Đồ án tốt nghiệp chọn đường và ứng dụng trong thiết kế mạng wide area network WAN

Chơng i tổng quan về mạng máy tính
1.1 Sự hình thành của mạng máy tính
Từ những năm 1960 đã xuất hiện các mạng nối các máy tính và các
Terminal để sử dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí khi muốn thông
tin trao đổi số liệu và sử dụng trong công tác văn phòng một cách tiện lợi.
Với việc tăng nhanh các máy tính mini và các máy tính cá nhân làm
tăng yêu cầu truyền số liệu giã các máy tính, giữa các terminal, và giữa
các

terminal với máy tính là một trong những động lực thúc đẩy sự ra đời và
phát

triển ngày càng mạnh mẽ các mạng máy tính.Quá trình hình thành mạng
máy

tính có thể tóm tắt qua 4 giai đoạn sau:
Giai đoạn các terminal nối trực tiếp với máy tính: Đây là giai đoạn
đầu tiên của mạng máy tính, để tận dụng công suất của máy
tính

ngời ta ghép nối các terminal vào một máy tính đợc gọi
là các

máy tính trung tâm.
Giai đoạn các bộ tiền xử lý (Prontal)
ở giai đoạn 1 máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới các terminal, ở
giai đoạn 2 máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới các bộ tập trung qua các
bộ ghép nối điều khiển đờng truyền. Ta có thể thay thế bộ ghép nối
đờng

truyền bằng các máy tính nini gọi là prontal, đó chính là bộ tiền xử lý.

Giai đoạn mạng máy tính:
Vào những năm 1970 ngời ta bắt đầu xây dựng mạng truyền
thông

trong đó các thành phần chính của nó là các nút mạng gọi là bộ chuyển
mạch

dùng để hớng thông tin tới đích.
Các mạng đợc nối với nhau bằng đờng truyền còn các máy tính xử
lý

thông tin của ngời dùng hoặc các trạm cuối đợc nối trực tiếp vào các
nút

mạng để khi cần thì trao đổi thông tin qua mạng. Các nút mạng
thơng là

máy tính nên đồng thời đóng vai trò của ngời sử dụng.
Chức năng của nút mạng:
+ Quản lý truyền tin, quản lý mạng
Nh vậy các máy tính ghép nối với nhau hình thành mạng máy tính, ở
đây ta thấy mạng truyền thông cũng ghép nối các máy tính với nhau nên khái

niệm mạng maý tính và mạng truyền thông có thể không phân biệt.
Việc hình thành mạng máy tính nhằm đạt các mục đích sau:
1.Tận dụng và làm tăng giá trị của tài nguyên

2.Chinh phục khoảng cách
3.Tăng chất lợng và hiệu quả khai thác và xử lý thông tin

4.Tăng độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế khi xảy ra
sự cố đối với một máy tính nào đó.
Nh vậy: Mạng máy tính là tập hợp các máy tính đợc ghép với
nhau

bởi các đờng truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó.
Đồ án tốt nghiệp
Chn ng v ng dng trong thit k mng WAN
1
1.1 Các yếu tố của mạng máy tính
1.1.1 Đ ờng truyền vật lý
Đờng truyền vật lý là thành phần để chuyển các tín hiệu điện tử
giữa

các máy tính. Các tín hiệu điện tử đó biểu thị các dữ liệu d ới dạng
xung nhị

phân. Tất cả các tín hiệu truyền giữa các máy tính đều ở dạng sóng
điện từ và

có tần số trải từ cực ngắn cho tới tần số của tia hồng ngoại.Tuỳ
theo tần số

của sóng điện từ mà có thể dùng các đờngtruyền vật lý khác
nhau để truyền.
+ Các tần số Radio có thể truyền bằng cáp điện hoặc bằng các
phơng

tiện quảng bá (broadcast)
+Sóng cực ngắn đợc dùng để truyền các trạm mặt đất và vệ tinh.

Hoặc

là dùng để truyền từ một trạm phát tới các trạm thu.
+Tia hồng ngoại là lý tởng đối với truyền thông mạng . Nó có
thể

truyền từ điểm tới điểm hoặc quảng bá từ một điểm tới các máy thu. Tia
hồng

ngoại hoặc các loại tia sáng tần số cao hơn có thể truyền đợc qua
cáp sợi

quang.
Những đặc trng cơ bản của đờng truyền vật lý là: giải thông, độ
suy

hao, độ nhiễu điện từ.
Dải thông của đờng truyền là độ đo phạm vi tần số mà đờng
truyền

có thể đáp ứng đợc. Giải thông phụ thuộc vào độ dài cáp, đờng
kính sợi

cáp, vật liệu dùng chế tạo cáp
Thông lợng của một đờng truyền (throughput) chính là tốc độ
truyền dữ liệu trên đờng truyền đó trong một đơn vị thời gian.Thông
lợng

của đờng truyền phản ánh hiệu quả sử dụng đờng truyền đó.
Độ suy hao là giá trị phản ánh mức độ suy yếu của tín hiệu

đờng

truyền sau khi truyền qua một đơn vị độ dài cáp.
Độ nhiễu điện từ là khả năng làm nhiễu tín hiệu trên đờng truyền
khi

cáp đi qua vùng có sóng điện từ. Có hai loại đờng truyền: hữu
tuyến, vô

tuyến đợc sử dụng trong việc kết nối mạng máy tính. Đờng
truyền hữu

tuyến gồm cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp sợi quang; đờng
truyềnvô tuyến

gồm sóng radio, sóng cực ngắn, tia hồng ngoại
Tuy nhiên khi thiết kế dây cho một mạng máy tính ngời ta còn
phải

chú ý tới nhiều tham số khác nh: giá thành, khả năng chịu nhiệt, khả
năng

chống chịu ẩm, khả năng uốn cong.
1.1.2 Kiến trúc mạng
Kiến trúc mạng máy tính bao gồm cách ghép nối vật lý các máy tính
với nhau và các quy tắc, quy ớc mà tất cả các thực thể tham gia trong
hệ

thống mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.Cách các
máy

tính đợc gép nối với nhau đợc goi là topology của mạng còn các
quy tắc

quy ớc truyền thông đợc gọi là giao thức (protocol). Topology và
protocol

là hai khái niệm cơ bản nhất của mạng máy tính.
a) Topology:
Ngời ta phân biệt hai kiểu nối mạng vật lý cơ bản là kiểu điểm-
điểm

và kiểu quảng bá (broadcasting hay point- to- multipoint)
+ Kiểu điểm - điểm: Đờng truyền nối từng cặp nút với nhau.Tín hiệu
đi từ nút nguồn đến nút trung gian rồi chuyển tiếp tới đích.
Hình sao
Chu trình Dạng cây
Hình 1-1: Các topo mạng cơ bản
Hình 1-2: Dạng topo đầy đủ
.
Dạng vòng Dạng bus
Satellite hoặc
radio Hình 1-3: Các topo mạng cơ bản
+ Kiểu quảng bá:
Với kiểu quảng bá tất cả các nút chung một đờng truyền vật lý. Dữ liệu
đợc

gửi đi từ một nút đợc tiếp nhận bởi các nút còn lại, và trong gói tin
phải có

vùng địa chỉ đích cho phép mỗi nút kiểm tra có phải tin của minh
không
Cấu trúc dạng bus hay dạng vòng cần cơ chế trọng tài để giải quyết
đụng độ (collision) khi nhiều nút muốn truyền tin đồng thời. Trong cấu trúc
dạng vệ tinh hoặc radio mỗi nút cần có anten thu và phát.
1.1.3 Giao thức mạng (network protocol)
Việc trao đổi thông tin giữa các nút với nhau cần phải tuân theo một số
quy tắc, quy ớc nhất định nào đó. Chẳng hạn, khi hai ngời nói chuyện
với

nhau thì cũng phải tuân theo quy tắc: Khi một ngời nói thì ngời kia
phải

nghe và ngợc lại. Việc truyền thông tin trên mạng cũng phải tuân
theo các

quy tắc quy ớc nhiều mặt nh: khuôn dạng dữ liệu gửi đi, cácthủ
tục gửi và

nhận, kiểm soát dữ liệu, xử lí lỗi và xử lý sự cố Chẳng hạn
mạng lới giao

thông công cộng càng phát triển thì số quy tắc đề ra càng
phải nhiều, càng

phải chặt chẽ và càng phức tạp hơn. Tập hợp các quy tắc ,
quy ớc để đảm

bảo trao đổi và xử lý thông tin trên mạng gọi là giao
thức. Các mạng đợc

thiết kế khác nhau có thể tuân theo một số giao thức
khác nhau, tuy nhiên

ngời ta đa ra một số giao thức chuẩn đợc
dùng trên nhiều mạng khác

nhau.
1.2 Phân loại mạng máy tính
Ngời ta phân loại mạng máy tính khác nhau tuỳ theo các yếu tố chính
đợc chọn nh: Khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch, kiến trúc mạng,
cơ chế hoạt động của mạng
1.2.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý
Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố chính để phân loại mạng thì
mạng đợc phân thành: mạng cục bộ mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng
toàn

cầu
+Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN) là mạng đợc cài đặt
trong

một phạm vi tơng đối nhỏ ( trong một toà nhà, trong một phòng
ban hoặc

trong một công ty ) với đờng kính giới hạn trong khoảng vài
chục Km.
+Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN) là mạng đợc cài
đặt trong phạm vi một thành phố, một trung tâm kinh tế. phạm vi cài đặt

mạng là hàng trăm Km.

