuyển khung (Frame-Relay) rồi mạng truyền dẫn không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) để làm nền tảng cho IBCN. Công nghệ Frame-Relay với những ưu điểm của nó như là một công nghệ sẽ được ứng dụng trên mạng truyền số liệu của Việt nam trong thời gian tới. Theo số liệu của diễn đàn Frame-Relay thì nguyên nhân để người dùng chọn Frame-Relay là: o Kết nối LAN to LAN: 31% o Tạo mạng truyền ảnh: 31% o Tốc độ cao: 29% o Giá thành hợp lý: 24% o Dễ dùng, độ tin cậy cao: 16% o Xử lý giao dịch phân tán: 16% o Hội thảo video: 5% Rõ ràng là các ứng dụng trên Frame-Relay đều sử dụng khả nǎng truyền số liệu tốc độ cao và cần đến dịch vụ bǎng tần rộng có tính đến khả nǎng bùng nổ lưu lượng (trafic bursty) mà ở các công nghệ cũ hơn như chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói không thể tạo ra. d. Kết nối dùng ATM Giới thiệu về công nghệ ATM Mạng ATM (Cell relay), hiện nay kỹ thuật Cell Relay dựa trên phương thức truyền thông không đồng bộ (ATM) có thể cho phép thông lượng hàng trăm Mbps. Đơn vị dữ liệu dùng trong ATM được gọi là tế bào (cell). Các tế bào trong ATM có độ dài cố định là 53 bytes, trong đó 5 bytes dành cho phần chứa thông tin điều khiển (cell header) và 48 bytes chứa dữ liệu của tầng trên. Trong kỹ thuật ATM, các tế bào chứa các kiểu dữ liệu khác nhau được ghép kênh tới một đường dẫn chung được gọi là đường dẫn ảo (virtual path). Trong đường dẫn ảo đó có thể gồm nhiều kênh ảo (virtual chanell) khác nhau, mỗi kênh ảo được sử dụng bởi một ứng dụng nào đó tại một thời điểm. ATM đã kết hợp những đặc tính tốt nhất của dạng chuyển mạch liên tục và dạng chuyển mạch gói, nó có thể kết hợp băng thông linh hoạt và khả năng chuyển tiếp cao 190

191 tốc và có khả năng quản lý đồng thời dữ liệu số, tiếng nói, hình ành và multimedia tương tác. Mục tiêu của kỹ thuật ATM là nhằm cung cấp một mạng dồn kênh, và chuyển mạch tốc độ cao, độ trễ nhỏ dáp ứng cho các dạng truyền thông đa phương tiện (multimedia). Chuyển mạch cell cần thiết cho việc cung cấp các kết nối đòi hỏi băng thông cao, tình trạng tắt nghẽn thấp, hổ trợ cho lớp dịch vụ tích hợp lưu thông dữ liệu âm thanh hình ảnh. Đặc tính tốc độ cao là đặc tính nổi bật nhất của ATM. ATM sử dụng cơ cấu chuyển mạch đặc biệt: ma trận nhị phân các thành tố chuyển mạch (a matrix of binary switching elements) để vận hành lưu thông. Khả năng vô hướng (scalability) là một đặc tính của cơ cấu chuyển mạch ATM. Đặc tính này tương phản trực tiếp với những gì diễn ra khi các trạm cuối được thêm vào một thiết bị liên mạng như router. Các router có năng suất tổng cố định được chia cho các trạm cuối có kết nối với chúng. Khi số lượng trạm cuối gia tăng, năng suất của router tương thích cho trạm cuối thu nhỏ lại. Khi cơ cấu ATM mở rộng, mỗi thiết bị thu trạm cuối, bằng con đường của chính nó đi qua bộ chuyển mạch bằng cách cho mỗi trạm cuối băng thông chỉ định. Băng thông rộng được chỉ định của ATM với đặc tính có thể xác nhận khiến nó trở thành một kỹ thuật tuyệt hảo dùng cho bất kỳ nơi nào trong mạng cục bộ của doanh nghiệp. Như tên gọi của nó chỉ rõ, kỹ thuật ATM sử dụng phương pháp truyền không đồng bộ (asynchronouns) các tề bào từ nguồn tới đích của chúng. Trong khi đó, ở tầng vật lý người ta có thể sử dụng các kỹ thuật truyền thông đồng bộ như SDH (hoặc SONET). Nhận thức được vị trí chưa thể thay thế được (ít nhất cho đến những năm đầu của thế kỷ 21) của kỹ thuật ATM, hầu hết các hãng khổng lồ về máy tính và truyền thông như IBM, ATT, Digital, Hewlett - Packard, Cisco Systems, Cabletron, Bay Network,... đều đang quan tâm đặc biệt đến dòng sản phẩm hướng đến ATM của mình để tung ra thị trường. Có thể kể ra đây một số sản phẩm đó như DEC 900 Multiwitch, IBM 8250 hub, Cisco 7000 rounter, Cablectron, ATM module for MMAC hub. Nhìn chung thị trường ATM sôi động do nhu cầu thực sự của các ứng dụng đa phương tiện. Sự nhập cuộc ngày một đông của các hãng sản xuất đã làm giảm đáng kể giá bán của các sản phẩm loại này, từ đó càng mở rộng thêm thị trường. Ngay ở Việt Nam, các dự án lớn về mạng tin học đều đã được thiết kế với hạ tầng chấp nhận được với công nghệ ATM trong tương lai. 191

192 Các đặc trưng chính của công nghệ ATM Mạng chuyển mạch ATM là mạng cho phép xử lý tốc độ cao, dung lượng lớn, chất lượng truy nhập cao, và việc điều khiển quá trình chuyển mạch dễ dàng và đơn giản. Đặc tính của chuyển mạch ATM là ở chỗ nó thử nghiệm sự biến đổi của độ trễ tế bào thông qua việc sử dụng kỹ thuật tự định tuyến của lớp phần cứng, và có thể dễ dàng hỗ trợ cho truyền thông đa phương tiện sử dụng dữ liệu, tiếng nói và hình ảnh. Hơn thế nữa, nó có thể đảm bảo việc điều khiển phân tán và song song ở mức độ cao. Nhược điểm của hệ thống chuyển mạch ATM là sự phức tạp của phần cứng và sự tǎng thêm của trễ truyền dẫn tế bào, và là sự điều khiển phức tạp do việc chức nǎng sao chép và xử lý phải được thực hiện đồng thời. Đánh giá khi dùng kế nối ATM Khi môi trường của xã hội thông tin được hoàn thiện, thì mạng giao tiếp thông tin bǎng rộng cần thiết phải tỏ ra thích nghi với các tính nǎng như tốc độ cao, bǎng rộng, đa phương tiện. Và vì vậy phải tính đến việc thiết lập mạng thông tin tốc độ siêu cao ở tầm quốc gia. Mạng thông tin tốc độ siêu cao đã dựa vào sử dụng công nghệ ATM (phương thức truyền tải không đồng bộ) để tạo ra mạng lưới quốc gia rộng khắp với tính kinh tế và hiệu quả cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thông tin khác nhau. Công nghệ ATM là công nghệ đang trên quá trình hoàn thiện và chuẩn hoá, nên việc triển khai nó cần được nghiên cứu chuẩn bị rất đầy đủ và chi tiết, để có khả năng duy trì và mở rộng. e. Kết nối dùng dịch vụ chuyển mạch tốc độ cao (SMDS) Giới thiệu SMDS (Switched Multimegabit Data Service) mạng chuyển mạch tốc độ cực cao. Giống như mạng frame relay, nó cung cấp các kênh ảo(virtual channels) với tốc độ thấp nhất là T1(gần 1.5 Mbps) đến tốc độ T3(gần 45Mbps). SMDS dùng phương pháp truy nhập mạng và giao diện theo chuẩn IEEE Khoảng cách kết nối tối đa là 160 kilô mét (100 dặm Anh). SMDS dùng công nghệ tế bào kích thước cố định gần như ATM, nó thường cung cấp dịch vụ dùng tốc độ cao trên T-1, hay T-3 thường là 4, 10, 16, 25 và 34 Mbps. Mạng trục SMDS có tốc độ DS-3 (45 Mbps), OC-3 (155 Mbps) hỗ trợ tốc độ truyền SONET, và OC-12 (622 Mbps). Dùng SMDS rất có lợi cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao như truyền ảnh, 192

193 thiết kế trợ giúp bằng máy tính (computer-aided design -CAD), xuất bản, và các ứng dụng về tài chính. SMDS phù hợp với các tổ chức có các đặc trưng sau: o Có nhiều địa điểm phân tán về mặt địa lý, tại mỗi địa điểm đều có LAN o Cần trao đổi thông tin ở tốc độ cực cao. o Chấp nhận dùng truyền số liệu qua mạng dịch vụ công cộng. Đánh giá khi dùng kế nối SMDS Việc dùng mạng SMDS để kết nối WAN chỉ giành cho các IXP lớn Kết nối WAN dùng VPN a. Giới thiệu tổng quan về VPN VPN (Virtual Private Network) là một mạng riêng được xây dựng trên nền tảng hạ tầng mạng công cộng (như là mạng Internet). Mạng IP riêng (VPN) là một dịch vụ mạng có thể dùng cho các ứng dụng khác nhau, cho phép việc trao đổi thông tin một cách an toàn với nhiều lựa chọn kết nối. Dịch vụ này cho phép các tổ chức xây dựng hệ thống mạng WAN riêng có quy mô lớn tại Việt Nam. Giải pháp VPN cho phép người sử dụng làm việc tại nhà hoặc đang đi công tác ở xa có thể thực hiện một kết nối tới trụ sở chính của mình, bằng việc sử dụng hạ tầng mạng thông qua việc tạo lập một kết nối nội hạt tới một ISP. Khi đó, một kết nối VPN sẽ được thiết lập giữa người dùng với mạng trung tâm của họ. Kết nối VPN cũng cho phép các tổ chức kết nối liên mạng giữa các NOC của họ đặt tại các địa điểm khác nhau thông qua các kết nối trực tiếp (Leased line) từ các địa điểm đó tới một ISP. Điều đó giúp giảm chi phí gọi đường dài qua dial-up và chi phí thuê đường Leased line cho khoảng cách xa. Dữ liệu chuyển đi được đảm bảo an toàn vì các gói dữ liệu truyền thông trên mạng đã được mã hoá. b. Một số giải pháp kỹ thuật hay dùng trong kết nối VPN IPSec PPTP L2TP c. Một số mô hình WAN dùng VPN DùngVPN kết nối POP về NOC 193

194 Hình Mô hình WAN dùng VPN nối POP với NOC Dùng VPN truy nhập về POP hay NOC d. Một vài nhận xét khi sử dụng VPN trong kết nối WAN. Hạn chế khi VPN dùng công nghệ IPSec là làm giảm hiệu năng của mạng vì trước khi gửi gói tin đi. đầu tiên, gói tin được mã hóa, sau đó đóng gói vào các gói IP, hoạt động này tiêu tốn thời gian và gây trễ cho gói tin. Tiếp theo gói tin mới được đưa vào trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Các VPN gateway phải tương thích khi chúng kết nối với nhau. Đường hầm VPN được tạo ra trong không gian mạng không đồng nhất do đó rất khó đảm bảo chất lượng dịch vụ. 6.3 Các thiết bị dùng cho kết nối WAN Router (Bộ định tuyến) Router là một thiết bị hoạt động trên tầng mạng, nó có thể tìm được đường đi tốt nhất cho các gói tin qua nhiều kết nối để đi từ trạm gửi thuộc mạng đầu đến trạm nhận thuộc mạng cuối. Router có thể được sử dụng trong việc nối nhiều mạng với nhau và cho phép các gói tin có thể đi theo nhiều đường khác nhau để tới đích. 194

195 Hình Hoạt động của Router Khác với Bridge hoạt động trên tầng liên kết dữ liệu nên Bridge phải xử lý mọi gói tin trên đường truyền thì Router có địa chỉ riêng biệt và nó chỉ tiếp nhận và xử lý các gói tin gửi đến nó mà thôi. Khi một trạm muốn gửi gói tin qua Router thì nó phải gửi gói tin với địa chỉ trực tiếp của Router (Trong gói tin đó phải chứa các thông tin khác về đích đến) và khi gói tin đến Router thì Router mới xử lý và gửi tiếp. Khi xử lý một gói tin Router phải tìm được đường đi của gói tin qua mạng. Để làm được điều đó Router phải tìm được đường đi tốt nhất trong mạng dựa trên các thông tin nó có về mạng, thông thường trên mỗi Router có một bảng chỉ đường (Router table). Dựa trên dữ liệu về Router gần đó và các mạng trong liên mạng, Router tính được bảng chỉ đường (Router table) tối ưu dựa trên một thuật toán xác định trước. Người ta phân chia Router thành hai loại là Router có phụ thuộc giao thức (The protocol dependent routers) và Router không phụ thuộc vào giao thức (The 195

196 protocol independent router) dựa vào phương thức xử lý các gói tin khi qua Router. Router có phụ thuộc giao thức: Chỉ thực hiện việc tìm đường và truyền gói tin từ mạng này sang mạng khác chứ không chuyển đổi phương cách đóng gói của gói tin cho nên cả hai mạng phải dùng chung một giao thức truyền thông. Router không phụ thuộc vào giao thức: có thể liên kết các mạng dùng giao thức truyền thông khác nhau và có thể chuyển đổi gói tin của giao thức này sang gói tin của giao thức kia, Router cũng chấp nhận kích thước các gói tin khác nhau (Router có thể chia nhỏ một gói tin lớn thành nhiều gói tin nhỏ trước truyền trên mạng). Hình Hoạt động của Router trong mô hình OSI Để ngăn chặn việc mất mát số liệu Router còn nhận biết được đường nào có thể chuyển vận và ngừng chuyển vận khi đường bị tắc. Các lý do sử dụng Router : Router có các phần mềm lọc ưu việt hơn là Bridge do các gói tin muốn đi qua Router cần phải gửi trực tiếp đến nó nên giảm được số lượng gói tin qua nó. Router thường được sử dụng trong khi nối các mạng thông qua các đường dây thuê bao đắt tiền do nó không truyền dư lên đường truyền. Router có thể dùng trong một liên mạng có nhiều vùng, mỗi vùng có giao thức riêng biệt. Router có thể xác định được đường đi an toàn và tốt nhất trong mạng nên độ an toàn của thông tin được đảm bảo hơn. Trong một mạng phức hợp khi các gói tin luân chuyển các đường có thể gây nên tình trạng tắc nghẽn của mạng thì các Router có thể được cài đặt các phương thức 196

197 nhằm tránh được tắc nghẽn. Hình Ví dụ về bảng định tuyến của Router Các phương thức hoạt động của Router: Đó là phương thức mà một Router có thể nối với các Router khác để qua đó chia sẻ thông tin về mạng hiện co. Các chương trình chạy trên Router luôn xây dựng bảng chỉ đường qua việc trao đổi các thông tin với các Router khác. Phương thức véc tơ khoảng cách : mỗi Router luôn luôn truyền đi thông tin về bảng chỉ đường của mình trên mạng, thông qua đó các Router khác sẽ cập nhật lên bảng chỉ đường của mình. Phương thức trạng thái tĩnh : Router chỉ truyền các thông báo khi có phát hiện có sự thay đổi trong mạng vàchỉ khi đó các Routerkhác ù cập nhật lại bảng chỉ đường, thông tin truyền đi khi đó thường là thông tin về đường truyền. Một số giao thức hoạt động chính của Router o RIP (Routing Information Protocol) được phát triển bởi Xerox Network system và sử dụng SPX/IPX và TCP/IP. RIP hoạt động theo phương thức véc tơ khoảng cách. o NLSP (Netware Link Service Protocol) được phát triển bởi Novell dùng để thay thế RIP hoạt động theo phương thức véctơ khoảng cách, mổi Router được biết cấu trúc của mạng và việc truyền các bảng chỉ đường giảm đi.. o OSPF (Open Shortest Path First) là một phần của TCP/IP với phương thức 197

