NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC XUYÊN LỚP CHO CHỒNG GIAO THỨC TCPIP

Đề tài : NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC XUYÊN LỚP CHO CHỒNG GIAO THỨC TCPIP Nội dung của đồ án Chương I: Giới thiệu chung về lịch sử ra đời của Internet, mô hình TCPIP, từ đó đưa ra hạn chế của mô hình Chương II: Một số chương trình nghiên cứu về kiến trúc mạng thế hệ mới như ở Mỹ, châu Âu và Nhật Bản (dự án AKARI). Chương III: Nghiên cứu đề xuất mô hình xuyên lớp cho chồng giao thức TCPIP.

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo, TS Vũ

Trường Thành, người đã trực tiếp hướng dẫn và có những lời góp ý, cùng nhiều tài

liệu bổ ích để đồ án này được hoàn thành

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Viễn Thông 1, Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã tạo điều kiện tốt nhất cho em được học tập và nghiên cứu trong những năm vừa qua

Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, các bạn học cùng lớp đã có những lời động viên quý báu trong suốt thời gian thực hiện đồ án này

Lời cuối, em muốn gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình em Gia đình luôn là nguồn động viên tinh thần và cổ vũ lớn lao, là động lực giúp em thành công trong học tập, công việc và cuộc sống

Hà Nội, tháng 12 năm 2012 Sinh Viên

Đặng Thị Hồng Diệu

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm:………… (Bằng chữ………….) Ngày… tháng… năm…

Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm:………… (Bằng chữ………….) Ngày… tháng… năm…

Giảng viên phản biện

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 8

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.1 Lịch sử phát triển mạng Internet 2

1.2.1 Lớp Application 5

1.4 Các hạn chế của TCP/IP 12

CHƯƠNG II: MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC MẠNG THẾ HỆ MỚI 14

Như vậy, nội dung trong chương I đã đề cập một cách khái quát về kiến trúc mạng TCP/IP Theo đó, chúng ta thấy được những điểm còn hạn chế trong mô hình mạng hiện tại Chính vì thế, tất yếu kéo theo rất nhiều nghiên cứu liên quan nhằm khắc phục những hạn chế đó Cụ thể, có những chương trình nghiên cứu của Mỹ, châu Âu và đặc biệt là Nhật Bản (dự án AKARI) Chương II của đồ án sẽ giúp làm rõ nội dung này: 14

2.1 Nghiên cứu của Mỹ 14

2.1.1 Nghiên cứu liên quan trước GENI/FIND 14

2.1.2 GENI 15

2.3.1.2 Nguyên tắc kết nối thực tế 21

2.3.1.3 Nguyên tắc bền vững và tiến hóa 22

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH XUYÊN LỚP CHO CHỒNG GIAO THỨC TCP/IP 27

Nghiên cứu đề xuất một kiến trúc mạng mới có tên là InterLay Kiến trúc mới này hỗ trợ trao đổi thông và điều khiển giữa các lớp trong mô hình mạng TCP/IP Mô hình cho phép khả năng tương tác chéo giữa các lớp, hỗ trợ các lớp trên có thể vi chỉnh các hoạt động của các lớp dưới Kiến trúc này ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển mạnh mẽ của mạng Internet, công nghệ mạng truy nhập không dây yêu cầu thời gian thực Cụ thể, nôi dung chương III tìm hiểu về mục tiêu của mô hình, mô tả mô hình, hoạt động của mô hình và so sánh với các nghiên cứu khác 27

3.1 Mục tiêu của mô hình InterLay 27

3.2 Mô tả InterLay 28

3.2.2 Mô hình truyền thông Cross-Layer cho kiến trúc mạng TCP/IP 30

3.2.3 Chồng giao thức TCP/IP thông thường 31

3.2.4 Các chức năng mở thêm của chồng giao thức TCP/IP 32

3.3 Các đối tượng InterLay 33

3.3.1 Thành phần cấu trúc thực thể InterLay 33

3.3.2 Công cụ chính sách PE 36

3.3.3 Enforcer 41

3.3.4 Informer 44

3.4 Hoạt động của InterLay 48

3.4.1 InterLay và các lớp thấp 48

3.4.2 InterLay và ứng dụng người sử dụng 51

3.4.3 InterLay và các hệ thống bên ngoài 54

3.5 Ứng dụng mô hình xuyên lớp cho TCP di động khi địa chỉ IP thay đổi 57

3.6 So sánh InterLay với các nghiên cứu khác khi thực hiện TCP di động 58

TỔNG KẾT 60

Như vậy đồ án đã trình bày một cách tổng quát về kiến trúc mạng TCP/IP, lịch sử phát triển của Internet và tìm hiểu về các nghiên cứu liên quan về mô hình tương tác xuyên lớp cho mạng thế hệ mới Từ đó, đưa ra mô hình kiến trúc mới InterLay, mô hình này cho phép các lớp trong mô hình TCP/IP có thể dễ dàng trao đổi thông tin với nhau đáp ứng tốt hơn cho các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT

Interface

Giao diện chương trình ứng dụng

between Arbitrary Layers Điều khiển trao đổi thông tin giữa các lớp tùy biến

Notification

Thông báo tắc nghẽn

tiện

công nghệ truy nhập

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

không nhận được phản hồi

trở lại

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1 : Mô hình tham chiếu TCP/IP 4

Hình 1.2 : Quy trình làm việc của lớp Application 6

Hình 1.3 Gói dữ liệu trong lớp Transport 7

Hình 1.4 : Datagram trong lớp Internet 8

Hình 1.5 :Cấu trúc Ethernet 9

Hình 1.6 : Frame trong lớp Network Interface 10

Hình 2.1: Nguyên tắc thiết kế cơ bản cho kiến trúc mạng thế hệ mới 19

Hình 3.1 : Mô hình truyền thông Cross-Layer cho kiến trúc mạng TCP/IP 31

Hình 3.2: Đối tượng InterLay 35

Hình 3.3: Công cụ chính sách PE 36

Hình 3.4 : Enforcer và sự cập nhật tham số thời gian thực 42

Hình 3.5: Enforcer và thực hiện phương thức action() 44

Hình 3.6 : Informer và trả về giá trị của các tham số thời gian thực 46

Hình 3.7: Đăng ký và thông báo cho các sự kiện từ bên trong hạt nhân 47

Hình 3.8: Đăng ký cho sự kiện từ ứng dụng người dùng 48

Hình 3.9: Truy vấn giá trị tham số thời gian thực 49

Hình 3.10: Cập nhật giá trị bởi các lớp thấp 49

Hình 3.11: Gọi phương thức action() 50

Hình 3.12: Đăng ký cho sự kiện từ các lớp thấp 50

Hình 3.13:Truy vấn giá trị bởi các ứng dụng người dùng 51

Hình 3.14: Cập nhật giá trị bởi ứng dụng người dùng 52

Hình 3.15: Gọi phương thức action() 52

Hình 3.16 : Đăng ký sự kiện và thông báo (sử dụng cổng NetLink) 53

Hình 3.17: Đăng ký sự kiện và thông báo (sử dụng các tín hiệu) 54

Hình 3.18: Truy vấn giá trị bởi máy chủ bên ngoài 54

Hình 3.19: Cập nhật giá trị bởi máy chủ bên ngoài 55

Hình 3.20: Gọi phương thức action() 56

Hình 3.21: Đăng ký sự kiện từ các máy chủ bên ngoài 56

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng-1: Sự phát triển của mô hình Internet 12

Bảng-2 : Switch-case của phương thức update() 43

Bảng-3 : Switch-case của phương thức get_param() 45

Bảng-4: So sánh giứa InterLay và các nghiên cứu khác 59

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phổ biến của công nghệ truy nhập không dây, các thiết bị đầu cuối

di động cầm tay cũng như các dịch vụ multimedia thời gian thực trên Internet ngày càng đa dạng và phát triển hơn Nhu cầu vi chỉnh các hoạt động của tầng trên với tầng dưới trong mô hình mạng ngày càng trở nên cấp thiết hơn Nhu cầu này đã được khẳng định trong rất nhiều nghiên cứu của các nước và khu vực trên thế giới, như ở châu Âu,

Mỹ và Nhật Bản, ví dụ như trong kiến trúc MIH ( Media Independent Handover)- chuyển giao không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập- dành cho việc chuyển giao giữa các mạng không dây Hiện tại, đồ án đưa ra một kiến trúc mạng mới có tên là InterLay, với khả năng hỗ trợ cho việc trao đổi thông tin và điều khiển giữa các lớp trong mô hình mạng TCP/IP một cách nhanh chóng và thuận tiện hơn Kiến trúc InterLay có điểm khác biệt là nó có thêm một thực thể ảo giúp cho các lớp trong mô hình TCP/IP có thể trao đổi trực tiếp thông tin với nhau nhằm khắc phục hạn chế còn tồn tại trong mô hình cũ, đáp ứng yêu cầu phát triển cần thiết của mạng thế hệ mới Nội dung đồ án tiếp cận các khía cạnh chủ yếu là: mục tiêu, cách thức hoạt động và ưu điểm của kiến trúc mới này Cụ thể đồ án:

Chương I: Giới thiệu chung về lịch sử ra đời của Internet, mô hình TCP/IP, từ đó đưa

ra hạn chế của mô hình

Chương II: Một số chương trình nghiên cứu về kiến trúc mạng thế hệ mới như ở Mỹ, châu Âu và Nhật Bản (dự án AKARI)

Chương III: Nghiên cứu đề xuất mô hình xuyên lớp cho chồng giao thức TCP/IP

Mặc dù đã nỗ lực tìm hiểu để hoàn tất các nội dung đề ra, nhưng do còn nhiều hạn chế về thời gian và hiểu biết của bản thân nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để hoàn thiện thêm công tác học tập của bản thân trong tương lai

Sinh viênĐặng thị Hồng Diệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Lịch sử phát triển mạng Internet

“Tiền thân của mạng Internet ngày nay là mạng ARPANET Cơ quan quản lý

dự án nghiên cứu phát triển ARPA thuộc bộ quốc phòng Mỹ liên kết 4 địa điểm đầu tiên vào tháng 7 năm 1969 bao gồm: Viện nghiên cứu Stanford, Đại học California, Los Angeles, Đại học Utah và Đại học California, Santa Barbara Đó chính là mạng liên khu vực (Wide Area Network – WAN) đầu tiên được xây dựng

Thuật ngữ “Internet” xuất hiện lần đầu vào khoảng năm 1974 Lúc đó mạng vẫn được gọi là ARPANET Năm 1983, giao thức TCP/IP chính thức được coi như một chuẩn đối với ngành quân sự Mỹ và tất cả các máy tính nối với ARPANET phải sử dụng chuẩn mới này Năm 1984, ARPANET được chia ra thành hai phần: phần thứ nhất vẫn được gọi là ARPANET, dành cho việc nghiên cứu và phát triển; phần thứ hai được gọi là MILNET, là mạng dùng cho các mục đích quân sự

