Đề tài " Công nghệ MPLS "

Công nghệ MPLS
1
1.4. Định tuyến IP :.........................................................................................................................................28
1.5. Vấn đề chất lượng dịch vụ ( QoS ) trong mạng IP :...............................................................................41
1.5.1. Các giao thức và tiêu chuẩn liên quan đến QoS:.............................................................................41
2
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Cùng với lịch sử phát triển của con người không thể không kể đến lịch sử
phát triển của mạng Internet. Khi các nghành khoa học tự nhiên cũng như 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 thường trên Web
Browser nữa mà phải đáp ứng những nhu cầu cao hơn: chất lượng 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 trường IP là xu hướng tất yếu thì sự nhìn
nhận để chúng ta cần phải rất rõ ràng theo một định hướng 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% lưu lượng truyền trên các mạng công cộng trên thế giới
sẽ được 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 tương
lai phát triển mạnh mẽ cho hệ thống mạng với các dịch vụ thời gian thực,
băng thông rộng như VoIP, MPEG, Video Conferencing hay các dịch vụ
liên quan đến tính kinh tế, bảo mật, chất lượng dịch vụ cao như 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 chưa cao.
Nhiều giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề trong mạng Internet như
IntServ, DiffServ nhưng chưa giải quyết hoàn chỉnh về khả năng mở rộng,
chất lượng 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 lượng 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

lượng dịch vụ của ATM. Nhưng 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 nhưng về bản chất vẫn chưa 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 lượng dịch vụ QoS, và khả năng điều khiển lưu
lượng 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
3
trước đó như 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.
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 người làm networking. Công nghệ
mạng ngày nay và trong tương lai đang hội tụ về các công nghệ ưu 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 ưu điểm của chúng đã
được 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 chương như sau:

Chương 1: Giao thức Internet.
Trong phần này đề cập tới khái niệm về mô hình OSI, mặc dù được đề cập
ở nhiều tài liệu và đồ án nhưng cần thiết nhắc lại do tính quan trọng và sự
cần thiết đối với bất kì người thiết kế hay quản lí mạng nào. Tiếp theo sẽ
trình bày sơ lược về bộ giao thức TCP/IP –một bộ giao thức lớn nhất và
quan trọng nhất về mạng cũng như một số vấn đề cơ bản về IP như 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 phương 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 ưu nhược 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 được quan tâm nhiều hiện nay là chất lượng dịch vụ
( QoS). Chất lượng dịch vụ kiểu "best-effort" ngày nay không đáp ứng được
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 như:
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
4
( 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 trưng cho sự quản lí gói dữ liệu trên 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 như thế nào.
Chương 2: Mạng Internet ngày nay.
Chương này sẽ trình bày một cách chung nhất về các vấn đề trong mạng
IP hiện đại như vấn đề về topology,về giao thức định tuyến, quản lý lưu
lượng và điều khiển luồng.Những vấn đề này trong mạng IP đang phải đối
mặt với không ít vấn đề bất cập như vấn đề tối ưu 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.Chương này cũng sẽ giới thiệu các giải pháp và

