Bài giảng tóm tắt Mạng máy tính

t được nhận bởi tất cả các adapter nối đến Ethernet đó (kiểm tra địa chỉ để nhận hay không nhận). Ngoài địa chỉ unicast, một địa chỉ bao gồm tất cả các bit 1 được xem là địa chỉ broadcast. Địa chỉ có bit đầu tiên là 1 nhưng không phải là broadcast thì được xem là multicast (một host có thể được lập trình trên adapter đó để có thể chấp nhận một vài địa chỉ multicast). Tóm lại, một card giao tiếp mạng nhận tất cả khung và chỉ chấp nhận khung khi trên header của khung đó chứa địa chỉ của nó, địa chỉ multicast, địa chỉ broadcast, hay một khung vô tình. III.6. Một số công nghệ tầng liên kết dữ liệu khác III.6.1. Mạng không dây(Wireless Network) Mạng không dây là một kỹ thuật gần đây phát triển mạnh. Các máy tính bên trong một toà nhà có thể sử dụng tia hồng ngoại để liên lạc với nhau hay người ta còn sử dụng sóng viba để xây dựng một mạng rộng lớn từ một lưới điều khiển của một số vệ tinh quỹ đạo thấp. 802.11 được thiết kế để sử dụng trong một khu vực điạ lí giới hạn. 802.11 sử dụng 3 dạng đường truyền vật lý khác nhau: • Sử dụng sóng vô tuyến • Sử dụng sóng viba • Sử dụng tia hồng ngoại. Sóng vô tuyến được lan truyền qua một tần số rộng hơn bình thường, nhằm giảm tối thiểu tác động ảnh hưởng từ các thiết bị khác. Frequency hopping là một kỹ thuật sóng vô tuyến thực hiện truyền tín hiệu qua một dãy các tần số ngẫu nhiên, đầu tiên nó truyền ở tần số 1, rồi 2, rồi 3, nhưng dãy các tần số này thì không thật sự ngẫu nhiên, nó dùng thuật toán tạo ra số ngẫu nhiên giả. Các máy nhận sử dụng cùng thuật toán như là máy gửi và vì vậy hai máy có thể đồng bộ và truyền dữ liệu với nhau. Lan truyền trực tiếp (direct sequence): mỗi bit trong khung truyền được thể hiện bởi nhiều bit trong tín hiệu truyền. Với mỗi bit muốn truyền máy gửi thực hiện phép XOR chuổi bit đó với một chuổi bit ngẫu nhiên. Trang 47 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh Kỹ thuật truyền tia hồng ngoại truyền dựa trên sự khuyếch tán. Và thường nằm trong cự ly khoảng 10m và giới hạn bên trong một toà nhà. Hình III-15. Ví dụ mạng không dây Quản lý xung đột Cách thức truyền của mạng không dây tương tự cách thức truyền của Ethernet. Một nút sẽ đợi cho đến khi liên kết rãnh trước khi truyền và nếu hai nút cùng truyền một lúc xung đột sẽ xuất hiện. Vấn đề xung đột trong mạng không dây phức tạp bởi vì không phải tất cả các nút luôn luôn ở trong phạm vi truyền của các nút khác. Thuật toán Multiple Access with Collision Avoidance (MACA) Máy gửi và máy nhận trao đổi các khung điều khiển với nhau trước khi máy gửi thực hiện truyền dữ liệu. Máy gửi truyền một khung Request to Send (RTS) đến máy nhận, khung RTS bao gồm một trường chỉ ra thời gian nó muốn chiếm giữ đường truyền (chiều dài của khung được truyền). Máy nhận đáp lại với khung Clear to Send(CTS), khung này đáp lại trường chiều dài của máy gửi, bất kỳ nút mà nó nhận thấy khung CTS thì nó biết nó không thể liên lạc với máy nhận, vì vậy nó không thể truyền trong khoảng thời gian này. Bất kỳ nút mà nó nhìn thấy khung, nhưng không thấy khung CTS