Giao thức TCP/IP ngày càng thể hiện rõ các điểm mạnh của nó, quan trọng nhất

là khả năng liên kết các mạng khác với nhau một cách dễ dàng Chính điều này cùng với các chính sách mở cửa đã cho phép các mạng dùng cho nghiên cứu và thương mại kết nối được với ARPANET, thúc đẩy việc tạo ra một siêu mạng (SuperNetwork) Năm 1980, ARPANET được đánh giá là mạng trụ cột của Internet

Mốc lịch sử quan trọng của Internet được xác lập vào giữa thập niên 1980 khi

tổ chức khoa học quốc gia Mỹ NSF thành lập mạng liên kết các trung tâm máy tính lớn với nhau gọi là NSFNET Nhiều doanh nghiệp đã chuyển từ ARPANET sang NSFNET và do đó sau gần 20 năm hoạt động, ARPANET không còn hiệu quả đã ngừng hoạt động vào khoảng năm 1990

Sự hình thành mạng xương sống của NSFNET và những mạng vùng khác đã tạo ra một môi trường thuận lợi cho sự phát triển của Internet Tới năm 1995, NSFNET thu lại thành một mạng nghiên cứu còn Internet thì vẫn tiếp tục phát triển

Với khả năng kết nối mở như vậy, Internet đã trở thành một mạng lớn nhất trên thế giới, mạng của các mạng, xuất hiện trong mọi lĩnh vực thương mại, chính trị, quân

sự, nghiên cứu, giáo dục, văn hoá, xã hội… Cũng từ đó, các dịch vụ trên Internet không ngừng phát triển tạo ra cho nhân loại một thời kỳ mới: kỷ nguyên thương mại điện tử trên Internet

Năm 1991, Tim Berners Lee ở Trung tâm nghiên cứu nguyên tử châu Âu (CERN) phát minh ra World Wide Web (WWW) dựa theo một ý tưởng về siêu văn bản được Ted Nelson đưa ra từ năm 1985 Có thể nói đây là một cuộc cách mạng trên Internet vì người ta có thể truy cập, trao đổi thông tin một cách dễ dàng

Năm 1994 là năm kỉ niệm lần thứ 25 ra đời ARPANET, NIST đề nghị thống nhất dùng giao thức TCP/IP WWW đã trở thành dịch vụ phổ biến thứ 2 sau dịch vụ FTP Những hình ảnh video đầu tiên được truyền đi trên mạng Internet

World Wide Web, gọi tắt là Web hoặc WWW, mạng lưới toàn cầu là một không gian thông tin toàn cầu mà mọi người có thể truy nhập (đọc và viết) qua các

máy tính nối với mạng Internet Thuật ngữ này thường được hiểu nhầm là từ đồng nghĩa với chính thuật ngữ Internet Nhưng Web thực ra chỉ là một trong các dịch vụ chạy trên Internet, chẳng hạn như dịch vụ thư điện tử.

Các tài liệu trên World Wide Web được lưu trữ trong một hệ thống siêu văn bản (hypertext), đặt tại các máy tính trong mạng Internet Người dùng phải sử dụng một chương trình được gọi là trình duyệt web (web browser) để xem siêu văn bản Chương trình này sẽ nhận thông tin (documents) tại ô địa chỉ (address) do người sử dụng yêu cầu (thông tin trong ô địa chỉ được gọi là tên miền (domain name)), rồi sau đó chương trình sẽ tự động gửi thông tin đến máy chủ (web server) và hiển thị trên màn hình máy tính của người xem Người dùng có thể theo các liên kết siêu văn bản (hyperlink) trên mỗi trang web để nối với các tài liệu khác hoặc gửi thông tin phản hồi theo máy chủ trong một quá trình tương tác Hoạt động truy tìm theo các siêu liên kết thường được gọi là duyệt Web

Quá trình này cho phép người dùng có thể lướt các trang web để lấy thông tin Tuy nhiên độ chính xác và chứng thực của thông tin không được đảm bảo.”

1.1.1 Những cột mốc quan trọng của internet:

1991 Web Father, Tim Berners-Lee phát minh World Wide Web (www).

1995 Amazon được thành lập bởi Jeff Bezos Cho đến nay, Amazon vẫn được đánh

giá là một trong những công ty thương mại điện tử thành công và có quy mô lớn

Trong thời gian này, nhiều công ty bắt đầu nghiên cứu côn nghệ tìm kếm được thành lập như Alta Vista, Infoseek, Excite …

1997 MP3.com được thành lập Chuẩn MP3 đã làm cho các tập tin âm nhạc và âm

thanh dễ dàng được truyền đi trong môi trường internet Mở đường cho công nghệ giải trí trên internet

Trong thời gian này, thuật ngữ “search engine optimization”(Tối ưu hóa cho công cụ tìm kiếm) được sử dụng đầu tiên trên một diễn đàn

1998 Google được thành lập bởi Larry Page và Sergey Brin Mặc dù công nghệ tìm

kiếm trên internet đã được nhiều công ty nghiên cứu phát triển trước đó, nhưng sản phẩm tìm kiếm của Google mới chính là điều mà người dùng internet thực sự mong đợi Cho đến ngày nay, công cụ tìm kiếm của Google vẫn là công cụ tìm kiếm được nhiều người sử dụng nhất Sự ra đời của Google đã giúp cho người dùng internet khai thác thông tin tiện lợi hơn, và giúp cho các website có nhiều cơ hội hơn để tiếp cận với người dùng internet

1999 Peter Merholz đưa ra khái niệm “blog” Một cách đọc tắc của cụm từ Web log

Từ đây việc làm ra một website đã dễ dàng hơn, và người dùng có thể sử dụng internet làm nơi viết nhật ký Về sau Blog không còn đơn giản là những nhật ký riêng trên internet mà còn là nơi chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm, quan điểm cá nhân… và trở thành một công cụ quan trọng của truyền thông xã hội

2003 eBay topples Amazon như trang web được truy cập nhiều nhất

2006 Google mua lại YouTube mở ra một thời kỳ mới về xem phim và chia sẻ phim

ảnh qua mạng internet

2006 Facebook chính thức mở cửa cho người dùng đăng ký Khái niệm mạng xã hội

trở nên quen thuộc hơn với người dùng internet Truyền thông xã hội bắt đầu phát triển mạnh mẻ Vai trò của người dùng internet trong truyền thông được đánh giá cao Quyền lực của người dùng internt cũng tăng lên

2007: Iphone ra đời, mở ra một chương mới của điện thoại thông minh, từ đây sự gắn

kết của truyền thông di động và internet càng chặt chẽ hơn

2008 Thế giới có 1.4 tỷ người dùng internet

2011 Thế giới có hơn 2 tỷ người sử dụng internet…

1.2 Mô hình TCP/IP

Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và Internet và được dùng như giao thức mạng và giao vận trên mạng Internet TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức thuộc tầng giao vận và IP (Internet Protocol) là giao thức thuộc tầng mạng của mô hình OSI Họ giao thức TCP/IP hiện nay là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất để liên kết các máy tính và các mạng

Hiện nay, các máy tính (smartphone) của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thức TCP/IP để liên kết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác nhau Giao thức TCP/IP thực chất là một họ giao thức cho các hệ thống mạng cùng làm việc với nhau thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng

Các tầng trong mô hình này là (Theo thứ tự từ trên xuống)

+ Tầng ứng dụng ( Application Layer)

+ Tầng giao vận (Transport Layer)

+ Tầng liên mạng ( Internet Layer)

+Tầng giao diện mạng ( Network Interface Layer)

Hình 1.1 : Mô hình tham chiếu TCP/IP

- Mỗi giao thức của họ TCP/IP đều thuộc 1 trong các tầng này Ta sẽ cùng tìm hiểu từng tầng

Những chương trình nói chuyện với lớp Application Trong lớp Application bạn sẽ tìm thấy những giao thức Application như : SMTP ( cho Email ), FTP (để truyền file ) và HTTP ( cho duyệt Web ) Mỗi loại chương trình nói chuyện tới những giao thức Application khác nhau vì nó sẽ phụ thuộc vào mục đích của chương trình

Sau khi chương trình xử lí yêu cầu, giao thức trong lớp Application sẽ nói chuyện tới giao thức khác từ lớp Transfort, thông thường là TCP Lớp này có nhiệm

vụ nhận dữ liệu từ lớp trên gửi xuống, chia chúng thành những gói( Packet ) và gửi tiếp những gói này xuống lớp phía dưới, Internet Ngoài ra, trong lúc nhận dữ liệu, lớp

này có nhiệm vụ đặt gói dữ liệu được nhận từ mạng theo thứ tự và kiểm tra nội dung của gói dữ liệu xem có bị hỏng hay không.

Trong lớp Internet chúng ta có giao thức IP (Internet Protocol) , mà lấy những gói được nhận từ lớp Transport và thêm thông tin địa chỉ ảo , có nghĩa là thêm địa chỉ của máy tính mà đang gửi dữ liệu và địa chỉ của máy tính sẽ nhận dữ liệu này Những địa chỉ ảo này được gọi là địa chỉ IP Sau đó gói được gửi tới lớp thấp hơn, Network Interface Trong lớp này dữ liệu được gọi là Datagram

Network Interface sẽ lấy những gói được lớp Internet gửi đến và gửi chúng lên mạng (hoặc nhận chúng từ mạng, nếu máy tính đang nhận dữ liệu) Những gì xảy ra bên trong lớp này sẽ phụ thuộc vào kiểu mạng máy tính của bạn dùng Ngày nay hầu hết mọi máy tính đều dùng kiểu mạng mà gọi là Ethernet ( có sẵn vài kiểu tốc độ khác nhau , mạng Wireless cũng là mạng Ethernet ) và như vậy bên trong lớp Network Interface là có lớp Ethernet gồm có LLC (Logic Link Control ), MAC (Media Access Control ) và Physical , liệt kê từ trên xuống dưới Những gói truyền trên mạng được gọi là những Frame

1.2.1 Lớp Application

Lớp này làm nhiệm vụ truyền đạt giữa các chương trình và các giao thức lớp Transport Có một vài kiểu giao thức khác nhau làm việc trong lớp Application Hầu hết mọi người đã biết các giao thức như: HTTP (HyperText Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol), DNS (Domain Name System) và Telnet

Khi bạn yêu cầu chương trình E-mail( gọi là Email Client ) để tải Email đã được lưu trữ trên máy chủ về máy tính của bạn, nó sẽ yêu cầu nhiệm vụ này tới lớp Application của TCP/IP và yêu cầu giao thức SMTP phục vụ Khi bạn gõ địa chỉ WWW vào chương trình duyệt Web để mở trang Web, chương trình duyệt Web sẽ yêu cầu lớp nhiệm vụ này tới lớp Application của TCP/IP, và sẽ được giao thức HTTP được phục vụ ( và đó cũng chính là nguyên nhân tại sao bắt đầu một trang Web phải

có http:// ) …

Lớp Application nói chuyện tới lớp Transport qua cổng( Port ) Những cổng được đánh bằng số và những ứng dụng chuẩn thường dùng cùng cổng Ví dụ : giao thức SMTP thường dùng cổng 25, giao thức HTTP thường dùng cổng 80 và giao thức FTP thường dùng cổng 20 ( để truyền dữ liệu ) và cổng 21 ( để điều khiển )