+ Mạng diện rộng (Wide Area Network - WAN) là mạng có phạm vi
hoạt động có thể là cả một vùng, một khu vực và có thể vợt qua biên
giới

một quốc gia
+Mạng toàn cầu (Global Area Network - GAN) phạm vi của mạng trải
rộng khắp lục địa của trái đất.
1.2.2 Phân loại theo kĩ thuật chuyển mạch
Nếu lấy kĩ thuật chuyển mạch so sánh thì có thể phân chia mạnh thành:
Mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói, mạng chuyển mạch thông
báo.
a) Mạng chuyển mạch kênh (Circuit - switched - Network):đây là
mạng mà khi 2 thực thể muốn liên lạc với nhau thì chúng phải tạo và duy trì
một kênh liên tục cho đến khi kết thúc quá trình thông tin.Phơng
pháp

chuyển mạch có hai nhợc điểm chính:
+ Hiệu suất sử dụng đờng truyền không cao
+ Mất nhiều thời gian cho việc thiết lập kênh cố định khi thông tin

giữa 2 thực thể.
b) Mạng chuyển mạch thông báo (Message - switched -Network)
Trong mạng chuyển mạch thông báo việc chọn đờng đi cho các
thông

báo tới đích đợc thực hiện tại các nút mạng. Các nút căn cứ vào địa
chỉ đích

của thông báo để ra quyết định chọn nút đến kế tiếp cho thông báo
trên đờng

dẫn tới đích. Nh vậy các nút cần lu trữ tạm thời các thông
báo, đọc thông

báovà quản lý việc chuyển tiếp các thông báo đi. Phơng
pháp chuyển mạch

thông báo có những u điểm sau:
+ Hiệu suất sử dụng đờng truyền cao vì không có các kênh thông tin
cố định.
+ Mỗi nút mạng có thể lu trữ thông báo cho tới khi đờng truyền
khả

dụng mới truyền đi nên giảm đuực tình trạng tắc nghẽn trên mạng.
+ Có thể điều khiển truyền tin bằng cách sắp xếp mức độ u tiên
cho

các thông báo.
+ Trong mạng chuyển mạch thông báo chúng ta có thể làm tăng hiệu
suất sử dụng dải thông của mạng bằng cách gán địa chỉ quảng bá cho các
thông báo để cho nó đến nhiều đích khác nhau.
Nhợc điểm chủ yếu của chuyển mạch thông báo là trong trờng
hợp

một thông báo dài bị lỗi, phải truyền lại thông báo này nên hiệu suất
không

cao. Phơng pháp này thích hợp với các mạng truyền th tín điện tử
(Electronic mail).
c ) Mạng chuyển mạch gói (Packet - switched - Network)

Trong mạng chuyển mạcg gói thì một thông báo có thể đợc chia
ra

nhiều gói nhỏ hơn (packet), độ dài khoảng 256 bytes, có khuôn dạng tuỳ
theo

chuẩn quy định. Các gói tin có chứa thông tin điều khiển địa chỉ
nguồn, địa

chỉ đích cho gói tin,số thứ tự gói tin, thông tin kiểm tra lỗi Do
vậy các gói

tin của cùng một thông báo có thể đợc gửi đi theo nhiều
đờng khác nhau,

tới đích tại các thời điểm khác nhau, nơi nhận sẽ căn cứ
vào thông tin trong

các gói tin và sắp xếp lại chúng theo đúng thứ tự.
Ưu điểm của chuyển mạch gói:
+ Mạng chuyển mạch gói có hiệu suất và hiệu quả cao hơn mạng
chuyển mạch thông báo vì kích thớc các gói tin nhỏ hơn nên các nút
mạng

có thể xử lý toàn bộ gói tin mà không cần phải lu trữ trong đĩa.
+ Mỗi đờng truyền chiếm thời gian rất ngắn, vì chúng có thể dùng
bất

cứ đờng có thể đợc để tới đích.
+Khả năng đòng bộ bít là rất cao.

Nhựơc điểm:
+ Vì thời gian truyền tin ngắn nên nếu thời gian chuyển mạch lớn thì
tốc độ truyền không cao.
+ Việc tập hợp lại các gói tin ban đầu về nguyêntắc là thực hiện đợc
nhng rất khó khăn, đặc biệt là khi các gói tin truyền đi theo nhiều
đờng

khác nhau.
+ Đối với các ứng dụng phụ thuộc thời gian thực thì việc các gói tin tới
đích không theo thứ tự là một nhợc điểm quan trọng cần phải khắc phục.
Tuy vẫn còn những hạn chế nhng do có u điểm về tính mềm
dẻo,

hiệu suất cao nên các mạng chuyển mạch gói đang đợc dùng phổ biến
hiện

nay.
1.3.3 Phân loại mạng theo cơ chế hoạt động
Trong môi trờng mạng máy tính có 2 cơ chế hoạt động chính là:
peer-

to-peer và client/ server. Môi trờng peer - to - peer không có máy
chuyên

phục vụ cho một công việc nào, còn trong môi trờng client/server
thì phải có

những máy đợc dành riêng để phục vụ mục đích khác nhau.
Mạng dựa trên máy phục vụ:

Trong mạng có những máy chuyên dụng phục vụ cho các mục đích
khác nhau. Máy phục vụ chuyên dụng hoạt động nh một ngời phục vụ
và

không kiêm vai trò của trạm làm việc hay máy khách.
Các maý phục vụ chuyên dụng đợc tối u hoá để phục vụ
nhanh

những yêu cầu của khách hàng trên mạng
Các loại máy phục vụ chuyên dụng thờng thấy nh:
+ Máy phục vụ tập tin / in ấn (file/print sever)
+ Máy phục vụ chơng trình ứng dụng (application server)
+ Máy phục vụ th tín (mail server)
+ Máy phục vụ fax(fax server)
+ Máy phục vụ truyền thông (communication server)
Một trong những u điểm quan trọng của mạng dựa trên máy phục
vụ

là có tính an toàn và bảo mật cao hơn.Hầu hết các mạng trong thực tế (nhất
là

mạng lớn )đều dựa trên máy phục vụ
Mạng ngang hàng:
Không tồn tại một cấu trúc phân cấp nào trong mạng. Mọi máy tính
đều bình đẳng. Thông thờng, mỗi máy tính kiêm luôn cả hai vai trò
máy

khách và máy phục vụ, vì vậy không máy nào đợc chỉ định chịu trách
nhiệm

quản lý mạng. Ngời dùng ở từng máy tự quyết định phần dữ liệu
nào trên

máy của họ sẽ đợc dùng chung trên mạng. Thông thờng mạng
ngang hàng

thích hợp cho các mạng có quy mô nhỏ (chẳng hạn nh nhóm
làm việc ) và

không yêu cầu phải có tính bảo mật.
1.3.4 Phân loại mạng theo kiến trúc
Ngời ta có thể phân loại mạng theo kiến trúc (topology và
protocol)

nh các mạng SNA, mạng ISO, mạng TCP/IP.
1.4 Kiến trúc phân tầng - chuẩn hoá mạng - mô hình
ISO
1.4.1 Kiến trúc phân tầng
Để giảm độ phức tạp trong thiết kế và cài đặt mạng, các mạng máy tính
đợc tổ chức thiết kế theo kiểu phân tầng (layering). Trong hệ thống thành
phần của mạng đợc tổ chức thành một cấu trúc đa tầng, mỗi tầng đợc
xây

dựng trên tầng trớc đó ; mỗi tầng sẽ cung cấp một số dịch vụ cho
tầng cao

hơn. Số lợng các tầng cũng nh chức năng của mỗi tầng là tuỳ
thuộc vào nhà
thiết kế. Ví dụ cấu trúc phân tầng của mạng SNA của IBM, mạng DECnet của
Digital, mạng ARPANET. Là có sự khác nhau.