thì nó có thể tự do liên lạc với máy nhận. Trang 48 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh Hai vấn đề quan trọng trong mạng không dây • Máy nhận gởi một ACK đến máy gửi thông báo thành công sau khi nhận khung, tất cả các nút phải đợi ACK trước khi truyền tiếp. • Có hai hay nhiều nút nhận thấy liên kết trống và vì vậy sẽ truyền khung ở cùng một lúc, do đó các khung sẽ xung đột với nhau, 802.11 không hỗ trợ phát hiện xung đột nhưng nó sẽ phát hiện xung đột khi nó không nhận được khung CTS sau một khoảng thời gian nào đó. Trong trường hợp này chúng sẽ đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi truyền lại nó. Hệ thống phân phối (Distribution System) 802.11 là một hệ thống phù hợp cho một mạng có cấu hình các nút đặc biệt, một nút trong mạng có thể bị giới hạn thông tin với một hay tất cả các nút khác trên mạng. Hơn nữa sự thuận lợi của mạng không dây là các nút tự do di chuyển, chúng không bị ràng buộc bởi dây dẫn, một tập các nút có thể thay đổi bất kỳ thời gian nào. Các nút trong mạng không dây bên cạnh việc trao đổi thông tin tự do với các máy khác trong cùng một cấu trúc nó còn có thể trao đổi với các máy khác thông qua một thiết bị khác gọi là AP(Access Point). Thiết bị này sử dụng cáp để nối trực tiếp với một thiết bị gọi là distribution system. Các nút trong mạng có thể tự chọn riêng cho mình một AP. Kỹ thuật chọn 1 AP được gọi là scanning thực hiện qua 4 bước: • Gởi một khung thăm dò. • Tất cả các AP trong phạm vi của máy gửi đáp lại với một khung trả lời khung thăm dò. • Nút chọn một AP và gởi một khung giao thiệp. • AP đáp lại với một khung trả lời giao thiệp. • Các nút thực hiện cách này bất cứ lúc nào nó tham gia mạng, cũng như nó cảm thấy không cảm thấy "hạnh phúc" với AP hiện tại. • AP có thể gởi một khung thông báo khả năng truy xuất của mình (tỉ lệ truyền hổ trợ bởi AP). III.6.2. ATM Một công nghệ được quan tâm gần đây là ATM (Asychronous Tranfer Model). ATM là một công nghệ quan trọng trong những năm 1980 và đầu những năm 1990. ATM là tiếp cận theo dạng connection-oriented. Trong ATM giai đoạn thiết lập nối kết được gọi là signalling. Giao thức chính của ATM signalling là Q.2931. Ngoài khả năng tìm ra một đường đi xác định qua một mạng ATM, Q.2931 còn có nhiệm vụ cấp phát tài nguyên tại các chuyển mạch dọc kênh. Nó Trang 49 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh đảm bảo một chất lượng phục vụ của kênh. Thật vậy, khả năng QoS cuả ATM là một trong nhữnh khả năng mạnh mẽ nhất. Lúc một kênh ảo được thiết lập, nó cần thiết đặt địa chỉ nguồn trong thông điệp signalling. Trong ATM, địa chỉ có thể có ở một vài dạng, nhưng dạng chung nhất được sử dụng là E.164 và NSAP (Network Service Access Point), nó khác địa chỉ MAC sử dụng trong LAN. Một điều mà làm ATM thật sự khác thường là các gói trong một mạng ATM có chiều dài cố định. Chiều dài của chúng là 53 byte bao gồm 5 byte header và 48 byte trọng tải, để phân biệt giữa các gói có chiều dài thay đổi và cố định người ta đưa ra một tên đặc biệt goị là tế bào (cell). ATM là một ví dụ chuẩn của