Việc dùng cổng bằng số cho phép giao thức Transport (thông thường TCP ) để biết loại nội dung nào chứa bên trong gói ( Packet ) - Ví dụ : để biết rằng dữ liệu đang được truyền là Email - Do đó khi nhận gói tới cổng 25 , giao thức TCP sẽ biết rằng

nó phải giao dữ liệu với giao thức nối tới cổng này , thông thường là SMTP , và nó sẽ quay lại giao dữ liệu tới chương trình yêu cầu ( chương trình Email )

Hình 1.2 : Quy trình làm việc của lớp Application

1.2.2 Transport

Khi truyền dữ liệu, lớp Transport lấy dữ liệu từ lớp Application và chia chúng

ra thành nhiều gói ( Packet ) dữ liệu TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức hầu như được dùng trong lớp Transport Khi dữ liệu nhận, giao thức TCP lấy những gói được gửi từ lớp Internet và đặt chúng theo thứ tự của nó, bởi vì những gói

có thể đến vị trí đích theo phương thức Out-of-Order không theo một thứ tự, và kiểm tra nếu nội dung của gói nhận có nguyên vẹn hay không và gửi tín hiệu Acknowledge - chấp nhận - tới máy truyền, cho biết gói dữ liệu đã đến đích được an toàn Nếu không

có tín hiệu Acknowledge của bên nhận ( có nghĩa là dữ liệu chưa đến đích hoặc dữ liệu

bị lỗi ), bên truyền sẽ truyền lại gói dữ liệu bị mất

Trong khi TCP sắp xếp lại những gói và cũng dùng hệ thống Acknowledge khi truyền dữ liệu , nhưng lại là một giao thức khác làm việc trong lớp này mà không có hai đặc điểm đó Giao thức đó gọi là UDP (User Datagram Protocol )

Như vậy, TCP được coi như là một giao thức tin cậy, trong khi UDP được coi như là một giao thức không tin cậy Thông thường UDP được dùng khi không có dữ liệu quan trọng được truyền, thông thường do DNS (Domain Name System - Hệ thống tên miền ) yêu cầu Bởi vì nó không thực hiện việc sắp xếp lại dữ liệu cũng như hệ thống

Acknowledge, do đó UDP nhanh hơn TCP

Khi UDP được dùng, ứng dụng mà yêu cầu truyền sẽ có nhiệm vụ kiểm tra dữ liệu đến xem nó có còn đầy đủ hay không và cũng sắp xếp lại những gói đến, điều đó

có nghĩa là ứng dụng có nhiệm vụ của TCP

Cả hai UDP và TCP sẽ lấy dữ liệu từ lớp Application và thêm Header vào nó khi truyền dữ liệu Khi nhận dữ liệu, Header sẽ bị gỡ trước khi gửi dữ liệu tới cổng thích hợp Trong Header này có một vài thông tin điều khiển liên quan tới số cổng nguồn, số cổng tới đích, chuỗi số ( để hệ thống sắp xếp lại dữ liệu và hệ thống Acknowledge sử dụng trong TCP ) và Checksum( dùng để tính toán xem dữ liệu đến đích có bị lỗi hay không )

Header của UDP có 8 Byte trong khi Header của TCP/IP có 20 hoặc 24 byte ( tuỳ theo kiểu File lựa chọn )

Trong hình dưới, chúng ta minh hoạ gói dữ liệu phát ra từ lớp Transport Dữ liệu này sẽ được gửi tới lớp Internet (nếu chúng ta truyền dữ liệu ) hoặc được gửi từ lớp Internet tới (nếu chúng ta nhận dữ liệu)

Hình 1.3 Gói dữ liệu trong lớp Transport

1.2.3 Lớp Internet

Trong mạng sử dụng cụm giao thức TCP/IP mỗi một máy tính được nhận biết bằng một địa chỉ ảo duy nhất, được gọi là địa chỉ IP Lớp Internet có nhiệm vụ thêm Header tới gói dữ liệu được nhận từ lớp Transport, là một loại dữ liệu điều khiển khác,

nó sẽ thêm địa chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích – có nghĩa là địa chỉ IP của máy tính đang gửi dữ liệu và địa chỉ IP của máy tính mà sẽ nhận dữ liệu

Card mạng của mỗi máy tính được gán bằng một địa chỉ vật lí Địa chỉ này được ghi trong ROM của Card mạng và nó được gọi là địa chỉ MAC Do đó trong mạng cục bộ (LAN) bất kì khi nào máy tính A muốn gửi dữ liệu tới máy tính B, nó sẽ phải biết địa chỉ MAC của máy tính B Trong khi đối với một mạng cục bộ nhỏ có thể

dễ dàng tìm ra mỗi địa chỉ MAC khác, điều này không dễ dàng đối với mạng toàn cầu như Internet

Nếu không sử dụng địa chỉ ảo, bạn sẽ phải biết địa chỉ MAC của máy tính đích,

đó không những là một việc khó khăn mà còn không trợ giúp dẫn đường cho gói dữ liệu, bởi vì nó không sử dụng cấu trúc cây

Lộ trình là con đường mà gói dữ liệu phải dùng để đến đích Ví dụ: Khi dữ liệu yêu cầu từ máy chủ Internet, thì dữ liệu này sẽ đi qua vài vị trí khác nhau (gọi là những Router ) trước khi đến máy tính của bạn

Trong mọi mạng nối với Internet có một thiết bị gọi là Router, nó làm cầu nối giữa máy tính trong mạng cục bộ (LAN) với Internet Mọi Router có bảng định tuyến

để nó biết những mạng khác và cũng được thiết lập cấu hình ngầm định cổng ra vào (Gateway) chỉ tới Router khác trên mạng Internet Khi máy tính của bạn gửi gói dữ liệu lên mạng Internet, Router kết nối tới mạng của bạn, nó phải xác định địa chỉ của máy tính đích – máy tính đích có thể nằm vị trí trên cùng một mạng hoặc trên mạng

mà nó biết đường đi , nếu không biết đường đi thì nó sẽ gửi gói dữ liệu tới Gateway ngầm định , có nghĩa là tới một Router khác Sau đó quá trình được lặp lại cứ như vậy cho tới khi gói dữ liệu đến được địa chỉ đích

Có một vài giao thức mà làm việc ở lớp Internet: IP (Internet Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol), ARP (Address Resolution Protocol) và RARP

(Reverse Address Resolution Protocol) Gói dữ liệu được gửi dùng giao thức IP, do đó chúng tôi sẽ giải thích giao thức này.

Giao thức IP lấy gói dữ liệu nhận từ lớp Transport (từ giao thức TCP nếu bạn đang truyền dữ liệu thực như Email hoặc File) và chia chúng thành những Datagram

Lưu ý rằng khi truyền dữ liệu theo giao thức TCP thì bản thân nó đã thực hiện

hệ thống Acknowledge Như vậy, qua giao thức IP không kiểm tra Datagram có bị lỗi hay không tới vị trí đích thì giao thức TCP sẽ làm điều này Như vậy việc kết nối là hoàn toàn tin cậy, thậm trí dữ liệu qua giao thức IP là không được tin cậy

Mỗi Datagram của IP có kích thước lớn nhất là 65.535 Byte , bao gồm cả Header mà có thể dùng 20 hoặc 24 byte , phụ thuộc vào sự lựa chọn trong chương trình sử dụng Như vậy Datagram của IP có thể mang 65.515 Byte hoặc 65.511 Byte Nếu gói dữ liệu nhận từ lớp Transport lớn hơn 65.515 Byte hoặc 65.511 Byte , giao thức IP sẽ cắt gói xuống thành nhiều Datagram nếu thấy cần thiết

Trong hình dưới, chúng ta minh hoạ Datagram được tạo ra từ lớp Internet bằng giao thức IP Như chúng ta đã đề cập Header được giao thức IP thêm vào bao gồm địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích và một vài thông tin điều khiển

Hình 1.4 : Datagram trong lớp Internet

1.2.4 Lớp Network Interface

Datagram được tạo từ lớp Internet sẽ được gửi xuống tới lớp Network Interface, nếu chúng ta đang truyền dữ liệu, hoặc lớp Network Interface sẽ lấy dữ liệu từ mạng

và gửi nó tới lớp Internet, nếu chúng ta đang nhận dữ liệu

Lớp này vạch rõ mạng vật lí kiểu nào mà máy tính của bạn kết nối tới Hiện nay hầu hết máy tính của chúng ta dùng kết nối mạng Ethernet ( mạng không dây cũng

là mạng Ethernet)

Như chúng ta đã nói trong phần trước, TCP/IP là một tập hợp giao thức có nhiệm vụ thực hiện công việc từ lớp thứ 3 tới lớp thứ 7, Ethernet cũng là tập hợp giao thức sử dụng công việc từ lớp thứ nhất tới lớp thứ 2 trong mô hình OSI

Ethernet có ba lớp Logic Link Control (LLC), Media Access Control (MAC) và Physical Lớp LLC và MAC tương ứng với lớp thứ hai trong mô hình OSI

Hình 1.5 :Cấu trúc Ethernet

Lớp LLC (Điều khiển liên kết Logic) có nhiệm vụ thêm thông tin của giao thức nào ở lớp Internet phát ra dữ liệu được truyền đi Do đó khi nhận một Frame từ mạng, lớp này trong máy tính nhận sẽ biết giao thức nào từ lớp Internet sẽ phát ra dữ liệu Lớp này được xác định bới giao thức IEEE 802.2

Lớp MAC (Điều khiển truy nhập phương tiện truyền thông) có nhiệm vụ lắp ráp Frame mà sẽ được gửi lên mạng Lớp này có nhiệm vụ thêm địa chỉ MAC nguồn

và địa chỉ MAC đích – chúng ta đã giải thích trước đó Địa chỉ MAC là địa chỉ vật lí (Physical Address) của Card mạng Những Frame mà là đích tới mạng khác sẽ dùng địa chỉ MAC của Router như là địa chỉ đích Lớp này được xác định bới giao thức IEEE 802.3 nếu bạn dùng hệ thống Cable, và là giao thức IEEE 802.11 nếu bạn dùng mạng không dây

Lớp Physical có nhiệm vụ chuyển đổi Frame do lớp MAC tạo ra thành tín hiệu điện (nếu dùng hệ thống dây dẫn mạng bằng Cable ) hoặc thành sóng từ trường ( nếu

sử dụng hệ thống mạng không dây ) Lớp này được xác định bới giao thức IEEE 802.3 nếu bạn dùng hệ thống Cable, và là giao thức IEEE 802.11 nếu bạn dùng mạng không dây

Những lớp LLC và MAC thêm những Header của chúng tới Datagram mà nhận được từ lớp Internet Do đó cấu trúc đầy đủ của những Frame được tạo ra từ hai lớp đó được thể hiện trong hình

Lớp LLC thêm từ 3 Byte tới 5 Byte của Header và Datagram của nó có kích thước 1500 Byte do đó dữ liệu lớn nhất có kích thước là 1497 hoặc 1495 Byte

Lớp MAC thêm 22 Byte cho Header của nó, và 4 Byte CRC (Data Correction) vào điểm kết thúc của Datagram được nhận từ lớp LLC Như vậy kích thước lớn nhất của Frame trong mạng Ethernet là 1526 Byte.

