Tầng vật lý

TẦNG VẬT LÝ

I. VAI TRÒ CHỨC NĂNG CỦA TẦNG VẬT LÝ

Tầng vật lý cung cấp các phương tiện điện, cơ, chức năng thủ tục để kích hoạt, duy trì và hủy bỏ kiểu kết Vật lý giữa các hệ thống.

Phương tiện điện liên quan đến sự biểu diễn các bít (mức thể hiện) và tốc độ truyền các bít, đặc tính cơ liên quan đến các tính chất Vật lý của giao diện với một đường truyền (kích thước, cấu hình). Thuộc tính chức năng chỉ ra các chức năng được thực hiện bởi các phần tử của giao điện Vật lý, giữa một hệ thống đường truyền còn thủ tục liên quan đến giao thức điều khiển việc truyền các xâu bít qua đường truyền Vật lý.

Tầng Vật lý là tầng thấp nhất giao điện với đường truyền không có PDU (Protocol Data Unit) cho tầng vật lý, không có phần header chứa thông tin điều khiển,dữ liệu được truyền đi theo dòng bít. Ví dụ một hệ thống đường truyền như sau:

Cáp đồng trục Cáp sơiỹ quang

Modem Transducer

Trong môi trường thực Avà B là hai hệ thống mở được nối với nhau bằng một đoạn cáp đồng trục và một đoạn cáp quang. Modem C để chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để truyền trên cáp đồng trục. Modem D lại chuyển đổi tín hiệu tương tự ù thành tín hiệu số và qua Transducer E để chuyển đổi từ xung điện sang xung ánh sáng để truyền qua cáp quang. Cuối cùng Transducer F chuyển đổi xung ánh sáng đó thành xung điện và đi vào B.

Một giao thức tầng Vật lý tồn tại giữa các thực thể đó để quy định về phương thức (đồng bộ, dị bộ) và tốc độ truyền. Điều này mong muốn là giao thức đó độc lập tối đa với đường truyền Vật lý để cho một hệ thống có thể giao diện với nhiều đường truyền Vật lý khác nhau. Các chuẩn cho tầng Vật lý bao gồm các phần tử giao thức giữa các thực thể và đặc tả của giao diện với đường truyền đảm bảo yêu cầu trên.

II. MÔI TRƯỜNG TRUYỀN THÔNG

1. Dây cáp xoắn (Twisted Pair):

Thông thường được dùng trong hệ thống điện thoại. Đôi dây này có thể dùng để truyền tín hiệu analog cũng như digital. Với khoảng cách vài km dùng cáp dây xoắn không cần bộ khuyếch đại.

Với tốc độ truyền mbps (megabit/sec) trong khoảng cách vài km.

2. Cáp đồng trục băng cơ sở (Baseband Cooxial Cable)

Hai loại được dùng rộng rãi là:

- Cáp 50 O dùng truyền tín hiệu số.

- Cáp 70 O dùng truyền tín hiệu Analog.

Độ rộng băng phụ thuộc đường kích thích lõi cáp, khoảng cách một km tốc độ 10mbps. Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi ở mạng cục bộ và hệ thống điện thoại đường dài.

3. Cáp đồng trục băng rộng (Broadband Cooxial Cable)

Dùng cho truyền tín hiệu Analog và tín hiệu truyền hình. Đó là băng có độ rộng lớn hơn 4khz, chuẩn là Mhz có thể truyền tín hiệu Analog đi xa 100 km.

Để truyền tín hiệu Digital (số) trên mạng Analog (tương tự) cần có bộ biến đổi D/A (Digital/ Analog) và A/D.

Băng cơ sở (Baseband) đơn giản, ghép nối rẻ. Nó cho kênh số đơn giản nối tốc độ 10 Mbps đáp ứng truyền số liệu.

Băng rộng (broadband) cho nhiều kênh nối với kênh 3 Mbsp. Có thể truyền số liệu, tiếng nói, hình ảnh trên cùng một cáp với khoảng cách hơn 100 km.

4. Cáp quang (Fiber Optics)

Nó có nhiều ưu thế: dung lượng truyền cao, giá rẻ. Sợi quang gồm 1 lõi làm bằng thủy tinh rất mỏng không có cấu trúc tinh thể, không dẫn điện, cỡ 1 µm. Bên ngoài được bọc bởi một chất khác có hệ thống chiết quang nhỏ hơn. Aùnh sáng truyền đi trong sợi quang theo hai chế đô ( chế độ đơn và đa). Độ suy hao cơ sở 2db/ km - thấp. Aùnh sáng trông thấy có tầng số 108 MH z nên độ rông băng của cáp quang rất lớn.

Tốc độ truyền có thể đạt 26 bytes/s trong khoảng 10 - 100 km. Để ứng dụng kỷ thuật cáp quang cần có những bộ biến đổi điện/ quang, quang/điện.

5. Vệ tinh thông tin (Communication Satellites)

Vệ tinh nhận thông tin từ mặt đất, khuếch đại tín hiệu thu được và phát lại xuống mặt đất ở tầng số khác để tránh Interfakence với tín hiệu thu được. Các vệ tinh có vai trò như những trạm lập thông tin giữa các trạm mặt đất với nhau. Một vệ tinh có thể có rất nhiều trạm mặt đất và nó quét được một vùng rất lớn. Thường vệ tinh hoạt động ở tần số 12 -14 Ghz. Truyền tin qua vệ tinh có dãi truyền rộng bảo đảm chất lượng tin.

Tầng liên kết dữ liệu

2. Kiểm soát lỗi

- Khi truyền đi một byte trong hệ thống máy tính thì khả năng xảy ra một lỗi do hỏng hóc ở phần nào đó hoặc do nhiễu gây nên là luôn có thể. Các kênh vào ra thường xãy ra lỗi, đặc biệt là ở truyền số liệu. Để kiểm tra lỗi ta có thể:

- Dùng Timer, nghĩa là nếu quá thời gian qui định bên gởi không nhận được tín hiệu trả lời, xem như lỗi, phát lại gói tin hỏng.

- Đánh số Frame gởi đi, nếu không nhận đúng thứ tự khung là lỗi, yêu cầu phát lại.

- Để kiểm tra thu đúng gói tin gởi đi thường khi phát tin có kèm theo trường kiểm tra lỗi (FCS) bằng cách sử dụng các phương pháp sau:

• Phương pháp bit chẵn lẽ.

• Phương pháp mã đa thức.

• Phương pháp mã sữa sai dùng nguyên lý cân bằng parity để chỉ ra các bit lỗi.

Khi điều khiển xử lý tiếp nhận cần phải thực hiện thủ tục điều khiển lỗi tự động bằng cách tính trường lỗi khung tin thu được so với trường lỗi truyền qua nếu đúng thì trả lời ACK, nếu sai trả lời NAK hoặc bên thu không nhận được tín hiệu ACK sau một thời gian để bên phát truyền lại khung hỏng.

Kiểu điều khiển lỗi này gọi là yêu cầu lặp lại tự động (ARQ: Automatic Repeat Request).

