Đề Tài Nghiên Cứu Về Công Nghệ MPLS

TổNG QUAN Về Đề TàI
Cùng với lịch sử phát triển của con ngời không thể không kể đến lịch sử
phát triển của mạng Internet. Khi các nghành khoa học tự nhiên cũng nh xã
hội phát triển với tốc độ rất cao thì yêu cầu thông tin không còn đơn thuần
chỉ là "click and see"(kích và đọc), hay dạo chơi thông thờng trên Web
Browser nữa mà phải đáp ứng những nhu cầu cao hơn: chất lợng dịch vụ cao
hơn và có tính kinh tế hơn. Khả năng triển khai các ứng dụng viễn thông và
công nghệ thông tin trên môi trờng IP là xu hớng tất yếu thì sự nhìn nhận để
chúng ta cần phải rất rõ ràng theo một định hớng đúng đắn để có thể nhanh
chóng bắt nhịp với sự phát triển của thế giới.Theo dự đoán thì đến năm 2004,
hơn 95% lu lợng truyền trên các mạng công cộng trên thế giới sẽ đợc tạo ra
từ các ứng dụng chạy trên IP.
Ngày nay với việc bùng nổ các dịch vụ giá trị gia tăng hứa hẹn một tơng
lai phát triển mạnh mẽ cho hệ thống mạng với các dịch vụ thời gian thực,
băng thông rộng nh VoIP, MPEG, Video Conferencing hay các dịch vụ liên
quan đến tính kinh tế, bảo mật, chất lợng dịch vụ cao nh mạng riêng
ảo(VPN- Virtual Private Network). Nhìn lại hệ thống mạng Internet hoàn
toàn là mạng công cộng, độ an toàn và mức đáp ứng dịch vụ cha cao. Nhiều
giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề trong mạng Internet nh IntServ,
DiffServ nhng cha giải quyết hoàn chỉnh về khả năng mở rộng, chất lợng
dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối, băng thông thấp...
Sự ra đời mạng backbone với Frame Relay, ATM đã nâng cao tốc độ
mạng WAN, giải quyết phần nào về băng thông, chất lợng dịch vụ. Mô hình
mạng backbone phát triển lúc này là "IP over ATM ", tức là sự kết hợp giữa
khả năng định tuyến linh hoạt của IP với sự đảm bảo về tốc độ và chất lợng
dịch vụ của ATM. Nhng khi một loạt các dịch vụ mới ra đời đòi hỏi sự linh
hoạt, khả năng mở rộng cao, dễ dàng đem lại lợi nhuận đã khiến cho mô hình
đó không còn thoả mãn nữa. Mặc dù ATM Forum đã phát triển mô hình đa
giao thức trên nền ATM ( MPOA- MultiProtocol Over ATM ) đáp ứng đa
dịch vụ nhng về bản chất vẫn cha giải quyết triệt để các vấn đề tồn tại với hệ
thống mạng mặt khác còn mang tính độc quyền. Đa giao thức chuyển mạch

nhãn- MultiProtocol Label Switching ra đời với sự lai ghép (hybrid), kết hợp
tính linh hoạt của giao thức lớp 3 IP với tốc độ chuyển mạch cao, đảm bảo
chất lợng dịch vụ QoS, và khả năng điều khiển lu lợng tốt của giao thức lớp 2
điển hình là ATM. MPLS đã giải quyết tốt các vấn đề trong backbone mạng
với việc ánh xạ trên tất cả các hệ thống lớp 2 trớc đó nh PPP, FR, ATM... mở
ra thời kì mới cho sự phát triển đa dịch vụ và các dịch vụ giá trị gia tăng trên
nền tảng backbone đó.

1


Do đó, việc tìm hiểu, nghiên cứu về công nghệ MPLS đang trở thành một
vấn đề cấp thiết, đặc biệt là đối với những ngời làm networking. Công nghệ
mạng ngày nay và trong tơng lai đang hội tụ về các công nghệ u việt nhất ở
các lớp 3,2,mộtlà IP, ATM và Optical.Trong khuôn khổ đồ án này sẽ trình
bày một cách cơ bản về IP, ATM,đặc biệt là những u điểm của chúng đã đợc
ứng dụng vào công nghệ MPLS và phần chính sẽ giới thiêụ về chuyển mạch
nhãn đa dịch vụ MPLS, ứng dụng của nó trong mạng diện rộng.
Nội dung cơ bản của các chơng nh sau:
Chơng 1: Giao thức Internet.
Trong phần này đề cập tới khái niệm về mô hình OSI, mặc dù đợc đề cập ở
nhiều tài liệu và đồ án nhng cần thiết nhắc lại do tính quan trọng và sự cần
thiết đối với bất kì ngời thiết kế hay quản lí mạng nào. Tiếp theo sẽ trình bày
sơ lợc về bộ giao thức TCP/IP một bộ giao thức lớn nhất và quan trọng
nhất về mạng cũng nh một số vấn đề cơ bản về IP nh địa chỉ,định dạng gói
Một phần quan trọng thể hiện tính linh hoạt và khả năng scalable trong IP
truyền thống là chức năng định tuyến lớp 3. Trong phần đồ án này không
quan tâm tới việc phân chia các phơng pháp định tuyến mang tính lí thuyết
( chẳng hạn các loại mô hình tập trung, phân tán, ngẫu nhiên ...) mà sự phân
chia gắn liền với mô hình thiết kế thực tế; giao thức định tuyến trong một

vùng tự trị (AS - autonomous system): RIP, OSPF, IGRP, EIGRP (IGRP và
EIGRP là các giao thức định tuyến của Cisco), IS-IS và giao thức định tuyến
giữa các AS :BGP. So sánh u nhợc điểm của giao thức định tuyến theo vec tơ
khoảng cách ( distance vector) và trạng thái liên kết ( link-state), sự kết hợp
hai kiểu giao thức này để tạo ra giao thức định tuyến kiểu "path vector"-BGP.
Phần tiếp theo đề cập tới mảng quan trọng và cũng là vấn đề đợc quan tâm
nhiều hiện nay là chất lợng dịch vụ ( QoS). Chất lợng dịch vụ kiểu "besteffort" ngày nay không đáp ứng đợc các dịch vụ giá trị gia tăng và các ứng
dụng dịch vụ thời gian thực đang phát triển mạnh mẽ. Sự ra đời của các mô
hình để đảm bảo cho vấn đề QoS nh: mô hình IntServ ( dựa trên RSVP),
DiffServ ( cung cấp các lớp dịch vụ thông qua việc sử dụng các bits ToS
trong phần tiêu đề IP v4) và MPLS ( một kỹ thuật mới với nhiều đặc tính
nổi bật đảm bảo cho vấn đề QoS và giải quyết các vấn đề yêu cầu mạng đang
trở nên cấp thiết). Các mô hình này đặc trng cho sự quản lí gói dữ liệu trên

2


từng hop ( cách đối xử QoS trên từng router hoặc chuyển mạch ). Nêu ra mô
hình kết hợp thiết kế cả IntServ và DiffServ vào trong mạng nh thế nào.
Chơng 2: Mạng Internet ngày nay.
Chơng này sẽ trình bày một cách chung nhất về các vấn đề trong mạng IP
hiện đại nh vấn đề về topology,về giao thức định tuyến, quản lý lu lợng và
điều khiển luồng.Những vấn đề này trong mạng IP đang phải đối mặt với
không ít vấn đề bất cập nh vấn đề tối u hoá cấu hình mạng, tăng tốc độ
chuyển mạch, đơn giản hoá việc định tuyến và đặc biệt là việc giải quyết
mâu thuẫn về hiệu quả kinh tế giữa việc áp dụng công nghệ mới và sự thừa
kế cơ sở hạ tầng sẵn có.Chơng này cũng sẽ giới thiệu các giải pháp và xu hớng mạng trong tơng lai theo nhận định của các công ty viễn thông hàng đầu
trên thế giới, qua đó, đa ra các ứng dụng thế hệ tiếp theo nh vấn đề triển khai
các dịch vụ băng rộng, vấn đề tích hợp Voice và Video, mạng riêng ảo- một
giải pháp nâng cao tính bảo mật và tiết kiệm chi phí cho các mạng doanh

nghiệp.
Chơng 3: Cơ bản về ATM
Khi nhu cầu mạng phát triển đến nỗi mạng IP truyền thống không còn đáp
ứng tốt cho các yêu cầu dịch vụ thì công nghệ ATM đợc áp dụng để tạo ra
backbone chuyển mạch tốc độ cao, băng thông rộng, đảm bảo chế độ QoS,
hỗ trợ tốt cho các dịch vụ thời gian thực và các dịch vụ đòi hỏi băng thông.
Phần này chỉ giới thiệu sơ lợc kiến thức cơ bản về ATM, tại sao phải phân
chia tải thành các tế bào có độ dài cố định là 53 bytes. Khi lựa chọn kích thớc tế bào ngời ta quan tâm tới hiệu suất, độ trễ nhiều hơn do ATM đợc thực
hiện trên nền truyền dẫn chất lợng không cao vì thực ra với hệ thống truyền
dẫn tốt, gói có kích thớc thay đổi hiệu quả hơn gói có kích thớc cố định-Xem
chi tiết tính toán trong phần ATM, các mặt phẳng quản lí của ATM và nhìn
từ khía cạnh ứng dụng trong mạng ISDN băng rộng nh thế nào, tính năng
đảm bảo chất lợng dịch vụ và khả năng traffic engineering ra sao. Trong chơng này đặc biệt nhấn mạnh đến các kết nối ảo VCC,VPC liên quan trực tiếp
đến các trờng VCI,VPI trong khuôn dạng gói ATM, sẽ đợc thừa kế trong
MPLS .Tơng tự nh vậy, vấn đề địa chỉ, báo hiệu và quản lý lu lợng cũng đợc
nghiên cứu nh là nền tảng của công nghệ MPLS .