Hình 1.6 : Frame trong lớp Network Interface

1.3 Sự thay đổi của môi trường kết nối mạng Internet

Mối quan tâm chính khi bắt đầu nghiên cứu Internet là khả năng kết nối Vì vậy, nhiều nỗ lực đã được sử dụng trong việc thiết kế một ngăn xếp mạng đơn giản với mục tiêu chính là cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu end-to-end

Cho đến đầu thập niên vừa qua, phương pháp chính để truy cập Internet có dây phù hợp với tín hiệu ổn định điện tử, và các loại thiết bị đầu cuối chủ yếu là máy tính

để bàn có tốc độ thấp và không thích hợp để xử lý các hoạt động bổ sung mạng phức tạp Điều này có nghĩa rằng các điều kiện của hệ thống mạng con cơ bản (NS) trong các máy đầu cuối là khá ổn định và không kiểm soát NS cho các ứng dụng giao tiếp đầu cuối người sử dụng để thực hiện Khi hạt nhân ẩn đi các hoạt động cơ bản của hệ thống mạng con, việc phát triển ứng dụng truyền thông là khá đơn giản Ứng dụng chỉ yêu cầu để mở các kết nối và phần còn lại được quản lý bởi hệ thống con mà không có

sụ hiểu biết gì về ứng dụng Khi các dịch vụ được tạo ra của không đáp ứng thời gian thực và nội dung chủ yếu là tĩnh và thấp, cụ thể là văn bản và hình ảnh có độ phân giải thấp mà không có yêu cầu hay các giao thức trong NS để tương tác đến tình trạng hiện tại hoặc thích ứng với những thay đổi trong tương lai của mạng

Các điều kiện kết quả trên trong thiết kế ban đầu của Internet bằng cách sử dụng các nguyên tắc phân lớp, trong đó có một giao thức trong một lớp nhất định giữ vai trò và trạng thái nội với chính nó, trong khi về cơ bản chỉ cung cấp dịch vụ gửi / nhận đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) lớp liền kề Mỗi giao thức sẽ cố gắng thực hiện nhiệm vụ của mình một cách tốt nhất mà không dựa vào hoặc tìm kiếm các điều kiện của các lớp khác

Ưu điểm chính của kiến trúc lớp là tạo điều kiện cho việc phát triển gia tăng và cải thiện các dịch vụ truyền thông, bởi vì nó giúp khoanh vùng phạm vi của sự thay đổi một lớp duy nhất, làm cho nó dễ dàng hơn để tìm và thực hiện các cải tiến hoặc sửa chữa trong mỗi lớp riêng lẻ mà không cần phải quan tâm tới những ảnh hưởng từ / đến các giao thức khác Điều này làm cho sự phát triển của các giao thức và đặc biệt là các ứng dụng người dùng đơn giản, bởi vì tất cả các ứng dụng phải làm là để gửi dữ liệu đến các hệ thống mạng con để truyền tải đến đầu kia, mà không cần quan tâm đến việc kiểm soát hoặc cấu hình NS cơ bản.

Thay đổi vị trí và phát triển nhanh là rất quan trọng trong giai đoạn phát triển ban đầu khi gần như chưa có dữ liệu về kiến trúc để xử lý trong cài đặt và môi trường khác nhau.Ví dụ, thí nghiệm mạng về các công nghệ mạng và các loại dịch vụ truyền thông mới khác nhau, thuật toán điều khiển tắc nghẽn TCP đã được chỉnh nhiều lần nhưng các giao thức trong các lớp khác vẫn giữ nguyên Một ví dụ khác là khi thí nghiệm IPv4 về sự suy giảm của không gian địa chỉ và những hạn chế khác, các IPv6 thế hệ tiếp theo được phát triển và giới thiệu mà không yêu cầu bất kỳ thay đổi nào cho cả lớp cao hơn và lớp thấp hơn

Tuy nhiên, trong thập kỷ qua Internet đã trải qua rất nhiều thay đổi Công nghệ truy cập không dây đã được giới thiệu rất nhiều và truy cập không dây đang trở thành

sự lựa chọn phổ biến cho truy cập last-mile Cùng với sự phát triển này, một số vấn đề liên quan đến tính di động được giới thiệu với quyền truy cập không dây và các thiết bị

di động, chẳng hạn như thay đổi địa chỉ IP và gián đoạn do chuyển giao, không thể giải quyết mà không thay đổi kiến trúc mạng IP thông thường Trong môi trường mạng mới, một giao thức truyền thông của một lớp bây giờ cần hỗ trợ nhiều hơn từ các lớp khác để thực hiện tốt hơn các nhiệm vụ

Đồng thời, với sự ra đời của nhiều ứng dụng với độ trễ khác nhau và các ứng dụng như đa phương tiện hoặc chơi game, các ứng dụng bây giờ cần có thể tùy chỉnh

và / hoặc điều chỉnh các lớp thấp hơn để phù hợp nhất với nhu cầu Mặt khác, các thiết

bị đầu cuối di động hiện nay chủ yếu được trang bị các bộ vi xử lý nhanh mà có thể dễ dàng hỗ trợ xử lý phức tạp hơn các hệ thống mạng con mà không ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của các ứng dụng người dùng cuối

đầu cuối và các dịch vụ là cố định hoặc tĩnh

Thiết bị không dây và cẩm tay liên quan đến các vấn đề di động Nội dung thông tin đa dạng hơn và cần nhiều băng thông hơn

Thiết bị đầu cuối Các trạm làm việc và các

máy tính: lớn, nặng và hiệu năng kém

Điện thoại thông minh và máy tính bảng nhỏ, nhẹ và hiệu năng cao Chúng mang nhiều tính năng liên quan đến chụp

hình, cảm ứng đa điểm và khả năng chơi game.

Công nghệ truy nhập Công nghệ truy nhập (sử

dụng các loại cáp) như PPP qua đường dây điện thoại, kênh thuê riêng, Frame Relay, xDSL, với tốc độ chậm và rất khó để triển khai

Công nghệ truy nhập không dây với nhiều sự chọn lựa như Wireless LAN (Wi-fi a/b/g/n), WireLess MAN (Wimax) với tốc độ nhanh rất dễ để triển khai

Nội dung và lưu

lượng

Nội dung khá đồng nhất và ít thay đổi như các loại văn bản

và hình ảnh có độ phân giải thấp Lưu lượng truy cập cho một phiên thấp

Nội dung trên các phương tiện truyền thông không đồng nhất với nội dung thay đổi và lưu lượng cao (video HD và hình ảnh có độ phân giải cao)

thông tin Các dịch vụ như email, IRC, bảng thông báo…

Các dịch vụ đa phương tiện tương tác thời gian thực chẳng hạn như video trực tuyến, các trò chơi tương tác với độ nét cao

Bảng I: Sự phát triển của mô hình Internet

Trong khi tập trung ban đầu về kết nối của giao thức TCP/IP thông thường tạo điều kiện để phát triển Internet, tất cả những phát triển trong Bảng 1 cho thấy đó là thời điểm để cho phép sửa đổi, bổ sung và / hoặc tạo ra các thiết lập kiến trúc TCP /IP với hướng mở hơn truyền thông xuyên lớp để đáp ứng nhanh chóng phát triển các nhu cầu thông tin liên lạc và tồn tại các điều kiện cần và đủ để nhận ra kiến trúc này về hiệu suất tiến hóa dịch vụ thiết bị đầu cuối, và các công nghệ truy nhập

Kiến trúc TCP / IP đã trưởng thành và được kiểm tra kỹ lưỡng (thậm chí thế hệ tiếp theo IP, IPv6, đang được triển khai ở quy mô lớn), đó là hợp lý để giảm yêu cầu cứng nhắc của nguyên tắc phân lớp, và cho phép các lớp chia sẻ nhiều hơn dữ liệu nội

bộ / các trạng thái để các lớp cung cấp các ứng dụng của người dùng với sự linh hoạt

và tùy biến

1.4 Các hạn chế của TCP/IP

ARPAnet (tiền thân của Internet) đã bắt đầu với giao thức cốt lõi, giao thức TCP (viết tắt cho Transmission Control Program) vào năm 1974 Năm 1977, nó đã được đề xuất rằng TCP nên được chia nhiều lớp và mô-đun vào hai giao thức: một phục vụ như là giao thức truyền tải từ đầu cuối tới đầu cuối (lớp TCP), và định tuyến các gói tin thông qua mạng đến đích (lớp IP) Kết quả là sáng tạo kiến trúc TCP / IP bằng cách sử dụng nguyên tắc phân lớp

Những bất lợi của phân lớp ngoại trừ các đơn vị dữ liệu giao thức (PDU), lớp cao hơn hầu như không có thông tin trạng thái từ các lớp thấp hơn do đó chúng phải

chấp nhận giả định rằng các lớp thấp hơn đang làm tốt công việc của chúng mà không biết các lớp thấp hơn làm công việc của chúng như thế nào, hoặc bất kỳ thay đổi quan trọng nào xảy ra với các lớp thấp hơn Điều này ngăn cản các lớp cao hơn lựa chọn chế

độ hoạt động phù hợp nhất với điều kiện hiện tại, cản trở sự phát triển linh hoạt hơn, tối ưu hóa hơn và các ứng dụng tùy biến

Các mô hình thông thường hỗ trợ các dịch vụ đơn giản như email, tin tức nhóm, các trang World Wide Web hoặc IRC và đa phương tiện thời gian thực Tuy nhiên, đối với dịch vụ linh hoạt, đáng tin cậy, chẳng hạn như lỗi không dung nạp các ứng dụng dựa trên phiên, các nhà phát triển dịch vụ phải dựa trên cơ chế đặc biệt và thường rất phức tạp do sự hỗ trợ từ mạng gần như bằng không.Công nghệ truy cập không dây có

độ tin cậy thấp, cùng với nó là tính không ổn định và các vấn đề liên quan đến mất gói tin trở nên phổ biến Kiến trúc TCP / IP đã được xây dựng trên giả định rằng điểm truy cập của thiết bị đầu cuối vào mạng là tĩnh, với các tín hiệu điện ổn định, do đó các địa chỉ IP được sử dụng cho cả hai định tuyến và xác định, và mất gói chủ yếu là do tắc nghẽn

Ví dụ, điện thoại IP, thông tin xuyên lớp bàn giao L2 nổi bật từ lớp Data-Link giúp lớp IP để chuẩn bị cho các bàn giao một agent bên ngoài mới trước, để quá trình bàn giao nhanh hơn và có thể liền mạch.Ví dụ khác là do dữ liệu ẩn, kích thước bộ đệm giữa các lớp không đồng bộ, do đó khối nhỏ dữ liệu được ghi vào bộ đệm TCP, dẫn đến hiệu năng tối ưu nhỏ

Mặt khác, các lớp thấp hơn chẳng hạn như lớp liên kết dữ liệu có thể đưa ra quyết định tốt hơn khi thực hiện một bàn giao nếu nó biết sự ưu tiên của các ứng dụng trên Tuy nhiên, trong kiến trúc TCP / IP hiện tại, không có phương tiện cho các lớp cao hơn để ảnh hưởng đến hoạt động của các lớp thấp hơn