3. Điều khiển luồng

Nếu số lượng dữ liệu truyền giữa 2 thiết bị phát và thu là nhỏ thì thiết bị phát có thể phát tức thời. Nếu 2 thiết bị hoạt động tốc độ khác nhau, chúng ta phải điều khiển số liệu ở ngõ vào để ngăn chặng tình trạng tắc nghẽn trong mạng. Trong các mạng chuyển mạch gói (PSN) thường vẫn xảy ra trường hợp lượng tải đưa ra từ bên ngoài vào vượt quá khả năng phục vụ của mạng. Thậm chí đôi khi điều này vẫn xảy ra khi đã sử dụng thuật toán định tuyến tối ưu. Các gói không có chỗ xếp hàng sẽ bị loại bỏ, và tất nhiên sau đó bên thu sẽ yêu cầu truyền lại, dẫn đến việc lãng phí hiệu quả sử dụng mạng. Bên cạnh đó, khi lượng tải áp đặt lớn quá mức sẽ làm giảm tính khả thông của mạng và trễ của gói trở nên rất lớn. Cho nên đôi lúc vẫn phải hạn chế bớt một phần tin truy nhập vào mạng để tránh trường hợp mạng bị quá tải như trên. Đó chính là chức năng của thuật toán điều khiển luồng.

2. Giao thức BSC (Binary Synchronous Communication)

BSC là giao thức định hướng ký tự hoạt động ở chế độ bán song công (half-duplex)ỡ và điều khiển việc truyền đồng bộ là giao thức nổi tiếng nhất được IBM phát triển.

2.1. Khuôn dạng bản tin

Để thực hiện những chức năng khác nhau phù hợp với sự quản lý liên kết, các trường điều khiển cần được thêm vào trong những khung thông tin.

Tập ký tự điều khiển:

Ký tự Chức năng Ký tự Chức năng

SOH Bắt đầu Header ACK Ký tự báo cho biết đã nhận số liệu

STX Bắt đầu tin NAK Ký tự báo cho biết chưa nhận số liệu

ETX Kết thúc tin DLE byte chèn trong suốt tin (stuffing)

EOT Kết thúc truyền tin SYN Ký tự đồng bô bản tinỹ

ENQ Yêu cầu nối ETB Ký tự kết thúc đọan tin

Một đơn vị dữ liệu (Frame) dùng trong khung này có khuôn dạng tổng quát như sau:

2.1.1 Dạng khung số liệu

SYN SYN SOH Header STX Tin ETX/ETB BCC

Hình 3.2 Các định dạng khung/khối của BSC

Trong đó:

- BCC kiểm tra khối đơn là 8 bit để kiểm tra partity theo chiều dọc cho các ký tự thuộc vùng Text, hoặc 16 bit kiểm tra lỗi theo phương pháp CRC-16.

- Để trong suốt bản tin (DataTransparency) dùng ký tự DLE nghĩa là khi phát nếu ký tự phát trùng với DLE thì ta chenỡ thêm DLE và khi thu thì ký tự DLE được bỏ.

-Header: bao gồm địa chỉ nơi nhận, số gói tin, điều khiển , biên nhận ACK

2.2. Hoạt động của giao thức

2.2.1 Cách trao đổi bản tin

Giả sử ta có hai máy A và B cần trao đổi thông tin với cách trao đổi bản tin dựa vào tập ký tự điều khiển như sau:

A B

Yêu cầu nối SYN ENQ -->

<-- SYN ACK Trả lời

Chuyển số liệu DLE STX ... DLE ETX -->

<-- SYN ACK Trả lời đã nhận

Yêu cầu tách SYN EOT -->

<-- SYN ACK Trả lời kết thúc

Hình 3.3. Quá trình hoạt động của BSC

Đầu tiên A gửi một thông báo điều khiển yêu cầu liên kết. Khi B được chọn sẵn sàng nhận bản tin, nó trả lời với một thông báo điều khiển ACK. Sau đó A gửi bản tin. B tính toán lại thứ tự , kiểm tra parity và chắc chắn truyền không có lỗi thì trả lời ACK cho mỗi khối. Quá tình truyền số liệu xãy ra có thể theo dạng thông thường hoặc dạng hội thọai. Cuối cùng sau khi gửi tòan bộ bản tin, A gửi 1 thông báo điều khiển EOT để kết thúc việc truyền bản tin và xóa đường kết nối logic.

2.2.2 Nhận xét

BSC là giao thức bán song công (half-duplex) hiệu qủa, BSC không thể khai thác sự truyền full- duplex dù có liên kết vật lý phụ trợ. Tuy nhiên trong những năm gần đây có sự thay đổi theo hướng phức tạp hơn và hiệu qủa hơn là giao thức định hướng bit. Trong trường hợp mạng máy tính yêu cầu làm việc thông suốt thì giao thức định hướng bit đáp ứng tốt .

3. Giao thức HDLC (Hight Level Data Link Control)

Giao thức định hướng bit là giao thức được dùng phổ biến hiện nay, tất cả các lọai dữ liệu có thể được truyền dưới dạng bit nghĩa là phải được giải mã thành các bit trước khi truyền. Tất cả những giao thức định hướng bit đều bắt nguồn từ giao thức HDLC.

Giao thức HDLC là chuẩn quốc tế được ISO đề nghị, dùng cho tất cả liên kết số liệu point to point và mutipoint. Nó hổ trợ cho đường truyền song công, tiền thân của HDLC là giao thức SDLC (điều khiển liên kết số liệu đồng bộ) của IBM. và giao thức điều khiển truyền số liệu cấp cao ADCCP (Advanced Data Communication Control Procedure) của ANSI .

3.1. Khuôn dạng bản tin

3.1.1 Định dạng chuẩn/mở rộng

8

8/16 8/16 O - N 16/32 8

Flag Address Control Information FCS Flag

Hình 3.4. Khuôn dạng khung HDLC

Trong đó:

+ Flag: Để nhận biết gói tin dùng cờ bắt đầu và kết thúc :01111110

+ Address: là địa chỉ người nhận.

+ Control: là phần điều khiển.

Không như BSC, HDLC được dùng cho cả số liệu và thông báo điều khiển được thực hiện theo khuôn dạng khung chuẩn. Có 3 loại khung được dùng trong HDLC

I (Information) khung thông tin : Mang thông tin thật hoặc số liệu. Các khung I có thể được dùng để mang thông tin ACK liên quan đến luồng khung I trong hướng ngược lại khi liên kết đang được hoạt động trong ABM và ARM.

S (Supervisor) khung giám sát: Được dùng để điều khiển luồng và điều khiển lỗi và do đó chứa số thứ tự gởi và nhận, có hiệu lực điều hành sự nối.

N (Unnumbered) khung không đánh số: Được dùng cho những chức năng như thiết lập liên kết và xóa kết nối.

3.1.2. Các định nghĩa bit trong trường điều khiển chuẩn

1 2 3 4 5 6 7 8

Information O N(S) P/F N(R)

Supervisor 1 O S P/F N(R)

Unnumbered 1 1 M P/F M

3.1.3 Các định nghĩa bit trong trường điều khiển mở rộng

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

I 0 N(S) P/F N(R)

S 1 0 S - P/F N(R)

U 1 1 M P/F S P/F -

Hình 3.5. Các kiểu và định dạng khung của HDLC

+ Information: là vùng ghi thông tin cần truyền đi. Để không bị dừng khi gặp bit số liệu bằng cờ ta phải dùng thông suốt bản tin bằng cách :

Khi phát tin : Cứ sau 5 con 1 liên tiếp thì thêm một số 0.

Khi thu tin: bit 0 chèn thêm sẽ được hủy bỏ.

+ FCS (Frame Check Sequence): Chuỗi kiểm tra dư vòng 16 bit cho tòan bộ nội dung của khung bao quanh giữa hai cờ giới hạn. Thông thường HDLC dùng đa thức sinh CRC-CCITT: x16 + x12 + x5 + 1

HDLC có 3 chế độ hoạt động:

- Chế độ dị bộ cân bằng (SABM: 1111P1000): được dùng chủ yếu trong những liên kết điểm - điểm, 2 chiều(duplex), trong đó các trạm có vai trò tương đương, giao thức tầng 2 của thủ tục X.25 được xây dựng theo phương thức này của HDLC.