Nguyên tắc cấu trúc của mạng phân tầng là: mỗi hệ thống trong một mạng
đều có cấu trúc phân tầng (Số l ợng tầng, chức năng của mỗi tầng là
nh

nhau )
Tầng i của hệ thống A sẽ hội thoại với tầng i của hệ thống B, các quy
tắc và quy ớc dùng trong hội thoại gọi là giao thức mức I
Giữa hai tầng kề nhau tồn tại một giao diện (interface) xác định các
thao tác nguyên thuỷ của tầng dới cung cấp lên tầng trên.
Trong thực tế dữ liệu không truyền trực tiếp từ tầng i của hệ thống này
sang tầng i của hệ thống khác ( trừ tầng thấp nhất trực tiếp sử dụng
đờng

truyền vật lý để truyền các xâu bít (0.1) từ hệ thống này sang hệ
thống khác
).Dữ liệu đợc truyền từ hệ thống gửi (sender) sang hệ thống nhận
(receiver)

bằng đờng truyền vật lý và cứ nh vậy dữ liệu lại đi ngợc lên
các tầng trên.

Nh vậy khi hai hệ thống liên kết với nhau, chỉ tầng thấp nhất
mới có liên kết

vật lý còn ở tầng cao hơn chỉ có liên kết logic (liên kết ảo )
đợc đa vào để

hình thức hoá các hoạt động của mạng thuận tiện cho việc
thiết kế và cài đặt

các phần mềm truyền thông. Nh vậy để viết chơng
trình cho tầng N, phải

biết tầng N+1 cần gì và tầng N+1 có thể làm đợc gì.
Hệ thống A
Tầng N
Tầng N-1
Tầng 2
Giao thức tầng N

Giao thức tầng N-1
Giao thức tầng 2
Giao thức tầng 1
Hệ thống B
Tầng N
Tầng N-1
Tầng 2
Tầng 1 Tầng 1
Đờng truyền vật lý
Hình 1-4: Minh họa kiến trúc phân tầng tổng quát
1.4.2 Chuẩn hoá mạng
Tình trạng không tơng thích giữa các mạng, đặc biệt là các mạng
bán

trên thị trờng gây trở ngại cho những ngời sử dụng, tác động đến
mức tiêu

thụ các sản phẩm về mạng. Do đó cần xây dựng các mô hình chuẩn
làm căn

cứ cho các nhà nghiên cứu và thiết kế mạng tạo ra các sản phẩm có
tính chất

mở về mạng, đa tới dễ phổ cập, sản xuất và sử dụng.
i/ ISO(international Standard Organization) thành lập dới sự bảo
trợ

của liên hiệp quốc, các thành viên là các cơ quan tiêu chuẩn của các quốc
gia.

ISO đã xây dựng hơn 5000 chuẩn ở tất cả các lĩnh vực. ISO đợc chia
thành
các uỷ ban kỹ thuật ( Technical Committee -TC). TC97 đảm bảo chuẩn hoá
lĩnh vực xử lý tin. Mỗi TC lại chia thành nhiều tiểu ban (Sub Committee -SC)
và mỗi SC lại chia thành nhiều nhóm làm việc khác nhau (Working Group )
đảm nhiệm các nhiệm vụ chuyên sâu khác
nhau.
Các chuẩn do hội đồng ISO ban hành nh là các chuẩn quốc tế
chính

thức (International Standard -IS)
ii/ CCITT(Committee Consult tatif International pour Telegraphe et
Telephone). Tổ chức t vấn quốc tế về điện tín và điện thoại hoạt động
dới

sự bảo trợ của liên hiệp quốc, các thành viên chủ yếu là các cơ
quan Bu

chính - viễn thông của các quốc gia và t nhân. Phơng thức
làm việc của

CCITT cũng giống nh ISO nhng sản phẩm của nó không
đợc gọi là chuẩn

mà đợc gọi là các khuyến nghị (
recommentdation).CCITT đã đa ra các

khuyến nghị loại V liên quan đến
truyền dữ liệu, các khuyến nghị loại X liên

quan đến mạng truyền dữ liệu
công cộng và các khuyến nghị loại I dành cho

các mạng ISDN .
Ngoài ISO, CCITT trên thế giới còn có các tổ chức khác tham gia việc
chuẩn hoá nh ECMA(european Computer Manufacture ), ANSI
(American

National Standard institute ),IEEE (institute Electrical and
Electronic

Engineers)
CCITT Layer ISO
Service
Definition
Layer Protocol Service
Definition
Layer
Protocol
X.217 X400-X430 MHS

X.288 RTSE
X.229 ROSE
X.227.
Application 8649 9640 VT
8571 STAM
8650 CASE
8831 JIM
X.216 X.226
X.208
X.209
Presentation 8822 8823
8824
8825
X.215
X.225
Session
8326
8327
X.214
X.224
Transport
8072
8073
X.213 0.931 Network 8.348 8208
X.25 8878
X.300-X.352 8473
8648
X.212 LAPB
1.440/I.44J LAPD
Data Link 8886,

8802/2
7776
X.211 X.21 Physical 8802/3 7809
8802/4 8022
8802/5.
Hinh 1-5 Các chuẩn cho kiến trúc phân tầng của CCITT và ISO
1.4.3 Mô hình OSI:
Do các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình. Từ
đó dẫn đến tình trạng không tơng thích giữa các mạng về: Phơng pháp
truy

nhập đờng truyền khác nhau, họ giao thức khác nhau. sự không
tơng thích
đó làm trở ngại cho quá trình tơng tác giữa ngời dùng ở các mạng
khác

nhau. Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn thì trở ngại đó càng không thể
chấp

nhận đợc với ngời sử dụng. Với lý do đó tổ chức chuẩn hoá quốc tế
ISO đã

thành lập một tiểu ban nhằm xây dựng một khung chuẩn về kiến trúc
mạng để

làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm mạng.
Kết quả là

năm 1984 ISO đã đa ra mô hình tham chiếu cho việc kết nối
các hệ thống

mở ( Reference Model for Open System Inter - connection)
hay gọn hơn là

OSI Reference model. Mô hình này đ ợc dùng làm cơ sở
để kết nối các hệ

thống mở.
ISO sử dụng phơng pháp phân tích các hệ thống mở theo kiến
trúc

phân tầng và đã công bố mô hình OSI cho việc kết nối các hệ thống mở
gồm

7 tầng.
Application
Presentation
Session

Transport

Network

Data Link

Physical
Application
Presentation
Session

Transport

Network

Data Link

Physical
Hình 1-6: Mô hình OSI 7 tầng
Các nguyên lý đợc áp dụng cho 7 tầng nh sau:
(1) Một lớp cần thiết phải tạo ở mức độ khác nhau của khái niệm trừu

tợng.
(2) Mỗi lớp phải thực hiện một chức năng xác định rõ ràng.
(3) chức năng của mỗi lớp phải đợc chọn theo quan điểm hớng
tới

các giao thức chuẩn quốc tế đã đợc định nghĩa.
(4) Ranh giới giữa các lớp phải đợc chọn để tối thiểu luồng thông tin
đi qua các giao diện.
(5) Số các lớp phải đủ lớn để phân biệt các chức năng cần thiết nhng
không đa vào cùng một lớp quá nhiều chức năng, và phải đủ
nhỏ
để kiến trúc không rắc rối.
Chức năng các tầng trong mô hình OSI
Tầng Chức năng
1 Vật lý Cung cấp ph ơng tiện truyền tin, thủ tục, khởi động duy
trì,
huỷ bỏ các liên kết vật lý, cho phép truyền dữ liệu ở dạng
bit.
Truy nhập đ ờng truyền vật lý nhờ các ph ơng tiện: Cơ,

điện,

hàm, thủ tục.
2 Liên kết
dữ liệu
Thiết lập, duy trì, huỷ bỏ các liên kết dữ liệu, kiểm soát
luồng dữ liệu, phát hiện sai sót vsà khắc phục các sai sót
truyền tin.
3 Tầng
mạng
.Thực hiện việc chọn đ ờng và chuyển tiếp thông tin với công
nghệ chuyển mạch thích hợp. Thực hiện việc kiểm soát luồng
dữ liệu và cắt hợp dữ liệu nếu cần.
4 Tầng
giao vận
Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút (end- to- end),
kiểm soát lỗi và kiểm tra việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút.
Có thể thực hiện việc ghép kênh (Multiplxing), cắt hợp dữ

liệu nếu cần
5 Tầng
phiên
Thiết lập, duy trì và đông bộ hoá và huỷ bỏ các phiên truyền
thông
6 Trình
diễn
Biểu diễn thông tin theo cú pháp ng ời sử dụng để đảm bảo
truyền dữ liệu của các ứng dụng qua môi tr ờng OSI.
7 ỉng dụng Là giao diện giữa ng ời sử dụng và môi tr ờng OSI,đồng
thời

cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán.
Hình 1-7 Chức năng các tầng trong mô hình OSI
b) Các giao thức chuẩn của mô hình
OSI
Vấn đề đặt ra ở đây là hai hệ thống máy tính khác nhau có thể giao tiếp
đợc với nhau hay không? Ta thấy rằng mô hình OSI có thể tạo ra giải
pháp để cho phép hai hệ thống dù khác nhau thế nào đi nữa đều có thể
truyền thông đợc với nhau nếu chúng đảm bảo những điều kiện
sau
đây:
+ Chúng càI đặt cùng một tập các chức năng truyền thông
+ Các chức năng đó đ ợc tổ chức thành một tầng. Các tầng đồng
mức