Hơn nữa, sự gói gọn các thông tin giữa các lớp khác nhau cũng dẫn đến sự dư thừa thông tin và hoạt động Một ví dụ rõ ràng là đề nghị của các kỹ thuật nén tiêu đề IPv4 Điều này cho thấy rằng thông thường phân tách giữa các lớp tạo ra một tỷ lệ lớn trong một số ứng dụng phổ biến Ngoài ra, do sự tách biệt giữa IPv4 và lớp Giao vận, hoạt động kiểm tra tiêu đề IP và tiêu đề lớp Giao vận được thực hiện một cách riêng biệt, có thể chi phí lớn

Các trường hợp trên cho thấy rằng xuyên lớp có thể mang lại lợi ích cho các lớp cao hơn để có được và kiểm soát thông tin từ các lớp thấp hơn, để tối ưu hóa cũng như cung cấp các hoạt động liền mạch với các dịch vụ thông tin liên lạc của người dùng cuối

CHƯƠNG II: MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CẤU

TRÚC MẠNG THẾ HỆ MỚI

Như vậy, nội dung trong chương I đã đề cập một cách khái quát về kiến trúc mạng TCP/IP Theo đó, chúng ta thấy được những điểm còn hạn chế trong mô hình mạng hiện tại Chính vì thế, tất yếu kéo theo rất nhiều nghiên cứu liên quan nhằm khắc phục những hạn chế đó Cụ thể, có những chương trình nghiên cứu của Mỹ, châu Âu và đặc biệt là Nhật Bản (dự án AKARI) Chương II của đồ án

sẽ giúp làm rõ nội dung này:

2.1 Nghiên cứu của Mỹ

2.1.1 Nghiên cứu liên quan trước GENI/FIND

Hiện nay, có rất nhiều sáng kiến tích cực để tạo ra kiến trúc mạng thế hệ mới thông qua cách tiếp cận một clean-slate ở Mỹ như GENI và FIND Trước đây, cũng đã

có nhiều dự án nhằm vào kiến trúc mạng mới Dự án NewArch (2000-2003) là một dự

án DARPA hỗ trợ hợp tác USC/ISI, MIT, LCS và ICSI bắt đầu vào năm 2000 Đó là một nỗ lực có hệ thống để xem xét lại kiến trúc Internet từ công nghệ IP hiện có hoặc

từ đầu cuối tới đầu cuối

NewArch , định nghĩa một kiến trúc mạng là “các nguyên tắc thiết kế tiên tiến cho việc sử dụng các giao thức và các thuật toán” nhằm xây dựng một “nền tảng Internet mới” bao gồm các mạng đa dạng như điện thoại di động và truyền hình cáp sử dụng các lợi thế sau: (khả năng tương tác, độ ổn định, tính đa dạng, môi trường không đồng nhất, phân phối chức năng quản lý, chi phí thấp, dễ dàng kết nối) của mạng Internet thông thường Để làm được điều này, NewArch tìm hiểu các chức năng cơ bản như địa chỉ thiết kế, cấu trúc lớp của các giao thức, xây dựng các module,…

Các kết quả của NewArch bao gồm các đề nghị cho phương pháp địa chỉ mới

mà chia tách định danh và định vị (Fara), một phương pháp cấu hình giao thức động được gọi là kiến trúc dựa trên vai trò (RBA), một phương pháp định tuyến mới cung cấp cho việc lựa chọn tuyến đường ngay tại tên miền được cấp cho người sử dụng (Nira), và phương pháp truyền hỗ trợ định tuyến là mục tiêu mạng lưới với trễ băng thông cao (XCP) Các dự án thúc đẩy các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới phải xem xét lại về kiến trúc Internet

Dự án 100x100 Clean-Slate (2000-2005) là một NSF hỗ trợ hợp tác dự án đưa

ra bởi CMU, AT & T Labs, UC Berkeley, Đại học Stanford, Fraser nghiên cứu vv Nhiệm vụ của nó là thiết lập công nghệ mạng cơ bản cho một môi trường mạng có thể cung cấp kết nối tốc độ 100Mbps 100 triệu hộ gia đình

Dự án này cách tiếp cận thiết kế tổng thể phù hợp với thiết kế clean-slate, và nó

có lẽ là dự án đầu tiên sử dụng thuật ngữ "clean-slate." Nói cách khác, dự án không chỉ phấn đấu cho các công nghệ mạng riêng lẻ mà còn đề xuất một cách tiếp cận toàn diện, duy trì nhất quán từ việc thiết kế các cấu trúc mạng đến thiết kế của giao thức mạng

Cụ thể, nó tập trung vào một cấu trúc mạng bao gồm: mạng truy cập quang học, truy cập mạng không dây, mạng xương sống và xác định đề tài nghiên cứu từ quan điểm của bảo mật, quản lý mạng và kiểm soát, kinh tế mà không bị hạn chế bởi các giới hạn của công nghệ truyền thống.

2.1.2 GENI

Môi trường Toàn cầu cho Mạng mới (GENI) là một NSF hỗ trợ khổng lồ, dự án

đã bắt đầu thiết kế cơ bản vào năm 2005 Dự án nhằm mục đích phát triển một cơ sở chia sẻ toàn cầu (thử nghiệm) để thúc đẩy nghiên cứu và phát triển kiến trúc Internet mới hoặc các dịch vụ mạng Mục tiêu của dự án này khẳng định một nền tảng mạng phổ biến cho phép tiến hành nhiều thí nghiệm mạng đồng thời và độc lập và cần thiết cho các mục đích sau đây: 1) giải quyết vấn đề của kiến trúc Internet hiện có liên quan đến sự ổn định, an ninh, QoS, …., 2) xây dựng các môi trường thử nghiệm trên các mạng thực tế bằng cách sử dụng mạng công nghệ mới, và 3) kết hợp các công nghệ như quang học, điện thoại di động, và công nghệ cảm biến

Giống các dự án khác như NewArch, GENI sử dụng một clean-slate để thiết kế kiến trúc mạng Dự án nhằm mục đích xây dựng một môi trường thực hiện cho các dự

án nghiên cứu khác nhau và nỗ lực kiến trúc mạng Cơ sở này sẽ hỗ trợ điều khiển chạy thí nghiệm để lựa chọn các thiết kế, thực hiện, và kỹ thuật cũng như triển khai các hệ thống thử nghiệm mẫu và học hỏi bằng cách quan sát Kể từ giai đoạn đầu, GENI đã bỏ ra rất nhiều sự quan tâm trên nguyên mẫu thiết kế và thực hiện, cải thiện

độ tin cậy và giảm thiểu rủi ro, phát triển quốc tế và liên bang, và di chuyển từ Internet hiện tại giai đoạn tiếp theo

Báo cáo tiến độ và ý tưởng được chia sẻ tại GENI Hội nghị kỹ thuật được tổ chức ba lần một năm, tương tự như IETF GENI tạo các mẫu được thực hiện bằng cách sử dụng một phương pháp tiếp cận "phát triển xoắn ốc " Thời hạn một spiral là khoảng một năm, đồng thời với sự phát triển và thử nghiệm sẽ phản hồi và hướng dẫn phát triển các thiết kế trong vòng xoáy tiếp theo Spiral 1 bắt đầu vào năm 2008 và tập trung cách để khám phá, lập kế hoạch, và kiểm soát các nguồn lực cho nghiên cứu quy

mô lớn thí nghiệm và để đo lường khả năng GENI Hầu hết các dự án GENI đã được nhóm lại thành năm cụm điều khiển khung làm việc với tầm quan trọng khác nhau Mỗi cụm thực hiện các chức năng điều khiển khung làm việc quan trọng và phải

có khả năng hỗ trợ các thí nghiệm Dự án thành viên có thể chuyển đổi các cụm nếu điều này có thể mang lại lợi ích như hội nhập dễ dàng hơn Sau đây là năm cụm tổ chức Spiral 1:

• Cụm A "DETER" (đồng hạng) điều khiển khung làm việc từ USC / ISI, dự án duy nhất nhấn mạnh các vấn đề xung quanh liên bang, tin cậy và an ninh Nó tạo thành vòng kín "Mini-GENI", có khả năng hỗ trợ các thí nghiệm vào cuối của giai đoạn Spiral 1

• Cụm B "PlanetLab" điều khiển khung làm việc, được xây dựng xung quanh dự

án PlanetLab tại Đại học Princeton, bao gồm sáu dự án khác như lưu lượng mở

(Stanford) và SPP (Super-charging PlanetLab Platform, Đại học Washington ) Dự án nhấn mạnh triển khai phát triển điều khiển khung làm việc tham khảo và tích hợp một loạt các thành phần công nghệ và các công cụ.

• Cụm C "ProtoGENI" điều khiển khung làm việc, ProtoGENI điều khiển khung làm việc dựa trên việc thực hiện Emulab tại Đại học Utah bao gồm bốn dự án khác nhau Nó tập trung vào việc kiểm soát mạng lưới và đo lường cũng như các môi trường thử nghiệm tích hợp

• Cụm D "ORCA" điều khiển khung làm việc, sử dụng Kiến trúc kiểm soát nguồn mở (ORCA) kiểm soát khung làm việc từ Đại học Duke và RENCI với

ba dự án khác như "ViSE" (UMass) và "Kansei" (bang Ohio) Dự án nhấn mạnh phát triển các chiến lược phân bổ nguồn lực và hội nhập của cảm biếnmạng

• Cụm E "ORBIT" điều khiển khung làm việc, bao gồm hai mạng không dâynguyên mẫu "ORBIT" và "WiMAX" Dẫn đầu bởi Đại học Rutgers, cụm nàytập trung vào quản lý tài nguyên điện thoại di động và không dây testbeds, phương pháp đa dạng hóa thông tin liên lạc, thử nghiệm kiểm soát và đo lường.