3


Chơng 4: IP over ATM và con đờng dẫn đến MPLS .
Trình bày giải pháp IP trên ATM kinh điển (Classical IP over ATM ) theo
khuyến nghị của IETF. Kiến trúc này là một nhóm các trạm ATM đợc chia
thành các mạng con IP logic ( LIS Logical IP Subnet ),đợc nối kết với
nhau qua các bộ định tuyến. Mỗi LIS có một máy chủ ATMARP để phân
giải địa chỉ IP và ATM. Không có một dịch vụ quảng bá ( Broadcast ) nào
bên trong một LIS .Trong kiến trúc này, các node bên trong các LIS khác
nhau phải liên lạc với nhau qua các bộ định tuyến ngay cả khi chúng đợc kết
nối trực tiếp với nhau.Ngoài ra, còn trình bày giao thức NHRP ( Next Hop
Resolution Protocol ) để đối phó với vấn đề phải đi qua các bộ định tuyến

giữa các LIS . Mục tiêu ở đây là tìm một lối ra trong vùng ATM trong vùng
gần với nơi nhận nhất và nhận đợc địa chỉ ATM của nó. Các máy chủ NHRP
trao đổi với nhau để tìm ra lối ra gần với nơi nhận nhất.
Kiến trúc LANE ( LAN Emulation ) đợc ATM Forum khuyến nghị và là
một trong những nỗ lực đầu tiên để có thể chạy IP trên ATM .Giải pháp này
nhằm tạo ra các ATM LAN trông giống nh một tập các mạng LAN dùng
chung môi trờng logic đợc kết nối với nhau qua các bộ định tuyến . một
mạng LAN dùng chung đợc giả lập bằng cách thiết lập một nhóm đa truyền
thông ATM ( ATM multicast ) giữa tất cả các node thuộc cùng một mạng
LAN logic. Để dữ liệu đợc truyền giữa các node, một máy chủ phân giải địa
chỉ đợc sử dụng để dịch địa chỉ MAC thành địa chỉ ATM và sau đó , một
kênh ảo điểm nối điểm đợc thiết lập giữa các node này. Các bất lợi chính của
giải pháp này chính là việc sử dụng các bộ định tuyến để truyền dữ liệu bên
trong cùng một mạng ATM LAN vật lý và các máy chủ chính là điểm gây sự
cố.
Kiến trúc MPOA ( MultiProtocol Over ATM ) là sự mở rộng của LANE.
LANE dùng NHRP để phân giải địa chỉ ATM của lối ra gần với nơi nhận
nhất và cung cấp kết nối lớp 3 trực tiếp thông qua một phần tử chuyển mạch
ATM . MPOA hoạt động vừa ở lớp 2,vừa ở lớp 3. Nó cũng bao gồm các giao
thức để tái tạo lại các máy chủ và phân bố cơ sở dữ liệu cho các lý do dung lợng và tính sẵn có.
Ngoài ra, chơng này còn giới thiệu sơ lợc về các giải pháp IFMP và GSMP
của hãng Ipsilon. Các công nghệ này nhằm mục đích làm cho IP nhanh hơn
và hỗ trợ chất lợng dịch vụ nhờ việc loại bỏ phần mềm của ATM có tính kết

4


nối (connection-oriented ) một cách trực tiếp trên đỉnh của phần cứng ATM .
Giải pháp này nhằm tận dụng tính đột biến và khả năng mở rộng phạm vi của
các bộ chuyển mạch ATM . Chuyển mạch IP của Ipsilon là ứng dụng chuyển

mạch IP đợc điều khiển bằng luồng.
Các giải pháp IP trên ATM nêu trên đều có nhợc điểm là khả năng mở
rộng (scalability), khả năng quản lí kém, không tận dụng đợc sự linh hoạt
của IP và đặc tính QoS của ATM. Nhu cầu xây dựng mạng IP trên ATM nh
thế nào để kết hợp tốt hai tính chất trên đã dẫn đến sự ra đời của mô hình
MPLS . Công nghệ này đã cải tiến việc định tuyến về mặt băng thông, nâng
cao khả năng mở rộng phạm vi, hỗ trợ các chức năng định tuyến mới và đa
truyền thông ( multicast ),có sự phân cấp về kiến trúc định tuyến và sự điều
khiển định tuyến mềm dẻo.
Chơng 5: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .
Sự hạn chế trong mạng IP, ATM, và cấu trúc mạng IP over ATM chính là
lí do dẫn đến sự ra đời của MPLS dới sự nỗ lực của một nhóm làm việc đợc
thành lập trong IETF nhằm tiêu chuẩn hoá một giải pháp chuyển mạch và
định tuyến tích hợp.Công nghệ MPLS đợc xem xét nh là một giải pháp sẽ trợ
giúp các nhà cung cấp dịch vụ Internet ( ISP- Internet Service Provider) triển
khai các dịch vụ định tuyến IP theo một kiểu đợc điều khiển và có thể mở
rộng hơn trên các giao thức lớp 2 đã tồn tại nh ATM, Frame Relay
( Chuyển tiếp khung ) hay PPP ( Point to Point Protocol ).Và dù có hay
không có cơ sở hạ tầng lớp 2, việc sử dụng các nhãn để chuyển gửi các gói
thông qua mạng tạo ra nhiều khả năng lý thú để hớng các luồng lu lợng chảy
qua các node và các tuyến truyền dẫn cụ thể. Có lẽ chính việc điều khiển lu
lợng chứ không phải hiệu suất hay khả năng mở rộng sẽ dành nhiêù hứa hẹn
nhất choMPLS.
Phần này cũng sẽ trình bày về các thao tác xử lý nhãn, giao thức phân bố
nhãn LDP ( Label Distribution Protocol ), nguyên tắc hoạt động cũng nh các
thành phần cơ bản trong mạng MPLS - đó là thành phần chuyển gửi
( Forwarding Component ) và thành phần điều khiển ( Control Component ).
Tiếp đến là phần QoS trong MPLS, sự tích hợp mạng DiffServ đã tồn tại
vào mạng MPLS với hai giải pháp: sử dụng các nhãn để phân phối cho các
lớp dịch vụ tơng ứng với các lớp dịch vụ đánh dấu trong trờng ToS hoặc ánh

5


xạ các lớp dịch vụ này vào trong trờng EXP của nhãn MPLS ( khi đó độ mịn
sẽ giảm đi do trờng EXP chỉ có 3 bit mã hoá 8 khả năng trong khi 6 bit trong
trờng ToS mã hoá tới 26=64 khả năng lớp dịch vụ ). MPLS và DiffServ đều
cùng cách để đạt đợc tính mở rộng mạng đó là tập hợp lu lợng từ ngoài biên (
edge ) và xử lí trong lõi mạng ( core ) làm giảm cơ chế báo hiệu phức tạp và
lu lợng báo hiệu trong mạng.
Phần tiếp theo đề cập tới kỹ thuật lu lợng. Traffic engineering trở thành
một công cụ cực kì quan trọng cho các ISP khi họ phải đối mặt với tốc độ
tăng rất nhanh của lu lợng Internet. Để có thể hiểu traffic engineering và vai
trò của nó trong việc hỗ trợ cho sự phát triển tơng lai của Internet, phần này
đây mô tả traffic engineering truyền thống đợc thực hiện trong vùng core mà
dựa trên cơ sở các router. Sau đó đi sâu hơn vào các kỹ thuật , lợi ích, và
các hạn chế của traffic engineering khi nó thực hiện trong các mạng overlay
là ATM và FR. Và sau khi đã giới thiệu các giải pháp đã triển khai phổ biến
ngaỳ nay, phần này sẽ giới thiệu kết quả mới mà đặc biệt thiết kế trên môi trờng mạng quang vùng core nh các giao tiếp DWDM, OC- 48 và OC-192, IP
trên SONET, IP over glass, và các router vùng backbone Internet tạo nên cơ
sở hạ tầng của vùng core. Phần cuối cùng mô tả các kỹ thuật điển hình
MPLS và RSVP.
Yêu cầu chủ yếu đối với các ISP là đảm bảo cho khách hàng sự thoải mái
và duy trì sự tăng trởng của tốc độ cao. Điều này yêu cầu một ISP cung cấp
một số các mạch với các băng thông khác nhau trên một vùng địa lí. Nói
cách khác, ISP phải triển khai một topo vật lí mà đạt đợc sự cần thiết của các
khách hàng kết nối tới mạng của nó. Sau khi mạng đợc triển khai, ISP phải
ánh xạ các luồng lu lợng khách hàng lên topo vật lí. Trong đầu những năm
90, việc ánh xạ các luồng lên topo vật lí không tiến đến con đờng có tính
khoa học riêng biệt. Thay vì đó, việc ánh xạ xảy ra nh một sản phẩm của cấu
hình định tuyến: các luồng lu lợng đơn giản theo tính toán đờng ngắn nhất

bởi IGP của ISP. Ngày nay, khi các mạng ISP lớn hơn, các mạch hỗ trợ IP
tăng nhanh hơn, và các yêu cầu của các khách hàng trở nên lớn hơn, sự ánh
xạ của các luồng lu lợng trên các topo vật lí cần thiết tiến đến cách khác cơ
bản để tải đa ra có thể đợc hỗ trợ theo cách hiệu quả và có điều khiển. Phần
này cũng so sánh hai giao thức báo hiệu đa ra cho MPLS là RSVP mở rộng
và CR-LDP.