mạng tế bào. Hình III-16. Mạng ATM Cell Tất cả các công nghệ mạng mà chúng ta đã xem xét trước đây đều sử dụng các gói có chiều dài thay đổi. Gói có chiều dài thay đổi thì trói buột bên trong một vài giới hạn: • Giới hạn thấp nhất: số lượng thông tin nhỏ nhất mà một gói có thể chứa mà một header không được tuỳ ý mở rộng. Trang 50 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh • Giới hạn cao nhất: được đặt bởi nhiều yếu tố, ví dụ kích thước gói lớn nhất trong mạng FDDI xác định bao lâu mỗi trạm cho phép truyền mà không trả lại token và thật vậy nó xác định bao lâu mỗi trạm phải đợi cho token đến. Cell, ngược lại giới hạn trên và dưới là cố định. Kích thước cell Gói có chiều dài thay đổi có một vài đặc trưng quan trọng: • Nếu ta chỉ có một byte gửi, ta đặt nó trong gói có kích thước nhỏ nhất. • Nếu chúng ta có một file lớn để gửi ta phân nó ra thành nhiều gói có kích thước lớn nhất để gửi. Ta không cần thêm bất cứ thông tin gì trong trường hợp đầu, trong trường hợp thứ hai nó gia tăng hiệu quả băng truyền. Chúng ta cũng có thể giảm tối thiểu tổng số gói gửi bằng cách giảm tổng cộng hoạt động xử lý trên gói, điều này rất quan trọng trong một mạng có thông lượng cao bởi vì nhiều thiết bị mạng không giới hạn bao nhiêu bit trên 1 giây mà chúng có thể xử lý hơn là giới hạn số gói trên một giây mà chúng có thể xử lý. Vậy tại sao phải sử dụng cell. Một lý do chính là nó thuận tiện được thi hành của phần cứng mạng. Bởi vì trong mạng điện thoại mỗi mạng điện thoại thường phục vụ 10.000 khách hàng, chiều dài cố định thì rất hữu ích nếu chúng ta muốn xây dựng các mạng nhanh, có tính khả mở. Có hai lý do: • Xây dựng phần cứng là một nhiệm vụ dễ dàng, và nhiệm vụ xử lý mỗi gói thì dễ dàng khi biết chiều dài thật sự của chúng. • Nếu tất cả các gói có cùng chiều dài, ta có thể có nhiều chuyển mạch. Tất cả chúng cùng làm một nhiệm vụ(xử lý song song). Một đặc điểm quan trọng của truyền tế bào liên quan đến tổ chức hàng đợi. Khi ta lấy một gói từ hàng đợi và bắt đầu truyền nó, ta tiếp tục thực hiện thao tác này cho đến khi toàn bộ gói được truyền. Ví dụ, một mạng với một gói thay đổi, kích thước gói lớn nhất là 4KB và tốc độ truyền là 100Mbps, thời gian để truyền gói có kích thước lớn nhất là 327.69 micro giây, thật vậy một gói ưu tiên cao đến chỉ sau khi gói có kích thước lớn nhất được truyền sẽ ngồi đợi 327.68 micro giây để truy xuất liên kết, ngược lại nếu chuyển một cell 53 byte thời gian lâu nhất nó đợi là 4.24s điều này dường như không đáng kể nhưng nó dẫn đến tình trạng “bồn chồn” cho một số ứng dụng. III.6.3. X25 Được CCITT công bố lần đầu tiên vào 1970 lúc lĩnh vực viễn thông lần đầu tiên tham gia vào thế giới truyền dữ liệu với các đặc tính: Trang 51 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh • X25 cung cấp quy trình kiểm soát luồng giữa các đầu cuối đem lại chất lương đường truyền cao cho dù chất lương đương dây truyền không cao. • X25 được thiết kế cho cả truyền thông chuyển mạch lẫn truyền thông kiểu điễm nối điểm. • Được quan tâm và tham gia nhanh chóng trên toàn cầu. Trong