xu hướng mạng trong tương lai theo nhận định của các công ty viễn thông
hàng đầu trên thế giới, qua đó, đưa ra các ứng dụng thế hệ tiếp theo như 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.
Chương 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 được 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 lược 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
thước tế bào người ta quan tâm tới hiệu suất, độ trễ nhiều hơn do ATM được
thực hiện trên nền truyền dẫn chất lượng không cao vì thực ra với hệ thống
truyền dẫn tốt, gói có kích thước thay đổi hiệu quả hơn gói có kích thước 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 như thế
nào, tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ và khả năng traffic engineering ra
5
sao. Trong chương này đặc biệt nhấn mạnh đến các kết nối ảo VCC,VPC
liên quan trực tiếp đến các trường VCI,VPI trong khuôn dạng gói ATM, sẽ
được thừa kế trong MPLS .Tương tự như vậy, vấn đề địa chỉ, báo hiệu và
quản lý lưu lượng cũng được nghiên cứu như là nền tảng của công nghệ
MPLS .
Chương 4: IP over ATM và con đường 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 được chia
thành các mạng con IP logic ( LIS – Logical IP Subnet ),được 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 được
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 được 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 ) được 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 như một tập các mạng LAN dùng
chung môi trường logic được kết nối với nhau qua các bộ định tuyến . một
mạng LAN dùng chung được 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 được truyền giữa các node, một máy chủ phân giải
địa chỉ được sử dụng để dịch địa chỉ MAC thành địa chỉ ATM và sau đó ,
một kênh ảo điểm nối điểm được 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
6
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 lượng và tính sẵn có.
Ngoài ra, chương này còn giới thiệu sơ lược 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 lượng dịch vụ nhờ việc loại bỏ phần mềm của
ATM có tính kết 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 được điều khiển bằng luồng.
Các giải pháp IP trên ATM nêu trên đều có nhược điểm là khả năng mở
rộng (scalability), khả năng quản lí kém, không tận dụng được sự linh hoạt
của IP và đặc tính QoS của ATM. Nhu cầu xây dựng mạng IP trên ATM như
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.
Chương 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 dưới sự nỗ lực của một nhóm làm việc
được thành lập trong IETF nhằm tiêu chuẩn hoá một giải pháp chuyển mạch
và định tuyến tích hợp.Công nghệ MPLS được xem xét như 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 được điều khiển
và có thể mở rộng hơn trên các giao thức lớp 2 đã tồn tại như 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 hướng các luồng lưu
lượng chảy qua các node và các tuyến truyền dẫn cụ thể. Có lẽ chính việc
7
điều khiển lưu lượng 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 như
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 tương ứng với các lớp dịch vụ đánh dấu trong trường ToS hoặc
ánh xạ các lớp dịch vụ này vào trong trường EXP của nhãn MPLS ( khi đó
độ mịn sẽ giảm đi do trường EXP chỉ có 3 bit mã hoá 8 khả năng trong khi 6
bit trong trường ToS mã hoá tới 2
6
=64 khả năng lớp dịch vụ ). MPLS và
DiffServ đều cùng cách để đạt được tính mở rộng mạng đó là tập hợp lưu
lượng từ ngoài biên ( edge ) và xử lí trong lõi mạng ( core ) làm giảm cơ chế
báo hiệu phức tạp và lưu lượng báo hiệu trong mạng.
Phần tiếp theo đề cập tới kỹ thuật lưu lượng. 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 lưu lượng Internet. Để có thể hiểu traffic engineering
và vai trò của nó trong việc hỗ trợ cho sự phát triển tương lai của Internet,
phần này đây mô tả traffic engineering truyền thống được 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 trường mạng quang vùng core như 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 trưởng 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 được sự cần thiết của
các khách hàng kết nối tới mạng của nó. Sau khi mạng được triển khai, ISP
8

phải ánh xạ các luồng lưu lượng khách hàng lên topo vật lí. Trong đầu
những năm 90, việc ánh xạ các luồng lên topo vật lí không tiến đến con
đường có tính khoa học riêng biệt. Thay vì đó, việc ánh xạ xảy ra như một
sản phẩm của cấu hình định tuyến: các luồng lưu lượng đơn giản theo tính
toán đường 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 lưu lượng trên các topo vật lí cần
thiết tiến đến cách khác cơ bản để tải đưa ra có thể được hỗ trợ theo cách
hiệu quả và có điều khiển. Phần này cũng so sánh hai giao thức báo hiệu đưa
ra cho MPLS là RSVP mở rộng và CR-LDP.
Chương 6: Tích hợp MPLS vào mạng ATM truyền thống.
Đưa 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 hướng 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
trường hợp xảy ra như vấn đề sử dụng không gian nhãn là VPI, VCI hay kết
hợp VCI với VPI. Thường 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 đưa ra giải
quyết vấn đề gộp VC. (Với VC merging: vấn đề xảy ra là các tế bào của các
gói khác nhau không được xen kẽ vào nhau. Đây là nguyên nhân gây ra yêu
cầu bộ đệm cao và 3 phương 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 như họ BPX 8600, các
bộ tập trung MGX 8802, 8808...
Chương 6: Thiết kế mạng backbone với MPLS.
Nêu ra các bước 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.
9
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 bước thiết kế khác yêu cầu như CoS, MPLS VPNs, kỹ
thuật lưu lượng, 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 chưa được
định nghĩa một cách thống nhất và hoàn chỉnh .Trong đồ án này, em cố gắng
đưa ra những thông tin mới nhất và đầy đủ nhất theo tài liệu của các nhà
cung cấp nhưng do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức nên phần đồ án
của em 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.
Hướng 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.
10
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 được phát triển bởi ISO và
ITU-T. 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 như một đường lối chỉ đạo hay một framework cho việc thiết kế
và thực hiện các tiêu chuẩn, thiết bị, và các lược 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 người 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 tương 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
11
dụng trong phạm vi các trong cuối sẽ giao tiếp với nhau và với các users như
thế nào. Tóm tắt chức năng và các chuẩn của từng tầng như sau:
1.1.1. Tầng vật lý ( Physical Layer ) :
Theo định nghĩa của ISO, tầng vật lý cung cấp các phương 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 đường truyền ( kích thước, cấu hình ).Thuộc tính
chức năng chỉ ra các chức năng được thực hiện bởi các phần tử của giao diện
vật lý, giữa một hệ thống và đường truyền, và thuộc tính thủ tục liên quan
đến giao thức điều khiển viển việc truyền các chuỗi bít qua đường truyền vật
lý.
Khác với các tầng khác, tầng vật lý là tầng thấp nhất giao diện với đường
truyền không có PDU ( Protocol Data Unit ), không có phần header chứa
thông tin điều khiển ( PCI- Protocol Control Information ), dữ liệu được
truyền đi theo dòng bit ( bit stream ). Do đó, giao thức cho tầng vật lý không