6


Chơng 6: Tích hợp MPLS vào mạng ATM truyền thống.
Đa ra các các mô hình tích hợp MPLS và ATM: Hoạt động độc lập giữa
ATM và MPLS trên cùng chuyển mạch ATM ( Kiểu "Ship in the night"),
hoặc bỏ hẳn mặt phẳng điều khiển của ATM ( không sử dụng giao thức báo
hiệu PNNI ) mà sử dụng hoàn toàn giao thức mới cho MPLS ( CR- LDP hoặc
RSVP mở rộng- Xu hớng nghiêng về sử dụng CR- LDP hơn do cơ chế báo
hiệu ít cồng kềnh và việc mở rộng của RSVP để hỗ trợ cho ER-LSP là khá
phức tạp, không có tính scalable). Khi sử dụng IP+ATM thì có một số trờng
hợp xảy ra nh vấn đề sử dụng không gian nhãn là VPI, VCI hay kết hợp VCI
với VPI. Thờng sử dụng không gian VCI làm nhãn tuy nhiên cần chú ý tới sự
gộp VC sẽ làm tăng yêu cầu bộ đệm: ba giải pháp đa ra giải quyết vấn đề gộp
VC. (Với VC merging: vấn đề xảy ra là các tế bào của các gói khác nhau
không đợc xen kẽ vào nhau. Đây là nguyên nhân gây ra yêu cầu bộ đệm cao
và 3 phơng pháp đề xuất là cơ chế điều khiển luồng, RED và tăng tốc độ liên
kết đầu ra chuyển mạch với các hình so sánh thực tế). Nêu ra một số sản
phẩm của Cisco hỗ trợ IP+ATM nh họ BPX 8600, các bộ tập trung MGX
8802, 8808...
Chơng 6: Thiết kế mạng backbone với MPLS.
Nêu ra các bớc trong việc thực hiện thiết kế một mạng với backbone là
MPLS:

Lựa chọn kiến trúc cho mạng MPLS.
Lựa chọn thiết bị MPLS cho ATM.
Thiết kế mạng MPLS.
Kiến trúc các liên kết của một mạng MPLS.
Định tuyến IP trong mạng MPLS.
Kiến trúc không gian nhãn VC trong MPLS.
Phát triển mạng.
Ngoài ra các bớc thiết kế khác yêu cầu nh CoS, MPLS VPNs, kỹ thuật lu
lợng, và các dịch vụ khác của IP.
Và cuối cùng là mô hình mạng tổng thể.
Công nghệ MPLS là một công nghệ mới, một số khía cạnh còn cha đợc
định nghĩa một cách thống nhất và hoàn chỉnh .Trong đồ án này, em cố gắng
đa ra những thông tin mới nhất và đầy đủ nhất theo tài liệu của các nhà cung
cấp nhng do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức nên phần đồ án của em

7


mới chỉ dừng lại ở mức độ nhất định, việc trình bày không khỏi còn mắc phải
những thiếu sót, rất mong sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn.
Hớng phát triển là tiếp tục nghiên cứu tích hợp mạng riêng ảo VPN, xây
dựng đa dịch vụ trên backbone MPLS và phát triển một dạng đa giao thức
chuyển mạch nhãn khác là Multi Protocol Lamda Switching.

8


CHƯƠNG 1. TổNG QUAN Về GIAO THứC INTERNET.

1.1. Mô hình OSI .

Mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI (Open System Interconnection
Reference Modul ) là mô hình kiến trúc mạng đợc phát triển bởi ISO và ITUT. Mô hình này bao gồm 7 tầng, mỗi tầng có một chức năng mạng xác định
chẳng hạn đề địa chỉ ( addressing ), điều khiển luồng, điều khiển lỗi, bọc gói
( encasulation ), và truyền băng thông một cách tin cậy.
Mô hình OSI cung cấp một số chức năng:
Cung cấp một cách để hiểu các hoạt động internetwork.
Đáp ứng nh một đờng lối chỉ đạo hay một framework cho việc thiết kế và
thực hiện các tiêu chuẩn, thiết bị, và các lợc đồ internetworking.
Một số thuận lợi của việc sử dụng môt mô hình phân tầng: Cho phép chia
ra các khía cạnh liên quan của hoạt động mạng vào trong các yếu tố
(element) ít phức tạp hơn.
Cho phép ngời thiết kế chuyên môn hoá và phát triển theo các chức năng
theo kiểu modul.
Cung cấp khả năng định nghĩa các giao tiếp chuẩn cho tính tơng thích
"plug and play" và tích hợp multi-vendor.
Trong mô hình OSI, bốn tầng duới định nghĩa cách cho các trạm cuối thiết
lập các kết nối với nhau để trao đổi dữ liệu. Ba tầng trên định nghĩa các ứng
dụng trong phạm vi các trong cuối sẽ giao tiếp với nhau và với các users nh
thế nào. Tóm tắt chức năng và các chuẩn của từng tầng nh sau:

1.1.1. Tầng vật lý ( Physical Layer ) :
Theo định nghĩa của ISO, tầng vật lý cung cấp các phơng tiện điện, cơ, các
chức năng, thủ tục để kích hoạt, duy trì và giải phóng liên kết vật lý giữa các
hệ thống .
ở đây, thuộc tính điện liên quan đến sự biểu diễn các bit ( các mức thế
hiệu ) và tốc độ truyền các bit, thuộc tính cơ liên quan đến các tính chất vật
lý của các giao diện với đờng truyền ( kích thớc, cấu hình ).Thuộc tính chức
năng chỉ ra các chức năng đợc thực hiện bởi các phần tử của giao diện vật lý,
giữa một hệ thống và đờng truyền, và thuộc tính thủ tục liên quan đến giao

thức điều khiển viển việc truyền các chuỗi bít qua đờng truyền vật lý.
Khác với các tầng khác, tầng vật lý là tầng thấp nhất giao diện với đờng
truyền không có PDU ( Protocol Data Unit ), không có phần header chứa
9


thông tin điều khiển ( PCI- Protocol Control Information ), dữ liệu đợc
truyền đi theo dòng bit ( bit stream ). Do đó, giao thức cho tầng vật lý không
xuất hiện với ý nghĩa giống nh các tầng khác. Các đặc tả về các hoạt động
của các loại DCE với các DTE đợc đa ra bởi nhiều tổ chức chuẩn hoá nh
CCITT, EIA ( Electronic Industries Association ) và IEEE Ngoài ra, ISO
cũng công bố các đặc tả về các đầu nối cơ học để nối kết giữa các DCE và
DTE. Các khuyến nghị loại X và loại V của CCITT là các chuẩn đợc sử dụng
phổ biến nhất trên thế giới nh X.21, X.2mộtbis, X.211, X.26, V.24,
V.28,V.35,V.36, tơng ứng là các chuẩn RS của EIA nh RS 232 C,
RS 422 A, RS 423 A, RS 449

1.1.2. Tầng liên kết dữ liệu ( Data Link Layer ):

Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phơng tiện để truyền thông tin qua lớp
liên kết vật lý đảm bảo độ tin cậy thông qua các cơ chế đồng bộ, kiểm soát
lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu.
Cũng giống nh tầng vật lý, có rất nhiều giao thức đợc xây dựng cho tầng
liên kết dữ liệu . Các giao thức này lại đợc chia thành 2 loại: dị bộ
( asynchronous ) và đồng bộ ( synchronous ), trong đó, loại đồng bộ lại
chia thành 2 nhóm là hớng ký tự ( character- oriented ) và hớng bit ( bitoriented ).
Các giao thức hớng ký tự đợc dùng cho các ứng dụng điểm- điểm
( point to point ) lẫn điểm- đa điểm( point to multipoint ). Giaothức loại
này có thể đáp ứng cho các phơng thức khai thác đờng truyền khác nhau: đơn
công ( simplex ), bán song công ( half- duplex ) hay song công ( fullduplex ).