phảI cung cấp các chức năng nh nhau. ( Ph ơng thức cung cấp
không nhất

thiết giống nhau )
+ Các tầng đồng mức phải sử dụng cùng một giao thức.
Để đảm bảo những điều trên cần phảI có các chuẩn. Các chuẩn phảI
xác định các chức năng và dịch vụ đợc cung cấp bởi một tầng. Các
chuẩn

cũng phải xác định các giao thức giữa các tầng đồng mức. Mô hình
OSI 7

tầng chính là cơ sở để xây dựng các chuẩn đó.
Thực thể hoạt động trong các tầng của
OSI
Theo quan niệm của OSI, trong mỗi tầng của một hệ thống có một hoặc

nhiều thực thể (entity) hoạt động. Một thực thể có thể là thực thể mềm
(software entity), ví dụ nh một tiến trình trong hệ thống đa xử lý, hoặc
là
một thực thể cứng (hardware entity) ví dụ nh chíp I/O thông minh. Thực
thể

tầng 7 đợc gọi là thực thể ứng dụng (Application entity); thực thể
tầng 6
đợc gọi là thực thể trình diễn. .v v
Một thực thể tầng N cài đặt dịch vụ cung cấp cho tầng N+1. Khi đó
tầng N gọi là ngời cung cấp dịch vụ, còn tầng N+1 gọi là ngời dùng
dịch

vụ. Tầng N dùng dịch vụ của tầng N-1 để cung cấp dịch vụ của nó. Tầng
N có

thể đa ra vài lớp dịch vụ, chẳng hạn nh truyền thông nhanh mà
đắt và

truyền thông chậm mà rẻ. Các dịch vụ là có sẵn tại các nút truy cập
dịch vụ

(SAP). Các SAP của tầng N tại các chỗ mà tại đó tầng N+1 có thể
truy nhập

dịch vụ đợc đa ra. Mỗi SAP có một địa chỉ và tên duy nhất.
Mỗi thực thể

truyền thông với thực tế của tầng trên và tầng dới nó qua
một giao diện

(interface). Giao diện này gồm một hoặc nhiều điểm truy cập
dịch vụ (Service

Acess Poent SAP) (N-1) Entity cung cấp dịch vụ cho
một (N) entity thông

qua việc gọi các hàm nguyên thuỷ (primitive). Hàm
nguyên thuỷ chỉ rõ chức

năng cần thực hiện và đợc dùng để chuyển dữ
liệu, thông tin điều khiển. Có

4 hàm nguyên thuỷ đợc dùng để định nghĩa
tơng tác giữa các tầng liền kề

nhau, sơ hoạt động đợc mô tả nh hình
sau:
(N+1)Layer
(N+1)Layer
Request
Confirm
Response Indication
SAP
(N)Layer
(N)Protocol
(N)Layer
SAP
Hình 1-8: Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thuỷ
Request (yêu cầu ): là hàm nguyên thuỷ mà ngời sử dụng dịch

vụ

(Service user) dùng để gọi các chức năng.
Indication (chỉ báo): là hàm nguyên thuỷ mà ngời cung cấp dịch vụ

(Service Provider ) dùng để:
+ Gọi báo một chức năng nào đó hoặc
+ Chỉ báo một chức năng đã đợc gọi ở một điểm truy cập dịch
vụ
(SAP)
response (trả lời ): là hàm nguyên thuỷ mà Service user dùng để hoàn
tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm nguyên thuỷ Indication ở
SAP đó.
confirm (xác nhận) là hàm nguyên thuỷ của Service Provider, dùng để
hoàn tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi hàm nguyên thuỷ Request
tại

SAP đó.
Theo sơ đồ này quy trình thực hiện một thao tác giữa hai hệ thống A và

B đợc thực hiện nh sau:
+ Tầng (N+1) của A gửi xuống tầng (N) kề nó một hàm Request
Tầng N+1
(N+1)PDU
(N)PCI
(N)SDU
Tầng N
(N)PDU
Hình 1-9: Quan hệ đơn vị dữ liệu giữa các tầng kề nhau
+ Tầng (N) của A cấu tạo một đơn vị dữ liệu để gửi yêu cầu đó qua

tầng (N) của B theo giao thức tầng N.
+ Nhận đợc thông báo yêu cầu đó, tầng (N) của B gửi một lên
tầng

(N+1) trên nó một hàm Indication
+ Tầng (N+1) của B gửi xuống tầng (N) kề dới nó một hàm Reponse.
(N) của A theo giao thức tầng (N) đã xác định
0.
+ Tầng (N) của A gửi lên tầng (N+1) kề trên nó một hàm xác nhận
(Confirm) kết thúc một giao tác giữa hai hệ thống. Các hàm nguyên thuỷ đều
đợc gọi đến ( hoặc gửi đi ) từ một điểm truy nhập dịch vụ (SAP) ở ranh
giới

2 tầng (N+1) và (N). Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức tầng (N) ký
hiệu

là PDU. Giữa các tầng kề nhau các đơn vị dữ liệu có mối quan hệ
nh sau:

một thực thể ở tầng N không thể truyền trực tiếp đến một thực thể
tầng N+1

của hệ thống khác, mà phải đi xuống tầng thấp nhất (tầng vật lý )
trong kiến

trúc phân tầng nào đó. Khi xuống tầng đến (N) thì một đơn vị dữ
liệu của tầng
(N) đợc xem nh một đơn vị dữ liệu (SDU) của tầng (N). Phần thông tin
của

tầng (N), gọi là (N) SDU quá dài thì đợc cắt thành nhiều đoạn, mỗi
đoạn kết

hợp với (N) PCI vào đầu để tạo thành nhiều (N) PDU. Quá trình
nh vậy đợc

chuyển xuống cho đến tầng vật lý, ở đó dữ liệu đợc truyền
qua đờng vật lý.

ở hệ thống nhận, quá trình diễn ra ngợc lại. Qua mỗi
tầng các PCI của các
đơn vị dữ liệu sẽ đợc phân tích và cắt bỏ các header của các PDU trớc
khi

gửi lên tầng trên.
c) Phơng thức hoạt động: có liên kết và không có liên kết
ở mỗi tầng mô hình trong tầng ISO, có hai phơng thức hoạt
động

chính đợc áp dụng đó là: phơng thức hoạt động có liên kết
(connection-

oriented) và không có liên kết (connectionless).
Với phơng thức có liên kết, trớc khi truyền dữ liệu cần thiết
phải

thiết lập một liên kết logic giữa các thực thể cùng tầng. Còn với
phơng thức
không liên kết thì không cần lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu trớc

hoặc sau nó.
Với phơng thức có liên kết, quá trình truyền dữ liệu phải trải qua ba

giai đoạn theo thứ tự thời gian.
- Thiết lập liên kết: hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thơng lợng

với
nhau về tập các tham số sẽ đợc sử dụng trong giai đoạn sau.
- Truyền dữ liệu: dữ liệu đợc truyền với các cơ chế kiểm soát và quản
lý.
- Huỷ bỏ liên kết (logic): giải phóng các tài nguyên hệ thống đã cấp
phát cho liên kết để dùng cho các liên kết khác.
Tơng ứng với ba giai đoạn trao đổi, ba thủ tục cơ bản đợc sử
dụng,

chẳng hạn đối với tầng N có: N-CONNECT ( thiết lập liên kết ), N-
DATA(Truyền dữ liệu ), và N-DISCONNECT (Huỷ bỏ liên kết )
ngoài ra còn một số thủ tục phụ đợc sử dụng tuỳ theo đặc điểm, chức năng

của mỗi tầng. Ví dụ:
- Thủ tục N-RESTART đợc sử dụng để khởi động lại hệ thống ở tầng
3
- Thủ tục T-EXPEDITED DATA cho việc truyền dữ liệu nhanh ở tầng

4
- Thủ tục S-TOKEN GIVE để chuyển điều khiển ở tầng 5.
Mỗi thủ tục trên sẽ dùng các hàm nguyên thuỷ (Request, Indication,
Response, Confirm) để cấu thành các hàm cơ bản của giao thức
ISO.
Còn đối với phơng thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai

đoạn đó là: truyền dữ liệu.
So sánh hai phơng thức hoạt động trên chúng ta thấy rằng
phơng

thức hoạt động có liên kết cho phép truyền dữ liệu tin cậy, do đó
có cơ chế

kiểm soát và quản lý chặt chẽ từng liên kết logic. Nhng mặt
khác nó phức

tạp và khó cài đặt. Ngợc lại, phơng thức không liên kết
cho phép các PDU
đợc truyền theo nhiều đờng khác nhau để đi đến đích, thích nghi với
sự

thay đổi trạng thái của mạng, song lại trả giá bởi sự khó khăn gặp phải khi
tập

hợp các PDU để di chuyển tới ngời sử dụng.
Hai tầng kề nhau có thể không nhất thiết phải sử dụng cùng một
phơng thức hoạt động mà có thể dùng hai phơng thức khác nhau.
1.4.4 Truyền dữ liệu trong mô hình OSI.
Tiến trình gửi gồm vài dữ liệu muốn gửi qua tiến trình nhận. Dữ liệu
đa xuống tầng ứng dụng, dữ liệu đó gắn thêm phần đầu áp dụng
(AH-