xuất hiện với ý nghĩa giống như các tầng khác. Các đặc tả về các hoạt động
của các loại DCE với các DTE được đưa ra bởi nhiều tổ chức chuẩn hoá như
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 được sử
dụng phổ biến nhất trên thế giới như X.21, X.2mộtbis, X.211, X.26, V.24,
V.28,V.35,V.36…, tương ứng là các chuẩn RS của EIA như 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 phương 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 như tầng vật lý, có rất nhiều giao thức được xây dựng cho
tầng liên kết dữ liệu . Các giao thức này lại được chia thành 2 loại: “dị bộ”
( asynchronous ) và “đồng bộ” ( synchronous ), trong đó, loại đồng bộ lại
chia thành 2 nhóm là “hướng ký tự” ( character- oriented ) và hướng bit
( bit-oriented ).
Các giao thức hướng ký tự được 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 phương thức khai thác đường truyền khác nhau:
12
đơn công ( simplex ), bán song công ( half- duplex ) hay song công ( full-
duplex ).
Đối với phương thức đơn công, giao thức hướng ký tự được dùng rộng rãi
nhất là giao thức truyền tệp Kermit do trường 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 phương thức bán song công, giao thức hướng ký tự nổi tiếng nhất
chính là BSC ( Binary Synchronous Control ) của IBM. Giao thức này đã
được ISO lấy làm cơ sở để xây dựng giao thức hướng ký tự chuẩn quốc tế

với tên gọi Basic Mode.
Có rất ít giao thức hướng ký tự được phát triển cho phương 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 hướng bit
HDLC ( High- level Data Link Control ) quy định bởi các chuẩn ISO 3309
và ISO 4335, được sử dụng cho cả trường hợp “điểm- điểm” và “điểm- đa
điểm”.Nó cho phép khai thác song công trên các đường tuyền vật lý.Từ
HDLC, người ta cải biên thành nhiều giao thức khác như là LAP ( Link
Access Procedure ) và LAP-B ( LAP- Balanced ) tương ứng với phương
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 như 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 được chia ra làm 2 lớp là MAC ( Media
Access Control ) và LLC ( Logical Link Control ).
Như vậy, các chức năng của lớp 2 bao gồm : tạo khung dữ liệu để truyền
trên các đường vật lý, truy nập các phương tiện nhờ các địa chỉ MAC , phát
hiện lỗi ( nhưng không sửa được 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 được nhiều chuyên gia đánh giá là phức tạp nhất
trong tất cả các tầng của mô hình OSI .Tầng mạng cung cấp phương 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 được tính phức