198 trạng thái tĩnh, trong đó có xét tới ưu tiên, giá đường truyền, mật độ truyền thông... o IS-IS (Open System Interconnection Intermediate System to Intermediate System) là một phần của TCP/IP với phương thức trạng thái tĩnh, trong đó có xét tới ưu tiên, giá đường truyền, mật độ truyền thông... Bộ chuyển mạch có định tuyến (Layer 3 switch) Switch L3 có thể chạy giao thức định tuyến ở tầng mạng, tầng 3 của mô hình 7 tầng OSI. Switch L3 có thể có các cổng WAN để nối các LAN ở khoảng cách xa. Thực chất nó được bổ sung thêm tính năng của router Chuyển mạch WAN a. Khái niệm Phương pháp chuyển mạch WAN là qua nhà cung cấp dịch vụ viễn thông thiết lập và duy trì mạch dùng riêng cho mỗi phiên truyền thông. Một minh hoạ cho chuyển mạch WAN là mạng chuyển mạch số đa dịch vụ ISDN(Integrated Services Digital Network). Thiết bị chuyển mạch WAN (WAN switch) là thiết bị nhiều cổng liên mạng (multiport internetworking device) dùng trong các mạng viễn thông như Frame Relay, X.25, và SMDS, nó hoạt động ở tầng data link. Chẳng hạn chuyển mạch WAN đa dịch vụ B-STDX của Lucent sử dụng công nghệ Fram Relay, IP và các dịch vụ ATM. Hay bộ chuyển mạch DSLAM dùng trong công nghệ ADSL, G.SHDSL. Hình Bộ chuyển mạch WAN b.lý do dùng chuyển mạch WAN Chuyển mạch WAN được dùng để cùng một lúc duy trì nhiều cầu nối giữa các thiết bị mạng, do vậy tức thời tạo được loại đường truyền xương sống (backbone) nội tại tốc độ cao theo yêu cầu. Chuyển mạch WAN có nhiều cổng, mỗi cổng có thể hỗ 198

199 trợ một tuyến thuê bao riêng với tốc độ theo yêu cầu Access Server a. Khái niệm Access server là điểm tập trung cho phép kết nối WAN qua các mạng điện thoại công công cộng(pstn), mạng đa dịch vụ số(isdn), hay mạng dữ liệu công cộng (PDN). Người dùng từ xa, hay mạng LAN xa qua modem nối vào một trong các mạng trên đều có thể truy nhập vào mạng của mình qua access server. Access server có nhiều loại, và có thể phân nhiều cấp như có khả năng tích hợp nhiều modem trong cùng một thiết bị, có khả năng tích hợp nhiều trung kế, có khả năng ghép nhiều kênh truyền dẫn,... Chẳng hạn thiết bị CVX 1800 của hãng Nortel có thể cung cấp 2688 modem trên một thiết bị do vậy có thể cùng lúc kết nối 2688 đường. Có giao tiếp WAN để làm nhiệm vụ chuyển mạch WAN khi kết nối với các mạng dữ liệu công cộng PDN. Kết nối với mạng điện thoại công cộng PSTN nó dùng giao tiếp DS1, DS3 hay E1. Kết nối với các tổng đài TANDEM nó có bộ chuyển mạch ghép kênh theo thời gian (TDMS - time division multiplexing switch). Dùng linux box và 1 vỉ multiport cũng có thể tạo ra 1 access server dùng cho truy nhập qua mạng điện thoại công cộng. Hình Access server hỗ trợ truy nhập tổng hợp b. Hoạt động của Access Server Access server làm nhiệm vụ chờ kết nối từ xa đến, và tự nó có thể quay số để kết nối với access server khác. Khi người dùng từ xa, hay mạng xa kết nối vào access 199

200 server, nếu được phép thì có thể dùng các tài nguyên mạng đang kết nối với access server này, hay access server nay là một trạm chuyển tiếp để kết nối đi tiếp. c. Lý do phải dùng Access Server: Kết nối WAN, truy nhập từ xa dùng access server là giải pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí nhất. Hình Access server hỗ trợ truy nhập vào internet/intranet Modem Modem là từ ghép của MOdulator/DEModulator (Điều chế/giải điều chế), chuyển tín hiệu digital từ máy tính thành tín hiệu analog để có thể truyền qua, đường điện thoại. Còn modem ở đầu nhận thì chuyển tín hiệu analog trở lại thành tín hiệu digital cho máy tính tiếp nhận có thể hiểu được. Modem truyền số liệu theo tốc độ chuẩn, biểu hiện bằng đơn vị bit truyền trong một giây (bits per second - bps) hoặc đo bằng bốt (baud rate). Về mặt kỹ thuật thì bps và baud khác nhau, nhưng việc dùng baud thay cho bps đã quá phổ biến nên hai đơn vị này có thể thay thế cho nhau. Nếu xét về tốc độ thì càng nhanh càng tốt. Ví dụ truyền một file 300K qua modem có tốc độ là 2400 bps thì mất khoảng 22 phút, còn với modem 9600 bps chỉ mất 5,5 phút. Ưu thế về tốc độ càng thể hiện rõ khi truyền hoặc nhận thông tin khoảng cách xa. Tại Việt Nam, nhất là ở các thành phố lớn chất lượng đường truyền rất tốt nên thường đạt được tốc độ cao nhất upload là 33.6 Kbps, download là 56 Kbps. Vào thời điểm hiện nay, modem có khá nhiều thương hiệu như Origo, Pine, Intel, Acorp, Vern, GVC, Creative, Prolink, Creative và US Robotics, phổ biến nhất là hai chuẩn V90 và V92. Modem loại gắn trong (Internal) là một vỉ dùng để cắm vào một khe (slot) trong 200

201 máy PC. Loại dùng cho modem tích hợp trên mainboard, là bản mạch được thiết kế tích hợp luôn trên PC, do đó PC có cổng cắm line điện thoại vào. Loại modem gắn ngoài (External) thông qua cổng COM hoặc USB khá phong phú về chủng loại, các thương hiệu có tiếng như US Robotics (56K, V90,Voice, dùng chip 3COM), Creative (USB, V90/92), Hayes Accura 56Kbps V92 External (Com Port). Modem loại PCMCIA (3COM, CNET, XIRCOM) dùng cho máy tính xách tay cắm qua cổng PCMCIA. Theo kinh nghiệm sử dụng chất lượng các loại modem trong (internal) không đảm bảo, chỉ dùng được trong khoảng thời gian bảo hành (12 tháng), sau khi hết bảo hành vài tuần hay thậm chí sớm hơn là bắt đầu có trục trặc. Loại modem ngoài (Ext) chất lượng đảm bảo hơn, có khả năng kết nối với tốc độ cao, nhất là những loại modem của các hãng nổi tiếng như US Robotics, Creative (USB, V90/92), Hayes Accura 56Kbps V92. a. Giới thiệu một số chuẩn phổ biến mà các modem đang dùng: V42, X2, K56Flex,V90 và chuẩn V92 Chuẩn V90: Trước khi công nghệ V90 ra đời thì công nghệ K56Flex và x2 là hai công nghệ mà hai nhà sản xuất modem hàng đầu đưa ra. Công nghệ K56Flex là do công ty Lucent Technologies và Rockwell Semiconductor Systems phối hợp. x2 là công nghệ do 3Com Coporation/US Robotics. Ngoài hai công nghệ K56Flex và x2 thì loại modem nào có hai chuẩn này thì có thể đạt được tốc độ kết nối nhanh hơn tốc độ 33.6Kbps. Modem sử dụng công nghệ K56Flex hoặc x2 không thể đạt được tốc độ tải nhanh từ những nhà cung cấp dịch vụ khi modem ta đang sử dụng một công nghệ khác ngoài K56Flex và x2. Ðiều này có nghĩa là nhà cung cấp dịch vụ mà ta kết nối vào cũng phải hỗ trợ chuẩn K56Flex và x2. V90 trước đây được biết dưới dạng V.pcm, nó là kỹ thuật điều chế xung. Sau này hai chuẩn này được thiết lập lại thành một chuẩn mà tất cả các modem khác có thể hiểu được và tương thích trên toàn cầu. Chuẩn V92: Sau khi cho ra đời chuẩn V90 được hai năm, tổ chức ITU-T cho ra đời chuẩn V92. Ðây là thế hệ tiếp theo của modem tương tự. Chuẩn này sẽ được thông qua một chính thức từ năm Chuẩn V92 có thêm 3 chức năng so với chuẩn V90 như: kết nối nhanh, chúng ta 201

202 chỉ cần một nửa thời gian so với trước để dial-up; nhớ được những cuộc điện thoại gọi đến, chức năng này cho phép nhận một cuộc điện thoại gọi đến trong khi modem đang sử dụng; khả năng điều chế xung ngược có thể đẩy mạnh liên kết ngược chiều lên tới 48kbit/s. Kết nối nhanh là một ưu điểm đặc biệt với ngưòi dùng, thời gian kết nối rút ngắn xuống còn 10 giây, điều này rất có ý nghĩa khi chuẩn V90cần tới 20 giây. Tính năng kết nối nhanh, duy trì các tham số đường truyền cho những điểm truy nhập chung, như là tỷ lệ tín hiệu và nhiễu, tần số xuất hiện câu trả lời để mà giảm đi được những thời gian thăm dò vì vậy tiết kiệm được thời gian. Công ty Conexant nói rằng sẽ nghiên cứu để giảm thời gian kết nối xuống còn 5 giây. Nhớ được những cuộc điện thoại gọi đến. Chức năng này có thể bảo vệ sự kết nối modem lên tới 16 phút, trong khoảng thời gian đó một cuộc điện thoại gọi đến sẽ được phát hiện khi modem đang được sử dụng. Chức năng này được dựa trên một phiên bản modem của hãng NTT với chức năng "Bắt cuộc gọi". Chức năng này được người dùng quan tâm nhiều, đặc biệt là ở Mỹ, ở đó trong toàn bộ thời gian kết nối thì có thể xảy ra những cuộc gọi với một tỷ lệ cố định, ở Nhật thì vấn đề này còn phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ, và phần mềm chuyển đổi kỹ thuật số đặc biệt phải được cài đặt bởi một hãng truyền thông. Liên kết ngược chiều lên tới 48kbit/s Các cải tiến đã làm cho dữ liệu được truyền với tốc độ cao trên liên kết ngược chiều từ nhà tới tổng đài. Người ta sử dụng kỹ thuật giống như sự điều chế mã hoá xung (PCM) để cho tăng tốc độ từ 33.6 kbit/s trong modem 56k lên 48 kbit/s. Chuẩn V42: Giao thức V42 có thêm LAPM ( Link Access Protocol) và MNP 1-4. Khi hai modem bắt tay ở chế độ V42 thì nó sử dụng giao thức LAPM để điều khiển những dữ liệu bị lỗi và sẽ yêu cầu modem phát truyền lại những khối dữ liệu bị lỗi. Nếu một trong hai modem hỗ trợ chuẩn V42 và modem còn lại chỉ hỗ trợ MNP thì modem kia sẽ thương lượng để sử dụng MNP. Cả hai trường hợp trên thì quá trình sửa lỗi trên đường truyền hoàn toàn tự động và không yêu cầu bất cứ phần mềm nào hay chuyên gia mới sử dụng được. Chuẩn V42BIS: Giao thức này sẽ sử dụng MNP Level 5 để tương xứng dữ liệu, điểm khác biệt là khối lượng dữ liệu được nén bao nhiêu. Giao thức V42 thường nén dữ liệu ở tỉ lệ 4:1 phụ thuộc vào loại tập tin được gửi. Những tập tin hay dữ liệu đã được nén sẵn như là PKZIP, GIF hay JPG thì tỉ lệ nén không biết sẽ được modem nén nữa hay không, nó sẽ phụ thuộc vào hệ thống nén của modem. 202

203 NTU - Thiết bị kết cuối mạng (Network Terminal Unit) là thiết bị đặt tại các điểm kết cuối mạng, thực hiện chức năng kết nối tín hiệu và chuyển đổi giao diện giữa kênh truyền dẫn truy nhập mạng với thiết bị đầu cuối thuê bao CSU/DSU CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit) là thiết bị phần cứng tại các điểm đầu cuối của các kênh thuê riêng. Nó làm nhiệm vụ chuyển dữ liệu trên đường truyền thông WAN sang dữ liệu trên LAN và ngược lại. Thiết bị này dùng để kết nối WAN khi dùng các kênh thuê riêng. CSU/DSU dùng các giao diện chuẩn RS-232C, RS-449, hay V.xx ISDN terminal Adaptor Là thiết bị đầu cuối để kết nối PC hay LAN vào WAN qua mạng ISDN. 6.4 Đánh giá và so sánh một số công nghệ dùng cho kết nối WAN. Với nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội nên vấn đề xem xét đánh giá kỹ thuật trong mạng là mối quan tâm hàng đầu của các nhà phân tích và thiết kế mạng. Chẳng hạn một yêu cầu phổ biến như làm thế nào để truy xuất thông tin một cách nhanh chóng và tối ưu nhất, trong khi việc xử lý thông tin trên mạng quá nhiều đôi khi có thể làm tắc nghẽn trên mạng và gây ra gián đoạn thông tin một cách đáng tiếc. Hiện nay việc làm sao có được một hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an toàn với chi phí hợp lý, và mang lại lợi ích kinh tế cao, đang rất được quan tâm. Một vấn đề đặt ra có rất nhiều giải pháp về công nghệ, mỗi giải pháp có rất nhiều yếu tố cấu thành, trong mỗi yếu tố có nhiều cách lựa chọn. Như vậy để đưa ra một giải pháp hoàn chỉnh, phù hợp thì phải trải qua một quá trình chọn lọc dựa trên những ưu điểm của từng yếu tố, từng chi tiết rất nhỏ. Trong thiết kế WAN thì công nghệ kết nối là vấn đề cơ bản nhất cần được xem xét, đánh giá và lựa chọn hợp lý. Ðể giải quyết một vấn đề phải dựa trên những yêu cầu đặt ra và dựa trên công nghệ để giải quyết. Nhưng công nghệ cao nhất chưa chắc là công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt nhất là công nghệ phù hợp nhất với yêu cầu đặt ra và điều kiện thực tế. a. Kết nối PSTN(mạng điện thoại công cộng) Kết nối WAN qua mạng điện thoại công cộng có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, nhưng nhược điểm lớn nhất là hạn chế về tốc độ, và độ tin cậy thấp. Chỉ dùng hiệu quả cho các thuê bao có thời gian kết nối dưới 4 giờ/ngày. b. Kết nối ISDN(mạng dịch vụ tổng hợp) Kết nối WAN qua mạng đa dịch vụ số ISDN có ưu điểm là ổn định hơn qua mạng điện thoại công cộng, nhưng lại chịu chi phí cao hơn, và là loại kết nối không phổ biến. Chi thực hiện được tại các địa phương mà tổng đài hỗ trợ dịch vụ ISDN. 203

204 c. Kết nối FRAME RELAY Hiện nay ở Việt nam, với một mạng lưới truyền dẫn chưa tốt đồng đều, các trục chính dùng cáp quang, còn lại nhiều phần vẫn dùng viba với các kênh dùng cho thoại là chính, ít có các kênh dùng cho truyền số liệu, chất lượng truyền dẫn chưa hoàn toàn tốt. Do vậy bưu điện chưa triển khai công nghệ Frame Relay trên toàn quốc, như trên đã trình bầy điều kiện tiên quyết để sử dụng Frame Relay là chất lượng mạng truyền dẫn phải cao. Tuy nhiên, ở nhữ nơi mà bưu điện đã triển khai công nghệ Frame Relay thì việc xem xét chọn giải pháp kết nối WAN dùng Frame relay là hoàn toàn chấp nhận được, cần được xem xét và triển khai. d. Kết nối sử dụng công nghệ xdsl Như phần lớn công nghệ khác, tiềm năng trên lý thuyết của công nghệ DSL có sự khác biệt đáng kể đối với tốc độ kết nối WAN cho các tổ chức và giới doanh nghiệp hiện nay. Đặc biệt, công nghệ VDSL có thể cung cấp tốc độ truy cập lên đến 52 Mbps tuy nhiên phần lớn các kết nối vẫn dùng tốc độ đường truyền thấp hơn nhiều ở 128 Kbps. Các chuyên gia công nghệ cho biết đã có những hoàn thiện đáng kể trong chất lượng đường truyền theo công nghệ xdsl. Vì thế lượng khách hàng thuê bao sử dụng dịch vụ xdsl vẫn không ngừng tăng lên. Việc kết nối sử dụng xdsl ở những doanh nghiệp từ khoảng 1999 là bước hậu thuẫn cho việc sử dụng công nghệ ADSL hiện nay (công nghệ DSL không đối xứng) với tốc độ truy cập từ 512 Kbps đến 8 Mbps. Chuyên gia phân tích cấp cao của Gartner Dataquest ông Charles Carr nói tốc độ của công nghệ xdsl có khả năng thay đổi cao vì nhiều lý do kỹ thuật khác nhau như chất lượng đường truyền và khoảng cách giữa các văn phòng trung tâm. Dù công nghệ với tốc độ truy cập nhanh hơn bình thường có thể được triển khai tại một số khu vực nhưng phần lớn các doanh nghiệp và khách hàng sử dụng dịch vụ kết nối DSL là những người làm việc từ xa và cảm thấy hài lòng với tốc độ hiện hành. Trong những năm tới công nghệ như VDSL có thể phân phối tốc độ kết nối hoàn thiện đáng kể từ 26 Mbps đến 52 Mbps. Ông Carr cũng chỉ ra rằng chỉ có Qwest là công ty duy nhất hiện nay có thể cung cấp công nghệ này. Ông cho biết so với tốc độ đạt được trên lý thuyết, công nghệ VDSL thực sẽ có tốc độ kết nối trung bình ở mức thấp gồm hai chữ số megabit. Ngày nay công nghệ kết nối xdsl được xem là công nghệ có tốc độ truy cập nhanh hơn, rẻ hơn, và tin cậy, nó sẽ là lựa chọn đầu tiên của các nhà thiết kế WAN. 204