Đối với phơng thức đơn công, giao thức hớng ký tự đợc dùng rộng rãi nhất
là giao thức truyền tệp Kermit do trờng đại học Columbia đề xuất. Kermit có
nhiều phiên bản ho phép truyền tệp giữa hai PC hoặc giữa một PC và một
máy chủ ( file server ) hoặc một máy trạm ( mainframe ).
Đối với phơng thức bán song công, giao thức hớng ký tự nổi tiếng nhất
chính là BSC ( Binary Synchronous Control ) của IBM. Giao thức này đã đợc
ISO lấy làm cơ sở để xây dựng giao thức hớng ký tự chuẩn quốc tế với tên
gọi Basic Mode.
Có rất ít giao thức hớng ký tự đợc phát triển cho phơng thức song công.Ví
dụ điển hình trong số này là giao thức giữa các nút chuyển mạch trong mạng
arpanet nổi tiếng của bộ quốc phòng Mỹ.
Giao thức quan trọng nhất của tầng liên kết dữ liệu là giao thức hớng bit
HDLC ( High- level Data Link Control ) quy định bởi các chuẩn ISO 3309 và
ISO 4335, đợc sử dụng cho cả trờng hợp điểm- điểm và điểm- đa
điểm.Nó cho phép khai thác song công trên các đờng tuyền vật lý.Từ
HDLC, ngời ta cải biên thành nhiều giao thức khác nh là LAP ( Link Access
10


Procedure ) và LAP-B ( LAP- Balanced ) tơng ứng với phơng thức trả lời dị
bộ trong bối cảnh không cân bằng và cân bằng, LAP-D ( LAP, D Channel )
cho phép các DTE truyền thông với nhau qua kênh D của nó trong mạng
ISDN, hay nh các giao thức SDLC ( Synchronous Data Link Control )
của IBM và ADCCP ( Advanced Data Communication Control Procedure )
của ANSI.
Ngoài ra,tầng liên kết dữ liệu còn đợc chia ra làm 2 lớp là MAC ( Media
Access Control ) và LLC ( Logical Link Control ).
Nh vậy, các chức năng của lớp 2 bao gồm : tạo khung dữ liệu để truyền
trên các đờng vật lý, truy nập các phơng tiện nhờ các địa chỉ MAC , phát
hiện lỗi ( nhng không sửa đợc lỗi ).

Từ những sự phân tích trên, có thể nhận thấy các công nghệ ATM, FR,
X.25 là các công nghệ lớp 2 .

1.1.3. Tầng mạng ( Network Layer ):

Cấu trúc của tầng mạng đợc nhiều chuyên gia đánh giá là phức tạp nhất
trong tất cả các tầng của mô hình OSI .Tầng mạng cung cấp phơng tiện để
truyền các đơn vị dữ liệu qua mạng hay liên mạng. Bởi vậy, nó phải đáp ứng
nhiều kiểu cấu hình mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạng khác
nhau. Các dịch vụ và giao thức cho tầng mạng phải phản ánh đợc tính phức
tạp đó. Hai chức năng chủ yếu của tầng mạng là định tuyến ( Routing ) và
chuyển tiếp ( Relaying ). Mỗi node trong mạng đều phải thực hiện các chức
năng này, do đó, chúng phải ở trên tầng liên kết dữ liệu để cung cấp một dịch
vụ trong suốt đối với tầng giao vận. Kỹ thuật định tuyến là một lĩnh vực
phức tạp và đa dạng sẽ đợc nghiên cứu kỹ hơn ở phần định tuyến của IP
cũng nh của MPLS .
Ngoài 2 chức năng quan trọng và đặc trng nói trên, tầng mạng còn thực
hiện một số chức năng khác mà chúng ta cũng thấy có ở nhiều tầng nh thiết
lập, duy trì và giải phóng các liên kết logic ( cho tầng mạng ), kiểm soát lỗi,
kiểm soát luồng dữ liệu, dồn/phân kênh, cắt/hợp dữ liệu
Công nghệ IP là một công nghệ tiêu biểu và u việt nhất của tầng mạng,
cho nên, hiện tại và trong tơng lai, các công nghệ ở các lớp khác đều phải
tiến tới cải tiến tới để tối u trong sự liên tác với IP và MPLS cũng không nằm
ngoài xu hớng chung đó.

1.1.4. Tầng giao vận ( Transport Layer ):
Trong mô hình OSI, 4 tầng thấp quan tâm đến việc truyền dữ liệu qua các
hệ thống đầu cuối ( end systems ) qua các phơng tiện truyền thông còn 3
tầng cao tập trung đáp ứng các yêu cầu và các ứng dụng của ngời sử dụng.
Tầng giao vận là tầng cao nhất của 4 tầng thấp, nhiệm vụ của nó là cung cấp

dịch vụ truyền dữ liệu sao cho các chi tiết cụ thể của các phơng tiện truyền
11


thông đợc sử dụng ở bên dới trở nên trong suốt đối với các tầng cao. Nói
cách khác, có thể hình dung tầng giao vận nh một bức màn che phủ toàn
bộ các hoạt động của các tầng thấp bên dới nó. Dođó, nhiệm vụ của tầng
giao vận là rất phức tạp. Nó phải đợc tính đến khả năng thích ứng với một
phạm vi rất rộng các đặc trng của mạng. Chẳng hạn, một mạng có thể là
connection-oriented hay connectionless, có thể là đáng tin cậy ( reliable)
hay không đáng tin cậy ( unreliable )Nó phải biết đ ợc yêu cầu về chất lợng
dịch vụ của ngời sử dụng, đồng thời, cũng phải biết đợc khả năng cung cấp
dịch vụ của mạng bên dới. Chất lợng của các loại dịch vụ mạng tuỳ thuộc
vào loại mạng khả dụng cho tầng giao vận và cho ngời sử dụng.
Các giao thức phổ biến của tầng giao vận là TCP, UDP, SPX

1.1.5. Tầng phiên ( Session Layer ):

Nhiệm vụ của tầng phiên là cung cấp cho ngời sử dụng các chức năng cần
thiết để quản trị các phiên ứng dụng của họ, cụ thể nh sau :
Điều phối việc trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng bằng cách thiết lập và
giải phóng ( một cách logic ) các phiên ( hay còn gọi là các hội thoạidialogues ).
Cung cấp các điểm đồng bộ hoá để kiểm soát việc trao đổi dữ liệu.
áp đặt các quy tắc cho các tơng tác giữa các ứng dụng của ngời sử dụng.
Cung cấp cơ chế nắm quyền trong quá trình trao đổi dữ liệu.
Việc trao đổi dữ liệu có thể thực hiện theo một trong 3 phơng thức : đơn
công, bán song công hay song công. Với phơng thức song công, cả hai bên
đều có thể đồng thời gửi dữ liệu đi. Một khi phơng thức này đã đợc thoả
thuận thì không đòi hỏi phải có nhiệm vụ quản trị tơng tác đặc biệt nào. Có
lẽ đây làphơng thức hội thoại phổ biến nhất. Trong trờng hợp bán song công

thì sẽ nẩy sinh vấn đề hai thực thể phải thay nhau nắm quyền sử dụng phiên
để gửi dữ liệu đi. Trờng hợp đơn công thì nói chung ít xẩy ra nên cácchuẩn
của ISO không xét đến phơng thức này.
Vấn đề đồng bộ hoá trong tầng phiên đợc thực hiện tơng tự nh cơ chế
điểm kiểm tra/phục hồi ( checkpoint/restart ) trong một hệ quản trị tệp.
Dịch vụ này cho phép ngời sử dụng xác định các điểm đồng bộ hoá trong
dòng dữ liệu vàcó thể khôi phục việc hội thoại bắt đầu từ một trong các điểm
đó.
Một trong những chức năng quan trọng nhất của tầng phiên là đặt tơng
ứng các liên kết phiên với các liên kết giao vận, có trờng hợp một liên kết
giao vận đảm nhiệm nhiều liênkết phiên liên tiếp hoặc một liên kết phiên sử
dụng nhiều liên kết giao vận liên tiếp.
Nói tóm lại, nhiệm vụ của tầng phiên là thiết lập, quản lí, và kết thúc các
phiên giao tiếp giữa các thực thể tầng trình bày. Các phiên giao tiếp bao gồm
12


các yêu cầu và đáp ứng dịch vụ mà xảy ra giữa các ứng dụng định vị trong
các thiết bị mạng khác nhau.