tạp đó. Hai chức năng chủ yếu của tầng mạng là định tuyến ( Routing ) và
13
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 được nghiên cứu kỹ hơn ở phần định tuyến của
IP cũng như của MPLS .
Ngoài 2 chức năng quan trọng và đặc trưng nói trên, tầng mạng còn thực
hiện một số chức năng khác mà chúng ta cũng thấy có ở nhiều tầng như 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 ưu việt nhất của tầng mạng,
cho nên, hiện tại và trong tương lai, các công nghệ ở các lớp khác đều phải
tiến tới cải tiến tới để tối ưu trong sự liên tác với IP và MPLS cũng không
nằm ngoài xu hướng 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 phương tiện truyền thông còn 3
tầng cao tập trung đáp ứng các yêu cầu và các ứng dụng của người 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 phương tiện truyền
thông được sử dụng ở bên dưới trở nên “trong suốt” đối với các tầng cao.
Nói cách khác, có thể hình dung tầng giao vận như một “bức màn” che phủ
toàn bộ các hoạt động của các tầng thấp bên dưới nó. Dođó, nhiệm vụ của
tầng giao vận là rất phức tạp. Nó phải được tính đến khả năng thích ứng với
một phạm vi rất rộng các đặc trưng 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 được yêu cầu về chất
lượng dịch vụ của người sử dụng, đồng thời, cũng phải biết được khả năng

cung cấp dịch vụ của mạng bên dưới. Chất lượng của các loại dịch vụ mạng
tuỳ thuộc vào loại mạng khả dụng cho tầng giao vận và cho người 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 người sử dụng các chức năng
cần thiết để quản trị các “phiên” ứng dụng của họ, cụ thể như sau :

14
• 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 thoại-
dialogues ).
• Cung cấp các điểm đồng bộ hoá để kiểm soát việc trao đổi dữ liệu.
• áp đặt các quy tắc cho các tương tác giữa các ứng dụng của người 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 phương thức : đơn
công, bán song công hay song công. Với phương thức song công, cả hai bên
đều có thể đồng thời gửi dữ liệu đi. Một khi phương thức này đã được thoả
thuận thì không đòi hỏi phải có nhiệm vụ quản trị tương tác đặc biệt nào. Có
lẽ đây làphương thức hội thoại phổ biến nhất. Trong trường 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. Trường hợp đơn công thì nói chung ít xẩy ra nên
cácchuẩn của ISO không xét đến phương thức này.
Vấn đề đồng bộ hoá trong tầng phiên được thực hiện tương tự như cơ chế
“điểm kiểm tra/phục hồi” ( checkpoint/restart ) trong một hệ quản trị tệp.
Dịch vụ này cho phép người 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 tương
ứng các liên kết phiên với các liên kết giao vận, có trường 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
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 được 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 được 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 được dùng giữa các thực thể tầng trình diễn. Loại cú
pháp sau cùng được gọi là cú pháp truyền ( transfer syntax ). Có thể cả 3
15
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 người sử dụng và cú
pháp truyền .
Trước 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 được đặc tả dưới dạng giá trị
nhị phân ( chuỗi các bít ). Giá trị này có thể được đưa 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 người sử dụng. Nói