205 205

206 Chương 7. Họ giao thức TCP/IP và mạng Internet 7.1 Lịch sử phát triển củatcp/ip và mạng Internet Mạng Internet là một mạng máy tính toàn cầu, bao gồm hàng chục triệu người sử dụng, được hình thành từ cuối thập kỷ 60 từ một thí nghiệm của Bộ quốc phòng Mỹ. Tại thời điểm ban đầu đó là mạng ARPAnet của Ban quản lý dự án nghiên cứu Quốc phòng. ARPAnet là một mạng thử nghiệm phục vụ các nghiên cứu quốc phòng, một trong những mục đích của nó là xây dựng một mạng máy tính có khả năng chịu đựng các sự cố (ví dụ một số nút mạng bị tấn công và phá huỷ nhưng mạng vẫn tiếp tục hoạt động). Mạng cho phép một máy tính bất kỳ trên mạng liên lạc với mọi máy tính khác. Khả năng kết nối các hệ thống máy tính khác nhau đã hấp dẫn mọi người, vả lại đây cũng là phương pháp thực tế duy nhất để kết nối các máy tính của các hãng khác nhau. Kết quả là các nhà phát triển phần mềm ở Mỹ, Anh và Châu Âu bắt đầu phát triển các phần mềm trên bộ giao thức TCP/IP (giao thức được sử dụng trong việc truyền thông trên Internet) cho tất cả các loại máy. Điều này cũng hấp dẫn các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu lớn và các cơ quan chính phủ, những nơi mong muốn mua máy tính từ các nhà sản xuất, không bị phụ thuộc vào một hãng cố định nào. Bên cạnh đó các hệ thống cục bộ LAN bắt đầu phát triển cùng với sự xuất hiện các máy để bàn (Desktop Workstations) vào năm Phần lớn các máy để bàn sử dụng Berkeley UNIX, phần mềm cho kết nối TCP/IP đã được coi là một phần của hệ điều hành này. Một điều rõ ràng là các mạng này có thể kết nối với nhau dễ dàng. Trong quá trình hình thành mạng Internet, NSFNET (được sự tài trợ của Hội khoa học Quốc gia Mỹ) đóng một vai trò tương đối quan trọng. Vào cuối những năm 80, NFS thiết lập 5 trung tâm siêu máy tính. Trước đó, những máy tính nhanh nhất thế giới được sử dụng cho công việc phát triển vũ khí mới và một vài hãng lớn. Với các trung tâm mới này, NFS đã cho phép mọi người hoạt động trong lĩnh vực khoa học được sử dụng. Ban đầu, NFS định sử dụng ARPAnet để nối 5 trung tâm máy tính này, nhưng ý đồ này đã bị thói quan liêu và bộ máy hành chính làm thất bại. Vì vậy, NFS đã quyết định xây dựng mạng riêng của mình, vẫn dựa trên thủ tục TCP/IP, đường truyền tốc độ 56 Kbps. Các trường đại học được nối thành các mạng vùng và các mạng vùng được nối với các trung tâm siêu máy tính. Ngày nay mạng Internet đã được phát triển nhanh chóng trong giới khoa học và giáo dục của Mỹ, sau đó phát triển rộng toàn cầu, phục vụ một cách đắc lực cho việc 206

207 trao đổi thông tin trước hết trong các lĩnh vực nghiên cứu, giáo dục và gần đây cho thương mại. Internet sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói và dùng giao thức TCP/IP. Ngày nay nhiều mạng với kiến trúc khác nhau có thể nối vào Internet nhờ các cầu nối đa giao thức. 7.2 Giao thức TCP/IP Khái niệm giao thức (Protocol) là một khái niệm cơ bản của mạng truyền thông. Có thể hiểu một cách khái quát đó là tập hợp tất cả các quy tắc cần thiết (các thủ tục, các khuôn dạng dữ liệu, các cơ chế phụ trợ...) cho phép các giao thức trao đổi thông tin trên mạng được thực hiện một cách chính xác và an toàn. Có rất nhiều họ giao thức đang được sử dụng trên mạng truyền thông hiện nay như IEEE802.X dùng trong mạng cục bộ, CCITT (nay là ITU) dùng cho liên mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao thức chuẩn của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ) dựa trên mô hình tham chiếu bảy lớp cho việc kết nối các hệ thống mở. Trên Internet họ giao thức được sử dụng là bộ giao thức TCP/IP. Hai giao thức được dùng chủ yếu ở đây là TCP ( Transmision Control Protocol ) và IP (Internet Protocol ). TCP là một giao thức kiểu có kết nối (Connection-Oriented), tức là cần phải có một giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng thực hiện trao đổi dữ liệu. Còn giao thức IP là một giao thức kiểu không kết nối (Connectionless), nghĩa là không cần phải có giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể nào đó trước khi trao đổi dữ liệu. Khái niệm TCP/IP không chỉ bị giới hạn ở hai giao thức này. Thường thì TCP/IP được dùng để chỉ một nhóm các giao thức có liên quan đến TCP và IP như UDP (User Datagram Protocol), FTP (File Transfer Protocol), TELNET (Terminal Emulation Protocol),... Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng hầu hết các mạng máy tính hiện có đều được phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng. Mỗi hệ thống thành phần của mạng được xem như là một cấu trúc đa tầng, trong đó mỗi tầng được xây dựng trên cơ sở tầng trước đó. Số lượng các tầng cũng như tên và chức năng của mỗi tầng là tuỳ thuộc vào nhà thiết kế. Họ giao thức của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế) dựa trên mô hình tham chiếu 7 lớp cho việc kết nối các hệ thống mở là họ giao thức được dùng làm chuẩn để các họ giao thức khác so sánh với nó do vậy trước khi đi vào nghiên cứu giao thức TCP/IP ta cần xem xét mô hình 7 lớp OSI (được trình bày ở chương 1). Trong mô hình OSI mục đích của mỗi tầng là cung cấp các dịch vụ cho tầng cao hơn tiếp theo, mô tả chi tiết cách thức cài đặt các dịch vụ này. Các tầng được trừu 207

208 tượng hoá theo cách là mỗi tầng chỉ biết rằng nó liên lạc với tầng tương ứng trên máy khác. Trong thực tế thì mỗi tầng chỉ liên lạc với các tầng kề trên và kề dưới nó trên mỗi hệ thống mà thôi. Trừ tầng thấp nhất trong mô hình mạng không tầng nào có thể chuyển thông tin một cách trực tiếp với tầng tương ứng trong mạng máy tính khác. Thông tin trên máy cần gửi phải được chuyển đi qua tất cả các tầng thấp hơn. Thông tin sau đó lại được truyền qua Card mạng tới máy nhận và lại được truyền lên qua các tầng cho đến khi nó đến tầng đã gửi thông tin đi So sánh giao thức TCP/IP và mô hình 7 lớp OSI Mạng Internet với họ giao thức TCP/IP được minh hoạ tổng quát như hình 7.1 với các dịch vụ mà nó cung cấp và các chuẩn được sử dụng có so sánh với kiến trúc hệ thống mở OSI để chúng ta có một cách nhìn tổng quát về họ giao thức này. Hình 7.1. Giao thức TCP/IP khi so sánh với mô hình OSI OSI Model Application Presentation Session Transport Network Data link Physical TCP/IP Architectual Model Telnet FTP SMTP DNS SNMP Transmision Control Protocol (TCP) ARP UserDatagram Protocol (UDP) Internet Protocol (IP) RIP ICMP Ethernet Tokenbus Token Ring FDDI IEEE802.3 IEEE802.4 EEE802.5 ANSI X3 T95 Trong đó : FTP File Transfer Protocol SMTP- Simple Mail Transfer Protocol DNS Domain Name System SNMP Simple Network Manage Protocol ICMP- Internet Control Message Protocol ARP - Address Resolution Protocol FDDI - - Fiber Distributed Data Interface RPI - - Routing Information Protocol TCP: (Transmistion Control Protocol) Thủ tục liên lạc ở tầng giao vận của TCP/IP. TCP có nhiệm vụ đảm bảo liên lạc thông suốt và tính đúng đắn của dữ liệu giữa 2 đầu của kết nối, dựa trên các gói tin IP. 208

209 UDP: (User Datagram Protocol) Thủ tục liên kết ở tầng giao vận của TCP/IP. Khác với TCP, UDP không đảm bảo khả năng thông suốt của dữ liệu, cũng không có chế độ sửa lỗi. Bù lại, UDP cho tốc độ truyền dữ liệu cao hơn TCP. IP: (Internet Protocol) Là giao thức ở tầng thứ 3 của TCP/IP, nó có trách nhiệm vận chuyển các Datagrams qua mạng Internet. ICMP: (Internet Control Message Protocol) Thủ tục truyền các thông tin điều khiển trên mạng TCP/IP. Xử lý các tin báo trạng thái cho IP như lỗi và các thay đổi trong phần cứng của mạng ảnh hưởng đến sự định tuyến thông tin truyền trong mạng. RIP: (Routing Information Protocol) Giao thức định tuyến thông tin đây là một trong những giao thức để xác định phương pháp định tuyến tốt nhất cho truyền tin. ARP: (Address Resolution Protocol) Là giao thức ở tầng liên kết dữ liệu. Chức năng của nó là tìm địa chỉ vật lý ứng với một địa chỉ IP nào đó. Muốn vậy nó thực hiện Broadcasting trên mạng, và máy trạm nào có địa chỉ IP trùng với địa chỉ IP đang được hỏi sẽ trả lời thông tin về địa chỉ vật lý của nó. DSN: (Domain name System) Xác định các địa chỉ theo số từ các tên của máy tính kết nối trên mạng. FTP: (File Transfer Protocol) Giao thức truyền tệp để truyền tệp từ một máy này đến một máy tính khác. Dịch vụ này là một trong những dịch vụ cơ bản của Internet. Telnet: (Terminal Emulation Protocol) Đăng ký sử dụng máy chủ từ xa với Telnet người sử dụng có thể từ một máy tính của mình ở xa máy chủ, đăng ký truy nhập vào máy chủ để sử dụng các tài nguyên của máy chủ như là mình đang ngồi tại máy chủ. SMTP: (Simple Mail Transfer Protocol) Giao thức truyền thư đơn giản: là một giao thức trực tiếp bảo đảm truyền thư điện tử giữa các máy tính trên mạng Internet. SNMP: (Simple Network Management Protocol) Giao thức quản trị mạng đơn giản: là dịch vụ quản trị mạng để gửi các thông báo trạng thái về mạng và các thiết bị kết nối mạng Giao thức liên mạng IP Mục đích chính của IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu. Vai trò của IP tương tự vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình OSI. Mặc dù từ Internet xuất hiện trong IP nhưng giao thức này không nhất thiết phải sử dụng trên Internet. Tất cả các máy trạm trên Internet đều hiểu IP, nhưng IP có thể sử dụng trong các mạng mà không có sự liện hệ với Internet. 209

210 IP là giao thức kiểu không kết nối (Connectionless) tức là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu. Đơn vị dữ liệu dùng trong giao thức IP là IP Datagram hay gọi tắt là Datagram. Một Datagram được chia làm hai phần : Phần tiêu đề (Header) và phần chứa dữ liệu cần truyền (Data). Trong đó phần Header gồm một số trường chứa các thông tin điều khiển Datagram. a. Cấu trúc của IP Datagram Cấu trúc tổng quát của một IP Datagram như sau: DATAGAM HEADER DATAGRAM DATA AREA Cấu trúc chi tiết của một IP Datagram Header được mô tả như hình 7.2. Version IHL Type of Total length service Identification Flags Fragment offset Time to live Protocol Header checksum Source IP address Destination IP address Options Padding Datas : Hình 7.2. Cấu trúc của Datagram Trong đó: Trường version (4 bits) cho biết phiên bản của IP đang được sử dụng, hiện nay là IPv4. Trong tương lai thì địa chỉ IPv6 sẽ được sử dụng. IHL (4 bits) Chỉ thị độ dài phần đầu (Internet Header Length) của Datagram tính theo đơn vị từ ( 32 bits). Type of service (8 bits), đặc tả các tham số về dịch vụ. Khuôn dạng của nó được chỉ ra như sau Precedence D T R Reserved 8 Bits của trường Service được chia ra làm 5 phần cụ thể như sau : Precedence (3 bits) chỉ thị quyền ưu tiên gửi Datagram, các mức ưu tiên từ 0 (bình thường) đến mức cao nhất là 7 (điều khiển mạng) cho phép người sử dụng chỉ ra tầm quan trọng của Datagram. Ba bit D, T, R nói nên kiểu truyền Datagram, cụ thể như sau: 210

211 Bit D (Delay) chỉ độ trễ yêu cầu. Bit T (Throughput) chỉ thông lượng yêu cầu. Bit R (Reliability) chỉ độ tin cậy yêu cầu. Reserved (2 bits) chưa sử dụng. Total Length (16 bits): Chỉ độ dài toàn bộ Datagram kể cả phần Header. Đơn vị tính là Byte. Identification (16 bits) Trường này được sử dụng để giúp các Host đích lắp lại một gói đã bị phân mảnh, nó cùng các trường khác như Source Address, Destination Address để định danh duy nhất một Datagram khi nó còn ở trên liên mạng. Flags (3 bits) liên quan đến sự phân đoạn các Datagrams cụ thể như sau: DF MF Trong đó các thành phần: Bit 0 Chưa sử dụng lấy giá trị 0. Bit 1 (DF) DF=0: Thực hiện phân đoạn. DF=1: Không thực hiện phân đoạn. Bit 2 (MF) MF=0: Phân đoạn lần cuối. MF=1: Phân đoạn thêm. Fragment offset (13 bits): Chỉ vị trí của đoạn (Fragment) ở trong Datagram. Đơn vị tính là 64 bits (8 Bytes). Time to live (8 bits): Cho biết thời gian tồn tại của Datagram trên liên mạng. Để tránh tình trạng một Datagram bị đi lòng vòng trên liên mạng. Nếu sau một khoảng thời gian bằng thời gian sống mà Datagram vẫn chưa đến đích thì nó bị huỷ. Protocol (8 bits) Cho biết giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích. Giao thức tầng trên của IP thường là TCP hoặc UDP. Header Checksum (16 bits): Đây là mã kiểm soát lỗi 16 bits theo phương pháp CRC cho vùng Header nhằm phát hiện các lỗi của Datagram. Source Address (32 bits) Cho biết địa chỉ IP của trạm nguồn. Destination Address (32 bits) Cho biết địa chỉ IP của trạm đích. Trong một liên mạng địa chỉ IP của trạm nguồn và địa chỉ IP của trạm đích là duy nhất. Options (độ dài thay đổi) Dùng để khai báo các lựa chọn do người sử dụng yêu cầu. Padding (độ dài thay đổi) Là một vùng đệm được dùng để đảm bảo cho phần Header luôn kết thúc ở mức 32 bits. Giá trị của Padding gồm toàn bit