Application Header) vào phía trớc dữ liệu và kết quả đa xuống
cho tầng

trình diễn. Tầng trình diễn có thể biến đổi mục dữ liệu này theo

nhiều cách

khác nhau, thêm phần header vào đầu và đi xuống tầng phiên.
Quá trình này
đợc lặp đi lặp lại cho đến khi dữ liệu đi xuống tầng vật lý, ở đó chúng
thực

sự đợc truyền sang máy nhận. ở máy nhận các phần header khác nhau
đợc

loại bỏ từng cái một khi các thông báo truyền lên theo các lớp cho đến
khi lên

tới tiến trình nhận. Nh vậy, việc truyền dữ liệu thực hiện theo chiều
dọc. Khi
tầng giao vận ở máy gửi nhận một thông báo từ tầng phiên, gán một Transport
Header và gửi nó qua tầng giao vận nhận.
Application
Presentation
Giao thức lớp ứng dụng
Giao thức trình diễn
Data
AH Data
PH Data
Application
Presentation
Session

Transport
Network

Data Link
Physical
SH
Data
TH Data
NH Data
DH Data
PH Bits
Session

Transport
Network

Data Link
Physical
Hình 1-10: Ví dụ quá trình truyền dữ liệu trong mô hình OSI
Hình 1-10 biểu diễn một mẫu sử dụng mô hình OSI có thể truyền dữ
liệu nh thế nào.
1.5 Kết nối các mạng máy tính:
1.5.1 Các tiếp cận: trong quá trình phát triển mạng máy tính, nhiều
công ty, nhiều vùng, nhiều quốc gia đã xây dựng các hệ thống
mạng khác

nhau về chủng loại, kiến trúc, khoảng cách Nhu
cầu trao đổi thông tin của

xã hội ngày càng cao nên việc kết nối
các mạng với nhau là vấn đề bức thiết.

Làm cho những ngời sử
dụng trên các mạng khác nhau có thể trao đổi thông

tin với nhau
một cách dễ dàng, hiệu quả và an toàn mà không phải xây dựng
lại hệ thống mạng đã có.
để kết nối các mạng với nhau, ngời ta xuất phát từ một trong hai quan điểm

sau:
(1) Xem mỗi nút của mạng con nh một hệ thống mở, hoặc
(2) Xem mỗi mạng con nh một hệ thống mở.
theo quan điểm (1) thì mỗi nút của mạng con có thể truyền thông trực tiếp với
một nút mạng con bất kỳ nào khác. Nh vậy, toàn bộ các nút của một mạng
con cũng chính là nút của mạng lớn và phải tuân thủ theo một cấu trúc chung.
Theo quan điểm (2) thì hai nút bất kỳ thuộc hai mạng con khác nhau không
thể truyền thông trực tiếp với nhau đợc mà phải thông qua một phần tử
trung

gian gọi là giao diện kết nối (Interconnection Iterface) đặt giữa hai
mạng con
đó. Điều đó cho phép tạo ra một mạng lớn gồm các giao diện kết nối và các
máy chủ (host) đợc nối với nhau bởi các mạng con.
Tơng ứng với hai quan điểm này có hai chiến lợc kết nối các
mạng

với nhau. Theo quan điểm (1) ngời ta tìm cách xây dựng các chuẩn
chung

cho các mạng (nh các chuẩn của ISO, CCITT. ) Theo quan điểm
(2) ngời

ta xây dựng các giao diện kết nối để tôn trọng tính độc lập giữa
các mạng

hiện có. Việc xây dựng các chuẩn chung cho tất cả các mạng là
một điều rất

khó thực hiện, bởi vì hiện nay có hàng ngàn mạng đang tồn tại
không thể loại
bỏ đi để xây dựng mới vì quá tốn kém. Từ đó ngời ta đã tạo ra hàng loạt
các

thiết bị giao diện cho phép kết nối các mạng với nhau.
1.5.2 Giao diện kết nối
Ngời ta có thể kết nối các mạng con với nhau nhờ các giao diện
kết

nối. Hình 1-12 minh hoạ cho việc kết nối các mạng con SN1, SN2,
SN3 và

SN4 là các mạng con ; G1, G2, G3, G4 là các giao diện kết nối.
chức năng của một giao diện tuỳ thuộc vào sự khác biệt về kiến trúc của các
mạng con. Sự khác biệt càng lớn thì chức năng của các giao diện càng phức
tạp. Các giao diện có thể nối đôi, nối ba, nối nhiều hơn tuỳ thuộc vào
ngời

thiết kế mạng. Dựa vào chức năng của giao diện mà chúng có những
tên gọi

khác nhau nh: bridge, Router, gateway.

Gateway là tên chung của giao diện kết nối, nó đợc sử dụng
trong

trờng hợp chức năng của giao diện là phức tạp. Bridge đợc
dùng trong

trờng hợp đơn giản nhất, chẳng hạn nh kết nối giữa các
mạng LAN cùng

loại. Còn Router hoạt động ở mức cao hơn bridge vì nó
đảm nhận chức năng

chọn đờng cho các gói dữ liệu để đi đến đích.
Chơng ii Giao thức TCP/IP
Trong ch ơng này chúnh ta sẽ xem xét về chồng giao thức TCP/IP.
Đây

là giao thức đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trong kĩ thuật kết nối
mạng

máy tính. Chúng ta sẽ tìm hiểu về kiến trúc phân tầng của TCP/IP
cùng với

chức năng chính của chúng. Sau đó chúng ta sẽ tập trung xem xét
kĩ về các

giao thức chính trong lớp 3 (Internet Layer) và trong lớp 4
(Transport Layer)

của mô hình phân cấp này.

2.1 Sự thúc đẩy cho việc ra đời của TCP/IP
Giao tiếp thông tin đã trở thành nhu cầu không thể thiếu trong tất cả
mọi lĩnh vực hoạt động. Mạng máy tính tính ra đời phần nào đã đáp ứng
đợc

nhu cầu đó. Phạm vi lúc đầu của các mạng bị hạn chế trong một
nhóm làm

việc, một cơ quan, công ty trong một khu vực. Tuy nhiên thực
tế của của

những nhu cầu cần trao đổi thông tin trong nhiều lĩnh vực
khác nhau, về

nhiều chủ đề khác nhau, giữa các tổ chức, các cơ quan. là
không có giới hạn.

Vì vậy nhu cầu cần kết nối các mạng khác nhau của các tổ
chức khác nhau để

trao đổi thông tin là thực sự cần thiết. Nhng thật không
may là hầu hết các

mạng của các công ty, các cơ quan đều là các thực thể
độc lập, đợc thiết

lập để phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin của bản thân
các tổ chức đó. Các

mạng này có thể đợc xây dựng từ những kĩ thuật

phần cứng khác nhau để

phù hợp với những vấn đề giao tiếp thông tin của
riêng họ. Điều này chính là

một cản trở cho việc xây dựng một mạng
chung, bởi vì sẽ không có một kĩ

thuật phần cứng riêng nào đủ đáp ứng
cho việc xây dựng một mạng chung

thoả mãn nhu cầu ngời sử dụng.
Ngời sử dụng cần một mạng tốc độ cao để

nối các máy, nhng những
mạng nh vậy không thể đợc mở rộng trên những

khoảng cách lớn. Nhu
cầu về một kỹ thuật mới mà có thể kết nối đợc nhiều

mạng vật lý có cấu
trúc khác hẳn nhau là thật sự cần thiết. Nhận thức đợc
điều đó, trong quá trình phát triển mạng ARPANET của mình, tổ chức ARPA
( Advanced Research Projects Agency) đã tập trung nghiên cứu nhằm đa
ra

một kỹ thuật thoả mãn những yêu cầu trên. Kỹ thuật ARPA bao gồm
một

thiết lập của các chuẩn mạng xác định rõ những chi tiết của việc làm thế

nào
để các máy tính có thể truyền thông với nhau cũng nh một sự thiết lập
các

quy ớc cho kết nối mạng, lu thông và chọn đờng. Kỹ thuật đó
đợc phát

triển đầy đủ và đợc đa ra với tên gọi chính xác là TCP/IP
Iternet Protocol

Suit và thờng đợc gọi tắt là TCP/IP. Dùng TCT/IP
ngời ta có thể kết nối
đợc tất cả các mạng bên trong công ty của họ hoặc có thể kết nối giữa
các

mạng của các công ty, các tổ chức khác nhau, với nhau.
TCP/IP có một số đặc tính quan trọng sau:
Là bộ giao thức chuẩn mở và sẵn có, vì: nó không thuộc sở hữu của

bất cứ
một tổ chức nào; các đặc tả thì sẵn có và rộng rãi. Vì vậy bất kì ai cũng

có thể
xây dựng phần mềm truyền thông qua mạng máy tính dựa trên nó.
TCP/IP độc lập với phần cứng mạng vật lý, điều này cho phép TCP/IP

có thể
đợc dùng để kết nối nhiều loại mạng có kiến trúc vật lý khác nhau

nh:

Ethernet, Tokenring, FDDI, X25, ATM
TCP/IP dùng địa chỉ IP để định danh các host trên mạng tạo ra một

mạng
ảo thống nhất khi kết nối mạng.
Các giao thức lớp cao đợc chuẩn hoá thích hợp và sẵn có với ngời
dùng.
2.2 Cấu trúc phân lớp của TCP/IP
Nh ta đã nói ở phần trớc, TCP/IP cũng là mô hình mở để kết
nối

mạng. Nó cũng đợc thiết kế theo mô hình kiến trúc phân tầng tơng
tự nh

trong mô hình tham chiếu OSI ta đã trình bày ở chơng trớc. Bộ
giao thức

TCP/IP đợc thiết kế gồm bốn lớp đợc mô tả nh hình sau đây:
Mô hình phân lớp
Đối tợng đợc chuyển giữa các
lớp

Message or Streams
Transport Protocol Packets
IP Datagrams
Network-Specific Frames
Hình 2-1: Mô hình phân lớp của TCP/IP
Lớp ứng dụng (Application): Đây là lớp cao nhất trong cấu trúc phân
lớp của TCP/IP. Lơp này bao gồm tất cả các chuơng trình ứng dụng sử dụng
các dịch vụ sẵn có thông qua một TCP/IP internet.Các chơng trình ứng

dụng

tơng tác với một trong các giao thức của lớp Transport để truyền
hoặc nhận

dữ liệu. Mỗi chơng trình ứng dụng lựa chọn một kiểu giao
thức thích hợp

cho công việc của nó. Chơng trình ứng dụng chuyển dữ
liệu theo mẫu mà

lớp Transport yêu cầu.
Lớp vận chuyển (Transport): Nhiệm vụ trớc tiên của lớp Transport là

cung
cấp sự giao tiếp thông tin giữa các chơng trình ứng dụng. Mỗi sự giao

tiếp
đợc gọi là end-to-end. Lớp Transport cũng có thể điều chỉnh lu lợng
luồng thông tin. Nó cũng cung cấp một sự vận chuyển tin cậy, đảm bảo rằng
dữ liệu đến mà không bị lỗi. Để làm nh vậy, phần mềm giao thức hỗ trợ để
bên nhận có thể gửi lại các thông báo xác nhận về việc thu dữ liệu và bên gửi
có thể truyền lại các gói tin bị mất hoặc bị lỗi. Phần mềm giao thức chia dòng
dữ liệu ra thành những đơn vị dữ liệu nhỏ hơn (thờng đợc gọi là
các

Packets) và chuyển mỗi packet cùng với địa chỉ đích tới lớp tiếp theo để
tiếp

tục quá trình truyền dẫn.

Application
Transport
Internet
Network
Interface
Mặc dù hình 2-1 dùng một khối để biểu diễn cho lớp ứng dụng,
nhng

nói chung máy tính có thể có nhiều chơng trình ứng dụng truy
nhập vào

internet tại cùng một thời điểm. Lớp Transport phải chấp nhận dữ
liệu từ một

số chơng trình ứng dụng và gửi nó tới lớp tiếp theo thấp hơn.
Để làm nh

vậy nó thêm vào thông tin bổ sung cho mỗi packet, gồm cả các
mã định danh

chơng trình ứng dụng đã gửi nó và chơng trình ứng dụng
sẽ nhận nó, cũng

nh một tổng kiểm tra. Máy nhận sử dụng tổng kiểm tra để
thẩm tra gói tin đã
đến, và sử dụng mã đích để định danh chơng trình ứng dụng nó đợc
chuyển

phát đến.
Internet layer: Nh chúng ta vừa thấy, lớp Internet xử lý giao tiếp

thông tin từ một máy này tới một máy khác. Nó chấp nhận một yêu cầu để
gửi một gói từ từ lớp Transport cùng với một định danh của máy đích mà gói
tin sẽ đợc gửi tới. Nó sẽ bọc gói tin trong một IP Datagram, điền đầy
vào

trong phần header, sử dụng giải thuật chọn đờng để quyết định là giao
phát

gói tin trực tiếp hay là gửi nó tới một Router, và chuyển datagram tới
giao

diện phối ghép mạng thích hợp cho việc truyền dẫn. Lớp Internet cũng
xử lý

các Datagram đến, kiểm tra tính hợp lệ của chúng, và sử dụng giải
thuật

chọn đờng đẻ quyết định là datagram sẽ đợc xử lý cục bộ hay là
sẽ đợc

chuyển đi tiếp. Đối với các datagrams có địa chỉ đích cục bộ, thì
phần mềm

lớp internet sẽ xoá phần header của các datagram đó, và chọn
trong số các

giao thức lớp Transport một giao thức thích hợp để xử lý
packet. Trong lớp

Internet còn gửi các ICMP (Information Control

Message Protocol)và các

messages điều khiển khi cần thiết và xử lý tất cả
mọi ICMP Messages tới.
Host A
Application
Transport
Identical
message
Identical
packet
Router
R
Host B

Application
Transport
Internet
Identical
datagram
Internet
Identical
datagram
Internet
Network
Interface
Identical
frame
Network
Interface

Identical
frame
Network
Interface
Physcal net 1 Physcal net 2
Hình 2-2
Network Interface Layer: lớp thấp nhất của mô hình phân lớp TCP/IP,
chịu trách nhiệm về việc chấp nhận các IP datagrams và việc truyền phát
chúng trên một mạng xác định. Một giao diện phối ghép mạng có thể gồm
một bộ đièu khiển thiết bị (ví dụ nh khi mạng là mạng cục bộ mà máy
đợc

gắn nối trực tiếp tới) hoặc là một hệ thống con phức tápử dụng
giao thức

Data Link của bản thân nó( ví dụ khi mạng bao gồm các chuyển
mạch gói

giao tiếp với các host bằng giao thức HDLC).
Để hình dung sự hoạt động trong môi trờng phân lớp của TCP/IP
ta

hãy xét hình vẽ minh hoạ sau:
Nh hình 2-2 minh họa, việc giao phát message sử dụng hai
mạng

riêng biệt, một mạng cho việc truyền dẫn từ host A tới Router R, và
mạng kia

truyền dẫn từ Router R tới Host B.

Trong phần tiếp theo ta sẽ sâu tìm hiểu về lớp Internet và lớp Transport,
là hai lớp quan trong nhất trong mô hình phân lớp TCP/IP, thông các giao
thức đợc sử dụng trong hai lớp đó là: giao thức TCP, UDP cho lớp Transport
và giao thức IP, ICMP cho lớp Internet.
2.3 Các giao thức lớp Internet (Internet Protocol - IP)
Internet protocol (IP), là tên gọi giao thức lớp Internet định nghĩa các

phơng tiện giao phát unreliable, connectionless, và thờng đợc
biết
với cái tên tắt là IP. Trớc nhất, giao thức IP định nghĩa những đơn vị của
việc

truyền dữ liệu đợc dùng qua một mạng TCP/IP internet. Vì vậy, nó xác
định

chính xác khuôn dạng của tất cả dữ liệu khi nó đợc chuyển qua một
mạng

TCP/IP internet. Thứ hai, phần mềm IP thực hiện chức năng chọn
đờng để

chọn ra con đờng để gửi dữ liệu qua. Thứ ba, để thêm vào tính
chính xác các
đặc tả kĩ thuật của khuôn dạng dữ liệu và chọn đờng thông thờng, IP
gồm

có cả một tập các luật biểu hiện cho ý tởng của hệ thống giao phát
gói tin

unreliable. Các luật chỉ rõ việc làm thế nào để các hosts và các

Routers xử lý

các gói tin, làm thế nào và khi nào các thông báo lỗi sẽ đợc
phát đi, và các
điều kiện cho việc huỷ gói tin. IP là phần chủ yếu của thiết kế nên một mạng
TCP/IP internet đôi khi còn đ ợc gọi là một mạng dựa trên kĩ thuật IP
(IP-

based technology). Chúng ta sẽ lần lợt xem xét các vấn đế đợc đề cập
trong

IP.
2.3.1 Internet Datagram.
Có rất nhiều sự tơng tự giữa một mạng vật lý và một TCP/IP
internet.