1.1.6. Tầng trình diễn ( Presentation Layer ):

Mục đích của tầng trình diễn làđảm bảo cho các hệ thống đầu cuối có thể
truyền thông có kết quả ngay cả khi chúng sử dụng các cách biểu diễn dữ
liệu khác nhau. Để đạt đợc điều đó, nó cung cấp một cách biểu diễn chung
để dùng cho truyền thông và cho phép chuyển đổi từ biểu diễn cục bộ sang
biểu diễn chung đó.
Có 3 dạng cú pháp thông tin đợc trao đổi giữa các thực thể ứng dụng, đó
là: cú pháp dùng bởi thực thể ứng dụng nguồn, cú pháp dùng bởi thực thể
ứng dụng đích, cú pháp đợc dùng giữa các thực thể tầng trình diễn. Loại cú

pháp sau cùng đợc gọi là cú pháp truyền ( transfer syntax ). Có thể cả 3 hoặc
một cặp nào đó trong các cú pơháp nói trên là giống nhau. Tầng trình diễn
đảm nhiệm việc chuyển đổi biểu diễn của thông tin giữa cú pháp truyền và
mỗi một cú pháp kia khi có yêu cầu, tức là mỗi thực thể tầng trình diễn phải
chịu trách nhiệm chuyển đổi giữa cú pháp của ngời sử dụng và cú pháp
truyền .
Trớc khi đi qua ranh giới giữa hai tầng trình diễn và phiên có một sự thay
đổi quan trọng trong cách nhìn dữ liệu. Đối với tầng phiên trở xuống, tham
số User Data trong các Service Primitives đợc đặc tả dới dạng giá trị nhị
phân ( chuỗi các bít ). Giá trị này có thể đợc đa vào trực tiếp trong các SDU (
Service Data Unit ) để chuyển giữa các tầng ( trong một hệ thống ) và trong
các PDU ( Protocol Data Unit ) để chuyển giữa các tầng đồng mức giữa hai
hệ thống kết nối với nhau. Tuy nhiên, tầng ứng dụng (Presentation Layer) lại
liên quan chặt chẽ với cách nhìn dữ liệu của ngời sử dụng. Nói chung, cách
nhìn đó là một tập thông tin có cấu trúc nào đó, nh là văn bản ( text ) trong
một tài liệu, một tệp về nhân sự,một cơ sử dữ liệu tích hợp hoặc một hiển thị
của thông tin ( videotext ).Ngời sử dụng chỉ quan tâm đến ngữ nghĩa
( semantic ) của dữ liệu. Do đó, tầng trình diễn ở giữa có nhiệm vụ phải cung
cấp phơng thức biểu diễn dữ liệu và chuyển đổi thành cacs giá trị nhị phân
dùng cho các tầng dới, nghĩa là tất cả những gì liên quan đến cú pháp của dữ
liệu.
Cách tiếp cận của ISO về việc kết hợp giữa nghĩa và cú pháp của dữ liệu là
nh sau: ở tầng ứng dụng, thông tin đợc biểu diễn dới dạng một cú pháp trừu
tợng ( abstract syntax ) liên quan đến các kiểu dữ liệu và giá trị dữ liệu. Cú
pháp trừu tợng này đặc tả một cách hình thức dữ liệu, độc lập với mọi biểu
diễn cụ thể và tầng trình diễn tơng tác với tầng ứng dụng cũng dựa trên cú
pháp trừu tợng này.Tầng trình diễn có nhiệm vụ dịch thuật giữa cú pháp trừu
tợng của tầng ứng dụng và một cú pháp truyền mô tả các giá trị dữ liệu dớidạng nhị phân, thích hợp cho việc tơng tác với dịch vụ phiên.Việc dịch
13

thuật này đợc thực hiện nhờ các quy tắc mã hoá ( encoding rule ) chỉ rõ biểu
diễn của mỗi giá trị dữ liệu thuộc một kiểu dữ liệu nào đó.
Các giao thức của tầng trình diễn đợc nêu ra trong các chuẩn ISO
8823/8824/8825 và CCITT X.208/209/226.

1.1.7. Tầng ứng dụng ( Application Layer ):

Tầng ứng dụng là ranh giới giữa môi trờng nối kết các hệ thống mở và các
tiến trình ứng dụng ( Application Process ). Các tiến trình ứng dụng dùng
môi trờng OSI để trao đổi dữ liệu trong quá trình thực hiện của chúng.
Là tầng cao nhất trong mô hình OSI, tầng ứng dụng có một số đặc điểm
khác với các tầng dới nó. Trớc hết, nó không cung cấp các dịch vụ cho một
tầng trên nh trong trờng hợp của các tầng khác.Theo đó, ở tầng ứng dụng
không có khái niệm điểm truy nhập dịch vụ tầng ứng dụng.
ISO định nghĩa một tiến trình ứng dụng là một phần tử trong một hệ
thống mở thực hiện việc xử lý thông tin cho một ứng dụng cụ thể . Các tiến
trình ứng dụng thuộc các hệ thống mở khác nhau muốn trao đổi thông tin
phải thông qua tầng ứng dụng.Tầng ứng dụng bao gồm các thực thể ứng
dụng AE ( Application Entity ), các thực thể này dùng các giao thức ứng
dụng và các dịch vụ trình diễn để trao đổi thông tin.Tuy nhiên, tầng ứng
dụng chỉ chủ yếu giải quyết các vấn đề ngữ nghĩa chứ không giải quyết các
vấn đề cú pháp nh tầng trình diễn .
Đã có nhiều công trình xoay quanh việc chuẩn hoá tầng ứng dụng. Ngời
ta chia nó thành các tầng con ( Sublayer ) và việc truyền thông phải đi qua tất
cả các tầng con đó. Cụ thể, đó là các phần tử dịch vụ ứng dụng chung CASE
( Common Application Service Element ) chứa các dịch vụ truyền thông cần
thiết khác nhau cho các ứng dụng phổ biến nhất. Nhng thực tế có những ứng
dụng không cần đến các chức năng của CASE. Mặt khác, các ứng dụng đợc
chuẩn hoá đồng thời và thờng các kết quả đợc phát triển đó là không hoàn

toàn tơng thích với nhau.
Năm 1987, một hớng phát triển mới đợc đa vào nhằm chuẩn hoá cấu trúc
tầng ứng dụng, kếtquả là các chuẩn ISO 9545, và tơng ứng- CCITT X.207 đợc ra đời. Cấu trúc chuẩn này xác định các ứng dụng có thể cùng tồn tại và
sử dụng dịch vụ chung nh thế nào.

1.2. Bộ giao thức TCP/IP :
Bộ giao thức TCP/IP là họ giao thức quan trọng nhất trong kỹ thuật
mạng máy tính, vì vậy, trớc khi đi sâu vào nghiên cứu bất cứ một lĩnh vực
nào của công nghệ mạng, phải có một kiến thức cơ bản về TCP/IP.

14


Kiến trúc TCP/IP thờng đợc coi là kiến trúc Internet bởi vì TCP/IP và
Internet có mối quan hệ mật thiết với nhau, lịch sử hình thành và phát triển
của TCP/IP gắn liền với sự hình thành và phát triển của Internet. TCP/IP đợc
hình thành cùng với sự hình thành mạng ARPANET của bộ quốc phòng Mỹđây chính là tiền thân của mạng Internet ngày nay.TCP/IP là một họ giao
thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phơng tiện truyền thông qua mạng
và liên mạng.
Khái niệm giao thức (Protocol) là một khái niệm cơ bản của mạng
truyền thông. Có thể hiểu một cách khái quát đó là tập hợp tất cả các quy tắc
cần thiết (các thủ tục, các khuôn dạng dữ liệu, các cơ chế phụ trợ....) cho
phép các giao thức trao đổi thông tin trên mạng đợc thực hiện một cách chính
xác và an toàn. Có rất nhiều họ giao thức đang đợc sử dụng trên mạng truyền
thông hiện nay nh IEEE802.X dùng trong mạng cục bộ, CCITT (nay là ITU)
dùng cho liên mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao thức chuẩn của ISO (tổ
chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ) dựa trên mô hình tham chiếu bảy lớp cho việc
kết nối các hệ thống mở. Trên Internet họ giao thức đợc sử dụng là bộ giao
thức TCP/IP . Hai giao thức đợc dùng chủ yếu ở đây là TCP ( Transmision
Control Protocol ) và IP (Internet Protocol ). TCP là một giao thức kiểu có

kết nối (Connection-Oriented), tức là cần phải có một giai đoạn thiết lập liên
kết giữa một cặp thực thể TCP trớc khi chúng thực hiện trao đổi dữ liệu. Còn
giao thức IP là một giao thức kiểu không kết nối (Connectionless), nghĩa là
không cần phải có giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể nào đó
trớc khi trao đổi dữ liệu . Khái niệm TCP/IP không chỉ bị giới hạn ở hai giao
thức này. Thờng thì TCP/IP đợc dùng để chỉ một nhóm các giao thức có liên
quan đến TCP và IP nh UDP (User Datagram Protocol), FTP (File Transfer
Protocol),TELNET (Terminal Emulation Protocol) và v.v...
Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng hầu hết các mạng máy
tính hiện có đều đợc phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng . Mỗi hệ
thống thành phần của mạng đợc xem nh là một cấu trúc đa tầng, trong đó
mỗi tầng đợc xây dựng trên cơ sở tầng trớc đó. Số lợng các tầng cùng nh tên
và chức năng của mỗi tầng là tuỳ thuộc vào nhà thiết kế. Hình vẽ dới đây mô
tả kiến trúc của mạng TCP/IP trong sự so sánh với mô hình tham chiếu OSI
để thấy đợc sự tơng ứng chức năng của từng tầng .