- Chế độ trả lời chuẩn (SNRM: 1100P001): được dùng trong cấu hình không cân bằng.

- Chế độ trả lơiỡ dị bộ (SARM: 1111P001): được dùng trong cấu hình không cân bằng. nhưng có nới rộng quyền của trạm tớ nghĩa là cho phép một trạm tớ thiết lập đường truyền mà không cần trạm chủ cho phép. Chế độ này thường dùng cho cấu hình điểm - điểm với liên kết 2 chiều (Duplex) và cho phép trạm tớ gởi những khung không đồng bộ đối với trạm chủ.

Trường S trong khung giám sát được định nghĩa như sau:

00 RR sẵn sàng nhận tin, đã nhận tới N(R)-1

01 REJ yêu cầu phát hay phát lại từ N(R).

10 RNR chưa sẵn sàng nhận, đã nhận tới N(R)-1.

11 SREJ yêu cầu truyền một Frame I duy nhất có số hiệu N(R).

Trường N trong khung không đánh số được dùng để định nghĩa các kiểu khung đặc biệt.

1100 P010 DISC: yêu cầu tách.

1100 P110 UA : đã nhận được lệnh và tiếp nhận sự điều khiển.

1110 F 001 CMDR/FRMR (LAP-B): không tiếp nhận sự điều khiển.

Đối với Frame lọai I, có 2 tham số N(S) và N(R) được dùng trong sự liên kết thủ tục điều khiển luồng và điều khiển lỗi có ý nghĩa như sau:

N(S): là số thứ tự của frame I gởi đi.

N(R): chỉ số thứ tự của frame I mà trạm gởi đang chờ để nhận.

Sử dụng 3 bit cho N(S) và N(R) nghĩa là số thứ tự có thể trong khỏang từ 0-7. Tức là cửa sổ gởi lớn nhất có thể chọn là 7. Khuôn dạng mở rộng dùng 7 bit, vì thế làm tăng cửa sổ gởi lớn nhất đến 127.

Bit P/F(poll/final): Bit này có ý nghĩa P nếu đó là frame yêu cầu, và F nếu đó là frame trả lời.

3.1.4. Nhận xét

Nội dung của trường địa chỉ phụ thuộc vào chế độ hoạt động. Trong chế độ SNRM, mỗi trạm tớ được ấn định một địa chỉ duy nhất, nên bất kỳ lúc nào trạm chủ thông tin với một trạm tớ, trường địa chỉ cũng chứa địa chỉ của trạm tớ. Ngoài ra, một địa chỉ quảng bá (Broatcast) cũng có thể được dùng để truyền một khung đến tất cả các trạm tớ trong mạng liên kết.

Trường địa chỉ không được dùng theo cách này trong ABM bởi vì chỉ liên quan đến liên kết điểm - điểm trực tiếp. Thay vào đó, nó được dùng để chỉ hướng của những yêu cầu phù hợp với sự trả lời.

Mặc dù có 4 loại khung giám sát, chỉ có RR và RNR được dùng cho cả SNRM và SABM. Hai khung REJ và SREJ được dùng trong ABM mà cho phép đồng thời hai đường thông tin qua liên kết điểm - điểm. Hai loại khung này được dùng để chỉ đến 1 trạm khác cóỡ một lỗi đã xảy ra, khung I chứa thứ tự N(S) nhận được. Khung SREJ được dùng với thủ tục truyền dẫn lặp lại có lựa chọn, trong khi khung REJ được dùng với thủ tục truyền lại từ khung N.

3.2 Hoạt động của giao thức

Cơ chế vận hành của HDLC xoay quanh hai chức năng cơ bản là quản lý liên kết và chuyển số liệu (bao gồm điều khiển luồng và điều khiển lỗi):

3.2.1 Quản lý liên kết

Trước khi truyền một thông tin bất kỳ giữa hai trạm kết nối bằng liên kết điểm - điểm (point to point), một kết nối logic được thiết lập giữa hai bộ phận truyền thông tin. Điều này được thực hiện bằng sự trao đổi hai khung không đánh số, được trình bày hình 3.4. Thủ tục có tác dụng khởi động biến thứ tự ban đầu có trong mỗi trạm. Những biến này được dùng trong thủ tục điều khiển luồng và điều khiển lỗi. Cuối cùng, sau khi truyền tất cả số liệu, gởi khung DISC để xóa liên kết và trả lời với một khung UA. Trong quá trình thiết lập nối tách. nếu quá thời gian qui định thì phát lại hoặc thóat khỏi liên kết.

3.2.2 Truyền số liệu

Hai khía cạnh quan trọng nhất trong giai đọan chuyển số liệu là điều khiển lỗi và điều khiển luồng. Điều khiển lỗi dùng thủ tục vận chuyển liên tục sử dụng phương pháp truyền lại từ khung thứ N (go back N) hoặc truyền lại chọn lọc (selective repeat), điều khiển luồng dựa trên cơ chế cửa sổ trượt đã được trình bày trong chương 2.

Quá trình thu phát số liệu được minh họa bằng sơ đồ sau:

Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển trao đổi số liệu HDLC

Khi mỗi khung I được nhận, cả N(S) và N(R) đều được đọc. Đầu tiên so sánh N(S) với N(R). Nếu chúng bằng nhau tức là khung đúng thứ tự và được chấp nhận. Nếu chúng không bằng nhau, khung sẽ bị hủy bỏ và trở lại khung REJ hoặc khung SREJ. Sau đó N(R) được kiểm tra trong danh sách truyền lại.

3.2.3 Nhận xét

Giao thức HDLC là giao thức chuẩn định hướng bit có kết nối, nó được ứng dụng trong rất nhiều mạng hiện nay và tỏ ra là giao thức họat động có hiệu quả trên mạng diện rộng và mạng cục bộ.

Rất nhiều trong số các giao thức hướng bit cho tầng 2 là tập con hoặc cải biên từ HDLC như LAP, LAP-B, LAP-D, SDLC, ADCCP.

Tầng mạng

Kỹ thuật chọn đường tập trung và kỹ thuật chọn đường phân tán

Để thực hiện việc định đường các gói tin trong mạng máy tính, người ta đã đưa ra nhiều kỹ thuật định đường. Các kỹ thuật này có những đặc điểm, tính chất, mục đích sử dụng có thể giống nhau hoặc khác nhau và người ta tìm cách phân loại chúng. Trong quá trình phát triển của mạng máy tính một số kỹ thuật định đường mới ra đời đồng thời những kỹ thuật cũ cũng được cải tiến, do đó tùy theo thời gian, tùy theo quan điểm đánh giá mà người ta phân loại chúng khác nhau như:

+ Định đường tập trung hay định đường phân tán

+ Định đường tĩnh hay định đường thích nghi.

Qua đó chúng ta thấy sự so sánh, phân loại và đánh giá các kỹ thuật định đường là một công việc khó khăn và có tính chất tương đối. Chẳng hạn định đường Flooding là một kỹ thuật định đường tỉnh nhưng khi trong mạng có một vài Router hỏng hoặc hồi phục trở lại thì việc định đường vẫn thực hiện được, các gói tin vẫn đi đến đích. Như vậy Flooding có khả năng thích nghi khi với sự thay đổi hình trạng mạng (giống kỹ thuật định đường thích nghi).