X25 có chức năng dồn kênh (multiplexing) đối với liên kết logic (virtual circuits) chỉ làm nhiệm vụ kiểm soát lỗi cho các frame đi qua. Điều này làm tăng độ phức tạp trong việc phối hợp các thủ tục giữa hai tầng kề nhau, dẫn đến thông lượng bị hạn chế do tổng phí xử lý mỗi gói tin tăng lên. X25 kiểm tra lỗi tại mỗi nút trước khi truyền tiếp, điều này làm cho đường truyền có chất lượng rất cao gần như phi lỗi. Tuy nhiên do vậy khối lượng tích toán tại mỗi nút khá lớn, đối với những đường truyền của những năm 1970 thì điều đó là cần thiết nhưng hiện nay khi kỹ thuật truyền dẫn đã đạt được những tiến bộ rất cao thì việc đó trở nên lãng phí. III.6.4. Frame Relay Mỗi gói tin trong mạng gọi là Frame, do vậy mạng gọi là Frame relay. Đặc điểm khác biệt giữa mạng Frame Relay và mạng X25 mạng Frame Relay là chỉ kiểm tra lỗi tại hai trạm gửi và trạm nhận còn trong quá trình chuyển vận qua các nút trung gian gói tin sẽ không được kiểm lỗi nữa. Do vậy thời gian xử lý trên mỗi nút nhanh hơn, tuy nhiên khi có lỗi thì gói tin phải được phát lại từ trạm đầu. Với độ an toàn cao của đường truyền hiện nay thì chi phí việc phát lại đó chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ nếu so với khối lượng tính toán được giảm đi tại các nút nên mạng Frame Relay tiết kiệm được tài nguyên của mạng hơn so với mạng X25. Frame relay không chỉ là một kỹ thuật mà còn là thể hiện một phương pháp tổ chức mới. Với nguyên lý là truyền mạch gói nhưng các thao tác kiểm soát giữa các đầu cuối giảm đáng kể. Kỹ thuật Frame Relay cho phép thông luợng tối đa đạt tới 2Mbps và hiện nay nó đang cung cấp các giải pháp để tương nối các mạng cục bộ LAN trong một kiến trúc xương sống tạo nên môi trường cho ứng dụng multimedia. Trang 52 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh Chương IV. Giao thức tầng mạng IV.1. Chức năng của tầng mạng IV.1.1. Chức năng Tầng mạng (Network layer) đảm bảo truyền tin thông suốt giữa hai nút đầu cuối trong mạng. Truyền các gói tin (packets) từ nơi gửi (sending host) tới nơi nhận (receiving host). Tầng mạng được cài đặt tại router và cả end system. Chức năng chính: • Chọn đường (path selection): có nhiều đường đi, gói tin sẽ đi theo đường nào? • Chuyển mạch (switching, forwarding): chuyển gói tin từ cổng vào tới cổng ra của router một cách thích hợp. • Thiết lập liên kết (call setup): một số kiến trúc mạng cần thiết lập kênh truyền trước khi truyền. Hình IV-1. Tầng mạng IV.1.2. Dịch vụ cung cấp cho tầng giao vận • Các dịch vụ phải độc lập với công nghệ được dùng trong mạng. • Tầng giao vận phải độc lập với công nghệ được dùng trong mạng. Trang 53 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh • Các địa chỉ mạng phải thống nhất để tầng iao vận có thể dùng cả mạng LAN và WAN Có hai loại dịch vụ: ƒ Dịch vụ truyền tin liên kết (Connection Oriented Service) ƒ Dich vụ truyền tin không liên kết (Connectionless Service) Sự khác nhau giữa hai dịch vụ: Vấn đề Dịch vụ có liên kết Dịch vụ không liên kết Khởi động kênh Cần thiết Không Địa chỉ đích Chỉ cần lúc khởi động Cần ở mọi gói tin