15


OSI Model

TCP/IP Architectual Model

Application

Telnet

FTP

SMTP

DNS

SNMP

Presentation
Session

Transmision Control
Protocol (TCP)

Transport

ARP

Network
Data link

Ethernet

Physical

RIP

UserDatagram
Protocol (UDP)

ICMP

Internet Protocol (IP)

Tokenbus

Token Ring

FDDI

IEEE802.3 IEEE802.4 EEE802.5 ANSI X3 T95

Hình 1: Cấu trúc phân tầng của giao thức TCP/IP.
Trong đó :
FTP File Transfer Protocol
SMTP- Simple Mail Transfer Protocol
DNS Domain Name System
SNMP Simple Network Manage Protocol
ICMP- Internet Control Message Protocol
ARP - Address Resolution Protocol
FDDI - - Fiber Distributed Data Interface
RPI - - Routing Information Protocol

TCP: (Transmistion Control Protocol) Thủ tục liên lạc ở tầng giao vận
của TCP/IP. TCP có nhiệm vụ đảm bảo liên lạc thông suốt và tính đúng đắn
của dữ liệu giữa 2 đầu của kết nối, dựa trên các gói tin IP.
UDP: (User Datagram Protocol) Thủ tục liên kết ở tầng giao vận của
TCP/IP. Khác với TCP, UDP không đảm bảo khả năng thông suốt của dữ
liệu, cũng không có chế độ sửa lỗi. Bù lại, UDP cho tốc độ truyền dữ liệu cao
hơn TCP.
IP: (Internet Protocol) Là giao thức ở tầng thứ 3 của TCP/IP, nó có
trách nhiệm vận chuyển các Datagrams qua mạng Internet.
ICMP: (Internet Control Message Protocol) Thủ tục truyền các thông
tin điều khiển trên mạng TCP/IP. Xử lý các tin báo trạng thái cho IP nh lỗi và

các thay đổi trong phần cứng của mạng ảnh hởng đến sự định tuyến thông tin
truyền trong mạng.
RIP: (Routing Information Protocol) Giao thức định tuyến thông tin
đây là một trong những giao thức để xác định phơng pháp định tuyến tốt nhất
cho truyền tin.

16


ARP: (Address Resolution Protocol) Là giao thức ở tầng liên kết dữ
liệu. Chức năng của nó là tìm địa chỉ vật lý ứng với một địa chỉ IP nào đó.
Muốn vậy nó thực hiện Broadcasting trên mạng, và máy trạm nào có địa chỉ
IP trùng với địa chỉ IP đang đợc hỏi sẽ trả lời thông tin về địa chỉ vật lý của
nó.
DSN: (Domain name System) Xác định các địa chỉ theo số từ các tên
của máy tính kết nối trên mạng.
FTP: (File Transfer Protocol) Giao thức truyền tệp để truyền tệp từ một
máy này đến một máy tính khác. Dịch vụ này là một trong những dịch vụ cơ
bản của Internet.
Telnet: (Terminal Emulation Protocol) Đăng ký sử dụng máy chủ từ xa
với Telnet ngời sử dụng có thể từ một máy tính của mình ở xa máy chủ, đăng
ký truy nhập vào máy chủ để xử dụng các tài nguyên của máy chủ nh là
mình đang ngồi tại máy chủ.
SMTP: (Simple Mail Transfer Protocol) Giao thức truyền th đơn giản:
là một giao thức trực tiếp bảo đảm truyền th điện tử giữa các máy tính trên
mạng Internet.
SNMP: (Simple Network Management Protocol) Giao thức quản trị
mạng đơn giản: là dịch vụ quản trị mạng để gửi các thông báo trạng thái về
mạng và các thiết bị kết nối mạng.

1.3. Địa chỉ IP :
Mục đích chính của IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành
liên mạng để truyền dữ liệu. Vai trò của IP tơng tự vai trò của giao thức tầng
mạng trong mô hình OSI. Mặc dù từ Internet xuất hiện trong IP nhng giao
thức này không nhất thiết phải sử dụng trên Internet. Tất cả các máy trạm
trên Internet đều hiểu IP, nhng IP có thể sử dụng trong các mạng mà không
có sự liện hệ với Internet.
IP là giao thức kiểu không kết nối (Connectionless) tức là không cần có
giai đoạn thiết lập liên kết trớc khi truyền dữ liệu. Đơn vị dữ liệu dùng trong
giao thức IP là IP Datagram hay gọi tắt là Datagram.
Một Datagram đợc chia làm hai phần : Phần tiêu đề (Header) và phần
chứa dữ liệu cần truyền (Data). Trong đó phần Header gồm một số trờng
chứa các thông tin điều khiển Datagram.

1.3.1.Cấu trúc của IP Datagram :
Cấu trúc tổng quát của một IP Datagram nh sau:
DATAGAM HEADER

DATAGRAM DATA AREA

Cấu trúc chi tiết của một IP Datagram Header đợc mô tả nh hình sau:
17


Version

IHL Type
service
Identification
Time to live

Protocol
Source IP address
Destination IP address
Options
Datas

of Total length
Flags Fragment offset
Header checksum
Padding

Hình 2: Cấu trúc của Datagram
Trong đó:
Trờng version (4 bits) cho biết phiên bản của IP đang đợc sử dụng,
hiện nay là IPv4. Trong tơng lai thì địa chỉ IPv6 sẽ đợc sử dụng.
IHL (4 bits) Chỉ thị độ dài phần đầu (Internet Header Length) của
Datagram tính theo đơn vị từ ( 32 bits).
Type of service (8 bits), đặc tả các tham số về dịch vụ. Khuôn dạng
của nó đợc chỉ ra nh sau.
0
2
Precedence

một

3
D

4
T

5
R

6

7

Reserved

8 Bits của trờng Service đợc chia ra làm 5 phần cụ thể nh sau :
Precedence (3 bits) chỉ thị quyền u tiên gửi Datagram, các mức u
tiên từ 0 (bình thờng) đến mức cao nhất là 7 (điều khiển mạng) cho
phép ngời sử dụng chỉ ra tầm quan trọng của Datagram.
Ba bit D, T, R nói nên khiểu truyền Datagram, cụ thể nh sau:
Bit D (Delay)chỉ độ trễ yêu cầu.
Bit T (Throughput) chỉ thông lợng yêu cầu.
Bit R (Reliability) chỉ độ tin cậy yêu cầu.
Reserved (2 bits) cha sử dụng.
Total Length (16 bits) : Chỉ độ dài toàn bộ Datagram kể cả phần
Header. Đơn vị tính là Byte.
Identification (16 bits) Trờng này đợc sử dụng để giúp các Host đích
lắp lại một gói đã bị phân mảnh, nó cùng các trờng khác nh Source
Address, Destination Address để định danh duy nhất một Datagram
khi nó còn ở trên liên mạng.
Flags( 3 bits) liên quan đến sự phân đoạn các Datagrams cụ thể nh
sau:
0

1

2
18


0












DF

MF

Trong đó các thành phần:
Bit 0 Cha sử dụng lấy giá trị 0.
Bit một(DF) DF=0: Thực hiện phân đoạn.
DF=1: Không thực hiện phân đoạn.
Bit 2 (MF) MF=0: Phân đoạn lần cuối.
MF=1: Phân đoạn thêm.
Fragment offset (13 bits): Chỉ vị trí của đoạn (Fragment) ở trong
Datagram. Đơn vị tính là 64 bits (8 Bytes).

Time to live (8 bits): Cho biết thời gian tồn tại của Datagram trên liên
mạng. Để tránh tình trạng một Datagram bị quẩn trên liên mạng. Nếu
sau một khoảng thời gian bằng thời gian sống mà Datagram vẫn cha
đến đích thì nó bị huỷ.
Protocol (8 bits) Cho biết giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ
liệu ở trạm đích. Giao thức tầng trên của IP thờng là TCP hoặc UDP.
Header Checksum (16 bits): Đây là mã kiểm soát lỗi 16 bits theo phơng pháp CRC cho vùng Header nhằm phát hiện các lỗi của Datagram.
Source Address (32 bits) Cho biết địa chỉ IP của trạm nguồn.
Destination Address (32 bits) Cho biết địa chỉ IP của trạm đích. Trong
một liên mạng địa chỉ IP của trạm nguồn và địa chỉ IP của trạm đích là
duy nhất.
Options (độ dài thay đổi) Dùng để khai báo Options do ngời sử dụng
yêu cầu.
Padding (độ dài thay đổi) Là một vùng đệm đợc dùng để đảm bảo cho
phần Header luôn kết thúc ở mức 32 bits. Giá trị của Padding gồm
toàn bit 0.
Data (Độ dài thay đổi) Vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bits.
Kích thớc tối đa của trờng Data là 65535 Bytes.