Mặt khác nếu dựa vào tiêu chuẩn thực hiện thì có nhiều tiêu chuẩn khác nhau: Giá liên kết, độ trể thời gian, khoản cách địa lý, số các hop, .....

3.1 Kỹ thuật chọn đường tập trung

Được đặc trưng bởi sự tồn tại của một (hoặc vài) trung tâm điều khiển mạng thực hiện việc chọn đường sau đó gửi các bảng chọn đường tới tất cả các nút dọc theo con đường đã được chọn đó. Trong trường hợp này, thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường chỉ được cất giữ tại trung tâm điều khiển mạng. Các nút mạng có thể không gữi bất cứ thông tin nào về trạng thái của chúng tới trung tâm, hoặc gữi theo định kỳ, hoặc chỉ gữi khi xảy ra một sự kiện nào đó. Trung tâm điều khiển sẽ cập nhập các bảng chọn đường dựa trên các thông tin nhận được đó.

3.2 Kỹ thuật chọn đường phân tán

Trong kỹ thuật này không tồn tại các trung tâm điều khiển. Quyết định chọn đường được thực hiện tại mỗi nút của mạng. Điều này đòi hỏi việc trao đổi thông tin giữa các nút, tùy theo mức độ thích nghi của giải thuật được sử dụng.

4. Kỹ thuật chọn đường thích nghi và chọn đường không thích nghi

4.1 Kỹ thuật chọn đường không thích nghi (hay còn gọi tĩnh)

Trong kỹ thuật này có thể là tập trung hoặc phân tán nhưng nó không đáp ứng với mọi sự thay đổi trên mạng. Trong trường hợp này, việc chọn đường thực hiện mà không có sự trao đổi thông tin, không đo lường và không cập nhập thông tin. Tiêu chuẩn (tối ưu) để chọn đường và bản thân con đường được chọn một lần cho toàn cuộc, không hề có sự thay đổi giữa chúng. Kỹ thuật chọn đường này rất đơn giản, do vậy được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong các mạng tương đối ổn định ít có thay đổi về địa hình và lưu thông trên mạng.

4.2 Kỹ thuật chọn đường thích nghi (hay còn gọi kỹ thuật chọn đường động):

Kỹ thuật này đã thu hút sự quan tâm đặc biệt những nhà thiết kế mạng do khả năng đáp ứng với các trạng thái khác nhau của mạng. Đây là một yếu tố rất quan trọng, đặc biệt đối với các ứng dụng thời gian thực trong đó yếu cầu đầu tiên của người sử dụng mạng là phải có khả năng cung cấp được các con đường khác nhau để dự phòng sự cố và thích nghi nhanh chóng với các thay đổi trên mạng. Mức độ thích nghi này được đặc trưng bởi sự trao đổi thông tin chọn đường trong mạng. Đơn giản nhất là không trao đổi gì hết. Mỗi nút (hoặc trung tâm điều khiển trong trường hợp kỹ thuật tập trung) hoạt động một cách độc lập với thông tin riêng của mình để thích nghi với sự thay đổi của mạng theo một phương pháp nào đó. ở mức độ cao hơn, thông tin về trạng thái của mạng có thể được cung cấp từ các nút láng giềng hoặc từ tất cả các nút khác. Thông thường, các thông tin được đo lường và sử dụng cho việc chọn đường bao gồm:

- Các trạng thái của đường truyền.

- Các độ trể truyền dẫn.

- Mức độ lưu thông.

- Các tài nguyên khả dụng.

Khi có sự thay đổi trên mạng ( ví dụ thay đổi do sự cố hoặc do sự phục hồi của một nút mạng v.v...) các thông tin trên cần phải được cập nhật. Thực tế cho thấy rằng phần lớn các kỹ thuật chọn đường phân tán và thích nghi đáp ứng nhanh với các 'tin lành' nhưng lại đáp ứng chậm đối với các 'tin xấu'. Chẳng hạn thông tin về sự cố của một đường truyền nằm trên một con đường đã chọn đôi khi không được truyền với tốc độ cần thiết làm cho các gói tin vẫn được gửi đến đường truyền đó gây nên hiện tượng tắc nghẽn, chúng ta cần phải có các giải pháp cho vấn đề này.

Trong kỹ thuật chọn đường phân tán và thích nghi cũng gặp một số các hiện tượng khác nhau. Ví dụ như các gói tin bị quẩn trong mạng và không bao giờ đến được đích.

Ko bít có cần hok :P

VI. VẤN ĐỀ TẮC NGHẼN

1. Tắc nghẽn

Khi có quá nhiều gói tin trong mạng hay một phần của mạng làm cho hiệu xuất của mạng giảm đi vì các nút mạng không còn đủ khả năng lưu trữ, xử lý, gữi đi và chúng bắt đầu bị mất các gói tin. Hiện tượng này gọi là sự tắc nghẽn trong mạng.

- Khi số gói tin dựa vào mạng ít hơn khả năng vận chuyển của nút mạng thì gói tin dựa vào mạng sẽ bằng số gói tin được gữi đi.

- Nếu số gói tin dựa vào mạng càng nhiều hơn khả năng vận chuyển của nút mạng thì gói tin chuyển đi càng chậm và cuối cùng dẫn đến tắc nghẽn.

Nguyên nhân:

- Hàng đợi sẽ bị đầy (phải lưu tệp, phải tạo các bảng ...), nếu khả năng xử lí của nút yếu.

- Hàng đợi bị đầy khi thông tin vào nhiều hơn khả năng của đường ra, mặc dù tốc độ xử lí của nút nhanh.

Cần phân biệt hai khái niệm:

- Điều khiển dòng dữ liệu là xử lý giao thông giữa điểm với điểm, giữa trạm phát với trạm thu.

- 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 lưư trữ bên trong nút, điều khiển tất cả các yếu tố làm giảm khả năng vận chuyển của toàn mạng.

2. Chống tắc nghẽn

Mặc dù sinh ra cơ chế kiểm soát luồng dữ liệu nhằm tránh tình trạng ùn tắc trên mạng nhưng trong thực tế thì nó vẫn cứ xảy ra và người ta phải dự kiến các giải pháp thích hợp. Nhiệm vụ giải quyết ùn tắc này thường dành cho tầng Mạng. Có thể dùng một số biện pháp sau đây:

- Dành sẵn các bộ đệm chỉ để dùng khi xẩy ra ùn tắc. Phương pháp này đã được dùng trong mạng ARPANET nhưng hiệu quả không cao vì bản thân bộ nhớ đệm rồi cũng nhanh chóng ùn tắc.

- Gắn cho các gói tin một thời gian "sống" xác định trước, nếu quá thời gian đó thì chúng bị hủy. Tuy nhiên giải pháp này khá nguy hiểm vì có thể hủy bỏ các gói tin ngay khi chúng vừa đạt đích. Nhưng dẫu sao thì nó cung có ích trong việc ngăn chặn hiện tượng ùn tắc nên người ta cũng thường hay dùng. Đơn giản hơn, ta có thể loại bỏ các gói tin muốn đi qua một liên kết đã quá tải. Giao thức tầng Giao Vận sẽ chịu trách nhiệm truyền lại các gói tin bị loại bỏ đó.

- Trong các mạng dùng mạch ảo như là mạng X25, sự ùn tắc có thể do mở ra quá nhiều VC qua một nút. Cần phải đóng bớt một số để tránh ùn tắc. Tầng mạng chịu trách nhiệm mở lại các VC đó thì không còn nguy cơ ùn tắc nữa.

Ngoài ra còn có các biện pháp sau:

- 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 của sổ.

- Chặng đường vào khi của các gói tin khi mạng quá tải.