Thứ tự gói tin Được đảm bảo Không đảm bảo Kiểm soát lỗi Ở tầng mạng Ở tầng giao vận Điều khiển thông lượng Ở tầng mạng Ở tầng giao vận Thỏa thuận tham số Có Không Nhận dạng liên kết Có Không IV.1.3. Tổ chức các kênh truyền tin trong mạng 1. Kênh ảo (Virtual Circuit): Tương đương kênh điện thoại trong tầng vật lý sử dụng trong mạng có liên kêt. Kênh ảo được thiết lập cho mỗi liên kết. Một khi đã được thiết lập thì các gói tin được chuyển đi tương tự trong mạng điện thoại cho đến khi liên kết bị hủy bỏ. • Mỗi nút mạng chứa một kênh ảo. • Khi một liên kết được khởi động một kênh ảo chưa dùng sẽ được chọn. • Nút chọn kênh ảo chứa đường dẫn đến trạm tiếp theo và có số thấp nhất. Khi gói tin khởi động đến nút đích, nút chọn kênh ảo có số thấp nhất thay thế số trong gói tin và chuyển vào trạm đích. Số kênh ảo nối với trạm đích có thể khác số kênh ảo mà trạm nguồn sử dụng. 2. Mạng Datagram: Tương đương với điện báo sử dụng trong mạng không liên kết. Trong mạng này không có tuyến đường nào được thiết lập. Các gói tin có thể đi theo nhiều đường khác nhau mà không nhất thiết theo một trình tự xác định. Thông tin vào là địa chỉ đích, thông tin ra là nút mạng phải tới. Mạng Datagram phức tạp về điều khiển nhưng nếu kênh hỏng thì dễ dàng chuyển sang kênh mới. Một số đặc trưng của mạng kênh ảo và datagram: Trang 54 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh Vấn đề Mạng kênh ảo Mạng datagram Khởi động kênh Cần thiết Không Địa chỉ hóa Gói tin chỉ cần số kênh ào Gói tin phải có địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Thông tin tìm đường Mỗi kênh ảo cần một vùng trong bảng Không cần bất cứ thông tin nào Tìm đường Được thiết lập khi khởi động kênh ảo mới. Liên kết sẽ được duy trì cho cả phiên Mỗi gói tin tìm đường độc lập.Phải tìm đường mỗi khi có gói tin đến nút mạng Điều khiển Kênh ảo qua nút hỏng sẽ bị hủy Chỉ mất gói tin trong nút hỏng Hỏng nút Dễ khắc phục Khó khắc phục Độ phức tạp Trong tầng mạng Trong tầng giao vận Thích hợp Các dịch vụ liên kết Các dịch vụ liên kết và không liên kết IV.1.4. Tìm đường đi (định tuyến) trong mạng Chức năng quan trọng nhất của tầng mạng là dẫn đường cho các gói tin từ trạm nguồn đến trạm đích. Thuật toán tìm đường là quy trình để quyết định chọn đường ra khỏi nút mạng nhằm gửi gói tin đi tiếp đến nút khác. Yêu cầu của thuật toán tìm đường: • Chính xác, ổn định, đơn giản và tối ưu. • Thuật toán tìm đường phải có khả năng cập nhật lại cấu hình và đường vận chuyển để không phải khởi động lại mạng khi có một nút hỏng hoặc phải ngừng hoạt động của các máy trạm. Các thuật toán chia làm hai nhóm: • Nhóm không thích nghi (non adaptive): việc chọn đường không dựa vào việc đánh gia tình trạng mạng và cấu hình trong thời gian thực. • Nhóm thích nghi (adaptive): việc tìm đường phải thích nghi với tình trạng mạng hiện tại. IV.1.5. Tắc nghẽn trong mạng Khi có quá nhiều gói tin trong mạng hoặc một phần của mạng làm cho hiệu suất của mạng giảm đi vì các nút mạng không đủ khả năng lưu trữ, xử lý, gửi đi và Trang 55 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh chúng bắt đầu bị mất các gói tin. Hiện tượng này gọi là sự tắc nghẽn (congestion) trong mạng. Hàng đợi sẽ bị đầy (phải lưu tập tin, các bảng định tuyến,...) nếu khả năng xử lý của nút yếu hay thông tin vào nhiều hơn khả năng của đường ra. Các biện pháp ngăn ngừa: • Bố trí khả năng vận chuyển, lưu trữ, xử lý của mạng dư so với yêu cầu. • Hủy bỏ các gói tin bị tắc nghẽn quá thời hạn. • Hạn chế số gói tin vào mạng nhờ cơ chế cửa sổ (flow control). • Chặn đường vào của các gói tin khi mạng quá tải. IV.2. Bộ định tuyến và các thiết bị kết nối mạng khác: IV.2.1. Bộ định tuyến (Router) Trong môi trường gồm nhiều mạng gắn kết với nhau bằng nhiều giao thức và kiến trúc mạng khác nhau, bộ chuyển mạch (cầu nối) không thể truyển thông nhanh trong tất cả các đoạn mạng. Mạng có độ phức tạp như vậy cần một thiết bị không những biết địa chỉ mạng mỗi đoạn mạng mà còn quyết định tuyến đường tốt nhất để truyền dữ liệu và lọc các lưu lượng quảng bá trên các đoạn mạng cục bộ. Thiết bị như vậy gọi là bộ định tuyến (Router). Hình IV-2. Router Chức năng bộ định tuyến: • Chuyển và định tuyến gói dữ liệu qua nhiều mạng dựa trên địa chỉ phân lớp mạng. • Phân chia mạng lớn thành nhiều mạng nhỏ và kết nối các đoạn mạng với nhau. • Lọc gói tin và giới hạn lưu lượng mạng, hoạt động như một rào cản an toàn giữa các đoạn mạng. • Ngăn chặn tình trạng quảng bá vì router không chuyển tiếp gói tin dạng quảng bá. Trang 56 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh • Các bộ định tuyến có thể chia sẻ thông tin trạng thái và thông tin định tuyến với nhau, sử dụng thông tin này để bỏ qua các kết nối hỏng hoặc chậm. Nguyên lý hoạt động: Trong bộ định tuyến có một bảng định tuyến chứa các địa chỉ mạng. Tuy nhiên địa chỉ mạng có thể được lưu trữ tùy vào giao thức mạng đang chạy. Bộ định tuyến dùng bảng định tuyến để xác định địa chỉ đích cho dữ liệu nhận được. Bảng này liệt kê các thông tin sau: • Địa chỉ mạng đã kết nối trực tiếp. • Cách kết nối tới những mạng khác. • Chi phí truyền dữ liệu qua các lộ trình đó. Khi router nhận được gói dữ liệu truyền tới mạng ở xa, nó kiểm tra bảng định tuyến và chọn đường đi tối ưu (có chi phí thấp nhât) để gửi gói dữ liệu đến đích. Hình IV-3. Kiến trúc Router trong mô hình OSI Truyền dữ liệu qua bộ định tuyến: Khi một trạm xác định cần gửi một gói dữ liệu tới một trạm trên một mạng khác. Công việc đầu tiên của trạm này là lấy địa chỉ vật lý của router (địa chỉ cổng kết nối ngầm định). Sau đó nó điền thông tin trong trường địa chỉ vật lý của gói dữ liệu bằng địa chỉ vậy lý của router và trường thông tin địa chỉ đích của tầng mạng (là địa chỉ IP nếu dùng TCP/IP) bằng địa chỉ của trạm đích. Khi router kiểm tra địa chỉ đích, nó xác định xem nó có biết cách hay không chuyển tiếp gói tin đến chặng tiếp theo (next hop) là router kế tiếp trên đường đi, bằng cách kiểm tra địa chỉ. Nếu địa chỉ mạng đích nằm trong gói dữ liệu không có trong bảng định tuyến, router sẽ bỏ gói dữ liệu trừ khi nó được cấu hình đường đi mặc định. Ngược lại nếu địa chỉ mạng đích có trong bảng định tuyến, router