1.3.2. Quá trình phân mảnh các gói dữ liệu:
Trong quá trình truyền dữ liệu, một gói dữ liệu (Datagram) có thể đợc
truyền đi qua nhiều mạng khác nhau. Một gói dữ liệu nhận đợc từ một mạng
nào đó có thể quá lớn để truyền đi trong một gói đơn của mạng khác, bởi
vậy mỗi loại cấu trúc mạng cho phép một đơn vị truyền cực đại MTU
(Maximum Transmission Unit) khác nhau. Đây chính là kích thớc lớn nhất
của một gói mà chúng có thể truyền đợc. Nếu nh một gói dữ liệu nhận đợc
từ một mạng nào đó mà kích thớc của nó lớn hơn MTU của mạng khác thì nó
cần đợc phân mảnh ra thành gói nhỏ hơn gọi là Fragment để truyền đi, quá
trình này gọi là quá trình phân mảnh. Dạng của một Fragment cũng giống
nh dạng của một gói dữ liệu thông thờng. Từ thứ hai trong phần Header chứa

19


các thông tin để xác định mỗi Fragment và cung cấp các thông tin để hợp
nhất các Fragments này lại thành các gói nh ban đầu. Trờng định danh
(Indentification) dùng để xác định Fragment này thuộc vào gói dữ liệu nào.
Trờng định danh có một giá trị duy nhất cho mỗi gói dữ liệu đợc vận chuyển.
Mỗi thành phần của gói dữ liệu bị phân mảnh sẽ có cùng giá trị trờng định
danh. Điều đó cho phép IP lắp ráp lại các gói dữ liệu bị phân mảnh một cách
phù hợp.
Hậu quả của việc phân mảnh dữ liệu là các gói bị phân mảnh sẽ đến
đích chậm hơn so với một gói không bị phân mảnh. Vì vậy phần lớn các ứng
dụng đều tránh không sử dụng kỹ thuật này nếu có thể. Vì sự phân mảnh
tạo ra các gói dữ liệu phụ nên cần quá trình sử lý phụ làm giảm tính năng của
mạng. Hơn nữa vì IP là một giao thức không tin cậy nên khi bất kỳ một gói
dữ liệu bị phân mảnh nào bị mất thì tất cả các mảnh sẽ phải truyền lại. Chính
vì lý do này nên phải gửi các gói dữ liệu lớn nhất mà không bị phân mảnh,
giá trị này là Path MTU.

1.3.3. Phơng pháp đánh địa chỉ trong TCP/IP :
Để có thể thực hiện truyền tin giữa các máy trên mạng, mỗi máy tính trên
mạng TCP/IP cần phải có một địa chỉ xác định gọi là địa chỉ IP. Hiện nay
mỗi địa chỉ IP đợc tạo bởi một số 32 bits (IPv4)và đợc tách thành 4 vùng,
mỗi vùng có một Byte có thể biểu thị dới dạng thập phân, nhị phân, thập lục
phân hoặc bát phân. Cách viết phổ biến nhất hay dùng là cách viết dùng ký
tự thập phân. Một địa chỉ IP khi đó sẽ đợc biểu diễn bởi 4 số thập phân có giá
trị từ 0 đến 255 và đợc phân cách nhau bởi dấu chấm (.). Mỗi giá trị thập
phân biểu diễn 8 bits trong địa chỉ IP. Mục đích của địa chỉ IP là để định
danh duy nhất cho một host ở trên mạng .
IPv4 sử dụng 3 loại địa chỉ trong trờng nguồn và đích đó là:

1. Unicast: Để thể hiện một địa chỉ đơn hớng. Địa chỉ đơn hớng là địa chỉ
dùng để nhận dạng từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển
mạch nằm ở trung tâm nh Router chẳng hạn ) cụ thể là một gói dữ liệu
đợc gửi tới một địa chỉ đơn hớng sẽ đợc chuyển tới nút mang địa chỉ
đơn hớng đó.
2. Multicast: Địa chỉ đa hớng. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp
nút nhng không phải là tất cả. Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác
nhau hợp thành, gói dữ liệu IP gửi tới một địa chỉ Multicast sẽ đợc gửi
tới tất cả các Host tham dự trong nhóm Multicast này.
3. Broadcast: Thể hiện tất cả các trạm trên mạng. Thông thờng điều đó
giới hạn ở tất cả các Host trên một mạng con địa phơng.
Các địa chỉ IP đợc chia ra làm hai phần, một phần để xác định mạng (net
id) và một phần để xác định host (host id). Các lớp mạng xác định số bits đợc
dành cho mỗi phần mạng và phần host. Có năm lớp mạng là A, B, C, D, E,
20


trong đó ba lớp đầu là đợc dùng cho mục đích thông thờng, còn hai lớp D và
E đợc dành cho những mục đích đặc biệt và tơng lai. Trong đó ba lớp chính
là A,B,C.
Hình vẽ sau cho thấy cấu trúc của một địa chỉ IP.
0

31
class ID

Nework ID

Host ID

Mỗi lớp địa chỉ đợc đặc trng bởi một số bits đầu tiên của Byte đầu tiên có
cấu trúc chi tiết nh hình 1.4.
Khuôn dạng địa chỉ IP lớp A
0

1

7

0

8

31

Network ID

Host ID

Khuôn dạng địa chỉ IP lớp B
0

1
1

2

0

15

16

31

Network ID

Host ID

Khuôn dạng địa chỉ IP lớp C
0

1
1

2
1

3

0

21

31

22

Network ID

Host ID

Khuôn dạng địa chỉ IP lớp D
0

1
1

2
1

1

3

31

4

0

Multicast address

Khuôn dạng địa chỉ IP lớp E
0

1
1

2

1

1

3

4

1

0

31
Reserved for future use

Hình 3: Cấu trúc các khuôn dạng địa chỉ
Từ cấu trúc phân lớp địa chỉ ta có thể nhận thấy:
Nhỏ hơn 128 là địa chỉ lớp A. Byte đầu tiên xác định địa chỉ mạng, ba
Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm.
Từ 128 đến 19mộtlà địa chỉ lớp B. Hai Bytes đầu xác định địa chỉ mạng.
Hai Bytes tiếp theo xác định địa chỉ máy trạm.
21


Từ 192 đến 223 là địa chỉ lớp C. Ba Bytes đầu xác định địa chỉ mạng.
Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm.
Lớn hơn 223 là các địa chỉ dùng để quảng bá hoặc dùng dự trữ cho các
mục đích đặc biệt và ta có thể không cần quan tâm.
Nhìn vào trên hình ta có bảng phân lớp địa chỉ IP nh bảng sau:
Network class

A
B
C

Số mạng
126
16.382
2.097.150

Số Hosts trong mạng
16.777.214
65.534
254

Tuy nhiên không phải tất cả các số hiệu mạng (net id) đều có thể dùng đợc. Một số địa chỉ đợc để dành cho những mục đích đặc biệt.
Lớp A có số mạng ít nhất, nhng mỗi mạng lại có nhiều hosts thích hợp với
các tổ chức lớn có nhiều máy tính.
Lớp B có số mạng và số hosts vừa phải.
Còn lớp C có nhiều mạng nhng mỗi mạng chỉ có thể có 254 hosts, thích
hợp với tổ chức có ít máy tính.
Để tiện cho việc quản trị cũng nh thực hiện các phơng pháp tìm đờng trên
mạng. ở các mạng lớn (lớp A) hay mạng vừa (lớp B) ngời ta có thể chia
chúng thành các mạng con (Subnets) . Ví dụ cho rằng một mạng con có địa
chỉ lớp B là 191.12.0.50 khi đó coi 191.12.0.0 là địa chỉ toàn mạng và lập địa
chỉ 191.12.1. cho Subnet mộtvà 191.12.2 cho Subnet 2.
Có thể dành trọn một nhóm 8 bits để đánh địa chỉ Subnet và một nhóm để
đánh địa chỉ các máy trong từng Subnet. Nh thế tất nhiên là số máy trong
một Subnet sẽ ít đi tơng tự nh trong mạng nhỏ. Sự phân chia này làm giảm
kích thớc của bảng định tuyến trong Router/ Gateway, nghĩa là tiết kiệm
dung lợng nhớ và thời gian xử lý.

Sự phân chia một mạng thành nhiều mạng con phát sinh vấn đề là số lợng
bit dành để đánh địa chỉ mạng con có thể khác nhau và tuỳ thuộc vào nhà
quản trị mạng. Do đó ngời ta đa vào khái niệm Subnet Mask. Subnet Mask
cũng giống nh địa chỉ IP bao gồm 32 bits. Mục đích của điạ chỉ Subnet
Mask là để chia nhỏ một địa chỉ IP thành các mạng nhỏ hơn và theo dõi vùng
nào trên địa chỉ IP đợc dùng để làm địa chỉ cho mạng con (còn đợc gọi là các
Subnet) đó vùng nào dùng làm địa chỉ cho các máy trạm.
Nội dung của một Subnet Mask đợc quy định nh sau :
Các bit một: dùng để chỉ định địa chỉ mạng trên địa chỉ IP.
Các bit 0 : dùng để chỉ định địa chỉ máy trạm trên địa chỉ IP.
Ví dụ đối với mạng A có địa chỉ là 25.0.0.0, nếu dành 8 bits cho Subnet thì
mặt nạ có giá trị là 255.255.0.0 , nếu dành 16 bits cho Subnet thì mặt nạ có
giá trị là 255.255.255.0.