Mạng cục bộ

1. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Phương pháp được truy cập sử dụng sóng mang chỉ được sử dụng trong mạng bus. Với topo này, tất cả các DTE được kết nối với cùng một bus nên ở thời đọan ngẫu nhiên nào đó có thể có DTE bất kỳ truyền dữ liệu lên bus. Cable khi đó sẽ hoạt động theo chế độ gọi là đa truy cập (multiple access: MA). Tất cả dữ liệu được phát bởi 1 DTE, trước hết nó phải được đóng gói trong một khung cùng với địa chỉ đích ở phần đầu của khung. Khung khi đó sẽ được truyền đi trên cable. Tất cả DTE được kết nối với cable sẽ phát hiện địa chỉ của mình tại phần đầu của khung, nó tiếp tục đọc dữ liệu trong khung và đáp lại theo giao thức đã được quy định.

Với kiểu hoạt động này, hai hay nhiều DTE có thể cùng một lúc truyền khung lên cable, có thể làm hỏng dữ liệu nguồn phát đi. Để giảm tình trạng này, trước khi phát đi một khung, DTE nguồn phát lắng nghe, xem đường truyền rỗi hay bận. Nếu rỗi thì truyền và bận thì thực hiện một trong 3 giải thuật.

- Trạm tạm "rút lui" chờ một thời gian ngẫu nhiên rồi nghe đường truyền với cách này thời gian chết lớn nhưng ít xung đột.

- Tiếp tục nghe đến khi đường truyền rỗi nên thời gian chết nhỏ nhưng dễ xảy ra xung đột.

- Trạm tiếp tục "nghe" đến khi đường truyền rỗi với xác suất p nào đó. Để có thể phát hiện xung đột, CSMA/CD đã bổ sung thêm quy tắc:

Khi trạm đang truyền nó vẫn "nghe" đường truyền, nếu phát hiện thấy xung đột thì nó ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục gởi tín hiệu sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm bảo các trạm trên mạng đều có thể nghe được sự kiện xung đột đó.

Sau khi chờ đợi một thời đọan ngẫu nhiên trạm lại thử truyền lại bằng sử dụng CSMA.

Trên thực tế tốc độ bit được sử dụng trên cable rất cao (lên đến 10Mbps) nên sự tăng tải có khuynh hướng thấp và việc truyền khung chỉ được bắt đầu khi cable rỗi nên xác suất xung đột xảy ra thấp.

Phương pháp Token Ring

Phương pháp này cũng dựa trên nguyên tắc dùng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập đường truyền. Nhưng ở đây thẻ bài lưu chuyển theo theo vòng vật lý chứ không theo vòng logic như dối với phương pháp token bus.

Thẻ bài là một đơn vị truyền dữ liệu đặc biệt trong đó có một bit biểu diễn trạng thái của rhẻ (bận hay rỗi). Một trạm muốn truyền dữ liệu phải chờ cho tới khi nhận được thẻ bài "rỗi". Khi đó trạm sẽ đổi bit trạng thái thành "bận" và truyền một đơn vị dữ liệu đi cùng với thẻ bài đi theo chiều của vòng. Lúc này không còn thẻ bài "rỗi " nữa do đó các trạm muốn truyền dữ liệu phải đợi. Dữ liệu tới trạm đích được sao chép lại, sau đó cùng với thẻ bài trở về trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu đổi bit trạng thái thành "rỗi" và cho lưu chuyển thẻ trên vòng để các trạm khác có nhu cầu truyền dữ liệu được phép truyền .

Sự quay trở lại trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo khả năng báo nhận tự nhiên : trạm đích có thể gửi vào đơn vị dữ liệu (phần header) các thông tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mình. Chẳng hạn các thông tin đó có thể là: trạm đích không tồn tại hoặc không hoạt động, trạm đích tồn tại nhưng dữ liệu không được sao chép, dữ liệu đã được tiếp nhận, có lỗi...

Trong phương pháp này cần giả quyết hai vấn đề có thể dẫn đến phá vỡ hệ thống đó là mất thẻ bài và thẻ bài "bận" lưu chuyển không dừng trên vòng .Có nhiều phương pháp giải quyết các vấn đề trên, dưới đây là một phương pháp được khuyến nghị:

Đối với vấn đề mất thẻ bài có thể quy định trước một trạm điều khiển chủ động. Trạm này sẽ theo dõi, phát hiện tình trạng mất thẻ bài bằng cách dùng cơ chế ngưỡng thời gian (time - out) và phục hồi bằng cách phát đi một thẻ bài "rỗi" mới.

Đới với vấn đề thẻ bài bận lưu chuyển không dừng, trạm điều khiển sử dụng một bit trên thẻ bài để đánh dấu khi gặp một thẻ bài "bận" đi qua nó. Nếu nó gặp lại thẻ bài bạn với bit đã đánh dấu đó có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình do đó thẻ bài "bận" cứ quay vòng mãi. Lúc đó trạm điều khiển sẽ chủ động đổi bit trạng thái "bận" thành "rỗi" và cho thẻ bài chuyển tiếp trên vòng. Trong phương pháp này các trạm còn lại trên mạng sẽ đóng vai trò bị động, chúng theo dõi phát hiện tình trạng sự cố trên trạm chủ động và thay thế trạm chủ động nếu cần.

[3]. So sánh CSMA/CD với các phương pháp Token:

- Độ phức tạp của các phương pháp dùng thẻ bài lớn hơn nhiều so CSMA/CD

- Những công việc của một trạm phải làm của CSMA/CD đơn giản hơn phương pháp thẻ bài.

- Hiệu qủa phương pháp thẻ bài không cao đối với tải nhẹ và cao ở tải nặng.

- ưu thẻ bài: khả năng điều hòa lưu thông trong mạng.

Vì các khung truyền dẫn khác nhau được sử dụng với 3 kiểu LAN cơ bản nên chúng có khung truyền dần khác nhau. Việc sử dụng chế độ quản bá bởi 802.3 và 802.4 đã cho thấy rằng chúng đã tận dụng 1 vị trí đồng bộ (preamble) tại phần đầu của mỗi khung để cho phép một trạm thu đạt được sự đồng bộ bit trước lúc bắt đầu nhận nội dung của khung. Điều này không cần thiết với mạng token ring, vì các đồng bộ cục bộ trong tất cả các trạm được duy trì sự đồng bộ bởi 1 tuyến bit lan truyền liên tục trong mạng.

Tương tự như vậy, sử dụng một token cho việc điều khiển truy cập phương tiện truyền cho thấy 802.4 và 802.5 đều có hướng điều khiển khung(FC) các vùng địa chỉ và các trường kết thúc khung (end delimiter-ED) nằm sau FSC. Tuy nhiên một LAN 802.3 không sử dụng vùng này, mặc dù vậy nó sử dụng 1 byte cho vùng chỉ độ dài vùng dữ liệu và vài byte đệm bổ sung đối với những khung nhỏ.

Một token ring có thêm một vùng điều khiển truy cập (AC) tại nơi bắt đầu của mỗi khung để quản lý thứ tự ưu tiên và dành riêng để mô tả những nét đặc biệt của khung. Tập hợp những nút đối tượng đó là khi một khung đi qua từ một kiểu của đoạn LAN này đến LAN khác phải được định dạng lại trước khi chuyển tiếp trên một kiểu LAN mới, bằng cách tự động cộng vào bởi MAC chipset tại giao diện LAN trước khi truyền.