212 Data (Độ dài thay đổi) Vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bits. Kích thước tối đa của trường Data là Bytes. b. Quá trình phân mảnh các gói dữ liệu Trong quá trình truyền dữ liệu, một gói dữ liệu (Datagram) có thể được truyền đi qua nhiều mạng khác nhau. Một gói dữ liệu nhận được từ một mạng nào đó có thể quá lớn để truyền đi trong một gói đơn của mạng khác, bởi vậy mỗi loại cấu trúc mạng cho phép một đơn vị truyền cực đại MTU (Maximum Transmission Unit) khác nhau. Đây chính là kích thước lớn nhất của một gói mà chúng có thể truyền được. Nếu như một gói dữ liệu nhận được từ một mạng nào đó mà kích thước của nó lớn hơn MTU của mạng khác thì nó cần được phân mảnh ra thành gói nhỏ hơn gọi là Fragment để truyền đi, quá trình này gọi là quá trình phân mảnh. Dạng của một Fragment cũng giống như dạng của một gói dữ liệu thông thường. Từ thứ hai trong phần Header chứa các thông tin để xác định mỗi Fragment và cung cấp các thông tin để hợp nhất các Fragments này lại thành các gói như ban đầu. Trường định danh (Indentification) dùng để xác định Fragment này thuộc vào gói dữ liệu nào. Trường định danh có một giá trị duy nhất cho mỗi gói dữ liệu được vận chuyển. Mỗi thành phần của gói dữ liệu bị phân mảnh sẽ có cùng giá trị trường định danh. Điều đó cho phép IP lắp ráp lại các gói dữ liệu bị phân mảnh một cách phù hợp. Hậu quả của việc phân mảnh dữ liệu là các gói bị phân mảnh sẽ đến đích chậm hơn so với một gói không bị phân mảnh. Vì vậy phần lớn các ứng dụng đều tránh không sử dụng kỹ thuật này nếu có thể. Vì sự phân mảnh tạo ra các gói dữ liệu phụ nên cần quá trình sử lý phụ làm giảm tính năng của mạng. Hơn nữa vì IP là một giao thức không tin cậy nên khi bất kỳ một gói dữ liệu bị phân mảnh nào bị mất thì tất cả các mảnh sẽ phải truyền lại. Chính vì lý do này nên phải gửi các gói dữ liệu lớn nhất mà không bị phân mảnh, giá trị này là Path MTU. c. Phương pháp đánh địa chỉ trong TCP/IP Để có thể thực hiện truyền tin giữa các máy trên mạng, mỗi máy tính trên mạng TCP/IP cần phải có một địa chỉ xác định gọi là địa chỉ IP. Hiện nay mỗi địa chỉ IP được tạo bởi một số 32 bits (IPv4)và được tách thành 4 vùng, mỗi vùng có một Byte có thể biểu thị dưới dạng thập phân, nhị phân, thập lục phân hoặc bát phân. Cách viết phổ biến nhất hay dùng là cách viết dùng ký tự thập phân. Một địa chỉ IP khi đó sẽ được biểu diễn bởi 4 số thập phân có giá trị từ 0 đến 255 và được phân cách nhau bởi dấu chấm (.). Mỗi giá trị thập phân biểu diễn 8 bits trong địa chỉ IP. Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host ở trên mạng. IPv4 sử dụng 3 loại địa chỉ trong trường nguồn và đích đó là: 212

213 1. Unicast: Để thể hiện một địa chỉ đơn hướng. Địa chỉ đơn hướng là địa chỉ dùng để nhận dạng từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm như Router chẳng hạn) cụ thể là một gói dữ liệu được gửi tới một địa chỉ đơn hướng sẽ được chuyển tới nút mạng địa chỉ đơn hướng đó. 2. Multicast: Địa chỉ đa hướng. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp nút nhưng không phải là tất cả. Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, gói dữ liệu IP gửi tới một địa chỉ Multicast sẽ được gửi tới tất cả các Host tham dự trong nhóm Multicast này. 3. Broadcast: Thể hiện tất cả các trạm trên mạng. Thông thường điều đó giới hạn ở tất cả các Host trên một mạng con địa phương. Các địa chỉ IP được chia ra làm hai phần, một phần để xác định mạng (net id) và 0 31 class ID Nework ID Host ID một phần để xác định host (host id). Các lớp mạng xác định số bits được dành cho mỗi phần mạng và phần host. Có năm lớp mạng là A, B, C, D, E, trong đó ba lớp đầu là được dùng cho mục đích thông thường, còn hai lớp D và E được dành cho những mục đích đặc biệt và tương lai. Trong đó ba lớp chính là A,B,C. Hình vẽ sau cho thấy cấu trúc của một địa chỉ IP. 213

214 0 1 7 Khu«n d¹ng Þa chø IP líp A Network ID Host ID Khu«n d¹ng Þa chø IP líp B Network ID Host ID Khu«n d¹ng Þa chø IP líp C Network ID Host ID Khu«n d¹ng Þa chø IP líp D Multicast address Khu«n d¹ng Þa chø IP líp E Reserved for future use Hình 7.3. Cấu trúc các khuôn dạng địa chỉ Mỗi lớp địa chỉ được đặc trưng bởi một số bits đầu tiên của Byte đầu tiên có cấu trúc chi tiết như hình 7.3. Từ cấu trúc phân lớp địa chỉ ta có thể nhận thấy: Nhỏ hơn 128 là địa chỉ lớp A. Byte đầu tiên xác định địa chỉ mạng, ba Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm. Từ 128 đến 191 là địa chỉ lớp B. Hai Bytes đầu xác định địa chỉ mạng. Hai Bytes tiếp theo xác định địa chỉ máy trạm. Từ 192 đến 223 là địa chỉ lớp C. Ba Bytes đầu xác định địa chỉ mạng. Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm. Lớn hơn 223 là các địa chỉ dùng để quảng bá hoặc dùng dự trữ cho các mục đích đặc biệt và ta có thể không cần quan tâm. Nhìn vào trên hình ta có bảng phân lớp địa chỉ IP như bảng

215 Network class Số mạng Số Hosts trong mạng A B C Bảng 7.1: Bảng phân lớp địa chỉ Tuy nhiên không phải tất cả các số hiệu mạng (net id) đều có thể dùng được. Một số địa chỉ được để dành cho những mục đích đặc biệt. Lớp A có số mạng ít nhất, nhưng mỗi mạng lại có nhiều host thích hợp với các tổ chức lớn có nhiều máy tính. Lớp B có số mạng và số host vừa phải. Còn lớp C có nhiều mạng nhưng mỗi mạng chỉ có thể có 254 host, thích hợp với tổ chức có ít máy tính. Để tiện cho việc quản trị cũng như thực hiện các phương pháp tìm đường trên mạng. Ở các mạng lớn (lớp A) hay mạng vừa (lớp B) người ta có thể chia chúng thành các mạng con (Subnets). Ví dụ cho rằng một mạng con có địa chỉ lớp B là khi đó coi là địa chỉ toàn mạng và lập địa chỉ cho Subnet 1 và cho Subnet 2. Có thể dành trọn một nhóm 8 bits để đánh địa chỉ Subnet và một nhóm để đánh địa chỉ các máy trong từng Subnet. Như thế tất nhiên là số máy trong một Subnet sẽ ít đi tương tự như trong mạng nhỏ. Sự phân chia này làm giảm kích thước của bảng định tuyến trong Router/Gateway, nghĩa là tiết kiệm dung lượng nhớ và thời gian xử lý. Sự phân chia một mạng thành nhiều mạng con phát sinh vấn đề là số lượng bit dành để đánh địa chỉ mạng con có thể khác nhau và tuỳ thuộc vào nhà quản trị mạng. Do đó người ta đưa vào khái niệm Subnet Mask. Subnet Mask cũng giống như địa chỉ IP bao gồm 32 bits. Mục đích của điạ chỉ Subnet Mask là để chia nhỏ một địa chỉ IP thành các mạng nhỏ hơn và theo dõi vùng nào trên địa chỉ IP được dùng để làm địa chỉ cho mạng con (còn được gọi là các Subnet) đó vùng nào dùng làm địa chỉ cho các máy trạm. Nội dung của một Subnet Mask được quy định như sau : Các bit 1 : dùng để chỉ định địa chỉ mạng trên địa chỉ IP. Các bit 0 : dùng để chỉ định địa chỉ máy trạm trên địa chỉ IP. Ví dụ đối với mạng A có địa chỉ là , nếu dành 8 bits cho Subnet thì mặt nạ có giá trị là , nếu dành 16 bits cho Subnet thì mặt nạ có giá trị là

216 Từ địa chỉ IP ta thực hiện phép toán logic AND với địa chỉ Subnet Mask kết quả sẽ tạo ra được địa chỉ mạng nơi đến. Kết quả này được sử dụng để tìm bước tiếp theo trong thuật toán tìm đường trên mạng. Nếu kết quả này trùng với địa chỉ mạng tại trạm đang làm việc thì sẽ xét tiếp địa chỉ máy trạm để truyền đi. Theo cấu trúc của Subnet Mask thì ta thấy tất cả các trạm làm việc trong cùng một mạng con có cùng giá trị Subnet Mask. Với phương pháp này số bits dùng để đánh địa chỉ host có thể nhỏ hơn 8 bits (đối với lớp C) tức là một địa chỉ lớp C có thể phân nhỏ hơn nữa và khi đó các mạng con này thường được xác định bởi các địa chỉ có thêm phần chú thích số bits dành cho địa chỉ mạng, ví dụ /25 mô tả Subnet (thuộc lớp C) nhưng có 25 bits dùng cho địa chỉ mạng và 7 bits dùng cho địa chỉ Hosts tức là Subnet này chỉ có tối đa là 128 Hosts chứ không phải là 256 Hosts. Trong tất cả các lớp địa chỉ mạng cũng như các Subnet, các điạ chỉ đầu và cuối của mạng được dùng cho các mục đích riêng. Một địa chỉ IP cùng với tất cả các bits địa chỉ máy trạm có giá trị có là 0 (địa chỉ đầu mạng) được dùng để chỉ chính mạng đó (hay địa chỉ xác định mạng). Ví dụ địa chỉ được dùng để chỉ mạng Còn nếu tất cả các bits địa chỉ trong phần địa chỉ của trạm đều có giá trị là 1 (địa chỉ cuối mạng) thì địa chỉ này được dùng làm địa chỉ quảng bá. Ví dụ địa chỉ quảng bá của mạng là Một gói dữ liệu gửi đến địa chỉ này sẽ được truyền đến tất cả các máy trạm trên địa chỉ này. Trên mạng Internet, việc quản lý và phân phối địa chỉ IP là do NIC (Network Information Center). Với sự bùng nổ của số máy tính kết nối vào mạng Internet, địa chỉ IP đã trở thành một tài nguyên cạn kiệt, người ta đã phải xây dựng nhiều công nghệ để khắc phục tình hình này. Ví dụ như công nghệ cấp phát địa chỉ IP động như BOOTP hay DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Khi sử dụng công nghệ này thì không nhất thiết mọi máy trên mạng đều phải có một địa chỉ IP định trước mà nó sẽ được Server cấp cho một địa chỉ IP khi thực hiện kết nối. Tuy nhiên giải pháp này chỉ là tạm thời trong tương lai thì địa chỉ IPv6 sẽ đượcđưa vào sử dụng. d. Địa chỉ IPv6 Cấu trúc Header của gói IPv6 được trình bày trong hình 1.5. V e r s i o n Priority Flow Label Number Payload Length Next Header Hop limit Source IP Address ( 128 Bits) Destination IP Address (128 Bits) 216

217 Hình 7.4. Cấu trúc Header gói IPv6 Cấu trúc của gói IPv6 không hoàn toàn tương thích một cách trực tiếp với cấu trúc của gói IPv4, nó có cấu trúc để cho việc truyền dẫn càng nhanh càng tốt, và nó vẫn cùng hoạt động với IPv4. IPv6 có một số đặc điểm chính sau đây: 128 bits địa chỉ thay cho 32 bits địa chỉ. Thiết lập và cấu hình đơn giản : IPv6 có thể tự động đặt cấu hình các địa chỉ cục bộ. Định dạng Header đơn giản một vài trường đã được bỏ đi hoặc trở thành không bắt buộc. Sự định dạng Header mới này cải thiện tính năng của bộ định tuyến và dễ dàng thêm các loại Header mới. Cải tiến sự trợ giúp đối với các tuỳ chọn và các mở rộng. Sự trợ giúp đối với việc xác nhận đúng và sự mã hoá dữ liệu. Sự trợ giúp đối với việc xác nhận đúng, tính chân thật của dữ liệu, tính bí mật của dữ liệu là một phần của kiến trúc IPv6. Không giống như IPv4 các gói dữ liệu trong IPv6 nói chung không bị phân mảnh. Nếu sự phân mảnh được yêu cầu nó sẽ được thực hiện không phải bằng các bộ định tuyến mà bằng nguồn của các gói dữ liệu. Đối với một gói dữ liệu bị phân mảnh, Host nguồn sẽ sinh ra một giá trị tự nhận diện duy nhất. IPv6 có 128 bits địa chỉ dài hơn bốn lần so với IPv4 nên khả năng theo lý thuyết có thể cung cấp một không gian địa chỉ lớn hơn nhiều. Đây là không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, các hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và thậm chí còn cả các vật dụng trong gia đình. Địa chỉ IPv6 được phân ra là 3 loại chính như sau : 1. Unicast Address: Địa chỉ đơn hướng là địa chỉ dùng để nhận dạng từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm như Router chẳng hạn) cụ thể là một gói dữ liệu được gửi tới một địa chỉ đơn hướng sẽ được chuyển tới nút mang địa chỉ đơn hướng đó. 2. Anycast Address: Địa chỉ bất kỳ hướng nào. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, cụ thể là một gói số liệu được gửi tới một địa chỉ bất cứ hướng nào sẽ được chuyển tới một nút gần nhất trong tập hợp nút mạng địa chỉ Anycast đó. 3. Multicast Address : Địa chỉ đa hướng. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp nút. Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, cụ thể là một gói số 217

218 liệu được gửi tới một địa chỉ đa hướng sẽ được chuyển tới tất cả các nút trong địa chỉ Multicast đó. e. Giao thức ARP Khi hai máy trên mạng Internet muốn kết nối với nhau thì chúng phải biết điạ chỉ của nhau, địa chỉ được sử dụng là địa chỉ Internet. Tuy nhiên nếu hai máy cùng trong một mạng vật lý thì chúng không thể sử dụng địa chỉ IP để liên lạc với nhau, chúng chỉ có thể kết nối với nhau khi chúng biết được địa chỉ vật lý của nhau. Vấn đề đặt ra là làm sao một trạm hay một Router có thể ánh xạ địa chỉ IP (32 bits hoặc 128 bits ) sang địa chỉ vật lý (48 bits) khi chúng cần gửi một gói dữ liệu qua mạng vật lý. Trước kia trong các hệ thống sử dụng giao thức TCP/IP thì phải có một bảng chỉ ra sự liên quan giữa địa chỉ IP và địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) tuy nhiên ngày nay vấn đề này được giải quyết thông qua giao thức xác định địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol). Giao thức ARP cho phép một trạm có thể biết được địa chỉ vật lý của một trạm khác trên cùng một mạng vật lý khi nó biết địa chỉ IP của trạm kia. Hình 7.5 minh hoạ điều đó No response No response Response ARP request ARP response Hình 7.5. Giao thức ARP Khi một máy trạm có địa chỉ muốn biết địa chỉ vật lý của máy trạm có địa chỉ thì nó gửi đi một gói tin đặc biệt có chứa địa chỉ IP đến tất cả các trạm khác (Sử dụng chế độ Broadcast) để yêu cầu trả lời cho biết địa chỉ vật lý của máy này. Tất cả các trạm trên mạng đều nhận được thông báo này nhưng chỉ có trạm có địa chỉ IP là nhận ra địa chỉ IP của nó nên nó gửi cho máy một phúc đáp trả lời địa chỉ vật lý của nó. 218

219 Tuy nhiên nếu bất cứ lúc nào muốn kết nối, mỗi máy trạm đều phải thực hiện quảng bá yêu cầu ARP như vậy sẽ làm tăng khả năng tắc nghẽn trên mạng vì tất cả các máy trong mạng đều nhận được yêu cầu này và phải xử nó. Để tránh tình trạng này trên mỗi máy trạm đều có thiết kế một vùng nhớ gọi là ARP table hoặc ARP cache. Bảng này sẽ lưu giữ địa chỉ IP tương ứng với địa chỉ vật lý của các máy trạm gần nhất mà nó nhận được và được cập nhật tự động khi nhận được trả lời ARP. Trước khi gửi đi một yêu cầu ARP thì một máy trạm sẽ tìm trong ARP table xem có địa chỉ vật lý nào tương ứng với điạ chỉ IP mà nó muốn kết nối hay không, nếu có thì nó sẽ gửi dữ liệu mà không phải phát yêu cầu ARP. Bên cạnh đó để giảm việc phát đi các yêu cầu ARP thì khi một máy trạm nào trả lời một yêu cầu ARP nó sẽ tự động cập nhật địa chỉ IP và địa chỉ vật lý của nơi yêu cầu vào ARP table. Các ARP table này tuỳ theo cấu trúc khác nhau mà có phương pháp cập nhật hoặc loại bỏ địa chỉ khác nhau. Hình 7.6 chỉ ra các bước để thực hiện một yêu cầu ARP. IP 1 ARP request 3 4 2, 5 ARP table (ARP cache) Data link Hình 7.6. Các bước thực hiện ARP 1. Trước khi thực hiện kết nối thì máy trạm phải biết địa chỉ MAC tương ứng với địa chỉ IP. 2. Nó sẽ tìm trong ARP table xem có địa chỉ nào phù hơp không. 3. ARP table sẽ trả lời địa chỉ MAC (nếu có). 4. Nếu địa chỉ MAC không có trong ARP table thì máy đó sẽ phát ra yêu cầu ARP lên trên mạng, nếu địa chỉ MAC có trong ARP table thì kết nối được thực hiện. 5. Cùng với việc nhận được trả lời ARP thì ARP table được cập nhật. Khuôn dạng của một gói tin ARP cũng như RARP dùng cho mạng Ethernet được mô tả như hình