2.1.3 FIND

Thiết kế Internet trong tương lai (FIND) là một chương trình dài hạn của NSF bắt đầu vào năm 2006 Nghiên cứu bắt đầu với Giai đoạn 1, trong đó các chủ đề nghiên cứu mở rộng sẽ được giải quyết và cũng sẽ chứa một phần của giai đoạn 2, trong đó một số lượng nhỏ của các đội sẽ thu hẹp những chủ đề, và giai đoạn 3, các thí nghiệm sẽ được thực hiện trên GENI và các thử nghiệm khác Mỗi giai đoạn sẽ là ba năm Trong khi GENI nhằm mục đích để xây dựng một cơ sở toàn cầu, thì FIND đang tập trung vào mạng nghiên cứu thiết kế kiến trúc mạng một cách toàn diện Từ các phần nhỏ của dự án FIND cũng có thể được hưởng lợi từ cơ sở GENI, hiệp đồng kết quả được mong đợi Nhìn chung, giai đoạn 1 của FIND, trong đó bao gồm nhiều dự án quy mô tương đối nhỏ tập trung vào các mục tiêu cụ thể hoặc các công nghệ mạng Những dự án này tương tự như các chương trình NSF tài trợ thông thường hơn là một chương trình duy nhất nhằm mục đích thiết lập một kiến trúc mạng thống nhất Trong năm tài chính đầu tiên, năm 2006, FIND chọn 26 đề xuất, và 42 dự án đang được tiến hành tháng 6 năm 2008

2.2 Nghiên cứu của châu Âu

Giống như ở Mỹ, nghiên cứu và phát triển kiến trúc mạng thế hệ mới cũng là một trong những điểm mấu chốt trong các lĩnh vực thông tin và truyền thông (ICT) của Chương trình khung làm việc châu Âu lần thứ VII (FP7) (2007 - 2013) "Mạng Tương lai" tương ứng với chương trình FIND của NSF tại Hoa Kỳ, có thiết kế tổng thể của kiến trúc mạng thế hệ mới là mục tiêu cấp cao của dự án Trung tâm nghiên cứu

dự án của kiến trúc mạng thế hệ mới bao gồm 4WARD và TRILOGY (cả hai đều bắt đầu vào năm 2008)

4WARD nhằm tăng khả năng cạnh tranh của ngành công nghiệp mạng châu Âu

và để cải thiện chất lượng cuộc sống cho người dân châu Âu bằng cách tạo ra một hệ thống mạng đáng tin cậy và khả năng tương tác cung cấp truy cập trực tiếp và phổ biến thông tin Các mạng như vậy sẽ dễ dàng thích nghi với nhu cầu hiện tại và tương lai, với quá trình phát triển nhanh hơn và dễ dàng hơn với chi phí chấp nhận được

Cụ thể hơn, 4WARD có thể được cấu trúc thành sáu gói công việc Ba trong số sáu gói xem xét đổi mới khắc phục những thiếu sót của bất kỳ kiến trúc mạng đơn lẻ nào,

tức là, Đường dẫn chung, Quản lý trong mạng và Mạng Thông tin Một gói xem xét việc thiết kế và phát triển của Kiến trúc Interoperable (Tương thích), một cho kiến trúc mạng nhiều ảo hóa, và gói cuối cùng đảm bảo rằng tất cả các phát triển dự kiến có tài khoản thích hợp cần thiết các vấn đề thiết yếu không liên quan kỹ thuật như tạo ra giá trị và mở rộng việc làm 4WARD hoạt động trong một clean-slate và tích hợp kiểu cách Các đề xuất và quyết định lập kế hoạch nghiên cứu 4WARD và TRILOGY đang tích cực hỗ trợ các sáng kiến phối hợp như eMobility, Euro-NF, và Eiffel

Chương trình làm việc 10/2009 của FP7 nhấn mạnh tầm quan trọng chiến lược của Internet tương lai và tái nhấn mạnh vai trò của nghiên cứu thực nghiệm theo định hướng Theo chính sách, mục tiêu FP7 ICT 1,6 ("cơ sở thực nghiệm Internet tương lai

và chương trình nghiên cứu thực nghiệm theo định hướng ") hoạt động kết hợp với nghiên cứu nhiều dự án như 4WARD và TRILOGY vv để thúc đẩy qua chương trình nghiên cứu và phát triển của kiến trúc mạng thế hệ mới và thực nghiệm

2.3 Nghiên cứu của Nhật Bản

Nghiên cứu của Nhật Bản về kiến trúc mạng thế hệ mới, cụ thể là dự án AKARI (akari có nghĩa là ánh sáng nhỏ) Dự án đưa ra một kế hoạch chi tiết cho mạng thế hệ mới tại Nhật Bản Mạng này dựa trên công nghệ tiên tiến hàng đầu và hoạt đông như một nền tảng hỗ trợ các dịch vụ truyền thông Dự án nhằm mục đích thực hiện mạng thế hệ mới vào năm 2015 bằng cách thiết lập một kiến trúc mạng và tạo ra một mạng lưới dựa trên kiến trúc này Phương châm “ Một ánh sáng nhỏ trong bóng tối chỉ tới tương lai” Dự án theo đuổi một giải pháp lý tưởng nghiên cứu kiến trúc mạng từ một clean-slate

Cụ thể, ta tìm hiểu chi tiết:

2.3.1 Nguyên tắc thiết kế mạng thế hệ mới

Trước đây, khi thảo luận về một kiến trúc mạng mới, "tích hợp công nghệ truyền thông và sự thỏa mãn tất cả các yêu cầu người sử dụng thông tin liên lạc " tự nhiên được quy định như yêu cầu Tuy nhiên, sự thành công của Internet và sự xuất hiện gần đây của hội tụ IP đã chỉ cho chúng ta rằng loại công nghệ mạng đơn nhất có thể không còn tồn tại Những yếu tố chính góp phần vào sự thành công của IP về cơ bản là như sau:

(1) tập hợp tất cả các công nghệ của các lớp thấp hơn trong lớp mạng (lớp Internet), ngay cả khi có những phát triển công nghệ truyền thông, chúng có thể được hội tụ trên lớp IP để giảm thiểu các tác động trên các lớp trên.

(2) Các chức năng lớp mạng được tổ chức tối thiểu (bảo đảm khả năng liên lạc của gói tin) để yêu cầu ứng dụng mới có thể được hỗ trợ linh hoạt

Khi thảo luận về một kiến trúc mạng thế hệ mới, chúng tôi cũng phải chú ý đến những nguyên tắc cơ bản và cho phép các vấn đề kiến trúc Internet khác nhau được xác định để được giải quyết

Như đã đề cập trước đó, tham số end-to-end là một trong những nguyên tắc thiết kế cho các Internet Tuy nhiên, hoàn cảnh hiện tại xung quanh các mạng trong tương lai là hoàn toàn khác nhau từ khi Internet vẫn còn trong giai đoạn phát triển Trong quá khứ,

"end" được dùng để chỉ một máy chủ hoặc server, mỗi máy chủ được sử dụng để có đủ nguồn lực (ví dụ như tốc độ xử lý, dung lượng lưu trữ) với các thiết bị mạng vàngười quản lý máy chủ hoặc server được sử dụng để có nhiều kiến thức về hệ thống mạng Mặt khác, hiện nay, tất cả mọi người có thể sử dụng máy chủ, và các loại khác nhau của máy chủ như máy tính xách tay và cảm biến được kết nối vào mạng Theo các trường hợp, chúng tôi yêu cầu định nghĩa mới của hệ thống "end" Hơn nữa, trong quá khứ và hiện nay, hầu hết các truyền thông dữ liệu được thực hiện trực tiếp giữa những người hoặc giữa dữ liệu máy chủ và con người Tuy nhiên, trong tương lai, dự kiến rằng mạng lưới sẽ được sử dụng trong xã hội thông tin phức tạp, trong đó các thiết bị phân tích môi trường thông tin và cung cấp cho mọi người thông tin

Trong quá trình thiết kế và thực hiện mạng, các ứng dụng có thể trong tương lai vẫn chưa được biết trong quá khứ Tuy nhiên, tính hợp lý của ứng dụng trong tương lai nên được coi như là một nguồn của sự đổi mới cho một mạng lưới thông tin Một mạng thế hệ mới nên tạo ra các giá trị để mang lại sự đổi mới như vậy Do đó, chúng

ta cần phải tinh chỉnh định nghĩa của tham số end-to-end, và giữ nguyên tắc

Khi thiết kế một mạng lưới thế hệ mới, chúng ta phải duy trì các nguyên tắc

đã đề cập ở trên và cũng nhằm mục đích cho một kiến trúc mạng có thể hỗ trợ sự đa dạng và mở rộng, đã tăng theo truyền thống Vì vậy, chúng tôi thêm các nguyên tắc thiết kế

Nguyên tắc thiết kế cơ bản cho kiến trúc mạng thế hệ mới

Chúng tôi đã xác định được ba nguyên tắc sau đây là các nguyên tắc thiết kế cốt lõi một kiến trúc mạng thế hệ mới:

Hình 2.1: Nguyên tắc thiết kế cơ bản cho kiến trúc mạng thế hệ mới

2.3.1.1 Tích hợp chức năng

Theo lịch sử của sự phát triển Internet, độ phức tạp của mạng lưới tăng lên cùng với thời gian kể từ khi mạng trở nên đa dạng hơn và các chức năng không phù hợp mới được thêm vào Vì vậy, việc thiết kế phải kết hợp "tích hợp chức năng", loại đơn giản hóa công nghệ để giảm độ phức tạp ngay cả khi tích hợp chức năng Tích hợp chức năng có nghĩa rằng hai chức năng được tích hợp với nhau nếu có thể, và khác nhau từ điều kiện như mô-đun hóa trong đó có ý nghĩa rằng các chức năng là được chia ra

"KISS)" là một trong những nguyên tắc thiết kế Kiến trúc Internet thông thường Nguyên tắc này là điều cần thiết để tránh tình trạng mà chúng ta làm cho các mạng phức tạp hơn mà không cần đưa ra cân nhắc cẩn thận Tuy nhiên, chúng ta không bao giờ nghĩ rằng các mạng lưới là ngu ngốc như trong định nghĩa thông thường của KISS và do đó sửa lại nó "* KIS", nơi * bao gồm các thuật ngữ như: khả năng mở rộng, bền vững, tinh vi, thông minh, an toàn, vv.)

A-Lựa chọn, tích hợp và đơn giản hóa

Khi lựa chọn trong số nhiều công nghệ và tích hợp chúng để kích hoạt các ứng dụng đa dạng, đơn giản là nguyên tắc quan trọng nhất Những nguyên tắc này áp dụng với mạng để tăng cường sự đa dạng, khả năng mở rộng và độ tin cậy

B- Lớp chung

Trong một mô hình mạng với cấu trúc lớp, mỗi lớp độc lập được duy trì.Mỗi lớp được thiết kế độc lập và các chức năng của nó được mở rộng một cách độc lập Một ví dụ là IP phụ trách của tầng mạng, và Ethernet phụ trách của các lớp liên

kết dữ liệu Các chức năng của mỗi giao thức tồn tại độc lập, và dự phòng xảy ra trong các chức năng vì các mở rộng Nếu chúng ta giả định rằng lớp mạng tồn tại như là một lớp thông thường, các lớp khác không cần phải có các chức năng mà triển khai thực hiện trong lớp chung Một trong những lý do cho sự thành công của Internet là các lớp

IP là một lớp phổ biến Vì vậy, chúng tôi kết luận rằng các thiết kế của các kiến trúc mạng thế hệ mới sẽ có một lớp phổ biến và sẽ loại bỏ chức năng dư thừa trong các lớp khác để thoái hóa chức năng trong đa lớp

C- End-to-end

Đây là một nguyên tắc cơ bản cho biết rằng một mạng không phải được xây dựng với sự hỗ trợ của một ứng dụng cụ thể như mục tiêu của nó Mặc dù phát triển Kiến trúc Internet được hưởng lợi từ việc áp dụng các nguyên tắc này, hiện nay, nguyên tắc end-to-end đã dần dần mất đi