4. Vấn đề liên mạng trên Internet

4.1 Khái niệm

Bộ giao thức TCP/IP có thể được dùng trên những mạng LAN, WAN độc lập hoặc trên những liên mạng phức tạp. Vài máy chủ được trang bị TCP/IP có thể truyền với một máy chủ khác ngang qua một liên kết điểm-điểm. Những mạng này được giao nhập vào một liên mạng nhờ bộ định tuyến IP.

Point-to-Point

LAN WAN

Hình 7.6: Một liên mạng được tạo ra nhờ các bộ định tuyến

Trên lý thuyết, những liên mạng có thể có những Topo khác nhau. Tuy nhiên, khi một liên mạng có một cấu trúc rõ ràng, thì nó dễ dàng làm cho những bộ định tuyến thực hiện những công việc của chúng có hiệu quả và phản ứng nhanh đến mọi sự cố trong vài khu vữ của mạng, thay đổi những đường dẫn để những Datagram tránh được sự trục trặc.

Phần mềm giao thức liên mạng hoạt động trong những máy chủ và những bộ định tuyến IP. Thông thường một phần mềm giao thức liên mạng IP của máy tính sẽ cho phép nó thao tác như là một máy chủ giao thức liên mạng IP, hay một bộ định tuyến IP, hoặc cả hai, hầu hết các tổ chức thích dùng thiết bị Router được chuẩn hóa hơn để gia nhập vào những mạng. Tuy nhiên nó là thuận lợi để có khả năng đưa một máy tính chưa được sử dụng vào dịch vụ bởi một Router.

4.2 Hoạt động của giao thức liên mạng IP

Nếu đích của Datagram không nằm trên cùng một mạng với máy chủ nguồn, giao thức IP trong máy chủ (host) hướng Datagram đến một bộ định tuyến nội bộ. Nếu bộ định tuyến này không được nối đến mạng đích, Datagaram phải được gửi đến một bộ định tuyến khác. Cứ như thế cho đến khi đến được trạm đích.

Giao thức IP thực hiện một quyết định chọn đường bằng cách tìm một trạm đích ở xa trong một bảng chọn đường tương ứng với trạm đích với mã định danh của Router kế tiếp để lưu thông Datagaram.

Việc quy định truyền theo đường truyền nào của Router dựa trên bảng đường truyền Routing Table.

- Những bộ định tuyến có thể phát hiện những sự kiện như là:

- Một mạng mới đã được thêm vào liên mạng.

- Đường dẫn tới trạm đích đã bị hư.

Một bộ định tuyến mới đã được thêm vào. Bộ định tuyến này cung cấp một đường dânự tới những đích ngắn hơn.

Sự trao đổi thông tin giữa hai bộ định tuyến Router - Router được điều khiển của một tổ chức được gọi là hệ thống tự quản (Autonomous System). Tổ chức này có thể chọn vài giao thức để trao đổi thông tin giữa các router.

Tóm lại: Các bước thực hiện bởi một thực thể IP như sau.

Đối với thực thể IP ở trạm nguồn, khi nhận được một primitive SEND từ tầng trên, nó thực hiện các bước sau :

- Tạo một IP datagram dựa trên các tham số của primitive SEND.

- Tính checksum và ghép vào phần đầu của datagram.

- Ra quyết định dọn đường hoặc là trạm đích trên cùng một mạng, hoặc là một gateway sẽ được chọn cho chặng tiếp.

- Chuyển datagram xuống tầng dưới.

Đối với gateway khi nhận được datagram quá cảnh, nó thực hiện các tác động sau:

- Tính checksum nếu không đúng thì loại bỏ datagram.

- Giảm giá trị của tham số thời gian tồn tại. Nếu thời gian đã hết thì loại bỏ datagram.

- Ra quyết định chọn đường.

- Phân đoạn datagram nếu cần.

- Kiến tạo lại phần đầu IP bao gồm giá trị mới của vùng :

Time to live, Fragrmentation, Checksum

- Chuyển datagram xuống tầng dưới để truyền qua mạng.

Cuối cùng, khi một datagram được nhận bởi một thực thể IP ở trạm đích, nó sẽ thực hiện các công việc sau :

- Tính checksum. Nếu không đúng thì loại bỏ datagram.

- Tập hợp các đoạn của datagram.

- Chuyển dữ liệu và các tham số điều khiển lên tầng trên.

Tóm lại: Các datagram IP được chuyển giao theo cách hiệu quả nhất, nghĩa là không cần khả năng hiệu chỉnh lỗi và không cần thông tin về phát thành công. Chỉ trong trường hợp địa chỉ đích không rõ ràng thì sử dụng ICMP (Internet control message Protocol) để lưu ý cho người gửi các bản tin ICMP được đóng gói và chuyển tải trong các gói IP.

4.3 Thông tin bảng chọn đường

Trong một liên mạng nhỏ và tĩnh, những bảng chọn đường có thể được vào và lưu giữ nhân công. Trong một liên mạng lớn, những bộ định tuyến giữ những bảng của nó với những thông tin mới nhất bởi sự trao đổi thông tin với một bộ định tuyến khác. Những bộ địnnh tuyến có thể phát hiện những sự kiện như là:

Một mạng mới đã được thêm vào liên mạng.

Đường dẫn tới trạm đích đã bị hư.

Một bộ định tuyến mới đã được thêm vào. Bộ định tuyến này cung cấp một đường dẫ tới những đích ngắn hơn.

Không có một chuẩn đơn giản nào được chọn cho sự trao đổi thông tin giữa hai bộ định tuyến (Router - Router). Những bộ định tuyến dưới sự điều khiển của một tổ chức được gọi là hệ thống tự quản (Autonomous System). Tổ chức này có thể chọn vài giao thức để trao đổi thông tin giữa các router. Một giao thức chuyển đổi thông tin cho bộ định tuyến được dùng trong một hệ thống tụ quản được gọi là IGP (Interior Gateway).

Giao thức thông tin chọn đường (Routing Information Protocol) là một IGP biến. Tuy nhiên, giao thức OSPE (Open Shortest Path First) mới hơn các đặc điểm tiện ích, phong phú. Sự giá trị và phổ biến của OSPE đang phát triển đều.

Vài nhà cung cấp bộ định tuyến cung cấp giao thức để trao đổi thông tin giữa những bộ định tuyến (Router-to-Router) cho riêng họ cũng như phụ trợ cho những giao thức chuẩn. Một số những nhà cung cấp có khả năng hoạt động vài giao thức cùng một lúc, những bộ định tuyến của họ có thể trao đổi thông tin với những bộ định tuyến khác sử dụng vài giao thức này.

==

So sánh OSI và TCP/IP

Nhiệm vụ của các tầng trong mô hình OSI có thể được tóm tắt như sau:

Tầng ứng dụng (Application layer - lớp 7): tầng 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 của mô hình OSI. Điều khác biệt ở tầng này là nó không cung cấp dịch vụ cho bất kỳ một tầng OSI nào khác ngoại trừ tầng ứng dụng bên ngoài mô hình OSI đang hoạt động. Các ứng dụng cung được cấp như các chương trình xử lý kí tự, bảng biểu, thư tín ... và lớp 7 đưa ra các giao thức HTTP, FTP, SMTP, POP3, Telnet.

Tầng trình bày (Presentation layer - lớp 6): tầng 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.Nói đơn giản thì tầng này sẽ định dạng dữ liệu từ lớp 7 đưa xuống rồi gửi đi đảm bảo sao cho bên thu có thể đọc được dữ liệu của bên phát. Các chuẩn định dạng dữ liệu của lớp 6 là GIF, JPEG, PICT, MP3, MPEG ...