chung, cách nhìn đó là một tập thông tin có cấu trúc nào đó, như 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 ).Người 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 phương thức biểu diễn dữ liệu và chuyển đổi thành cacs giá trị
nhị phân dùng cho các tầng dưới, 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 như sau: ở tầng ứng dụng, thông tin được biểu diễn dưới dạng một cú
pháp trừu tượng ( abstract syntax ) liên quan đến các kiểu dữ liệu và giá trị
dữ liệu. Cú pháp trừu tượng này đặc tả một cách hình thức dữ liệu, độc lập
với mọi biểu diễn cụ thể và tầng trình diễn tương tác với tầng ứng dụng cũng
dựa trên cú pháp trừu tượng này.Tầng trình diễn có nhiệm vụ dịch thuật giữa
cú pháp trừu tượng của tầng ứng dụng và một cú pháp truyền mô tả các giá
trị dữ liệu dướidạng nhị phân, thích hợp cho việc tương tác với dịch vụ
phiên.Việc dịch thuật này được 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 được 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 trường nối kết các hệ thống mở và
các tiến trình ứng dụng ( Application Process ). Các tiến trình ứng dụng
dùng môi trường 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 dưới nó. Trước hết, nó không cung cấp các dịch vụ cho
16
một tầng trên như trong trường 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 như tầng trình diễn .
Đã có nhiều công trình xoay quanh việc chuẩn hoá tầng ứng dụng. Người
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. Nhưng thực tế có
những ứng dụng không cần đến các chức năng của CASE. Mặt khác, các
ứng dụng được chuẩn hoá đồng thời và thường các kết quả được phát triển
đó là không hoàn toàn tương thích với nhau.
Năm 1987, một hướng phát triển mới được đưa vào nhằm chuẩn hoá cấu
trúc tầng ứng dụng, kếtquả là các chuẩn ISO 9545, và tương ứng- CCITT
X.207 được ra đời. Cấu trúc chuẩn này xác định các ứng dụng có thể cùng
tồn tại và sử dụng dịch vụ chung như 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, trước 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.
Kiến trúc TCP/IP thường được 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
được hình thành cùng với sự hình thành mạng ARPANET của bộ quốc
phòng Mỹ- đây chính là tiền thân của mạng Internet ngày nay.TCP/IP là một
họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương 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
17
phép các giao thức trao đổi thông tin trên mạng được thực hiện một cách
chính xác và an toàn. Có rất nhiều họ giao thức đang được sử dụng trên
mạng truyền thông hiện nay như IEEE802.X dùng trong mạng cục bộ,
CCITT (nay là ITU) dùng cho liên mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao
thức chuẩn của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ) dựa trên mô hình tham
chiếu bảy lớp cho việc kết nối các hệ thống mở. Trên Internet họ giao thức
được sử dụng là bộ giao thức TCP/IP . Hai giao thức được dùng chủ yếu ở
đây là TCP ( Transmision Control Protocol ) và IP (Internet Protocol ).
TCP là một giao thức kiểu có kết nối (Connection-Oriented), tức là cần phải
có một giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi
chúng thực hiện trao đổi dữ liệu. Còn giao thức IP là một giao thức kiểu
không kết nối (Connectionless), nghĩa là không cần phải có giai đoạn thiết
lập liên kết giữa một cặp thực thể nào đó trước khi trao đổi dữ liệu . Khái
niệm TCP/IP không chỉ bị giới hạn ở hai giao thức này. Thường thì TCP/IP
được dùng để chỉ một nhóm các giao thức có liên quan đến TCP và IP như
UDP (User Datagram Protocol), FTP (File Transfer Protocol),TELNET
(Terminal Emulation Protocol) 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 được phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng . Mỗi
hệ thống thành phần của mạng được xem như là một cấu trúc đa tầng, trong
đó mỗi tầng được xây dựng trên cơ sở tầng trước đó. Số lượng các tầng cùng
như tên và chức năng của mỗi tầng là tuỳ thuộc vào nhà thiết kế. Hình vẽ
dưới đây mô tả kiến trúc của mạng TCP/IP trong sự so sánh với mô hình
tham chiếu OSI để thấy được sự tương ứng chức năng của từng tầng .

Hình 1: Cấu trúc phân tầng của giao thức TCP/IP.
18
OSI Model TCP/IP Architectual Model
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
Telnet
FTP
SMTP
DNS
SNMP
Transmision Control
Protocol (TCP)
UserDatagram
Protocol (UDP)
RIP
ICMP
Internet Protocol (IP)
ARP
Ethernet
Tokenbus
Token Ring FDDI
IEEE802.3 IEEE802.4 EEE802.5 ANSI X3 T95
Trong đó :
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 như lỗi
và các thay đổi trong phần cứng của mạng ảnh hưởng đến sự định tuyến
thông tin truyền trong mạng.
RIP: (Routing Information Protocol) Giao thức định tuyến thông tin
đây là một trong những giao thức để xác định phương pháp định tuyến tốt
nhất cho truyền tin.
ARP: (Address Resolution Protocol) Là giao thức ở tầng liên kết dữ
liệu. Chức năng của nó là tìm địa chỉ vật lý ứng với một địa chỉ IP nào đó.
Muốn vậy nó thực hiện Broadcasting trên mạng, và máy trạm nào có địa chỉ
IP trùng với địa chỉ IP đang được hỏi sẽ trả lời thông tin về địa chỉ vật lý của
nó.
DSN: (Domain name System) Xác định các địa chỉ theo số từ các tên
của máy tính kết nối trên mạng.
FTP: (File Transfer Protocol) Giao thức truyền tệp để truyền tệp từ
một máy này đến một máy tính khác. Dịch vụ này là một trong những dịch
vụ cơ bản của Internet.
Telnet: (Terminal Emulation Protocol) Đăng ký sử dụng máy chủ từ xa
với Telnet người sử dụng có thể từ một máy tính của mình ở xa máy chủ,
đăng ký truy nhập vào máy chủ để xử dụng các tài nguyên của máy chủ như
là mình đang ngồi tại máy chủ.
19
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