Ví dụ, trong tương lai, nếu có nhiều các ứng dụng yêu cầu QoS cao Đó là khó khăn để đảm bảo QoS chỉ tại các hệ thống đầu cuối, và đảm bảo QoS bổ sung được cung cấp bởi mạng sẽ được yêu cầu Điều này đảm bảo QoS là một chức năng phổ biến nhiều ứng dụng yêu cầu, và do đó nên được thêm vào trong các mạng Vì vậy, bảo đảm QoS là một chức năng được cung cấp bởi mạng không được ngược với nguyên tắc end-to-end Đối số end-to-end hiệu quả để giảm các chức năng được cài đặt trong mạng Vì vậy, một khi chúng ta mất đi khái niệm về đối số end-to-end, một

số chức năng được cụ thể cho ứng dụng riêng lẻ sẽ được cài đặt trong mạng Những cài đặt có tác dụng phụ trên các ứng dụng khác nhau NAT và proxy là thực tế ví dụ về cài đặt có hại Chức năng cụ thể cho ứng dụng riêng hoặc môi trường đang được cung cấp bởi hệ thống trang bị trung gian với các chức năng bảo mật nêu trên hoặc xây dựng mạng bao gồm các nút với các chức năng cụ thể bằng các phương tiện kỹ thuật

ảo hóa mạng Ngoài ra, có thể sử dụng kỹ thuật ảo hóa mạng lưới với các hệ thống trung gian Vì vậy, chúng ta không giữ nguyên tắc end-to-end cho Internet hiện nay, các nguyên tắc này được dự kiến cho tất cả các chức năng cần thiết được cài đặt vào thiết bị đầu cuối theo nguyên tắc chuyển đổi gói

Trong các mạng thế hệ mới, các các thiết bị thông tin như máy chủ, PC, thiết bị đầu cuối di động, cảm biến, thẻ (ví dụ như RFID), thiết bị xe hơi (ví dụ như xe chuyển hướng hệ thống) và thiết bị gia đình sẽ được kết nối vào mạng Chúng ta cần phải thiết

kế một kiến trúc mạng thế hệ mới, trong đó hệ thống đầu cuối không can thiệp nhau bằng cách làm rõ định nghĩa "end" của các hệ thống khác nhau từ các quan điểm không chỉ duy nhất đối số end-to-end giữ cho mối liên kết tại tầng mạng mà còn trong lớp ứng dụng

Chúng ta định nghĩa "end" trong các mạng thế hệ mới như vật hoặc các thực thể tồn tại ở cả hai đầu của đường ống trong suốt và trừu tượng Do đó, vị trí cuối không phải là luôn luôn giống nhau ở mỗi hệ thống thông tin liên lạc dự định hoặc lớp Ví dụ,

"end" trong truyền thông có độ tin cậy cao bằng cách sử dụng giao thức TCP cho máy đầu cuối hoặc máy chủ Trong trường hợp này, sự tập hợp của liên kết hop-by-hop giữa server và máy là các đường ống Cho các trình duyệt Web, "end" không phải tại tầng mạng hoặc vận chuyển lớp của máy PC, mà ở lớp ứng dụng Đối với mạng

Internet, thiết bị đầu cuối gán một địa chỉ IP và được coi là "end" Đối với các thiết bị như các nút cảm biến có các hạn chế về các chức năng xử lý và truyền tải và rõ ràng là không thể đạt được hiệu năng cao, một end-to-end giống như hệ thống khác hoặc lớp khác được xây dựng trên một liên kết trong suốt trong đó các cổng giữa các mạng cảm biến (bao gồm rất nhiều các nút cảm biến) và mạng thượng nguồn (hiện nay, Internet) được coi là "end" Đối với giao thức định tuyến, được kỳ vọng rằng các host và router thực hiện tương tự, các router có thể là "end" Ngoài ra, dịch vụ nền tảng như chỉnh sửa các server, các server lưu trữ dữ liệu và server xác thực sẽ được kết nối mạng trong tương lai, và các dịch vụ đám mây sẽ được hỗ trợ Khi người dùng sử dụng nguồn lực phân phối trên mạng để sử dụng dịch vụ điện toán đám mây, tổng hợp tài nguyên dữ liệu server và tài nguyên mạng kết nối các server được coi là "end" Những thiết bị vật lý đầu cuối tồn tại bên trong hệ thống mạng lõi, nhưng có nền tảng không đáng kể cho người sử dụng, và do đó không ảnh hưởng truyền thông dữ liệu.

Như vậy, tham số end-to-end quan trọng đối với các mạng thế hệ mới Tuy nhiên, nguyên tắc end-to-end thông thường vẫn còn một số thiếu, chúng ta cần thêm các hướng dẫn thiết kế mới để đáp ứng nhu cầu phát triển cảu các mạng thế hệ mới

2.3.1.2 Nguyên tắc kết nối thực tế

Vấn đề của Internet được phát sinh bởi khoảng cách giữa các thực thể mạng và thực tế xã hội Và khi phân chia các thực thể từ cấu trúc xác định ban đầu cho bất kỳ mục đích nào và tái cấu trúc này là cần thiết

Ánh xạ giữa các thực thể, xác thực, và truy xuất nguồn gốc giữ nguyên tắc làcần thiết Và, phân chia của các thực thể có cấu trúc xác định ban đầu cho các đối tượng và cấu trúc lại những điều này là cần thiết

A-Chia cấu trúc vật lý và cấu trúc logic

Ở đây, giới thiệu các khái niệm logic cho thực thể vật lý Tuy nhiên, khi giới thiệu các khái niệm logic từ các quan điểm khác nhau, điều quan trọng là tách các khái niệm riêng từ các cấu trúc Đó là quan trọng cho kiến trúc mạng thế hệ mới để quản lý cấu trúc logic độc lập Ví dụ, tìm phương pháp tách địa chỉ Địa chỉ IP được phân bổ cho mỗi máy chủ để xác định các điểm truy cập được sử dụng bởi các thiết bị đầu cuối Về kiến trúc internet, địa chỉ IP có chức năng địa chỉ logic để xác định máy chủ

Đó là thống nhất một phương pháp để xác định vị trí vật lý của nút truyền thông, và một phương pháp để xác định máy chủ một cách hợp lý Tuy nhiên, cách kết nối máy chủ mới xuất hiện Ví dụ, di động và multi-homing Và các vấn đề khác nhau được tạo

ra bởi một hệ thống địa chỉ được áp dụng cho một số cấu trúc địa chỉ

Ở trên, địa chỉ xác định vị trí vật lý của nút truyền thông được gọi là địa chỉ vật

lý Và nó đặc trưng bằng cách sử dụng hai từ "vật lý" và "logic" Tuy nhiên, cấu trúc vật lý, vị trí địa lý, và hệ thống về chúng là khái niệm logic Và, nó cũng có thể được nhận ra rằng một địa chỉ vật lý là một loại địa chỉ logic Kiến trúc cho phép các hệ thống hóa khác nhau của không gian địa chỉ logic là quan trọng đối với hiệu quả sử dụng mạng vật lý Tuy nhiên, không gian logic nên được kết hợp bởi hệ thống ánh xạ

thích hợp để loại bỏ phân tách giữa các không gian địa chỉ logic Hơn nữa, bản chất của con người và thiết bị đầu cuối trong thế giới thực để thuận tiện phải được kết hợp.

B- Hai hướng xác thực

Trong mạng thế hệ mới, xác thực là đặc biệt quan trọng Mạng thế hệ mới phải được thiết kế có phương pháp xác thực hướng kép Thông tin xác thực được kiểm soát bởi các thông tin riêng

C-Khả năng tạo vết

NWGN phải được theo dõi để hạn chế thiệt hại từ các cuộc tấn công Khả năng tạo vết là nối địa chỉ, định tuyến, và lớp truyền tải là nguyên tắc thiết kế Hơn nữa, hệ thống phải được theo dõi từ các ứng dụng thế giới thực để hạn chế thiệt hại của thư rác Đồng thời, cung cấp sự giấu tên cho các công cụ quốc phòng Đây là những nguyên tắc của công nghệ được cung cấp như kiến trúc

2.3.1.3 Nguyên tắc bền vững và tiến hóa

Kiến trúc mạng thế hệ mới phải được thiết kế như một mạng lưới bền vững

có thể tiến hóa và phát triển để đáp ứng với yêu cầu thay đổi Điều đó được nhận biết

rõ ràng từ lịch sử phát triển của Internet rằng không thể dự đoán các ứng dụng sẽ xuất hiện trong tương lai và để thiết kế một kiến trúc mạng phù hợp với chúng Thậm chí nếu một mạng mà đáp ứng yêu cầu người sử dụng hiện tại và trong tương lai gần được thiết kế từ đầu, việc di chuyển vào mạng đó sẽ rất khó khăn nếu giới hạn của nó đang gặp phải ít hơn 10 năm Nói cách khác, nguyên tắc này là quan trọng đối với mạng có một cấu trúc đơn giản và dịch vụ đa dạng phải được đảm bảo ở đầu cuối hoặc các nút cạnh Để thực hiện điều này, điều khiển mạng hoặc phương pháp thiết kế phải để cho phép một mạng lưới bền vững liên tục được phát triển trong vòng 50 hay 100 năm Khái niệm của một mạng lớp phủ là một trong những phương tiện hoàn thành được mục tiêu này

A-Thuộc tính Self-*

Hiện nay, nhiều chức năng được yêu cầu để cho phép các mạng để quản lý mà không có sự tham gia của nhiều quản trị mạng Ngoài ra, mạng thế hệ mới có thể thích ứng với môi trường mạng mới hỗ trợ các ứng dụng chưa biết trong tương lai Ngoài ra,

nó là cần thiết để tổ chức toàn bộ mạng lưới để thích ứng với bất kỳ thay đổi môi trường Như vậy, một phương pháp thiết kế mới yêu cầu cho các kiến trúc mạng bao gồm tự quản lý, tự tổ chức, tự tu sửa và tự thích ứng Chúng tôi gọi những tính năng

"tự *" một cách chung chung

Để xây dựng một mạng bền vững có thể được liên tục phát triển, mạngphải được thích nghi Để thực hiện điều này, điều quan trọng cho tất cả các thực thể trong hệ thống mạng hoạt động thích nghi, tự phân phối và tự tổ chức Ví dụ, mặc dù hiện nay điều khiển định tuyến IP thường được mô tả như phân phối theo định hướng Thực tế là điều khiển định tuyến IP không hoàn toàn là điều khiển phân tán được liên kết với sự yếu kém của khả năng chịu lỗi mạng Trong tương lai, mạng phải được thiết

kế để định hướng phân phối là cá nhân và nâng cao hơn nữa các đơn vị hoạt động trong một cách tự phân phối và việc kiểm soát dự định được thực hiện tổng thể Nói cách khác, một mạng lưới tự tổ chức phải được thiết kế Ngoài ra, mặc dù các thứ bậc cấu trúc của mạng sẽ tiếp tục là một khái niệm quan trọng trong tương lai từ quan điểm của các bộ phận chức năng và chia sẻ chức năng, thứ bậc cấu trúc, mà là một thực thể theo chiều dọc thẳng, phải trở thành một cấu trúc linh hoạt hơn Đó là, mạng phải được thiết kế có một cấu trúc điều khiển thích nghi cho trạng thái lớp cao và lớp thấp mà không hoàn toàn phân chia hệ thống phân cấp như thường làm Nói cách khác, một mạng lưới tự cấp cứu khẩn cấp phải được thiết kế.

