Tài liệu Đồ án tốt nghiệp " Chọn đường và ứng dụng trong thiết kế mạng WAN " ppt

z




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chọn đường và ứng
dụng trong thiết kế
mạng WAN

G
G
i
i
á
á
o
o


v
v
i
i
ê
ê
n
n

h
h
ư
ư
ớ
ớ
n
n
g
g


d
d
ẫ
ẫ
n
n


:
:




S
S
i
i

n
n
h
h


v
v
i
i
ê
ê
n
n


t
t
h
h
ự
ự
c
c


h
h
i
i

ệ
ệ
n
n


:
:


N
N
g
g
u
u
y
y
ễ
ễ
n
n


X
X
u
u
â
â

n
n


T
T
r
r
ư
ư
ờ
ờ
n
n
g
g






Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
1


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 Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
2

1.1 Các yếu tố của mạng máy tính
1.1.1 Đờng 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 dới 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)
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40

3

+ 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 1-1: Các topo mạng cơ bản









Hình 1-2: Dạng topo đầy đủ
.

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)
Hình sao

Chu trình

Dạng cây

Dạng vòng

Dạng bus

Satellite hoặc radio

Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
4

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.
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
5

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.
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
6

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
đ
ợc 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
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
7

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 lợng 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.

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
Tầng N
Tầng N-1
Tầng 2
Tầng 1 Tầng 1
Tầng 2
Tầng N-1
Tầng N
Hệ thống A Hệ thống B
Giao thức tầng N
Giao thức tầng N-1
Giao thức tầng 2
Giao thức tầng 1
Đờng truyền vậtlý
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
8

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
X.25
X.300-X.352
Network 8.348 8208
8878
8473
8648
X.212 LAPB
1.440/I.44J LAPD
Data Link 8886,
8802/2
7776
X.211 X.21 Physical 8802/3
8802/4
8802/5. ..
7809
8022
Hinh 1-5 Các chuẩn cho kiến trúc phân tầng của CCITT và ISO

1.4.3 Mô hình OSI:
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
9

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 đợc 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.

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
Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

Hình 1-6: Mô hình OSI 7 tầng
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
10


Tầng Chức năng
1 Vật lý Cung cấp phơng 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 đờng truyền vật lý nhờ các phơng 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 đờng 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 ngời sử dụng để đảm bảo
truyền dữ liệu của các ứng dụng qua môi trờng OSI.
7 ỉng dụng Là giao diện giữa ngời sử dụng và môi trờng 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 đợc tổ chức thành một tầng. Các tầng đồng mức
phảI cung cấp các chức năng nh nhau. ( Phơng 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
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
11

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:

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.
(N+1)Layer
(N)Layer
(N+1)Layer
(N)Layer
Request
SAP SAP
Confirm
(N)Protocol
IndicationResponse
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN

Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
12

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












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 ph
ơng 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
(N)PCI
(N+1)PDU
(N)SDU
(N)PDU
Tầng N+1
Tầng N
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
13

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
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
14

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.

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
Giao thức lớp ứng dụng
Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

Data
AH Data
PH Data
SH Data
TH Data
NH Data
DH Data
PH Bits
Giao thức trình diễn
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
15

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.

Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
16

Chơng ii Giao thức TCP/IP

Trong chơng 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 th
ờng 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.
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
17

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:



Application

Transport

Internet

Network
Interface



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.
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

Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
18

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.

Application

Transport

Internet

Network
Interface

Application

Transport

Internet

Network
Interface

Internet

Network
Interface

Physcal net 1

Physcal net 2

Identical
message

Identical
packet

Router R

Identical
datagram

Identical
datagram

Identical
frame

Identical
frame

Hình 2-2

Host A

Host B

Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
19

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 đợc 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
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
20

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, đa 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:
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
21


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 đ
ờng, 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
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
22

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
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
23

nhỏ nhất trong một internet có nghĩa là một datagram có thể không phải lúc
nào cũng vừa vặn trong một frame mạng.

Hình 2-3: Router R1 phân mảnh các datagrams lớn đợc 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
(a)
FRAGMENT 1
HEADER
Data
1


FRAGMENT 2
HEADER
Data
2


FRAGMENT 3
HEADER
Data
3

Host
A
Host
B
R1 R2
Net 2
MTU=620
Net 1

MTU=1500
Net 3

MTU=1500
FRAGMENT 1 (offset 0)
FRAGMENT 2 (offset 600)
FRAGMENT 3 (offset 1200)
Đồ án tốt nghiệp Chọn đờng v ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
Nguyễn xuân trờng - đtth2 - k40
24

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 đợc chia cho 8 để lấy giá trị đã cất giữ trong fragment
header.
Kích cỡ mảnh đợc 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.