22


Từ địa chỉ IP ta thực hiện phép toán logic AND với địa chỉ Subnet Mask
kết quả sẽ tạo ra đợc địa chỉ mạng nơi đến. Kết quả này đợc sử dụng để tìm
bớc tiếp theo trong thuật toán tìm đờng trên mạng. Nếu kết quả này trùng với
địa chỉ mạng tại trạm đang làm việc thì sẽ xét tiếp địa chỉ máy trạm để
truyền đi. Theo cấu trúc của Subnet Mask thì ta thấy tất cả các trạm làm việc
trong cùng một mạng con có cùng giá trị Subnet Mask.
Với phơng pháp này số bits dùng để đánh địa chỉ host có thể nhỏ hơn 8
bits (đối với lớp C) tức là một địa chỉ lớp C có thể phân nhỏ hơn nữa và khi
đó các mạng con này thờng đợc xác định bởi các địa chỉ có thêm phần chú
thích số bits dành cho địa chỉ mạng, ví dụ 203.160.0.0/25 mô tả Subnet
203.160.0.0 (thuộc lớp C) nhng có 25 bits dùng cho địa chỉ mạng và 7 bits
dùng cho địa chỉ Hosts tức là Subnet này chỉ có tối đa là 128 Hosts chứ
không phải là 256 Hosts.

Trong tất cả các lớp địa chỉ mạng cũng nh các Subnets, các điạ chỉ đầu và
cuối của mạng đợc dùng cho các mục đích riêng. Một địa chỉ IP cùng với tất
cả các bits địa chỉ máy trạm có giá trị có là 0 (địa chỉ đầu mạng) đợc dùng để
chỉ chính mạng đó (hay địa chỉ xác định mạng). Ví dụ địa chỉ 203.160.1.0 đợc dùng để chỉ mạng 203.160.1.0. Còn nếu tất cả các bits địa chỉ trong phần
địa chỉ của trạm đều có giá trị là một(địa chỉ cuối mạng) thì địa chỉ này đợc
dùng làm địa chỉ quảng bá. Ví dụ địa chỉ quảng bá của mạng 203.160.1.0 là
203.160.1.255. Một gói dữ liệu gửi đến địa chỉ này sẽ đợc truyền đến tất cả
các máy trạm trên địa chỉ này.
Trên mạng Internet, việc quản lý và phân phối địa chỉ IP là do các NIC
(Network Information Center). Với sự bùng nổ của số máy tính kết nối vào
mạng Internet, địa chỉ IP đã trở thành một tài nguyên cạn kiệt, ngời ta đã
phải xây dựng nhiều công nghệ để khắc phục tình hình này. Ví dụ nh công
nghệ cấp phát địa chỉ IP động nh BOOTP hay DHCP (Dynamic Host
Configuration Protocol). Khi sử dụng công nghệ này thì không nhất thiết mọi
máy trên mạng đều phải có một địa chỉ IP định trớc mà nó sẽ đợc Server cấp
cho một địa chỉ IP khi thực hiện kết nối. Tuy nhiên giải pháp này chỉ là tạm
thời trong tơng lai thì địa chỉ IPv6 sẽ đợcđa vào sử dụng.

1.3.4. Địa chỉ IPv6 :
Cấu trúc Header của gói IPv6 đợc trình bày trong hình 4.

Version
Priority
Number
Pay load Length

Flow Lable
Next Header

Hop limit

23


Source IP Address ( 128 Bits)
Destination IP Address (128 Bits)
Hình 4: Cấu trúc Header gói IPv6
Cấu trúc của gói IPv6 không hoàn toàn tơng thích một cách trực tiếp với
cấu trúc của gói IPv4, nó có cấu trúc để cho việc truyền dẫn càng nhanh càng
tốt, và nó vẫn cùng hoạt động với IPv4.
IPv6 có một số đặc điểm chính sau đây:
128 bits địa chỉ thay cho 32 bits địa chỉ.
Thiết lập và cấu hình đơn giản : IPv6 có thể tự động đặt cấu hình các
địa chỉ cục bộ.
Định dạng Header đơn giản một vài trờng đã đợc bỏ đi hoặc trở thành
không bắt buộc. Sự định dạng Header mới này cải thiện tính năng của
bộ định tuyến và dễ dàng thêm các loại Header mới.
Cải tiến sự trợ giúp đối với các tuỳ chọn và các mở rộng.
Sự trợ giúp đối với việc xác nhận đúng và sự mã hoá dữ liệu. Sự trợ
giúp đối với việc xác nhận đúng, tính chân thật của dữ liệu, tính bí mật
của dữ liệu là một phần của kiến trúc IPv6.
Không giống nh IPv4 các gói dữ liệu trong IPv6 nói chung không bị
phân mảnh. Nếu sự phân mảnh đợc yêu cầu nó sẽ đợc thực hiện không
phải bằng các bộ định tuyến mà bằng nguồn của các gói dữ liệu. Đối
với một gói dữ liệu bị phân mảnh, Host nguồn sẽ sinh ra một giá trị tự
nhận diện duy nhất.
IPv6 có 128 bit địa chỉ dài hơn bốn lần so với IPv4 nên khả năng theo lý
thuyết có thể cung cấp một không gian địa chỉ lớn hơn nhiều. Đây là không
gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn cho tất cả
các mạng máy tính, các hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và thậm

chí còn cả các vật dụng trong gia đình. Địa chỉ IPv6 đợc phân ra là 3 loại
chính nh sau :
1. Unicast Address: Địa chỉ đơn hớng là địa chỉ dùng để nhận dạng từng
nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm nh
Router chẳng hạn) cụ thể là một gói dữ liệu đợc gửi tới một địa chỉ
đơn hớng sẽ đợc chuyển tới nút mang địa chỉ đơn hớng đó.
2. Anycast Address: Địa chỉ bất kỳ hớng nào. Là địa chỉ dùng để nhận
dạng một tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, cụ thể
là một gói số liệu đợc gửi tới một địa chỉ bất cứ hớng nào sẽ đợc
chuyển tới một nút gần nhất trong tập hợp nút mạng địa chỉ Anycast
đó.
3. Multicast Address : Địa chỉ đa hớng. Là địa chỉ dùng để nhận dạng
một tập hợp nút. Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành,

24


cụ thể là một gói số liệu đợc gửi tới một địa chỉ đa hớng sẽ đợc chuyển
tới tất cả các nút trong địa chỉ Multicast đó.

1.4. Định tuyến IP :
1.4.1. Tổng quan về các giao thức định tuyến :
Các giao thức định tuyến phải đạt đợc các yêu cầu đồng thời sau:

Khám phá động một topo của mạng.

Xây dựng các cây đờng ngắn nhất.

Kiểm soát tóm tắt thông tin về các mạng bên ngoài, có thể sử
dụng các metric khác nhau trong mạng cục bộ.

Phản ứng nhanh với sự thay đổi topo của mạng và cập nhật
các cây đờng ngắn nhất.

Làm tất cả các điều trên theo định kì thời gian.
Vấn đề điều khiển mạng bao gồm 2 loại: tập trung và phân bố. Sự tập
trung thờng trong các "mạng thông minh" mà các node mạng tự nó giữ sự
liên quan đơn giản. Các tuyến đợc tính toán tập trung tại một bộ xử lí tuyến
và sau đó phân bố chúng ra các router trên mạng bất cứ khi nào sự cập nhật
đợc yêu cầu. Dẫu sao, hai vấn đề tồn tại với sự tập trung này:
Nó coi một sự thiết lập trớc các đờng giao tiếp giữa bộ xử lí tuyến tập
trung và các router trong mạng. Nếu một phần của mạng bị cắt ra
khỏi bộ tập trung xử lí này thì nó ngừng chức năng đảm bảo tin cậy.
Sự xử lí tải của việc tính toán lại tuyến cho toàn bộ mạng đợc tập
trung vào một máy đơn giản, mà giảm một cách đúng lúc với các
tuyến có thể thích ứng với các điều kiện thay đổi của mạng. Ngợc lại
kiểu phân tán giả thiết rằng mỗi router tham gia trong sự khám phá
topo và xử lí tính toán tuyến. Sự xử lí tải đợc chia sẻ bởi tất cả các
router, và nếu các phần mạng bị cô lập, chúng sẽ thích ứng cục bộ các
điều kiện mới của chúng nhng vẫn giữ chức năng của nó trong mạng
( keep functioning). Internet sử dụng các giao thức phân tán.
Đối với kiểu phân tán, các vùng phân chia thành các vùng tự trị AS
(autonomous system). Các thành phần trong mộtAS chỉ biết về nhau
mà không quan tâm tới các thành phần trong AS khác, khi có yêu cầu
cầu giao tiếp với các AS khác sẽ thông qua thành phần ở biên AS..Từ
đó các giao thức định tuyến đợc chia thành giao thức trong cùng một
AS là IGP ( Interior Gateway Protocol) và giao thức giao tiếp giữa các
AS là EGP ( Exterior Gateway Protocol).
1.4.1.1. IGP:

25