thay Trang 57 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh địa chỉ vật lý đích bằng địa chỉ vật lý của chặng tiếp theo và truyền gói dữ liệu đến đó. Như vậy, khi một gói tin truyền qua liên mạng, địa chỉ vật lý thay đổi nhưng địa chỉ của giao thức không đổi. IV.2.2. Bộ lặp (Repeater) Bộ lặp thực hiện chức năng ở tầng vật lý dùng để khuyếch đại tín hiệu khi tín hiệu đi xa. Bộ lặp được sử dụng để kết nối các đoạn mạng lại với nhau. Bộ lặp nhận tín hiệu từ một đoạn mạng, tái tạo lại và truyền tín hiệu này đến đoạn mạng khác. Nhờ có bộ lặp mà tín hiệu bị suy yếu do phải truyền qua một đoạn cáp dài có thể trở lại dạng ban đầu và truyền đi được xa hơn. Hình IV-4.Bộ lặp. Tất cả các tín hiệu điện, bao gồm nhiễu điện từ và các lỗi khác cũng được lặp và khuyếch đại. Để bộ lặp hoat động, cả hai đoạn mạng nối với bộ lặp phải sử dụng cùng một phương pháp truy cập đường truyền. Hình IV-5. Repeater trong mô hình OSI Trang 58 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh IV.2.3. Hub Hub là thiết bị liên kết mạng được sử dụng làm trung tâm trong cấu trúc mạng có dạng hình sao (star). Mạng sao dùng sự phân chia tín hiệu trong Hub để đưa các tín hiệu ra các đường cáp khác nhau. Có 3 loại Hub thường sử dụng trong mạng là • Hub chủ động: tái tạo và truyền tín hiệu giống như bộ lặp. Hub có nhiều cổng nên được gọi là bộ lặp đa cổng. Hub chủ động đưa các các tín hiệu mạnh hơn do đó cho phép đoạn cáp dài hơn. Đa phần các Hub là Hub chủ động. • Hub thụ đông: hoặc động như các điểm kết nối, không tái tạo hay khuyếch đại tín hiệu. • Hub lai: thích ứng với nhiều loại cáp khác nhau Hình IV-6.Hub IV.2.4. Cầu nối (Bridge) Cầu nối là thiết bị hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu, dùng để nối hai hay nhiều đoạn mạng (segment) của mạng LAN khác nhau. Chức năng của cầu nối: • Mở rộng khoảng cách phân đoạn mạng, tăng số lượng máy tính trên mạng. • Lọc những gói dữ liệu để gửi đi hay không gửi đi cho đoạn nối, hoặc gửi trả lại nơi xuất phát. • Phân chia mạng lớn thành nhiều mạng nhỏ nhằm cô lập lưu lượng, tăng tốc độ mạng. Nếu lưu lượng từ một nhóm máy tính trở nên quá tải và giảm hiệu xuất mạng thì cầu nối có thể cô lập máy tính hay bộ phận này. • Kết nối các phương tiện truyền dẫn khác nhau. • Kết nối các đoạn mạng sử dụng phương pháp truy cập khác nhau. Trang 59 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh Hình IV-7.Bridge trong mô hình OSI Nguyên lý hoạt động: • Cầu nối không phân biệt giao thức này với giao thức khác, chỉ có nhiệm vụ lưu chuyển tất cả các giao thức trên mạng. Vì các giao thức đều có thể di chuyển qua cầu nối nên tùy thuộc vào từng máy quyết định chúng có thể nhận diện giao thức • Cầu nối hoạt động trên nguyên tắc mỗi nút mạng có một địa chỉ riêng. Cầu nối chuyển gói dữ liệu dựa trên địa chỉ vật lý (MAC address) của nút đích. Khi dữ liệu truyền qua cầu nối, thông tin địa chỉ này sẽ được lưu trong RAM của cầu nối dùng để xây dựng bản địa chỉ dựa trên địa chỉ nguổn của gói tin. IV.2.5. Bộ chuyển mạch (Switch) Bộ chuyển mạch có chức năng giống cầu nối nhưng