220 Bit 0 Bit 16 Type of Hardware (16bits) Type of Protocol (16bits) Length of Hardware Length of Protocol Address Address Operation (16bits) Hardware address of the source station IP address of the source station Hardware address of the destination station IP address of the destination station Hình 7.7. Khuôn dạng gói tin ARP/RARP Ý nghĩa của các trường trong khuôn dạng như sau: Type of Hardware (16bits): Mô tả kiểu giao diện phần cứng, thường được dùng để chỉ các mạng LAN hoạt động theo các chuẩn IEEE 802. Trường này mang giá trị 1 đối với các mạng Ethernet. Type of Protocol (16bits): Mô tả kiểu địa chỉ giao thức cao cấp (IP, IPX Apple Talk), trường này mang giá trị 0800 ở hệ 16 đối với địa chỉ IP. Length of Hardware Address: Chỉ thị độ dài địa chỉ phần cứng. Length of Protocol Address: Chỉ thị độ dài địa chỉ của giao thức cao cấp. Operation (16bits): Cho biết gói tin ARP/RARP là gói mang thông tin hỏi hay phúc đáp: Operation = 1: ARP Request. = 2: ARP Response. = 3: RARP Request. = 4: RARP Response. Hardware address of the source station: Địa chỉ vật lý của trạm gửi. IP address of the source station: Địa chỉ IP của nơi gửi. Hardware address of the destination station: Địa chỉ vật lý của đích, trường này thường được thiết lập là 0 trong các ARP Reqest, và được điền vào bằng các thủ tục phúc đáp của trạm đích. IP address of the destination station: Địa chỉ IP của trạm nhận, nó được thiết lập bởi trạm nguồn. Khi các gói tin ARP được truyền trên mạng tuỳ theo cấu trúc của các mạng khác nhau mà có các khung dữ liệu gửi đi tương ứng. Các khung dữ liệu này được phân 220

221 biệt với các khung tin loại khác bằng một trường kiểu trong phần tiêu đề của khung. Với mạng Ethernet, khung tin ARP có trường kiểu mang giá trị 0806 ở hệ 16. f. Giao thức RARP(Reverse ARP) Các máy tính thường lưu trữ địa chỉ IP của nó trên bộ nhớ thứ cấp, nơi mà hệ điều hành có thể tìm thấy khi khởi động. Nhưng với những máy tính không thường xuyên làm việc với bộ nhớ thứ cấp (chẳng hạn chúng lưu giữ tập tin trên một máy Server ở xa) thì chúng không biết địa chỉ IP của mình. Vì vậy một máy tính không có ổ đĩa cứng khi khởi động phải liên lạc với Server để biết được địa chỉ IP của nó trước khi kết nối vào hệ thống sử dụng TCP/IP. Máy tính có thể nhận biết được địa chỉ vật lý của nó từ phần cứng giao tiếp mạng được cài đặt trên nó. Từ địa chỉ vật lý này, các máy tính không có bộ nhớ thứ cấp có thể tìm ra địa chỉ IP của nó thông qua giao thức RARP. Khuôn dạng của thông báo RARP về cơ bản giống khuôn dạng của thông báo ARP, chỉ khác về cách thức khai báo một số trường trong đó. Cũng như thông báo ARP, một thông báo RARP cũng được đóng trong một khung thông tin mạng và được gửi từ máy này đến máy khác. Phần tiêu đề của khung tin có chứa một trường kiểu mang giá trị 8035 ở hệ 16 cho phép phân biệt khung tin chứa thông báo RARP với các khung tin dạng khác. Hình 7.8 minh hoạ cách thức mà một máy sử dụng RARP để xác định địa chỉ IP của nó. Để biết địa chỉ IP của mình, đầu tiên máy A quảng bá một yêu cầu RARP đến tất cả các máy khác. A cung cấp địa chỉ vật lý của nó trong gói tin RARP. Tất cả các máy trên mạng đều nhận được yêu cầu này nhưng chỉ có máy nào cung cấp dịch vụ RARP mới tiến hành xử lý và trả lời yêu cầu này. Những máy đó được gọi là các RARP Server. Trong một mạng con nói chung cần phải có một máy tính như vậy. 221

222 A Response RARP request RARP response Hình 7.8. Giao thức RARP g. ARP uỷ quyền ARP uỷ quyền là phương pháp mà trong đó một máy thường là một Router trả lời các yêu cầu ARP cho các máy khác bằng cách cung cấp địa chỉ vật lý của chính nó. Bằng cách tạo ra một máy khác, Router chấp nhận trách nhiệm chuyển các gói. Mục đích của ARP uỷ quyền là cho phép một khu vực sử dụng một địa chỉ mạng với nhiều địa chỉ vật lý. Như hình 7.9 ARP uỷ quyền cho phép một địa chỉ mạng được chia sẻ giữa hai mạng vật lý. Router R trả lời cho các yêu cầu ARP ở mỗi mạng cho các Host ở các mạng khác bằng cách đưa ra địa chỉ vật lý của nó và sau đó nó sẽ chuyển tiếp các gói khi nó nhận được. Router R biết máy nào nằm ở mạng vật lý nào và dùng ARP uỷ quyền để tạo ra ảo giác rằng chỉ có một mạng tồn tại. Để làm được việc đó R lưu giữ vị trí của các Host và cho phép tất cả các Host trong mạng liên lạc với nhau như là kết nối trực tiếp. 222

223 H3 Main Network Router H1 H2 Hidden Network H4 H5 Hình 7.9. ARP uỷ quyền nối hai mạng vật lý có cùng địa chỉ mạng Như trong hình, H1 muốn gửi một gói đến H4 nó sẽ dùng yêu cầu ARP để hỏi địa chỉ vật lý của H4. Do R có phần mềm ARP uỷ quyền nó thu được yêu cầu ARP và sẽ quyết định gửi đi trả lời ARP bằng địa chỉ vật lý của nó. H1 sẽ gửi gói đến R, khi R nhận được Datagram nó sẽ gửi Datagram đến H4. h. Định tuyến cho IP Datagram Việc định tuyến cho IP Datagram trong liên mạng rất phức tạp. Thuật toán định tuyến IP sẽ tính toán và lựa chọn đường đi nào thích hợp nhất để gửi một Datagram qua các mạng vật lý đến trạm đích là nơi nhận Datagram. Các phần mềm định tuyến sẽ tiến hành phân tích các vấn đề như: xem xét kiểu mạng, chiều dài của Datagram hay các kiểu dịch vụ được mô tả trong Datagram Header để tìm đường đi tốt nhất. Trong vấn đề định tuyến người ta phân ra làm hai loại, đó là định tuyến trực tiếp và định tuyến gián tiếp. Việc truyền tin giữa hai máy được gọi là trực tiếp nếu hai máy này cùng được nối vào một mạng vật lý. Chuyển gián tiếp được thực hiện khi hai máy không cùng kết nối vào một mạng vật lý. Vì vậy việc truyền các gói tin được thông qua các Router. Để kiểm tra xem máy gửi và nhận Datagram có cùng trong một mạng vật lý hay không thì bên gửi tách lấy phần địa chỉ mạng của máy đích trong Datagram. Việc xác định địa chỉ mạng được thực hiện đơn giản bằng cách xem xét 4 bit đầu tiên của địa chỉ IP và như vậy nó sẽ xác định được bao nhiêu bit được dùng để đánh địa chỉ mạng. Địa chỉ này được dùng để so sánh với địa chỉ mạng của máy gửi nếu bên nhận và bên gửi cùng kết nối vào một mạng vật lý thì quá trình chuyển gói sẽ là trực tiếp không cần sử dụng Router. Khi đó máy gửi sẽ tìm địa chỉ vật lý của máy nhận bằng cách tìm 223

224 trong ARP table hoặc dùng ARP request. Nếu hai máy không cùng trong một mạng vật lý thì khi đó gói dữ liệu sẽ được chuyển đến Router. Sự chuyển này cũng dùng địa chỉ vật lý. Router này sẽ phân phát các gói đến đích cuối cùng hoặc gửi nó đến Router tiếp theo. Tuy nhiên cần chú ý rằng địa chỉ vật lý của Router không phải là địa chỉ của đích cuối cùng do đó việc chuyển các gói không phải là trực tiếp. Khi chuyển một Datagram đến đích cuối cùng có thể sử dụng cả hai phương pháp chọn đường trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ như khi chuyển các Datagram qua mạng. Trạm khởi đầu sẽ chuyển nó đến Router để từ đó chuyển đến đích cuối cùng. Nó là chọn đường gián tiếp. Nhưng khi các gói này đến Router cuối cùng thì nó phải chuyển trực tiếp đến đích. Nếu một Router nhận được một Datagram mà nó chưa phải là đích cuối cùng nó sẽ giảm trường TTL đi, nếu TTL>0 nó sẽ gửi Datagram đi dựa vào địa chỉ IP của đích cuối cùng và thông tin trong bảng định tuyến. Router phân phát các gói theo nguyên lý không kết nối tức là không một Router nào thiết lập phiên truyền với một Router khác trên mạng. Bảng định tuyến (Routing table) Bảng định tuyến là nơi lưu giữ thông tin về các đích có thể đến được và cách thức để đến địa chỉ đó. Khi phần mền IP Routing tại một trạm hay một Router nhận được yêu cầu truyền một gói dữ liệu thì trước hết nó phải tham khảo bảng định tuyến của nó để quyết định xem sẽ phải gửi Datagram đến đâu. Tuy nhiên không phải bảng thông tin chọn đường của mỗi trạm (hay Router) là chứa tất cả các thông tin về các tuyến đường có thể đến được. Trong mỗi bảng thông tin chọn đường bao gồm các cặp (N,G) trong đó N là địa chỉ IP của mạng đích, còn G là địa chỉ của Router tiếp theo trên đường đến mạng N. Như vậy, mỗi Router sẽ không biết được đường truyền đầy đủ để đi đến đích. Trong bảng định tuyến còn có thông tin về các cổng có thể đến nhưng không cùng nằm trên một mạng vật lý, phần thông tin này được che khuất đi và được gọi là Default Gateway. Khi không tìm thấy thông tin của địa chỉ đích cần đến thì các gói dữ liệu sẽ được gửi đến cổng truyền ngầm định. Việc thiết lập bảng định tuyến sử dụng hai phương pháp là phương pháp chọn tuyến động và phương pháp chọn tuyến tĩnh. Phương pháp chọn tuyến tĩnh có các đường truyền được tính toán trước và được nạp vào mạng khi mạng khởi động. Phương pháp này không quan tâm đến các thông số đường truyền tức thời và cấu hình (Topology) của mạng nên còn được gọi là thuật toán chọn tuyến phi thích nghi. Phương pháp chọn tuyến động hay còn gọi là phương pháp chọn tuyến thích nghi cho 224

225 phép thay đổi đường truyền gói dựa vào các thay đổi của thông số truyền tải và cấu hình của mạng. Phương pháp chọn tuyến động hay được sử dụng hơn phương pháp chọn tuyến tĩnh do có nhiều ưu điểm hơn. 225

226 NhËn du?c gói Header vµ checksum hîp lö No Yes Gi m TTL TTL>0? Yes No Göi th«ng b o ICMP Õn n i göi gãi Tìm ra d?a ch? m?ng Ých ë trong b ng ch?n du?ng Huû gãi T m thêy Router? No Router mæc Þnh cã s½n No Yes Yes NÕu t m thêy Router, t m Þa chø trong ARP table Cã Þa chø vët lý? No Göi i yªu cçu ARP vµ chê phóc p Yes Göi gãi Õn Router tiõp theo dùa vµo b ng chän u? ng Nh?n du?c phúc p ARP, thªm vµo ARP table Hình Lược đồ IP routing 226

227 Quá trình gửi một Datagram từ trạm nguồn đến trạm đích gồm các bước sau: Khi một trạm muốn gửi Datagram đến một trạm khác trên liên mạng, đầu tiên nó sẽ đóng gói Datagram và gửi đến một Router gần nhất. Datagram cần gửi có thể sẽ phải qua nhiều Router trước khi đến đích. Khi khung tin đến Router đầu tiên, phần mềm IP sẽ lấy Datagram đã được đóng gói ra, lựa chon Router tiếp theo cần phải qua. Sau đó Datagram lại được đặt vào khung rồi được gửi qua mạng vật lý đến Router thứ hai. Quá trình này cứ thế tiếp tục cho đến khi Datagram đến được đích cuối cùng. Hình 7.10 chỉ ra lược đồ quá trình chọn tuyến cho Datagram: i. Quá trình gửi, nhận Datagram Đối với IP ở trạm nguồn, khi nhận được một Primitive Send (Hàm dịch vụ nguyên thuỷ yêu cầu gửi dữ liệu) của tầng trên, nó sẽ thực hiện các bước sau: - Tạo một IP Datagram dựa trên các tham số của Primitive Send. - Tính Checksum và ghép vào phần Header của Datagram. - Ra quyết định chọn đường. - Chuyển Datagram xuống tầng dưới để truyền qua mạng. Khi một Gateway nhận được một Datagram, nó sẽ thực hiện các bước sau: - Tính Checksum, nếu không hợp lý thì loại bỏ Datagram. - Giảm thời gian sống TTL (Time to Live) của Datagram. Nếu thời gian sống đã hết thì Datagram đó bị loại bỏ. - Ra quyết định chọn đường. - Nếu thấy cần thiết thì thực hiện phân đoạn cho Datagram. - Sửa đổi lại IP Header, bao gồm Time to Live (TTL), Fragmentation và Checksum. - Chuyển Datagram xuống tầng dưới để truyền qua mạng. Khi nhận được Datagram, IP ở trạm đích sẽ thực hiện các bước sau: - Tính Checksum, nếu không hợp lý thì loại bỏ Datagram. - Tập hợp lại các đoạn nếu Datagram đã bị phân mảnh. - Chuyển dữ liệu và các tham số lên tầng trên Giao thức TCP TCP là một giao thức kiểu có liên kết (Connection Oriented), tức là phải có giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi truyền dữ liệu. Cũng giống như các giao thức ở tầng giao vận TCP nhận thông tin từ các lớp trên chia nó thành nhiều đoạn nếu cần thiết. Mỗi gói dữ liệu được chuyển tới giao thức lớp mạng (thường là IP) để truyền và định tuyến. Bộ xử lý TCP của nó nhận thông báo đã nhận từng gói, nếu nó nhận thành công, các gói dữ liệu không có thông 227

228 báo sẽ được truyền lại. TCP của nơi nhận lắp ráp lại thông tin và chuyển nó tới tầng cao hơn khi nó nhận được toàn bộ. Trước khi các gói dữ liệu được gửi tới máy đích nơi gửi và nơi nhận phải thương lượng để thiết lập một kết nối logic tạm thời. Kết nối này về đặc trưng sẽ ở trạng thái mở trong suốt phiên truyền. a. Đặc điểm giao thức TCP Trong bộ giao thức TCP/IP TCP là giao thức được phát triển như là cách để kết nối các mạng máy tính khác nhau về các phương pháp truyền dẫn và hệ điều hành. TCP thiết lập kết nối hai đường giữa hai hệ thống cần trao đổi thông tin với nhau, thông tin trao đổi giữa hai hệ thống được chia thành các gói. TCP có những đặc điểm sau: 1. Hai hệ thống cần kết nối với nhau cần phải thực hiện một loạt các sự bắt tay để trao đổi những thông tin về việc chúng muốn kết nối. Quá trình bắt tay đảm bảo ngăn trặn sự tràn và mất mát dữ liệu khi truyền. 2. Trong phiên truyền thông tin, hệ thống nhận dữ liệu cần phải gửi các xác nhận cho hệ thống phát để xác nhận rằng nó đã nhận được dữ liệu. 3. Các gói tin có thể đến đích không theo thứ tự sắp xếp của dòng dữ liệu liên tục bởi các gói tin đi từ cùng một nguồn tin theo những đường dẫn khác nhau để đi tới cùng một đích. Vì vậy thứ tự đúng của các gói tin phải được đảm bảo sắp xếp lại tại hệ thống nhận. 4. Khi phát hiện gói tin bị lỗi thì nơi gửi chỉ phát lại những gói tin bị lỗi nhằm để tránh loại bỏ toàn bộ dòng dữ liệu. Hình 7.11 trình bày phương thức hoạt động của giao thức TCP. 228