Trên một mạng vật lý, đơn vị truyền là frame cái chứa một header
và dữ liệu,

phần header mang nhiều thông tin nh địa chỉ nguồn đích.
Internet gọi những
đơn vị truyền cơ sở của nó là Internet datagram (IP datagram ) hay đơn giản
là datagram.
Nh một khung mạng vật lý, một datagram đợc chia thành vùng header
và

vùng dữ liệu. Phần header cũng tơongtự frame, nó chứa địa chỉ nguồn
địa

chỉ đích và một trờng type dùng định danh nội dung của dtagram. Sự

khác
nhau là header của datagram chứa địa chỉ IP còn header của frame chứa địa

chỉ vật lý. Hình sau mô tả dạng tổng quát của một datagram.
Datagram Header Datagram Data
a) Khuôn dạng Datagram:
VERS
HLEN
Kiểu dịch vụ
Tổng độ dài
Identification
FLAGS
FRAGMENT OFFSET
TIME TO LIVE
PROTOCOL
HEADER CHECKSUM
Source IP Address
Destination IP Address
IP OPTION (IF ANY)
PADDING
DATA
.
Bởi vì qúa trình xử lý datagram là do phần mềm nên nội dung và khuôn
dạng không bị phụ thuộc bởi phần cứng. Ví dụ bốn bit trờng đầu
tiên

(VERS) chứa VERSION của giao thức IP đợc sử dụng để tạo
datagram.

Trờng này đợc sử dụng để thẩm tra rằng bên gửi bên nhận và

bất kỳ Router

nào trong số giữa chungs đồng ý về khuôn dạng của
datagram. Tất cả mọi

phần mềm IP đợc yêu cầu để kiểm tra trờng
VERSION trớc khi xử lý một

datagram để đảm bảo nó phù hợp với khuôn
dạng mà các phần mềm trông
đợi. Nếu chuẩn thay đổi, các máy sẽ loại bỏ các datagram cùng với các
VERSION giao thức khác với phiên bản của chúng, ngăn cản chúng hiểu sai
nội dung datagram theo các fomat quá cũ. (Tới thời điểm 1995 VERSION của
IP là 4) trờng độ dàI header (HLEN) cũng có bốn bits, đ a ra gia strị độ
dài

header của datagram đợc biểu diễn bởi từ 32 bits. Chúng ta se thấy tất
cả các

trờng trong header có một độ dàI cố định trừ trờng IP OPTION
và cacs

trờng PADDING tơng ứng. Header thông thờng nhất không
chứa các lựa

chọn (option ) và padding, giá trị 20 octets và có một trờng
độ dàI header

bằng 5.
Trờng TOTAL LENGTH đa ra độ dài của IP datagram đợc đo

bởi

octets, gồm cả các octets của phần header và dữ liệu. Kích thớc của
vùng dữ

liệu có thể tính toán bằng việc trừ đI chiều dàI của header (HLEN)
từ giá trị

của TOTAL LENGTH. Bởi vì trờng TOTAL LENGTH là 16 bits
nên giá trị

tối đa của gói tin IP là IP là 2
16
hay 65535 octets. Trong hầu hết
các ứng dụng,
đIũu này không phảI là một hạn chế nghiêm trọng. Nó có thể trở nên quan
trọng hơn trong tơng lai nếu các mạng có tốc độ cao hơn có thể mang
các

gói dữ liệu lớn hơn so với 65535 octets.
b) Kiểu datagram của dịch vụ và quyền u tiên trớc datagram.
Kiểu dịch vụ TOS (Type of service) đợc gọi một cách không chính
thức là trờng service type 8bits xác định làm thế nào datagram sẽ đợc xử
lý

và đợc phân ra 5 trờng nhỏ hơn (subfield) nh hình sau:
0 1 2 3 4 5 6 7
PRECEDENCE
D
T

R
UNUSER
Ba bits PRECEDENCE xác định quyền đi trớc của datagram với
giá

trị từ 0-7, cho phép ngời gửi chỉ rõ mức độ quan trọng của mỗi
datagram.

Mặc dù hầu hết các hosts và phần mềm Router bỏ qua kiểu dịch vụ
nhng nó

là một kháI niệm quan trọng bởi vì nó cung cấp một phơng
tiện có thể cho

phép thông tin đIũu khiển có quyền utiên trên dữ liệu. Ví
dụ nếu tất cả các

host và các Router tôn trọng quyền đI trớc thì nó có thể
thi hành các giảI

thuật đIũu khiển tắc nghẽn. Các bits D,T và R xác định
kiểu vận chuyển

datagram yêu cầu. Khi thiết lập bit D yêu cầu độ trễ thấp,
bit T yêub cầu độ

thông cao, và bit R nyêu cầu độ tin cậy cao. Dĩ nhiên nó
có lẽ không thể cho

một internet để đảm bảo kiểu vận chuyển đợc yêu cầu (

chẳng hạn nó có thể

là không có con đờng tới đích có quyền đợc yêu
cầu. Vì vậy chúng ta nghĩ

về yêu cầu vận chuyển nh một gợi ý cho các
giảI thuật chọn đờng, không

phảI nh một nhu cầu. Nừu một Router
không biết nhiều hơn một khả dụng

tới một đích cho trớc thì nó có thể sử
dụng trờng type of transport để lựa

chọn một kiểu với các đặc đIểm gần
vơí những mong muốn đó nhất. Ví dụ,

giảt sử một Router có thể chọn giữa
một đờng leased line dung lợng thấp

hoặc một kết nối vệ tinh băng
thông cao ( nhng trễ cao). Các datagram mang

Key Stroke từ một ngời
dùng tới một máy ở xa có bit D thiết lập đòi hỏi rằng

chúng chúng phảI
đợc giao phát càng nhanh cành tốt, trong khi các

datagrams mang một

file khối lợng lớn hơn có thể 7 bit thiết lập yêu cầu

rằng chúng đI qua
con đờng vệ tinh dung lợng cao.
Nó cũng rất quan trọng để nhận ra rằng các giảI thuật chọn đờng
phảI

chọn từ giữa các kỹ thuật mạng vật lý bên dới, vì mỗi kỹ thuật có
những đặc

tính trễ, đọ thông, và độ tin cậy riêng. Thờng một kỹ thuật cho
trớc tơng

ứng đặc tính cho một cái khác ( ví dụ: tốc độ thông cao thì trễ
lớn ). Vì vậy lý

tởng là để đa ra cho giải thuật chọn đờng một gợi ý
về những gì quan

trọng nhất, nó hiếm khi có nghĩa xác định cả 3 kiểu dịch
vụ.
Chúng ta quan tâm đặc tả kiểu giao vận nh là một gợi ý cho giải
thuật

chọn đờng, cái giúp nó lựa chọn giữa nhiều con đờng khác nhau để
tới một
đích dựa trên hiểu biết sủa nó về kỹ thuật phần cứng, sẵn có trên con đờng
đó. Một internet không đảm bảo kiểu vận chuyển đã yêu cầu.
c) Đóng gói các datagram.
Trớc khi chúng ta có thể hiểu các trờng hợp tiếp theo trong

một

datagram, sẽ là rất quan trọng để quyết dịnh làm thế nào các datagram
liên

quan tới các khung mạng vật lý. Chúng ta bắt đầu với câu hỏi:
Datagram có

thể lớn hơn mức nào . Không giống nh các frames mạng vật
lý, cái có thể

phải đợc nhận ra bởi phần cứng, các datagrams đợc xử lý
bằng phần mềm.

Chúng có thể có bất kỳ chiều dài nào mà ngời thiết
kế giao thức chọn.

Chúng ta đã thấy rằng khuôn dạng datagram hiện hiện
chỉ phân 16bits cho

trờng chiều dài tổng cộng nên giới hạn lớn nhất của
chiều dài datagram là
65535octets. Dù sao, giới hạn đó có thể đợc thay đổi ở version của giao thức
sau này.
Những giới hạn cơ bản hơn về kích thớc dfatagram nảy sinh từ thực
tế.

Chúng ta biết rằng, khi các datagram chuyển từ máy này tới máy khác,
chúng

phảI luôn đợc vận chuyển bằng mạng vật lý bên dới. Để thực hiện
việc vận

chuyển trong internet một cách hiệu quả, chúng ta phải bảo đảm
rằng mỗi

datagram qua mạng trong một frame vật lý phân biệt. Đó là
chúng ta muốn

cái nhìn trìu tợng về một packet mạng vật lý của chúng ta
ánh xạ trực tiếp ra

một packet thực nếu có thể.
Datagram
Header
Datagram Data Area
FRAME
Header
FRAME DATA AREA
Hình 2-2: Bọc gói tin trong IP một frame. Mạng vật lý coi toàn bộ datagram gồm cả
header nh là dữ liệu.
ý tởng về việc mang một datagram trong một frame mạng đợc gọi
là

encapsulation. Đối với mạng bên dới, một datagram giống nh
bất kỳ

messages nào khác đợc gửi từ một máy tới máy khác. Phần cứng
không

nhận ra đợc khuôn dạng datagram, cũng không hiểu đợc địa chỉ IP
đích. Vì

vậy, hình sau mô tả khi một máy gửi một IP datagram tới một máy
khác, toàn

bộ datagram đợc đặt vào phần dữ liệu của frame mạng.
d) Kích thớc datagram, network MTU và sự phân mảnh.
Trong trờng hợp lý tởng, toàn bộ IP datagram vừa khít trong
một

khung vật lý, việc thực hiện truyền dẫn qua mạng vật lý là hiệu quả.
Để có
đợc những hiệu quả nh vậy, những nhà thiết kế IP có thể đã lựa chọn
một

kích thớc datagram tối đa để một datagram sẽ luôn vừa trong một
frame.