B- Khả năng mở rộng, điều khiển phân tán

Điều khiển phân tán có nhiều khả năng mở rộng hơn so với hiện đang có Điều khiển phân tán nói chung có nhiều khả năng mở rộng hơn điều khiển tập trung, tầm quan trọng của điều khiển phân tán trước đây đã được công nhận

Ngoài ra, khả năng mở rộng thường được thảo luận liên quan đến tính toán phức tạp Dựa trên phương hướng chung, điều khiển tập trung phân tán được sử dụng cho các hoạt động định tuyến chung trên Internet, ví dụ, mất khả năng mở rộng Điều này là do sự phức tạp tính toán của Thuật toán đường đi ngắn nhẩt Dykstra, mà OSPF được dựa trên, là O (N2) liên quan với số lượng các nút N Mặt khác, điều này ngay lập tức trở thành một vấn đề trong tương lai nếu số lượng các nút liên tục tăng và một

nỗ lực được thực hiện để yêu cầu khả năng thích ứng mạng bằng cách tăng tần số tính toán Đủ để điều khiển ngay cả trong các mạng quy mô lớn hoặc topologically khác nhau

C-Mạng quy mô lớn và vững chắc

Quy mô phức tạp của hệ thống tăng lên, đồng thời nhiều hỏng hóc thường xảy

ra Ngoài ra, các yếu tố trong lỗi phần mềm được giới thiệu lớn hơn và lỗi của con người có nhiều khả năng xảy ra khi quản lý hoạt động Kiến trúc mạng thế hệ mới phải được thiết kế để xử lý các thất bại đồng thời hoặc nghiêm trọng có thể xảy ra Mặc dù,

có thể hiệu năng thất bại có thể thu được không đầy đủ như kết quả, nó sẽ đủ khi lấy lại hai hoặc ba năm phát triển công nghệ Mặc dù một mạng thiết kế mới phải có chức năng nhận thức mạnh và có thể đối phó với tình huống bất ngờ này và có thể xác minh các tình huống bất ngờ có thể được xử lý Cả hai chính sách thiết kế cho việc thực hiện của một kiến trúc mạnh mẽ và một kỹ thuật đánh giá cho chính sách đó là chủ đề quan tâm trong tương lai

D-Điều khiển cho mạng topologically dao động

Điều quan trọng để phát triển một mạng lưới linh hoạt thì các thay đổi của cấu trúc liên kết cũng được xem xét Đặc biệt, gần đây, trong các mạng điện thoại di động hoặc P2P, thiết bị thông tin liên lạc thường xuyên tạo ra, loại bỏ, hoặc di chuyển Ví

dụ, trong một môi trường di động, bản thân các bộ định tuyến có thể được di chuyển, hoặc trong một mạng P2P, người sử dụng có thể ngắt kết nối máy tính từ mạng Đó là

trúc liên kết thường xuyên thay đổi, mặc dù điều khiển cho việc tìm kiếm các nguồn lực theo nhu cầu tự nhiên có hiệu quả hơn các điều khiển để duy trì các tuyến đường hoặc địa chỉ, chi phí cao Mặt khác, điều khiển dựa trên các bảng định tuyến, được sử dụng bởi IP , ít tốn kém hơn theo yêu cầu kiểm soát Điều quan trọng là để cho phép định tuyến được thực hiện theo điều kiện thay đổi.

E- Điều khiển dựa trên đo lường lưu lượng truy cập thời gian thực

Kiểm soát mạng lưới lưu lượng cơ sở thời gian thực cũng rất quan trọng Ví dụ, hiện tại điều khiển định tuyến Internet xác định các tuyến đường bằng cách sử dụng chi phí cố định để tìm ra chi phí tuyến đường thấp nhất ,chi phí liên kết đó là tỷ lệ thuận với số lượng bước nhảy trong RIP hoặc đối ứng của băng thông trong OSPF Như một kết quả, một mạng với các tuyến đường ổn định mà không thay đổi thường xuyên có thể được cung cấp Tuy nhiên, điều này cũng sẽ trở thành một bất lợi để đối phó với bất kỳ sự tắc nghẽn mạng nào xảy ra đột ngột Ngoài ra, thất bại trở nên phổ biến nếu như quy mô của mạng tăng lên Ví dụ, thiết lập các thông số thay đổi năng động chẳng hạn như độ trễ hoặc băng thông sử dụng trên một liên kết có thể được xem xét Kết quả là, độ chính xác tối ưu đo lưu lượng truy cập thời gian thực trên quy mô thời gian cần thiết để kiểm soát là quan trọng, và chúng phải được áp dụng để định tuyến Kiểu tư duy này cũng nên áp dụng để đo kích thước mạng, không chỉ để điều khiển định tuyến Ngoài ra, theo đuổi nhiều hoạt động tự trị trong các máy đầu cuối, điều đó là quan trọng để đo lường hoặc ước tính tình hình mạng thời gian thực

Trong nghiên cứu này, trình bày năm mạng sau khác nhau về kiến trúc, trong

đó có mục tiêu riêng:

Mô hình A: Một kiến trúc tích hợp dựa trên mô hình lớp với tương tác xuyên lớpModel B: Một kiến trúc làm giảm các chức năng trùng lặp trong thấp hơn (ví dụ, lớp mạng hoặc thấp hơn) và đơn giản hóa mô hình phân lớp

Model C: Một kiến trúc đảm bảo QoS và multicasting

Model D: Một kiến trúc để kết nối các thiết bị không đồng nhất và mạng lướiModel E: Một kiến trúc truy cập điện thoại di động để phân phối thông tin cảm biến

và cá nhân thích nghi khu vực dịch vụ

Những kiến trúc phụ nhằm giữ mạng đơn giản, ngay cả trong việc thêm chức năng mới Một mô hình cho thấy một lớp mới kiến trúc từ lớp vật lý thông qua các lớp ứng dụng, trong đó một lớp mới là thêm vào mặt phẳng điều khiển được tách ra từ mặt phẳng dữ liệu để hỗ trợ sự đa dạng các ứng dụng trong tương lai Mô hình B là một đề nghị, trong đó Internet hiện tại được thiết kế lại từ quan điểm của các phương pháp tiếp cận clear-slate Lớp mục tiêu chính là lớp vật lý đến các lớp mạng Mô hình C là một đề nghị để thực hiện hỗ trợ QoS và multicast bằng cách thiết kế lại lớp vận chuyển Model D là một đề nghị của chức năng để kết nối đa dạng các thiết bị trong tương lai để NWGN Các lớp mạng và lớp vận chuyển là mối quan tâm chính của mô hình này Mô hình E là một đề nghị của một kiến trúc mạng truy cập cung cấp thông tin tình báo cho các mạng truy cập để thực hiện nền tảng dịch vụ Nếu một mạng lưới

bao gồm tất cả các kiến trúc mạng được trình bày trong phần này trở thành một kế hoạch chi tiết của các NWGN, có thể có một số không thống nhất giữa các đề xuất.

2.3.2.1 Kiến trúc mạng tích hợp dựa trên thiết kế lại mô hình lớp cùng với tương tác xuyên lớp.

Kiến trúc cơ bản của Internet được thiết kế từ cuối những năm 1970 đếnbắt đầu từ năm 1980 Kể từ đó, một số cải tiến như di động, an ninh và chuyển đổi nhãn đã được thêm vào kiến trúc cơ bản năm lớp và Internet của ngày hôm nay đã hình thành Tuy nhiên, chẳng hạn chức năng mới được bổ sung không phù hợp với kiến trúc năm lớp Ví dụ, IPSec và Mobile IP được gọi là lớp 3,5 (L3.5) giao thức và MPLS được gọi là một lớp 2,5 (L2.5) giao thức Có rất nhiều ý kiến cho rằng sự tiến

bộ của Internet sẽ kết thúc trong thất bại nếu chúng ta tiếp tục thêm chức năng mới không phù hợp với kiến trúc Internet cơ bản Một xu hướng khác, mạng Internet nên được thiết kế lại từ nhiều thứ được phát triển trong những năm gần đây Cách tiếp cận như vậy là được gọi là phương pháp tiếp cận clean-slate

Trong phương pháp clean-slate, kiến trúc mạng khác nhau được đề xuất, mà không phải là dựa trên mô hình lớp Phần này thảo luận về những mô hình phù hợp với kiến trúc mạng cho Mạng thế hệ mới từ quan điểm của sự dễ hiểu biết, dễ quản lý, và

dễ thực hiện Như một kết quả, điều này đưa đến một kết luận rằng mô hình lớp với tương tác xuyên lớp và phân chia của mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển là thích hợp nhất Các chức năng chính của kiến trúc mạng được đề xuất như sau: (1) giới thiệu 5 lớp để cung cấp các ứng dụng với các đường dẫn truyền thông trừu tượng hơn, (2) giới thiệu qua lớp phối hợp để xử lý hiệu quả trong mỗi lớp, (3) tách nút nhận dạng

và nút định vị cho di động, multi-homing, và an ninh, (4) chia tách các mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển để quản lý, và (5) giới thiệu một mô hình đệ quy theo lớp

Mô hình lớp có nhiều ưu điểm như mô đun chức năng cao, tính độc lập giữa các lớp cao, và dễ quản lý OSI (Hệ thống kết nối mở) mô hình tham chiếu được dựa trên mô hình lớp Đó là tiêu chuẩn hóa như ISO7498 vào năm 1984 và đã được sửa đổi vào năm 1994 Như được biết đến rộng rãi, kiến trúc mạng Internet được dựa trên mô hình năm lớp Thực tế là Internet hiện nay là dựa trên mô hình bao hàm lợi ích của mô hình lớp

B-Tương tác xuyên lớp

Khái niệm tương tác xuyên lớp đã thu hút sự chú ý đáng kể trong những năm gần đây Tương tác xuyên lớp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý bằng cách trao đổi sự kiểm soát thông tin giữa các lớp Chúng tôi đang đề xuất một kiến trúc xuyên lớp gọi

là CEAL (Xuyên lớp kiểm soát thông tin trao đổi giữa lớp tùy tiện) CEAL cho phép kiểm soát thông tin trao đổi giữa các lớp tùy ý với việc giữ các lớp cấu trúc Trong

chuyển đổi từ giao thức / đại diện phụ thuộc vào thiết bị vào giao thức / thiết bị độc lập đại diện CEAL cho phép, ví dụ, nhanh chóng bàn giao trong lớp mạng bởi sự hợp tác của các lớp liên kết và lớp mạng và nhanh chóng chuyển đổi dự phòng và nhanh chóng bàn giao trong SCTP bởi sự hợp tác của các lớp liên kết, lớp mạng và lớp vận chuyển

Vì vậy, nhận được lợi ích của các lớp mô hình, nó có thể nhận ra xử lý linh hoạt bởi một xuyên lớp được xác định rõ ràng kiến trúc cho việc trao đổi thông tin điều khiển giữa các lớp