229 Sending Application Presentation Secssion TCP IP Dadalink Physical TCP End to End Commmunication Router Router IP IP Dadalink Dadalink Physical Physical Receiving Application Presentation Secssion TCP IP Dadalink Physical Subnet Subnet Hình TCP cung cấp kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức TCP được gọi là Segment. Khuôn dạng của Segment được mô tả như hình Bit Sourse Port Destination Port Sequence Number Acknowledgment Number Data Reserve Offset d (6 R ( 4 bits) G bits) Checksum Option TCPdata U A P R S F C S S K H T Y N I N Window (16 bits) Urgent poier Padding Hình Khuôn dạng TCP Segment 229

230 Các tham số của khuôn dạng trên có ý nghĩa như sau: Source Port (16 bits): Số hiệu của cổng nguồn. Destination Port (16 bits): Số hiệu cổng của trạm đích. Số hiệu này là địa chỉ thâm nhập dịch vụ lớp giao vận (CCISAP Addess) cho biết dịch vụ mà TCP cung cấp là dịch vụ gì. TCP có số lượng cổng trong khoảng tuy nhiên các cổng nằm trong khoảng từ là được biết nhiều nhất vì nó được sử dụng cho việc truy cập các dịch vụ tiêu chuẩn, ví dụ 23 là dịch vụ Telnet, 25 là dịch vụ mail.... Sequence Number (32 bits): Số hiệu của Byte đầu tiên của Segment trừ khi bit SYN được thiết lập. Nếu bit SYN được thiết lập thì Sequence Number là số hiệu tuần tự khởi đầu (ISN) và Byte dữ liệu đầu tiên là ISN+1. Tham số này có vai trò như tham số N(S) trong HDLC. Acknowledgment Number (32 bits): Số hiệu của Segment tiếp theo mà trạm nguồn dang chờ để nhận. Ngầm ý báo đã nhận tốt các Segment mà trạm đích đã gửi cho trạm nguồn. Tham số này có vai trò như tham số N(R) trong HDLC. Data offset (4bits): Số lượng từ 32 bit trong TCP header (Tham số này chỉ ra vùng bắt đầu của vùng dữ liệu ). Reserved (6 bits): Dành để dùng trong tương lai. Control bits: Các bits điều khiển Từ trái sang phải: - URG : Vùng con trỏ khẩn có hiệu lực. - ACK : Vùng báo nhận (ACK number) có hiệu lực. - PSH: Chức năng PUSH. - RST: Khởi động lại (reset) liên kết. - SYN : Đồng bộ các số liệu tuần tự (sequence number). - FIN : Không còn dữ liệu từ trạm nguồn. Window (16bits): Cấp phát credit để kiểm soát luồng dữ liệu (cơ chế cửa sổ). Đây chính là số lượng các Byte dữ liệu bắt đầu từ Byte được chỉ ra trong vùng ACK number, mà trạm nguồn đã sẵn sàng để nhận. Checksum (16bits): Mã kiểm soát lỗi (theo phương pháp CRC) cho toàn bộ Segment. Urgent Pointer (16 bits) : Con trỏ này trỏ tới số liệu tuần tự của Byte đi theo sau dữ liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn. Vùng này chỉ có hiệu lực khi bit URG được thiết lập. Option (độ dài thay đổi): Khai báo các option của TCP, trong đó có độ dài tối đa của vùng TCP data trong một Segment. 230

231 Padding (độ dài thay đổi): Phần chèn thêm vào Header để bảo đảm phần Header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits. Phần thêm này gồm toàn số 0. Việc kết hợp địa chỉ IP của một máy trạm và số cổng được sử dụng tạo thành một Socket. Các máy gửi và nhận đều có Socket riêng. Số Socket là duy nhất trên mạng. b. Điều khiển luồng dữ liệu Trong việc điều khiển luồng dữ liệu phương pháp hay sử dụng là dùng phương pháp cửa sổ trượt. Phương pháp này giúp cho việc nhận luồng dữ liệu hiệu quả hơn. Phương pháp cửa sổ trượt cho phép nơi gửi (Sender) có thể gửi đi nhiều gói tin rồi sau đó mới đợi tín hiệu báo nhận ACK (Acknowledgement) của nơi nhận (Receiver).Với phương pháp cửa sổ trượt khi cần truyền các gói tin, giao thức sẽ đặt một cửa sổ có kích thước cố định lên các gói tin. Những gói tin nào nằm trong vùng cửa sổ ở một thời điểm nhất định sẽ được truyền đi. Hình 7.13 minh hoạ quá trình này. Ở đây kích thước cửa sổ là 4. Tức là mỗi lúc cửa sổ chỉ gửi được 4 gói tin. Đầu tiên cửa sổ gửi sẽ gửi 4 gói tin từ 1 đến 4 và 4 gói tin này sẽ được gửi cho bên nhận. Cửa sổ tiếp tục trượt để gói tin thứ 5 được gửi đi ngay sau khi nhận được tín hiệu ACK của gói tin thứ nhất từ trạm đích qua trình như vậy cứ tiếp tục cho đến khi gói tin cuối cùng được chuyển đi. 231

232 Window (a) Window Window (b) Hu?ng tru?t (c) 1 Ðã nh?n du?c ACK 2 Chua du?c g?i Hình Hoạt động của cửa sổ trượt Trong quá trình gửi và nhận dữ liệu, có thể có một số gói tin mặc dù đã được gửi đi nhưng không có phúc đáp (không nhận được báo nhận) có nghĩa là bên nhận không nhận được thì những gói đó sẽ được truyền lại. Tại bên nhận cũng duy trì một cửa sổ trượt tương tự dùng để nhận và báo nhận các gói tin đã nhận được. TCP cung cấp một kiểu dịch vụ gọi là dịch vụ chuyển luồng đáng tin cậy. TCP xem luồng dữ liệu như là một thứ tự các Bytes dữ liệu được tách thành các Segments. Thường thì mỗi Segment truyền trong liên mạng sẽ được lồng vào một Datagram. Với kỹ thuật cửa sổ trượt, sẽ giải quyết được hai vấn đề quan trọng đó là truyền có hiệu quả và điều khiển luồng dữ liệu. TCP sử dụng kỹ thuật cửa sổ trượt dựa trên kỹ thuật cửa sổ trượt đã trình bày ở trên. Nó cho phép gửi được nhiều Segment trước khi báo nhận đến từ nơi nhận và do đó làm tăng thông lượng truyền trên mạng. Bên cạnh đó kỹ thuật cửa sổ trượt còn cho phép bên nhận tránh được tình trạng dữ liệu bị mất bằng cách làm giảm lưu lượng dữ liệu gửi đến nếu bộ đệm của nó không chứa thêm nhiều dữ liệu. 232

233 Kỹ thuật cửa sổ trượt của TCP được tiến hành ở mức Byte chứ không phải ở mức Segment hay gói như trình bày ở trên. Các Bytes của luồng dữ liệu được đánh số một cách tuần tự và một cửa sổ được định nghĩa bởi ba con trỏ như hình Window 3 Các con tr? Hu?ng tru?t Hình Cấu hình cửa sổ trượt Tại mỗi thời điểm, con trỏ đầu tiên trỏ vào mép bên trái cửa sổ, con trỏ thứ hai trỏ vào mép bên phải cửa sổ và con trỏ thứ ba xác định vị trí các Bytes được gửi đi. Con trỏ bên phải và bên trái cửa sổ xác định kích thước của cửa sổ. Các phần mềm giao thức gửi các gói bên trong cửa sổ không có trễ, do đó ranh giới bên trong cửa sổ luôn luôn di chuyển từ bên phải qua bên trái. Như trong hình 7.13 chỉ ra Byte thứ hai đã được gửi và nhận được báo nhận, Bytes thứ 3, 4 đã được gửi nhưng chưa có báo nhận, Bytes thứ 5, 6 chưa được gửi nhưng sẽ được gửi mà không có trễ. Các Bytes lớn hơn 7 chưa được gửi cho đến khi cửa sổ di chuyển. Có một sự khác biệt giữa cửa sổ trượt TCP và cửa sổ trượt được trình bày ở trên là cửa sổ trượt TCP có thể thay đổi kích thước theo thời gian. Trong đó mỗi báo nhận đều có thông tin về trạng thái bộ đệm tại bên nhận, cho biết bên nhận có thể nhận thêm được bao nhiêu Bytes dữ liệu nữa. Nếu nhận được thông báo kích thước bộ đệm còn ít thì bên gửi sẽ giảm kích cỡ của cửa sổ và nó không gửi số Bytes dữ liệu quá kích thước của bộ đệm. Còn nếu thông báo rằng kích thước của bộ đệm tăng thì bên gửi sẽ tăng tương ứng kích thước của cửa sổ. Vì liên kết TCP là loại kiên kết đầy đủ, dữ liệu có thể được truyền theo cả hai hướng, tức là tại mỗi thời điểm dữ liệu có thể được truyền từ hai đầu cuối của liên kết một cách độc lập với nhau nên tại mỗi đầu cuối của liên kết sẽ có thể duy trì hai cửa sổ, một để gửi dữ liệu và một để nhận dữ liệu. 233

234 c. Thiết lập và huỷ bỏ liên kết Như ta đã biết TCP là một giao thức kiểu có liên kết, tức là cần phải có giai đoạn thiết lập một liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi truyền dữ liệu và huỷ bỏ liên kết khi không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa. Thiết lập liên kết TCP Một liên kết có thể được thiết lập theo một trong hai cách chủ động (active) và bị động (passive). Nếu liên kết được thiết lập theo cách bị động thì đầu tiên TCP tại trạm muốn thiết lập liên kết sẽ nghe và chờ yêu cầu liên kết từ một trạm khác. Tuỳ trường hợp của lời gọi hàm mà người sử dụng phải chỉ ra cổng yêu cầu kết nối hoặc có thể kết nối với một cổng bất kỳ. Với phương thức chủ động thì người sử dụng yêu cầu TCP thử thiết lập một liên kết với một Socket nào đó với một mức ưu tiên và độ an toàn nhất định. Nếu trạm ở xa kia đáp lại bằng một hàm Passive open tương hợp hoặc đã gửi một active open tương hợp thì liên kết sẽ được thiết lập. Nếu liên kết được thiết lập thành công thì hàm Open success primitive được dùng để thông báo cho người sử dụng biết (cũng được sử dụng trong trường hợp Passive Open) còn nếu thất bại thì hàm Open failure primitive được dùng để thông báo. Huỷ bỏ một liên kết: Khi không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa thì liên kết TCP có thể được huỷ bỏ. Liên kết có thể được huỷ bỏ theo hai cách: Huỷ bỏ một cách bất thường. Huỷ bỏ một cách bình thường. Liên kết được huỷ bỏ một cách bình thường khi toàn bộ dữ liệu đã được truyền hết. Tức là hai bên không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa. Liên kết có thể bị huỷ bỏ một cách bất thường vì một lý do nào đó (do người sử dụng hoặc do TCP đóng liên kết do không thể duy trì được liên kết). Toàn bộ dữ liệu đang truyền có thể bị mất. d. Truyền và nhận dữ liệu Sau khi liên kết được thiết lập giữa một cặp thực thể TCP thì có thể tiến hành việc truyền dữ liệu. Với liên kết TCP dữ liệu có thể được truyền theo cả hai hướng. Khi nhận được một khối dữ liệu cần chuyển đi từ người sử dụng, TCP sẽ lưu giữ nó tại bộ đệm gửi. Nếu cờ PUST được dựng thì toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm sẽ được gửi đi hết dưới dạng các TCP Segment. Còn nếu cờ PUST không được dựng thì toàn bộ dữ liệu vẫn được lưu giữ trong bộ đệm để chờ gửi đi khi có cơ hội thích hợp. 234

235 Tại bên nhận, dữ liệu gửi đến sẽ được lưu giữ trong bộ đệm nhận. Nếu dữ liệu đệm được đánh dấu bởi cờ PUST thì toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm nhận sẽ được gửi lên cho người sử dụng. Còn nếu dữ liệu không được đánh dấu với cờ PUST thì chúng vẫn được lưu trong bộ đệm. Nếu dữ liệu khẩn cần phải chuyển gấp thì cờ URGENT được dùng và đánh dấu dữ liệu bằng bit URG để báo rằng dữ liệu khẩn cần được chuyển gấp Giao thức UDP UDP (User Datagram Protocol) là một giao thức kiểu không kết nối, được sử dụng trong một số yêu cầu ứng dụng thay thế cho TCP. Tương tự như giao thức IP, UDP không thực hiện các giai đoạn thiết lập và huỷ bỏ liên kết, không có các cơ chế báo nhận (Acknowledgement) như trong TCP. UDP cung cấp các dịch vụ giao vận không đáng tin cậy. Dữ liệu có thể bị mất, bị lỗi hay bị truyền luẩn quẩn trên mạng mà không hề có thông báo lỗi đến nơi gửi hoặc nơi nhận. Do thực hiện ít chức năng hơn TCP nên UDP chạy nhanh hơn, nó thường được sử dụng trong các dịch vụ không đòi hỏi độ tin vậy cao. Đơn vị dữ liệu dùng trong giao thức UDP là UDP Datagram. Khuôn dạng của một UDP Datagrram gồm hai phần: Phần tiêu đề (Header) chứa các thông tin điều khiển và phần Data chứa dữ liệu. Khuôn dạng của UDP Datagram cụ thể như hình UDP Source Port UDP Destination Port UDP Message Length UDP Checksum Data Hình Khuôn dạng UDP Datagram Trong đó : UDP Source Port (16 bits) : Cho biết địa chỉ cổng của trạm nguồn. Nếu nó không được chỉ ra thì trường này được thiết lập là 0. UDP Destination Port (16 bits) : Cho biết địa chỉ cổng của trạm đích. UDP Message Length (16 bits): Cho biết kích thước của một UDP Datagram (kể cả phần Header). Kích thước tối thiểu của một UDP Datagram là 8 Bytes (chỉ có phần Header, không có phần dữ liệu). UDP Checksum (16 bits): Là mã kiểm soát lỗi theo phương pháp CRC. Lớp UDP được đặt trên lớp IP, tức là UDP Datagram khi chuyển xuống tầng dưới sẽ được đặt vào IP Datagram để truyền trên liên mạng. IP Datagram này được ghép vào một khung tin rồi được gửi tới liên mạng đến trạm đích. Tại trạm đích các 235

236 PDU được gửi từ dưới lên trên, qua mỗi tầng phần Header của PDU được gỡ bỏ và cuối cùng chỉ còn lại phần dữ liệu như ban đầu được chuyển cho người sử dụng. 7.3 Mạng Internet Tổ chức của Internet Internet là một liên mạng, tức là mạng của các mạng con. Vậy đầu tiên là vấn đề kết nối hai mạng con. Để kết nối hai mạng con với nhau, có hai vấn đề cần giải quyết Về mặt vật lý, hai mạng con chỉ có thể kết nối với nhau khi có một máy tính có thể kết nối với cả hai mạng này. Việc kết nối đơn thuần về vật lý chưa thể làm cho hai mạng con có thể trao đổi thông tin với nhau. Vậy vấn đề thứ hai là máy kết nối được về mặt vật lý với hai mạng con phải hiểu được cả hai giao thức truyền tin được sử dụng trên hai mạng con này và các gói thông tin của hai mạng con sẽ được gửi qua nhau thông qua đó. Các Bridges, Gateways hoặc Router được dùng để kết nối các mạng với nhau: Bridge là một thiết bị mạng mà có khả năng kết nối hai hoặc nhiều mạng nhưng các mạng này phải dùng chung giao thức chúng thường được sử dụng để nối hai mạng LAN cùng loại với nhau. Router là một nút mạng trong đó có chứa các giải thuật chọn đường khi nhận được một Datagram thì nó sẽ gửi chuyển tiếp Datagram đi đển nút mạng tiếp theo tuỳ vào địa chỉ của Datagram và giải thuật chọn đường. Gateway là một thiết bị thực hiện chức năng dẫn đường. Nó thường là một thiết bị độc lập mà có thể thực hiện giao thức truyền từ mạng này sang mạng khác. Thông thường việc kết nối giữa hai mạng dùng một máy tính, máy tính này được Net 1 Net 2 Router Router gọi là Internet gateway hay Router. Hình Hai mạng Net 1 và Net 2 kết nối thông qua Router. Khi kết nối đã trở nên phức tạp hơn, các Gateways cần phải biết về sơ đồ kiến trúc của các mạng kết nối. Ví dụ trong hình 7.17 cho thấy nhiều mạng được kết nối bằng Router. 236