Nhng kích thớc nào của frame sẽ đợc lựa chọn ?. Cuối cùng,
một

datagram có thể đi qua nhiều kiểu mạng vật lý khi nó chuyển qua
một

internet tới đích cuối cùng của nó.
Để hiểu đợc vấn đề, chúng ta cần yếu tố về phần cứng mạng: Mỗi
kỹ

thuật chuyển mạch gói đặt một giới hạn trên cố định trên một số lợng dữ

liệu

có thể đợc truyền trên một khung vật lý. Ví dụ Ethernet giới hạn việc
truyền

tối đa là 1500 octets dữ liệu, trong khi FDDI cho phép tới gần 4470
octets dữ

liệu / 1 frame. Chúng ta gọi những giới hạn này là MTU của
mạng

(Maximumn Transfer Unit). Kích cỡ MTU có thể hơi nhỏ: một số kỹ
thuật

phần cứng giới hạn truyền 128 octets hoặc ít hơn. Việc giới hạn các
datagram
để làm vừa vặn MTU nhỏ nhất trong Internet làm cho việc truyền có hiêụ quả
khi những datagram đó chuyển qua một mạng, cái có thể mang các frame cỡ
lớn hơn. Dù sao thì việc cho phép các datagram lớn hơn so với MTU mạng
nhỏ nhất trong một internet có nghĩa là một datagram có thể không phải lúc

nào cũng vừa vặn trong một frame mạng.
Host
A
Net 1
MTU=1500
R1
Net 2
R2
MTU=620

Host
B
Net 3
MTU=1500
Hình 2-3: Router R1 phân mảnh các datagrams lớn đ ợc gửi từ A tới B. R2
phân mảnh các datagrams từ B tới A.
Sự lựa chọn có thể là hiển nhiên: quan điểm của thiết kế internet là để ẩn đi
các kỹ thuật mạng bên dới và làm cho việc giao tiếp thuận tiện với
ngời

dùng. Vì vậy, thay vì việc thiết kế các datagram tôn trọng triệt để
những ràng

buộc của mạng vật lý, thì phần mềm TCP/IP chọn một kích
thớc datagram

khởi đầu tiện lợi và giúp phân chia các datagram lớn ra
các phần nhỏ khi

datagram cần đi qua một mạng có MTU nhỏ. Các phần
nhỏ của datagram
đợc chia gọi là phân mảnh (fragment), và quá trình phân chia đợc gọi
là

quá trình phân mảnh (fragmentation).
Hình 2-3 minh hoạ quá trình phân chia thờng xảy ra tại một
Router

nào đó dọc theo con đờng datagram đi từ nguồn tới đích. Router
nhận một

datagram từ mạng với một MTU lớn và phải gửi nó qua một mạng
có MTU

nhỏ hơn kích thớc của datagram. Trong hình vẽ, cả Host gắn trực
tiếp tới các

Ethernets có MTU là 1500 octest. Vì vậy cả 2 Hosts có thể
phát và gửi tới

kích thớc 1500 octests. Nhng con đờng giữa chúng là
một mạng với MTU

bằng 620. Nếu Host A gửi cho Host B một datagram
lớn hơn 620 octests,

Router R1 sẽ phân mảnh datagram đó. Tơng tự, nếu
B gửi 1 datagram lớn

hơn 620 tới A, R2 sẽ phân mảnh chúng.
DATAGRAM
HEADER
Data
1
600 octets
Data
2
600 octets
Data
3

200 octets
FRAGMENT 1
HEADER
Data
1
(a)
FRAGMENT 1 (offset 0)
FRAGMENT 2
HEADER
FRAGMENT 3
HEADER
D
at
a
3
Data
2
FRA
GM
ENT
600)
FRAGMENT 3 (offset 1200)
Hình 2-4: (a) Một datagram 1400 ocsets và (b) 3 mảnh cho mạng có MTU
bằng 620. Header 1 và 2 có thêm bit thiết lập phân mảnh. Các offset là các số octet
tính theo hệ 10 chúng phải đ ợc chia cho 8 để lấy giá trị đã cất giữ trong
fragment header.
Kích cỡ mảnh đ ợc chọn sao cho mỗi mảnh có thể đợc chuyển
qua

mạng bên dới một frame đơn. Hơn nữa, bởi IP đa ra offset của dữ

liệu là

bội số của 8 ocsets, nên kích thớc của mảnh phân đợc chọn là bội
số của 8.

Dĩ nhiên, việc chọn bội 8 là số gần với MTU của mạng nhất
thờng không

chia datagram thành các phần kích cỡ bằng nhau; phần
cuối cùng thờng

ngắn hơn những phần khác. Các mảnh phải đợc lắp
ráp lại để tạo ra 1 bản

sao đầy đủ của datgram ban đầu trớc khi nó có thể
đợc xử lý tại đích.
Giao thức IP Protocol không giới hạn kích thớc dới cho
datagram,

hay là đảm bảo rằng các datagram lớn hơn sẽ đợc giao phát mà
không cần

phân mảnh. Nguồn có thể chọn bất kỳ kích thớc datagram
mà nó cho là

thích hợp; việc phân mảnh và ráop lại diễn ra 1 cách tự động,
mà không cần

nguồn phải có một hành động gì. Đặc tả kỹ thuật IP chỉ rõ
rằng các Routers

phải chấp nhận các datagram phải có kích cỡ bằng các
MTU lớn nhấtcủa các

mạng chúng gắn nối tới. Hơn nữa, 1 Router phải luôn
luôn xử lý các datagram

lên tới 576 ocsets (các hosts cũng đợc yêu cầu
chấp nhận, và có thể tái lắp

ghép khi cần, các datagrams với ít nhất là 576
ocsets.)
Việc phân mảnh 1 datagram có nghĩa là phân chia nó thành một số
phần mảnh nhỏ hơn. Có thể sẽ làm bạn ngạc nhiên, đó là mỗi phần có cùng
một khuôn dạng nh datagram ban đầu. Hình 2-4 đã minh hoạ điều này.
Mỗi mảnh chứa một datagram header, nó lặp lại hầu hết thông tin của
datagram header ban đầu (trừ một bit trong trờng FLAGS để chỉ ra rằng
nó

là một mảnh) đợc theo sau bởi nhiều dữ liệu nh nó có thể đợc mang
trong

mảnh trong khi dữ tổng chiều dài nhỏ hơn MTU của mạng mà nó phải
đi qua.
e) Tái lắp ghép các mảnh.
Một Datagram sẽ đợc lắp ghép sau khi đi qua một mạng, hay là
các

mảnh sẽ đợc mang tới. Host cuối cùng trớc khi lắp ghép ?
Trong một

TCP/IP internet một khi một Datagram đã đợc phân mảnh thì
các mảnh sẽ
đi tới đích nh thể những Datagram riêng biệt cùng tới một đích cuối là
nơi

chúng phải đợc lắp ghép lại. Việc duy trì cho tất cả các mảnh cùng tới
một
đích cuối có hai bất lợi. Thứ nhất bởi vì các Datagram không đợc lắp
ghép

lại ngay lập tức khi chuyển qua một mạng có MTD nhỏ, nên các
mảnh nhỏ

phải đợc mang từ nơi phân mảnh tới đích cuối cùng. Việc lắp
ghép lại các

Datagrams tại đích cuối cùng có thể dẫn tới sự không hiệu quả,
dù là một số

trong các mạng vật lý đã gặp sau điểm phân mảnh có MTD lớn
hơn, trong khi

chỉ các phân mảnh nhỏ đi qua nó. Thứ hai, nếu bất kỳ
mảnh nào bị mất,

datagram không thể đợc lắp ghép lại đợc. Máy nhận
khởi tạo một bộ timer

lắp ghép khi nó nhận đợc một mảnh khởi đầu Nếu

timer hết hiệu lực trớc

khi tất cả các mảnh tới thì máy đang nhận sẽ huỷ
các gói mà không xử lý. Vì

vậy khả năng mà các datagram bị mất sẽ tăng khi
việc phân mảnh xảy ra, bởi

vì khi một mảnh bị mất thì coi nh cả datagram
bị mất.