Tầng giao dịch (Session layer - lớp 5): thực hiện thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên làm việc giữa hai hệ thống. Tầng giao dịch quy định một giao diện ứng dụng cho tầng vận chuyển sử dụng. Nó xác lập ánh xạ 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.Các giao thức trong lớp 5 sử dụng là NFS, X- Window System, ASP.

Tầng vận chuyển (Transport layer - lớp 4): tầng vận chuyển xác định địa chỉ trên mạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút, đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy giữa hai đầu cuối (end-to-end). Để bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng tầng vận chuyển thường đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự.Bên cạnh đó lớp 4 có thể thực hiện chức năng đièu khiển luồng và điều khiển lỗi.Các giao thức phổ biến tại đây là TCP, UDP, SPX.

Tầng mạng (Network layer - lớp 3): tầng mạng có nhiệm vụ xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng(chức năng định tuyến), các gói tin này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Lớp 3 là lớp có liên quan đến các địa chỉ logic trong mạngCác giao thức hay sử dụng ở đây là IP, RIP, IPX, OSPF, AppleTalk.

Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer - lớp 2): tầng 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 gói và phân phát các gói tin.Lớp 2 có liên quan đến địa chỉ vật lý của các thiết bị mạng, topo mạng, truy nhập mạng, các cơ chế sửa lỗi và điều khiển luồng.

Tầng vật lý (Phisical layer - lớp 1): tầng 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.

==

TCP/IP có cấu trúc tương tự như mô hình OSI, tuy nhiên để đảm bảo tính tương thích giữa các mạng và sự tin cậy của việc truyền thông tin trên mạng, bộ giao thức TCP/IP được chia thành 2 phần riêng biệt: giao thức IP sử dụng cho việc kết nối mạng và giao thức TCP để đảm bảo việc truyền dữ liệu một cách tin cậy.

Lớp ứng dụng: Tại mức cao nhất này, người sử dụng thực hiện các chương trình ứng dụng truy xuất đến các dịch vụ hiện hữu trên TCP/IP Internet. Một ứng dụng tương tác với một trong những protocol ở mức giao vận (transport) để gửi hoặc nhận dữ liệu. Mỗi chương trình ứng dụng chọn một kiểu giao vận mà nó cần, có thể là một dãy tuần tự từng thông điệp hoặc một chuỗi các byte liên tục. Chương trình ứng dụng sẽ gửi dữ liệu đi dưới dạng nào đó mà nó yêu cầu đến lớp giao vận.

Lớp giao vận: Nhiệm vụ cơ bản của lớp giao vận là cung cấp phưng tiện liên lạc từ một chương trình ứng dụng này đến một chưng trình ứng dụng khác. Việc thông tin liên lạc đó thường được gọi là end-to-end. Mức chuyên trở có thể điều khiển luông thông tin. Nó cũng có thể cung cấp sự giao vận có độ tin cậy, bảo đảm dữ liệu đến nơi mà không có lỗi và theo đúng thứ tự. Để làm được điều đó, phần mềm protocol lớp giao vận cung cấp giao thức TCP, trong quá trình trao đổi thông tin nơi nhận sẽ gửi ngược trở lại một xác nhận (ACK) và nơi gửi sẽ truyền lại những gói dữ liệu bị mất. Tuy nhiên trong những môi trường truyền dẫn tốt như cáp quang chẳng hạn thì việc xy ra lỗi là rất nhỏ. Lớp giao vận có cung cấp một giao thức khác đó là UDP.

Lớp Internet: Nhiệm vụ cơ bản của lớp này là xử lý việc liên lạc của các thiết bị trên mạng. Nó nhận được một yêu cầu để gửi gói dữ liệu từ lớp cùng với một định danh của máy mà gói dữ liệu phi được gửi đến. Nó đóng segment vào trong một packet, điền vào phần đầu của packet, sau đó sử dụng các giao thức định tuyến để chuyển gói tin đến được đích của nó hoặc trạm kế tiếp. Khi đó tại nơi nhận sẽ kiểm tra tính hợp lệ của chúng, và sử dụng tiếp các giao thức định tuyến để xử lý gói tin. Đối với những packet được xác định thuộc cùng mạng cục bộ, phần mềm Internet sẽ cắt bỏ phần đầu của packet, và chọn một trong các giao thức lớp chuyên trở thích hợp để xử lý chúng. Cuối cùng, lớp Internet gửi và nhận các thông điệp kiểm soát và sử lý lỗi ICMP.

Lớp giao tiếp mạng: Lớp thấp nhất của mô hình TCP/IP chính là lớp giao tiếp mạng, có trách nhiệm nhận các IP datagram và truyền chúng trên một mạng nhất định. Người ta lại chia lớp giao tiếp mạng thành 2 lớp con là:

+Lớp vật lý: Lớp vật lý làm việc với các thiết bị vật lý, truyền tới dòng bit 0, 1 từ ni gửi đến nơi nhận.

+Lớp liên kết dữ liệu: Tại đây dữ liệu được tổ chức thành các khung (frame). Phần đầu khung chứa địa chỉ và thông tin điều khiển, phần cuối khung dành cho viêc phát hiện lỗi.

* Các điểm giống nhau:

- Cả hai đều là phân lớp.

- Cả hai đều có lớp ứng dụng, qua đó chúng có nhiều dịch vụ khác nhau.

- Cả hai có các lớp mạng và lớp vận chuyển có thể so sánh được.

- Kỹ thuật chuyển mạch gói được chấp nhận

- Chuyên viên lập mạng cần phải biết cả hai.

*Các điểm khác nhau:

- TCP/IP tập hợp các lớp trình bày và lớp phiên vào trong lớp ứng dụng của nó.

- TCP/IP tập hợp lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong OSI thành một lớp.

- Các giao thức TCP/IP là các chuẩn cơ sở cho Internet phát triển, như vậy mô hình TCP/IP chiếm được niềm tin chỉ vì các giao thức của nó. Ngược lại, các mạng thông thường không được xây dựng dựa trên nền OSI, ngay cả khi mô hình OSI được dùng như một hướng dẫn.

00

Chức năng giao thức IP

Internet Protocol (IP) là giao thức tầng mạng dùng để truyền dữ liệu qua các mạng kết hợp, các nhà nghiên cứu và thiết kế tạo ra IP đáp ứng các yêu cầu sau:

- Thiếp lập hệ thống sử dụng các máy tính, các thiết bị dẫn đường được chế tạo từ các nhà sản xuất khác nhau. Đáp ứng được sự phát triển nhanh chóng của các loại mạng khác nhau đồng thời thừa kế được công nghệ mạng củ.

- Hỗ trợ tầng trên dịch vụ có kết nối và không kết nối.

Giao thức IP cung cấp phương thức truyền các Datagram trên một mạng kết hợp bất kỳ. Cũng giống như một frame trong mạng vật lý. Khái niệm Datagram bao gồm hai phần phần đầu IP header ( nơi chứa các thông tin cần thiết cho việc truyền dữ liệu như địa chỉ nguồn , đích...) và phần dữ liệu ( Unit of Data).

IP header Unit of Data

Datagram

Mỗi Datagram được truyền độc lập với nhau, do vậy thứ tự các Datagram nhận được có thể khác thứ tự các Datagram lúc phát đi. IP không chịu trách nhiệm về việc các Datagram sẽ được truyền đến đích an toàn hay không. IP chỉ có trách nhiệm về truyền các Datagram càng nhanh càng tốt, các Datagram có thể bị mất trong quá trình truyền do các nguyên nhân sau đây:

- "Bit" lỗi xuất hiện trong quá trình truyền.