237 Net 1 Router 1 Router 3 Net 3 Router 2 Net 2 Hình Ba mạng kết nối với nhau thông qua các Router Như hình 7.17, Router R1 phải chuyển tất cả các gói thông tin đến một máy nằm ở mạng Net 2 hoặc Net 3. Với kích thước lớn như mạng Internet, việc các Routers làm sao có thể quyết định về việc chuyển các gói thông tin cho các máy trong các mạng sẽ trở nên phức tạp hơn. Để các Routers có thể thực hiện được công việc chuyển một số lớn các gói thông tin thuộc các mạng khác nhau người ta đề ra quy tắc là: Các Routers chuyển các gói thông tin dựa trên địa chỉ mạng của nơi đến, chứ không phải dựa trên địa chỉ của máy nhận. Như vậy, dựa trên địa chỉ mạng nên tổng số thông tin mà Router phải lưu giữ về sơ đồ kiến trúc mạng sẽ tuân theo số mạng trên Internet chứ không phải là số máy trên Internet. Trên Internet, tất cả các mạng đều có quyền bình đẳng cho dù chúng có tổ chức hay số lượng máy là rất chênh lệch nhau. Giao thức TCP/IP của Internet hoạt động tuân theo quan điểm sau: Tất các mạng con trong Internet như là Ethernet, một mạng diện rộng như NSFNET back bone hay một liên kết điểm-điểm giữa hai máy duy nhất đều được coi như là một mạng. Điều này xuất phát từ quan điểm đầu tiên khi thiết kế giao thức TCP/IP là để có thể liên kết giữa các mạng có kiến trúc hoàn toàn khác nhau, khái niệm "mạng" đối 237

238 với TCP/IP bị ẩn đi phần kiến trúc vật lý của mạng. Đây chính là điểm giúp cho TCP/IP tỏ ra rất mạnh. Như vậy, người dùng trong Internet hình dung Internet là một mạng thống nhất và bất kỳ hai máy nào trên Internet đều được nối với nhau thông qua một mạng duy nhất. Hình 7.18 mô tả kiến trúc tổng thể của Internet dưới mắt người dùng và kiến trúc tổng quát của Internet. Internet Internet Router Physical net host Host (a) (b) Hình (a) - Mạng Internet dưới con mắt người sử dụng. Các máy được nối với nhau thông qua một mạng duy nhất. (b) - Kiến trúc tổng quát của mạng Internet. Các Routers cung cấp các kết nối giữa các mạng Một số phương thức kết nối Internet phổ biến : Các mạng máy tính và máy tính tạo thành Internet nằm rải rác khắp nơi trên thế giới do đo kết nối Internet là kết nối các mạng diện rộng (WAN). Có rất nhiều công nghệ kết nối mạng diện rộng đang được sử dụng trên Internet nhưng được chia là hai loại chính là loại dùng dịch vụ điện thoại (Telephony) và loại không dùng dịch vụ điện thoại (Non- Telephony). Các công nghệ kết nối mạng WAN đã được trình bày chi tiết ở chương Các dịch vụ thông dụng của Internet Internet càng ngày càng phát triển và cung cấp cho con người nhiều loại dịch vụ dưới đây trình bày một số dịch vụ thông dụng của Internet ngày nay : 238

239 a. Thư điện tử Thư điện tử (Electronic Mail) còn được gọi tắt là . Mục đích của nó là để gửi hoặc nhận những thư điện tử từ nơi này qua nơi khác một cách nhanh chóng từ vài giây cho tới vài phút hoặc vài tiếng đồng hồ. Ngày nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của Internet người ta có thể gửi thư điện tử tới các quốc gia trên khắp thế giới. Với sự tiện lợi như vậy cho nên đã hầu như trở thành một nhu cầu cần phải có của mỗi người sử dụng máy tính. Trên thực tế, có rất nhiều hệ thống máy tính khác nhau và mỗi hệ thống lại có cấu trúc chuyển nhận thư điện tử khác nhau. Việc này được giải quyết bằng cách sử dụng một giao thức chung cho thư điện tử. Giao thức chung đó gọi là giao thức chuyển vận thư từ (Simple Mail Transfer Protocol viết tắt là SMTP). Nhờ vào SMTP này mà sự chuyển vận thư điện tử trên Internet đã trở thành dễ dàng nhanh chóng cho tất cả mọi người. b. Mạng thông tin toàn cầu (World Wide Web- WWW) Đây dịch vụ mới và mạnh nhất trên Internet. WWW được xây dựng dựa trên một kỹ thuật có tên gọi là hypertext (siêu văn bản). Hypertext là kỹ thuật trình bày thông tin trên một trang trong đó có một số từ có thể "nở" ra thành một trang thông tin mới có nội dung đầy đủ hơn. Trên cùng một trang thông tin có thể có nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như Text, ảnh hay âm thanh. Để xây dựng các trang dữ liệu với các kiểu dữ liệu khác nhau như vậy, WWW sử dụng một ngôn ngữ có tên là HTML (HyperText Markup Language). HTML cho phép định dạng các trang thông tin, cho phép thông tin được kết nối với nhau. Trên các trang thông tin có một số từ có thể "nở" ra, mỗi từ này thực chất đều có một liên kết với các thông tin khác. Để thực hiện việc liên kết các tài nguyên này, WWW sử dụng phương pháp có tên là URL (Universal Resource Locator). Với URL, WWW cũng có thể truy nhập tới các tài nguyên thông tin từ các dịch vụ khác nhau như FTP, Gopher, Wais... trên các server khác nhau. Với sự bùng nổ dịch vụ WWW, dịch vụ này càng ngày càng được mở rộng và đưa thêm nhiều kỹ thuật tiên tiến nhằm tăng khả năng biểu đạt thông tin cho người sử dụng. Một số công nghệ mới được hình thành như Active X, Java cho phép tạo các trang Web động thực sự mở ra một hướng phát triển rất lớn cho dịch vụ này. c. Dịch vụ truyền tệp - FTP Một trong những dịch vụ phổ biến nhất được sử dụng trên mạng Internet là dịch vụ truyền tệp (file) qua các máy tính. Dịch vụ này được dùng để chuyển tải các file giữa các máy chủ trên mạng, giữa máy chủ và máy khách (client). Các file có thể ở 239

240 dạng văn bản, ảnh tĩnh, ảnh video, các thư viện, đặc biệt là các phần mềm ứng dụng được cung cấp miễn phí hoặc thử nghiệm. Việc truyền file được thông qua một giao thức của Internet gọi là giao thức FTP (File Transfer Protocol viết tắt là FTP). Giao thức này thực hiện việc truyền file giữa các máy tính không phụ thuộc vào vị trí địa lý hay môi trường hệ điều hành. Điều cần thiết là 2 máy đều nối mạng Internet và đều có phần mềm có thể hiểu được giao thức FTP. d. Dịch vụ truy nhập từ xa -TELNET Một trong những công cụ cơ bản của Internet là Telnet. Telnet là một giao thức cho phép người sử dụng có thể truy nhập vào một máy tính ở xa và khai thác các tài nguyên của máy đó hoàn toàn giống như đang ngồi trên máy của mình. Điều kiện căn bản để sử dụng dịch vụ Telnet là máy tính của người sử dụng phải được nối vào mạng Internet. Ngoài ra người sử dụng phải có chương trình Telnet. Khi dùng telnet để vào một máy nào đó nó sẽ hỏi tên truy nhập và mật khẩu. Giống như FTP, trên mạng Internet có nhiều host cho phép người sử dụng truy nhập bằng telnet nặc danh, chỉ cần khai báo địa chỉ của mình. e. Dịch vụ tra cứu theo chỉ mục - Gopher Gopher là một dịch vụ tra cứu thông tin theo chủ đề và sử dụng các thực đơn. Xuất phát từ nhu cầu phân phát các tài liệu theo một chủ đề nhất định cho người sử dụng trên Internet, người ta đã thiết lập các máy có lưu trữ tài liệu. Muốn sử dụng những tài liệu này, người sử dùng cần có một phần mềm để kết nối vào máy chủ GOPHER, và máy này sẽ đưa ra các thực đơn cho người sử dụng chọn lựa. Ngoài ra trong một số máy còn lưu trữ các chỉ dẫn kết nối hoặc địa chỉ của các gopher khác. Thông qua các client của gopher, người sử dụng có thể nhận những file văn bản, hình ảnh, đồ hoạ, âm thanh. f. Dịch vụ nhóm tin - USENET USENET là chữ được gọi tắt từ chữ users Network và được coi là Mạng nhóm tin lớn nhất trên Internet. Mạng nhóm tin này là do hàng ngàn máy Phục Vụ Tin (News Host) được liên kết lại với nhau để truyền đạt tin tức. Mặc dù Mạng lưới nhóm tin dùng Internet để chuyển tải và phân phối một phần lớn tin tức nhưng thật ra nó cách biệt và khác với Internet. Mạng lưới nhóm tin là do hàng ngàn máy phục vụ tin (News Host) kết nối lại với nhau trên toàn cầu. Vì nó ký sinh trên Internet nên ngoài việc khai thác thông qua mạng Internet nó còn có cơ chế khai thác độc lập không qua mạng Internet mà đăng ký riêng. 240

241 Mạng nhóm tin là môi trường tranh luận thế giới. Nó cho phép người sử dụng có thể trao đổi thông tin về một chủ đề mà họ cùng quan tâm. Thư trên usernet được gửi đến và lưu trữ trên một máy chủ chứa tin. Người sử dụng có thể đặt câu hỏi, đưa ra ý kiến tranh luận về một chủ đề nào đó, gửi thông báo hoặc các tài liệu vào usernet. g. Dịch vụ tìm kiếm thông tin diện rộng WAIS (Wide Area Information Service). WAIS là một công cụ tìm kiếm thông tin trên mạng Inetrnet thông qua một chuỗi các đề mục lựa chọn, dịch vụ WAIS cho phép người dùng tìm kiếm các tệp dữ liệu có chứa một xâu ký tự xác định trước. Mạng WAIS toàn cầu dựa trên các thư mục của máy chủ (Directory of server). Đây thực sự là những kho tàng dữ liệu để người dùng tìm kiếm. Quá trình thực hiện cuộc tìm kiếm WAIS có thể so sánh với việc tham khảo tại thư viện. Bước đầu tiên của bạn là chọn những cuốn sách mà bạn muốn tìm thông tin cho chủ đề đã định. Bạn có thể tập hợp những cuốn sách này trên kệ sách cạnh đó trước khi bạn mở một chủ đề. Điều này giống như chọn chủ đề từ Directory of Server, sau đó bạn bắt đầu tìm kiếm vị trí lưu trữ thông tin đối với những chủ đề đã chọn. Đồng thời WAIS cho phép bạn cập nhật danh sách những tài nguyên WAIS chuẩn bị cho bạn tiến hành tìm kiếm. WAIS server còn thực hiện đếm số lần xuất hiện của từ trong tệp để tính điểm và gửi về cho client giúp người sử dụng dễ dàng lựa chọn tệp mình cần. h. Dịch vụ hội thoại trên Internet - IRC Internet Relay Chat (IRC - Nói chuyện qua Internet) là phương tiện "thời gian thực", nghĩa là những từ bạn gõ vào sẽ xuất hiện gần như tức thời trên màn hình của người nhận và trả lời của họ của xuất hiện trên màn hình của bạn như vậy. Thay vì phải chờ vài phút hay vài ngày đối với thông điệp, bạn có thể trao đổi tức thời với tốc độ gõ chữ của bạn. IRC có thể mang tính cá nhân như , người lạ không khám phá được nội dung trao đổi của bạn, hoặc bạn có thể tạo "kênh mở" cho những ai bạn muốn cùng tham gia. Ngoài việc trao đổi lời, người dùng IRC còn có thể gửi file cho nhau như hình ảnh, chương trình, tài liệu hay những thứ khác. 241

242 Chương 8. Mạng thế hệ mới (NGN Next Generation Network) 8.1 Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN Động lực của sự hội tụ và kết hợp mạng Hiện nay trong mạng viễn thông nói chung, mạng Điện thoại công cộng PSTN và mạng Internet là hai mạng chính đang tồn tại. Chúng có những đặc điểm riêng và cung cấp các dịch vụ đặc thù. Mạng PSTN dựa trên các hệ thống chuyển mạch kênh cung cấp chất lượng thoại rất cao như Free Phone, các dịch vụ nhà khai thác Các dịch vụ truyền số liệu như Fax, , hoạt động qua mạng này thông qua các kết nối kênh. PSTN là mạng có độ trễ thấp, băng thông cố định. Các dịch vụ PSTN được cung cấp từ các thiết bị chuyển mạng cộng với hỗ trợ của các bộ chuyển mạch và mạng thông minh. Các mạng vô tuyến chủ yếu cung cấp kết nối các dịch vụ di động hiện nay được kết nối tới mạng PSTN để cung cấp kết nối liên tục cho tất cả các khách hàng vô tuyến và hữu tuyến. Mạng Internet chủ yếu dựa trên chuyển mạch gói cung cấp các dịch vụ dữ liệu rất mềm dẻo. Tuy nhiên đó là một mạng có độ trễ thay đổi, băng thông biến đổi và cung cấp các dịch vụ mà không đảm bảo được QoS của chúng. Trước sự phát triển bùng nổ của Internet, các nhà khoa học đã dự tính mức lưu lượng dữ liệu sẽ vượt qua mức lưu lượng thoại. Họ cũng dự đoán được số lượng các thiết bị nối vào Internet sẽ bằng số lượng người trong khoảng mười năm nữa. Những phán đoán này có thể đo được nếu chúng ta cho rằng trong một vài năm tới rất nhiều thiết bị điện tử có địa chỉ IP, do đó tạo ra tiềm năng to lớn cho trao đổi thông tin dữ liệu và kết hợp máy tính với máy và người, người với người. Vì lưu lượng dữ liệu trội hơn lưu lượng thoại, và vì có thể cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS cao hơn trên các mạng gói, đặc biệt cho thoại và các dịch vụ thời gian thực, nên có thể hy vọng hội tụ nhiều mạng quanh một mạng lõi duy nhất dựa trên kỹ thuật gói. Sự hội tụ này sẽ hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện mới, tăng cường khả năng hỗ trợ của một nhà cung cấp mạng đối với nhiều nhu cầu khác nhau của khách hàng và giảm được chi phí hoạt động. Sự hội tụ này xoay quanh mạng đường trục dựa trên kỹ thuật gói và sẽ cho phép nhiều mạng kết hợp với nhau sao cho khách hàng sẽ hiểu được rằng họ đang làm việc trên một mạng thống nhất, duy nhất. Sự hội tụ này sẽ gần như lặp lại khi các mạng doanh nghiệp và công cộng cùng quy về một bộ tiêu chuẩn các giao thức, chính sách và cấu trúc. 2 Động lực của công nghệ Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đặc biệt trong lĩnh vực Điện tử - Viễn thông và Công nghệ thông tin, đã và đang tạo ra những thay đổi to lớn cho 242

243 ngành truyền thông thế giới. Dưới đây là một số thống kê về tốc độ phát triển điển hình trong lĩnh vực này. - Công nghệ bán dẫn vẫn phát triển mạnh mẽ, cứ sau 18 tháng số bóng bán dẫn trên một chip tăng gấp đôi, và nó sẽ tiếp tục phát triển như vậy cho đến khoảng Đối với truyền dẫn quang, cứ sau 12 tháng dung lượng truyền trên đó lại tăng gấp đôi nhờ tăng số lượng các bước sóng ánh sáng trong một sợi quang, ghép phân chia bước sóng mật độ cao. - Còn với vô tuyến, cứ sau 9 tháng, dung lượng lại tăng gấp đôi nhờ công nghệ anten thông minh, công nghệ máy thu, công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến. Các đột phá công nghệ kể trên đã tạo ra các bộ xử lý và các bộ nhớ phù hợp với mạng tiên tiến. Đặc biệt tốc độ ngày càng tăng của các bộ vi xử lý, dung lượng RAM và tốc độ truy nhập RAM đã tăng lên tới tốc độ gần với tốc độ truyền của sợi quang. Nhờ vậy việc xử lý điều khiển và các bộ nhớ sẽ tồn tại để hỗ trợ sự bùng nổ về tốc độ gói tới trong các phần tử mạng. Sự kết hợp các công nghệ này sẽ tạo ra khả năng xây dựng các mạng có dung lượng lớn gấp 100 đến 200 lần dung lượng ngày nay với chi phí không tăng, nên mạng vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ. 3 Động lực thị trường Trong sự phát triển của ngành Viễn thông hiện tại, có rất nhiều áp lực thay đổi thị trường viễn thông, trong đó có hai áp lực chính đó là: Thứ nhất: Thị trường viễn thông đang bãi bỏ các quy định tư nhân hoá và mở ra cho cạnh tranh. Các nhà khai thác mới đang tham gia vào tất cả các thị trường vô tuyến, hữu tuyến và truyền số liệu. Thứ hai: Các mạng của nhà khai thác mới này với số lượng ngày càng tăng được hướng tới các mạng hội tụ, các mạng hội tụ này đang lấn át các mạng của các nhà khai thác độc quyền. Cũng như vậy, các nhà cung cấp dịch vụ độc quyền, đang xây dựng các mạng mang tính cạnh tranh, tiên tiến dựa trên khả năng các mạng đường trục của họ. Chính những sự cạnh tranh này trên thị trường về các mạng hội tụ sẽ rất lớn và phức tạp. Mặt khác thị trường băng rộng cũng là một động lực thúc đẩy sự phát triển mạng NGN. 4 Động lực dịch vụ Với yêu cầu lưu lượng thoại, dữ liệu, video, multimedia tiếp tục tăng với tốc độ chóng mặt của xã hội, nên các công ty viễn thông phải đương đầu với thách thức trong việc mở rộng và phát triển mạng của họ cả về thời gian và hiệu quả đầu tư trong môi trường cạnh tranh. 243