có nhiều port. Bộ chuyển mạch có thể kết nối một số mạng LAN riêng biệt và cung cấp khả năng lọc gói dữ liệu giữa chúng. Hiện nay, bộ chuyển mạch được sử dụng rộng rãi thay thế cho Hub. Hình IV-8. Switch Trang 60 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh IV.2.6. Gateway Gateway (cổng nối) hoạt động ở mức mạng, thực hiện việc ghép nối với WAN. Nguyên lý chung của nối kết này là tạo ra một tầng “liên mạng” (internet) trong tất cả các kiến trúc của mạng con tham gia nối kết. Tầng liên mạng thường là tầng con nằm ngay trên tầng 3 trong mô hình OSI. Hình IV-9. Sơ đồ kiến trúc của gateway trong mô hình OSI. Tầng con Internet được cài đặt trong tất cả các trạm cũng như trong các giao diện kết nối (gateway). Tầng này cung cấp dịch vụ truyền thông liên mạng với hai chức năng chính: • Chuyển đổi các đơn vị dữ liệu của giao thức (Protocol Data Unit- PDU). • Chọn đường đi cho các PDU này. Các gói tin ở tầng con Internet lưu thông trong mạng theo phương pháp “đóng gói/tách gói”. Khi một datagram được truyền từ mạng con này qua mạng con khác thông qua gateway thì nó được bổ sung vào hoặt tách ra các phần thông tin điều khiển cần thiết cho mạng con. Gateway có các giao thức xác định trước thường là nhiều giao thức, một gateway đa giao thức thường được chế tạo như các card có chứa các bộ xử lý riêng và cài đặt trên các máy tính hoặc thiết bị chuyên biệt. IV.3. Giao thức IP (IP Protocol) Giao thức IP (Internet Protocol) hoạt động ở tầng mạng, cung cấp dịch vụ dữ liệu không liên kết (connectionless) cho nhiều giao thức liên kết dữ liệu khác. Đơn vị dữ liệu dùng trong IP là datagram, hay còn gọi là gói tin. Chức năng chính của IP: • Định nghĩa gói tin datagram là đơn vị dữ liệu cơ bản của việc truyền tin trên Internet. Trang 61 Bài giảng Mạng máy tính Trần Ngô Như Khánh • Xác định mô hình gán địa chỉ cho các gói tin và quản lý các quá trình trao đổi, xử lý các gói tin này. • Chọn đường cho các datagram trên mạng. • Phân đoạn và sắp xếp lại các gói tin. Tính chất của giao thức IP • Là giao thức hoạt động theo phương thức không nối kết. • Không tin cậy: giao thức IP không có khả năng phát hiện và khắc phục lỗi, không quan tâm đến vấn đề dữ liệu có được nhận một cách chính xác không. Các gói dữ liệu có thể bị thất lạc, trùng lập, bị chậm hoặc không đúng thứ tự. Mỗi gói dữ liệu được xử lý độc lập và có thể gửi theo những đường định tuyến khác nhau. IV.3.1. Định dạng khung gói tin IP Hình IV-10. Định dạng khung gói tin IP Ý nghĩa các trường dữ liệu: 0 15 16 31 4-bit Version 4-bit Header Length 8-bit Type Of Service (TOS) 16-bit Total Length (in bytes) 16-bit Identification 3-bit Flags 13-bit Fragment Offset 8 bit Time To Live TTL 8-bit Protocol 16-bit Header Checksum 32-bit Source IP Address 32-bit Destination IP Address Options (if any) Data • VER (4 bits): chỉ version hiện hành của giao thức IP hiện được cài đặt, việc có chỉ số version cho phép có các trao đổi giữa các hệ thống sử dụng version cũ và hệ thống sử dụng version mới. • IHL (4 bits): chỉ độ dài phần đầu (Internet header Length) của gói t