- Sự quá tải của các Buffer sẽ xoá bỏ các Datagram.

- Tạm thời chưa tìm được đường truyền nào tới đích.

Tất cả các biện pháp nhằm đảm bảo các Datagram được truyền đến đích một cách an toàn, đầy đủ và khôi phục các dữ liệu đã mất đều do TCP đảm nhiệm

Vài định nghĩa cần biết

Modemlàtừ kết hợp củaModulator-DEModulator, tiếng Việt gọilàbộ điều biến-giải điều biến,làthiết bị dùng để điều biến tín hiệu số thành một tín hiệu tương tự để có thể dễ dàng truyền đi. Ngược lại khi nhận được tín hiệu tương tự,modemsẽ giải điều biến để tạo lại tín hiệu số gốc ban đầu.

Router, tiếng Việt gọilàbộđịnhtuyến,làthiết bị mạng chuyên dùng để kết nối nhiều mạng con logic để tạo thành một mạng với quy mô lớn hơn. Vai trò của một bộđịnhtuyếnlàxem xét địa chỉ đích đến trong một gói thông tin mà nó nhận được, chọn đường đi tốt nhất (mà nó biết được) để đến được đích, rồi chuyển tiếp gói thông tin đến thiết bị kế tiếp theo nằm trên đường đi đã chọn.

gày nay, hầu hết các router đều là thiết bị kết hợp nhiều chức năng, và thậm chí nó còn đảm nhận cả chức năng của switch và hub.

Đôi khi router, switch và hub được kết hợp trong cùng một thiết bị, và đối với những ai mới làm quen với mạng thì rất dễ nhầm lẫn giữa chức năng của các thiết bị này.

Nào chúng ta hãy bắt đầu với hub và switch bởi cả hai thiết bị này đều có những vai trò tương tự trên mạng. Mỗi thiết bị dều đóng vai trò kết nối trung tâm cho tất cả các thiết bị mạng, và xử lý một dạng dữ liệu được gọi là "frame" (khung). Mỗi khung đều mang theo dữ liệu. Khi khung được tiếp nhận, nó sẽ được khuyếch đại và truyền tới cổng của PC đích. Sự khác biệt lớn nhất giữa hai thiết bị này là phương pháp phân phối các khung dữ liệu.

Với hub, một khung dữ liệu được truyền đi hoặc được phát tới tất cả các cổng của thiết bị mà không phân biệt các cổng với nhau. Việc chuyển khung dữ liệu tới tất cả các cổng của hub để chắc rằng dữ liệu sẽ được chuyển tới đích cần đến. Tuy nhiên, khả năng này lại tiêu tốn rất nhiều lưu lượng mạng và có thể khiến cho mạng bị chậm đi (đối với các mạng công suất kém).

Ngoài ra, một hub 10/100Mbps phải chia sẻ băng thông với tất cả các cổng của nó. Do vậy khi chỉ có một PC phát đi dữ liệu (broadcast) thì hub vẫn sử dụng băng thông tối đa của mình. Tuy nhiên, nếu nhiều PC cùng phát đi dữ liệu, thì vẫn một lượng băng thông này được sử dụng, và sẽ phải chia nhỏ ra khiến hiệu suất giảm đi.

Trong khi đó, switch lưu lại bản ghi nhớ địa chỉ MAC của tất cả các thiết bị mà nó kết nối tới. Với thông tin này, switch có thể xác định hệ thống nào đang chờ ở cổng nào. Khi nhận được khung dữ liệu, switch sẽ biết đích xác cổng nào cần gửi tới, giúp tăng tối đa thời gian phản ứng của mạng. Và không giống như hub, một switch 10/100Mbps sẽ phân phối đầy đủ tỉ lệ 10/100Mbps cho mỗi cổng thiết bị. Do vậy với switch, không quan tâm số lượng PC phát dữ liệu là bao nhiêu, người dùng vẫn luôn nhận được băng thông tối đa. Đó là lý do tại sao switch được coi là lựa chọn tốt hơn so với hub.

Còn router thì khác hoàn toàn so với hai thiết bị trên. Trong khi hub hoặc switch liên quan tới việc truyền khung dữ liệu thì chức năng chính của router là định tuyến các gói tin trên mạng cho tới khi chúng đến đích cuối cùng. Một trong những đặc tính năng quan trọng của một gói tin là nó không chỉ chứa dữ liệu mà còn chứa địa chỉ đích đến.

Router thường được kết nối với ít nhất hai mạng, thông thường là hai mạng LAN hoặc WAN, hoặc một LAN và mạng của ISP nào đó. Router được đặt tại gateway, nơi kết nối hai hoặc nhiều mạng khác nhau. Nhờ sử dụng các tiêu đề (header) và bảng chuyển tiếp (forwarding table), router có thể quyết định nên sử dụng đường đi nào là tốt nhất để chuyển tiếp các gói tin. Router sử dụng giao thức ICMP để giao tiếp với các router khác và giúp cấu hình tuyến tốt nhất giữa bất cứ hai host nào.

Ngày nay, có rất nhiều các dịch vụ được gắn với các router băng rộng. Thông thường, một router bao gồm 4-8 cổng Ethernet switch (hoặc hub) và một bộ chuyển đổi địa chỉ mạng - NAT (Network Address Translator). Ngoài ra, router thường gồm một máy chủ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), máy chủ proxy DNS (Domain Name Service), và phần cứng tường lửa để bảo vệ mạng LAN trước các xâm nhập trái phép từ mạng Internet.

Tất cả các router đều có cổng WAN để kết nối với đường DSL hoặc modem cáp - dành cho dịch vụ Internet băng rộng, và switch tích hợp để tạo mạng LAN được dễ dàng hơn. Tính năng này cho phép tất cả các PC trong mạng LAN có thể truy cập Internet và sử dụng các dịch vụ chia sẻ file và máy in.

Một số router chỉ có một cổng WAN và một cổng LAN, được thiết kế cho việc kết nối một hub/switch LAN hiện hành với mạng WAN. Các switch và hub Ethernet có thể kết nối với một router để mở rộng mạng LAN. Tuỳ thuộc vào khả năng (nhiều cổng) của mỗi router, switch hoặc hub, mà kết nối giữa các router, switche/hub có thể cần tới cáp nối thẳng hoặc nối vòng. Một số router thậm chí có cả cổng USB và nhiều điểm truy cập không dây tích hợp.

Một số router cao cấp hoặc dành cho doanh nghiệp còn được tích hợp cổng serial - giúp kết nối với modem quay số ngoài, rất hữu ích trong trường hợp dự phòng đường kết nối băng rộng chính trục trặc, và tích hợp máy chủ máy in mạng LAN và cổng máy in.

Ngoài tính năng bảo vệ được NAT cung cấp, rất nhiều router còn có phần cứng tường lửa tích hợp sẵn, có thể cấu hình theo yêu cầu của người dùng. Tường lửa này có thể cấu hình từ mức đơn giản tới phức tạp. Ngoài những khả năng thường thấy trên các router hiện đại, tường lửa còn cho phép cấu hình cổng TCP/UDP dành cho game, dịch vụ chat, và nhiều tính năng khác.

Và như vậy, có thể nói một cách ngắn gọn là: hub được gắn cùng với một thành phần mạng Ethernet; switch có thể kết nối hiệu quả nhiều thành phần Ethernet với nhau; và router có thể đảm nhận tất cả các chức năng này, cộng thêm việc định tuyến các gói TCP/IP giữa các mạng LAN hoặc WAN, và tất nhiên còn nhiều chức năng khác nữa.