244 Mặt khác, việc tăng lưu lượng do các nhu cầu dịch vụ và yêu cầu kết nối với các nhà cung cấp dịch vụ khác đã làm tăng nhanh yêu cầu dung lượng tại các tổng đài chuyển tiếp dựa trên chuyển mạch kênh và gây ra những đòi hỏi mới trong các tổng đài này. Chúng cũng thúc đẩy việc sử dụng công nghệ gói trong tổng đài chuyển tiếp để thoả mãn các yêu cầu đó. Với sự phát triển dịch vụ tăng nhanh theo sự đa dạng của khách hàng, thì việc tăng nhanh nhu cầu truy cập băng rộng cho khu dân cư và thương mại là việc dễ hiểu. Những đòi hỏi truy cập băng rộng hữu tuyến, vô tuyến trong mạng hợp nhất đòi hỏi phải có sự thúc đẩy những chuyển biến trong mạng đường trục. Nó thúc đẩy sự hợp nhất mạng hướng tới mạng dịch vụ NGN. 8.2 Giới thiệu chung về NGN 1 Khái niệm mạng thế hệ sau NGN Khỏi niệm NGN (Next Generation Network) - Mạng thế hệ sau hay Mạng thế hệ kế tiếp là một khái niệm dùng để chỉ một xu hướng mới trong ngành viễn thông xuất hiện vào cuối những năm 90 của thế kỷ 20. Xu hướng này xuất phát từ nhiều yếu tố như môi trường cạnh tranh ngày càng gay gắt giữa các nhà điều hành mạng do gỡ bỏ các rào cản trong kinh doanh viễn thông, bùng nổ lưu lượng dữ liệu do nhu cầu ngày càng tăng về Internet, dịch vụ đa phương tiện, dịch vụ di động Những yếu tố đó đó dẫn tới sự hội tụ của các mạng riêng biệt hiện tại thành một mạng đa dịch vụ duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, được gọi là mạng NGN. Các mạng hiện có đều là các mạng đơn dịch vụ, mỗi mạng sử dụng các công nghệ truy nhập, truyền tải và điều khiển khác nhau. Ví dụ như mạng PSTN/ISDN cung cấp chủ yếu các dịch vụ thoại, mạng PLMN cung cấp các dịch vụ di động, mạng dữ liệu IP cung cấp các dịch vụ số liệu, mạng CATV cung cấp các dịch vụ truyền hình cáp băng rộng. Nhưng với mạng NGN, tất cả các dịch vụ đều được cung cấp dựa trên một hạ tầng mạng xương sống (backbone) duy nhất thông qua các hệ thống truy nhập (Hình 8.1). Như vậy, khái niệm mạng thế hệ sau (NGN) bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng. Tuy nhiên, để đưa ra khái niệm NGN là điều không đơn giản, nó có rất nhiều định nghĩa cũng chưa thống nhất và được phát biểu khác nhau bởi các đối tượng liên quan, các tổ chức trong ngành Viễn thông. Dưới đây trình bày định nghĩa của Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) thể hiện được tương đối đầy đủ đặc trưng của mạng NGN: NGN là một khái niệm để định nghĩa và chỉ sự triển khai các mạng được phân chia thành các lớp và mặt phẳng khác nhau, sử dụng các giao diện mở nhằm mang lại cho nhà cung cấp dịch 244

245 vụ và điều hành mạng một nền tảng để có thể từng bước kiến tạo, triển khai và quản lý các dịch vụ mới. Hình 8.1. Xu hướng phát triển của kiến trúc mạng Mục tiêu của mạng thế hế sau NGN Theo khuyến nghị ITU-T Y.2011 (Tháng 10/2004) thì các mục tiêu được đề ra cho mạng NGN là: Thúc đẩy sự cạnh tranh lành mạnh Khuyến khích đầu tư cá nhân Xác định một khuôn khổ cho kiến trúc và các khả năng để có thể hội tụ các yêu cầu điều chỉnh khác nhau Cung cấp sự truy cập mở tới các mạng Trong đó: - Đảm bảo sự cung cấp phổ biến và truy cập tới các dịch vụ - Thúc đẩy sự bình đẳng cơ hội cho mọi người - Thúc đẩy sự đa dạng nội dung bao gồm sự đa dạng văn hóa và ngôn ngữ - Công nhận sự cần thiết của việc hợp tác toàn cầu với sự quan tâm đặc biệt tới các nước kém phát triển Đặc điểm cơ bản của mạng NGN 245

246 Thuật ngữ NGN được sử dụng chung để đưa ra một cái tên chung tới những sự thay đổi các cơ sở hạ tầng cung cấp dịch vụ mà đã khởi động trong ngành công nghiệp viễn thông. NGN có thể được xác định thêm bởi các đặc điểm cơ bản sau đây: Truyền dẫn trên cơ sở gói Có sự phân tách các chức năng điều khiển giữa các khả năng mang thông báo, gọi/phiên, và ứng dụng/dịch vụ Phân tách sự cung cấp dịch vụ từ truyền dẫn, và cung cấp các giao diện mở Hỗ trợ một dải rộng các dịch vụ, các ứng dụng và các cấu trúc dựa trên các khối dựng sẵn (bao gồm thời gian thực/không thời gian thực và các dịch vụ đa phương tiện) Các khả năng băng rộng với chất lượng dịch vụ đầu cuối - đầu cuối (end-to-end) Tác động với các mạng hiện tại thông qua các giao diện mở Sự di dộng mở rộng Không hạn chế sự truy cập của người dùng tới các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Sự đa dạng các kế hoạch nhận dạng Thống nhất các đặc điểm dịch vụ cho cùng dịch vụ như sự nhận biết bởi người sử dụng Hội tụ các dịch vụ giữa cố định/di động Sự độc lập dịch vụ - các chức năng liên quan từ các công nghệ truyền dẫn bên dưới Hỗ trợ nhiều công nghệ sắp lạc hậu Dễ dàng với các yêu cầu điều chỉnh, ví dụ liên quan đến các liên lạc khẩn cấp, an ninh, cá nhân, ngăn chặn đúng luật, vv 8.3 Mô hình chức năng Hình 8.2 thể hiện mô hình chức năng chung của mạng NGN. Hình này cho thấy các mối quan hệ giữa các tài nguyên dịch vụ và các chức năng lớp dịch vụ NGN và giữa các tài nguyên truyền dẫn và các chức năng lớp truyền tải NGN. Chú ý rằng hình này còn thể hiện các lớp điều khiển và quản lý riêng biệt nhưng không thể hiện khả năng điều khiển chung hay các chức năng điều khiển với lớp dịch vụ và truyền tải. Các tài nguyên cung cấp các thành phần vật lý và phi vật lý (ví dụ logic, các thành phần như các liên kết truyền dẫn, xử lý và lưu trữ, vv..) các thành phần được sử dụng để cung cấp các dịch vụ và các mạng. Như trong cơ sở thông tin toàn cầu (GII), các tài nguyên sẽ được giải quyết với sự riêng rẽ các chức năng và các dịch vụ. 246

247 Các tài nguyên có thể bao gồm các tài nguyên truyền dẫn được xác định cho trường hợp quản lý bằng thống kê (ví dụ, các chuyển mạch, các router, các kết nối truyền dẫn, vv ), và các tài nguyên lưu trữ, xử lý như các nền tảng xử lý, trên đó các ứng dụng và các dịch vụ có thể chạy (nền tảng dịch vụ), hoặc các cơ sở dữ liệu cho lưu trữ nội dung ứng dụng. Hình 8.2. Mô hình chức năng chung Các chức năng Phần này tập trung vào các chức năng ở lớp chức năng. Các chức năng quản lý thể hiện ở trong hình 8.2 tác động với các tài nguyên, và các chức năng quản lý được sử dụng để tạo các dịch vụ. Cách tiếp cận này phù hợp với phạm vi của nội dung quản lý TMN trong khuyến nghị M.3010, nơi mà các dịch vụ quản lý được định nghĩa bởi những sự mô tả các vai trò, các tài nguyên liên quan và các chức năng TMN. Các lý do tương tự áp dụng cho các chức năng điều khiển và các chức năng truyền tải liên quan tới những sự tương tác tới các dịch vụ và các tài nguyên. 1. Chức năng điều khiển 247

248 Sự hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện và các loại dịch vụ khác trong khi cho phép tính di động mở rộng sẽ yêu cầu thiết kế các chức năng điều khiển khi các dịch vụ phụ thuộc chặt chẽ vào sự cấp phát tài nguyên mạng qua các chức năng điều khiển (hay quản lý). Việc nghiên cứu đầy đủ các yêu cầu dịch vụ bởi một người dùng (end-user) là một nội dung then chốt khi thiết kế các kiến trúc NGN. Nó xem như sự liên quan với nghiên cứu kiến trúc chức năng NGN để tập trung vào những gì thường được gán nhãn quy trình yêu cầu, ví dụ quy trình liên quan tới những gì được gọi truyền thống là điều khiển. Các chức năng điều khiển bao gồm trong quy trình yêu cầu có thể được phân loại thành hai tập chức năng chung, các chức năng liên quan đến điều khiển dịch vụ (ví dụ, các chức năng như xác thực người dùng, nhận dạng người dùng, điều khiển việc vào dịch vụ, các chức năng phục vụ ứng dụng) và các chức năng liên quan đến điều khiển các mạng truyền tải (ví dụ, các chức năng như điều khiển việc vào mạng, điều khiển tài nguyên/chính sách mạng, cung cấp kết nối động). 2. Chức năng quản lý Các chức năng quản lý được phân loại tuân theo các khu vực chức năng quản lý (MFA) hay loại quản lý FCAPS dưới đây: Quản lý lỗi Quản lý cấu hình Quản lý tài khoản Quản lý hiệu năng Quản lý an ninh Trong khi quản lý của lớp truyền dẫn được xác định rõ ràng, thì việc quản lý của lớp dịch vụ còn phải nghiên cứu thêm. Tuy nhiên, nó được mong đợi rằng sự quản lý của hai lớp NGN sẽ tương tự cách hoạt động của các mục tiêu quản lý (ví dụ, cấu hình của các tài nguyên dịch vụ ngược lại với cấu hình của các tài nguyên truyền dẫn). Trạng thái của các mục tiêu quản lý (ví dụ các thuộc tính và các khai báo của chúng) sẽ nhất định khác nhau (chẳng hạn, một danh sách các mục tiêu dịch vụ NGN khác với một danh sách các mục tiêu kết nối truyền dẫn trong sự hỗ trợ của các dịch vụ NGN). 3. Chức năng chuyển giao Các chức năng chuyển giao sẽ được giữ riêng biệt từ các chức năng quản lý và điều khiển tương ứng. Khuyến nghị G.805 và G.809 mô tả mạng như một mạng truyền dẫn cho khả năng chuyển giao thông tin. Vì vậy, những khuyến nghị M.3060 có liên quan với định nghĩa của các chức năng liên quan đến chuyển giao thông tin 248

249 người dùng, cũng như chuyển giao thông tin mạng (như thông tin quản lý hay thông tin điều khiển). Những khuyến nghị này cung cấp các chức năng mạng truyền dẫn như các chức năng tương thích và các chức năng kết cuối đường Tài nguyên mạng Sẽ là hữu ích để thể hiện các tài nguyên của mô hình NGN tổng thể giống như sự riêng biệt hiện nay từ các chức năng và các dịch vụ. Các tài nguyên bao gồm các thành phần vật lý và không vật lý (như logic) thường để xây dựng các mạng, các kết nối và các dịch vụ. 8.4 Kiến trúc NGN Mục tiêu của NGN là cung cấp những khả năng để tạo ra, triển khai và quản lý tất cả các loại dịch vụ có thể. Để đạt được mục tiêu này, thì cần thiết để tách cơ sở hạ tầng tạo mới/triển khai dịch vụ từ sự độc lập cơ sở hạ tầng truyền dẫn. Việc tách được đưa ra trong kiến trúc NGN chẳng hạn như sự phân tách của lớp truyền dẫn và dịch vụ và được thể hiện như hai lớp độc lập. Xét về mặt chức năng, mô hình cấu trúc mạng NGN bao gồm 5 lớp: 1. Lớp truy nhập (Access): Bao gồm các hệ thống truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối thuê bao thông qua hệ thống hữu tuyến (cáp đồng, cáp quang...) và các hệ thống vô tuyến như thông tin di động, vi ba, vệ tinh, vô tuyến cố định Lớp truyền tải/lõi (Transport/Core): Bao gồm các chuyển mạch lõi (core) và chuyển mạch biên (edge) dựa trên công nghệ ATM/IP, các tuyến truyền dẫn SDH/WDM kết nối các chuyển mạch lõi với nhau và với chuyển mạch biên. 3. Lớp điều khiển (Control): Bao gồm các hệ thống điều khiển thực hiện kết nối cuộc gọi, đáp ứng dịch vụ cho thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch ATM/IP của lớp truyền tải và lớp truy nhập. 4. Lớp ứng dụng/dịch vụ (Application/Service): Có chức năng cung cấp các ứng dụng và các dịch vụ thoại, phi thoại, các dịch vụ băng rộng, dịch vụ thông minh, các dịch vụ giá trị gia tăng... cho khách hàng thông qua các lớp dưới. Lớp này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. 5. Lớp quản lý (Management): Thực hiện chức năng quản lý hoạt động của các lớp cộng lại. Do đó, lớp này có vai trò vị trí đặc biệt, liên quan và xuyên suốt các lớp cộng lại. Như vậy trong cấu trúc mạng NGN các chức năng truyền dẫn và chuyển mạch được gộp chung trong lớp truyền tải/lõi, mô hình của một số hãng gộp chung lớp truyền tải và lớp truy nhập. Điều này có nghĩa là các thiết bị chuyển mạch và truyền 249

250 dẫn chỉ được xem là các phương tiện thực hiện chuyển tải lưu lượng. Trong mô hình cấu trúc NGN, các lớp điều khiển và quản lý được đặc biệt chú ý. Lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp do khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng khác nhau, các giao thức, giao diện và báo hiệu điều khiển kết nối rất đa dạng và cũng tiếp tục phát triển. Lớp quản lý có chức năng xuyên suốt các lớp khác lại. Hình 8.3 thể hiện mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau. Lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service) Lớp điều khiển (Control) u Lớp chuyển tải (Transport c / Core) Lớp truy nhập (Access) Phần dưới đây là quan điểm kiến trúc NGN của ITU. Theo đó mô hình mạng chỉ bao gồm ba lớp là lớp dịch vụ, lớp truyền tải và lớp quản lý. Hình 8.4 là mục tiêu của kiến trúc quản lý trong nội dung của NGN. L ớp qu ản lý Hì nh Cấ trú mạ ng thế hệ sa u 250

251 Hình 8.4. Tổng quan kiến trúc NGN Lớp dịch vụ: Lớp dịch vụ cung cấp những chức năng điều khiển và quản lý các dịch vụ mạng để thiết lập các ứng dụng và dịch vụ người dùng. Những dịch vụ có thể liên quan tới thoại, dữ liệu hay các ứng dụng video. Chúng được sắp xếp riêng rẽ hoặc trong một số sự kết hợp trong trường hợp ứng dụng đa phương tiện. Lớp này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Lớp truyền tải: Lớp truyền dẫn được đề cập với việc truyền thông tin giữa các thực thể ngang hàng. Với những mục đích như sự truyền dẫn kết hợp động và tĩnh có thể được thiết lập để điều khiển việc truyền thông tin giữa các thực thể. Sự kết hợp có thể là khoảng thời gian rất ngắn, ngắn hạn (tính bằng phút) hoặc dài hạn (tính bằng giờ, ngày, hoặc dài hơn). Lớp quản lý Lớp quản lý thực hiện quản lý hoạt động của các lớp còn lại. Nó có vai trò và vị trí đặc biệt, liên quan và xuyên suốt các lớp khác. 8.5 Các thành phần cơ bản của NGN Trong mạng NGN có các thành phần cơ bản là: Softswitch Media Gateway - MG 251