Mạng máy tính và các hệ thống mở

MO DAU Sự kết hợp của máy tính với các hệ thống truyền thong communication đặc biệt là uiễn thông telecommunication đã tạo ra một sự chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề tổ chức k

THU VIEN DAI HOC NHA

¬"

1000017243

Chao ming ban đã đếu vdi

thu wén cha ching téé

Xin vui long:

e Không xé sách

NHÀ XUẤT BAI

e Không gạch, viết, vẽ lên sách

Chịu trách nhiệm xuât bản :

Giám đốc PHẠM VĂN AN

Tổng biên tập NGUYỄN NHƯ Ý

Biên tập nội dung :

LO! NOI DAU

Tin học và Viễn thông là hai thành phần cốt lõi của Công nghệ thông tin (CNTT) Trong những năm gần đây, nhiều dự án phát triển CNTT ở nước ta đã được triển khai theo các giải

pháp tổng thể trong đó tích hợp hạ tầng truyền thông máy tính

với các chương trỉnh Tin học ứng dụng Mạng máy tính không còn là một thuật ngữ thuân túy khoa học mà đang trở thành một đối tượng nghiên cứu và ứng dụng của nhiều người có nghề nghiệp và phạm vi hoạt động khác nhau Nhu cầu hiểu biết về

mạng máy tính ngày càng cao và không chỉ dừng ở mức người

sử dụng mà còn đi sâu hơn để làm chủ hệ thống với tư cách một kỹ sư về mạng máy tính Là một cơ sở đào tạo bậc cao về CNTT trọng điểm của cá nước, Khoa ƠNTT trường đại học Bách khoa

Hà Nội đã sớm đưa các môn học liên quan đến mạng máy tính

và hệ phân tán vào chương trÌnh đào tạo kỹ sư và cử nhân cao

đẳng về tin học Tài liệu này là giáo trình chính về mạng máy

tính cho sinh viên các lớp kỹ sư tin học hệ dài hạn chính qui ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chương trình đào tạo về mạng

máy tính cho các lớp kỹ sư Tin học ngắn hạn (bằng thứ hai)

và cử nhân cao đẳng kỹ thuật Tin học cũng được xây dựng dựa trên giáo trình này có giảm bớt một số phần lý thuyết và tăng thêm phần thực hành cho phù hợp với thời gian và đối tượng đào tạo Giáo trình này được viết thành ó chương và 3 phụ lục Chương 1 giới thiệu những khái niệm cơ bản về mạng máy

tính để cung cấp cho bạn đọc một bức tranh tổng thể trước khi

đi sâu vào các phần sau

Chương 2 dành để trình bày một cách chỉ tiết từng tầng trong mô hình tham chiếu 7 tầng của ISO về nối kết các hệ

thống mở

Chương 3 đi sâu hơn vào các khía cạnh của kỹ thuật mạng

cục bộ, nêu bật những đặc thù của nó so với các mạng máy tính

nói chung

Các vấn đề cơ bản cần phải giải quyết khi thiết kế và cài đặt các mạng máy tính (như kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng đữ liệu, đánh giá độ tin cậy, an toàn thông tin và quản trị mạng) được gộp chung vào một Chương 4

Chương ð trình bày về Internet và họ giao thức nổi tiếng của nó là TCP/TP Cuối cùng, Chương 6 điểm qua các khái niệm

cơ bản của mạng tích hợp dịch vụ số (SDN) vốn còn rất mới

mẻ đối với Việt Nam chúng ta

Lưu ý rằng cuối mỗi chương hoặc mỗi mục lớn, quan trọng chúng tôi đều đưa vào một số câu hỏi và bài tập để sinh viên

Do khuôn khổ sách có hạn, một số nội dung chỉ có thể giới

thiệu tớm tất Vì thế một danh sách tài liệu tham khảo được liệt kê để bạn đọc có thể tham khảo thêm khi cần thiết Cũng cần nói thêm rằng, mặc dầu tên sách là "Mạng máy

tính và các hệ thống mở" nhưng "các hệ thống mở" không được

trình bày tách biệt mà hòa quyện vào các nội dung của "mạng

máy tính" theo tỉnh thần ISO : mang máy tính chính là sụ kết

nối cúc hệ thống mỏ

lất mong nhận được ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp

và bạn đọc gần xa để những lần in sau chất lượng của giáo trình này càng tốt hơn

TÁC GIÁ

I2 Các khái niệm cơ bản

I3 Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI

1.4 Kiến trúc mạng riêng của các công ty

I.5 Hệ điều hành mạng

I.6 Nối kết các mạng máy tỉnh

Bài tập và câu hỏi

I1 MO DAU

Sự kết hợp của máy tính với các hệ thống (truyền thong

(communication) đặc biệt là uiễn thông (telecommunication) đã tạo ra

một sự chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề tổ chức khai

thác và sử dụng các hệ thống máy tính Mô hình tập trung dựa trên

các máy tính lớn với phương thức khai thác theo "lô" (batch processing)

đã được thay thế bởi một mô hình tổ chức sử dụng mới, trong đó các

máy tính đơn lẻ được kết nối lại đẻ cùng thực hiện công việc Một

môi trường làm việc nhiều người sử dụng phân tán đã hình thành,

cho phép nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên chung từ những vị trí địa lý khác nhau Các hệ thống như thế được gọi la cdc mang may tinh (computer networks)

Mạng máy tính ngày nay đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu

phát triển và ứng dụng cốt lõi của công nghệ thông tin (CNTT), bao

gồm rất nhiều vấn đề, từ kiến trúc đến các nguyên lý thiết kế, cài đặt và các mô hình ung dụng Dé chuẩn bị kiến thức cho độc giả trước khi bước vào những chương sau, trong chương này sẽ trình bày

các khái niệm cơ bản nhất của mạng máy tính trên quan điểm tiếp

cận theo kiến trúc phân tầng (layered architecture) đã được Tổ chức

tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) sử dụng như một công cụ để chuẩn hóa

cho lĩnh vực mạng máy tính Tuy nhiên, những khái niệm cơ bản

đó trong chương này chỉ mới được giới thiệu ở mức độ "thô" và

phần nhiều mang tính "tổng quan" để rồi trong các chương sau của tài liệu này sẽ được đề cập lại một cách chỉ tiết hơn, sâu sắc hơn Chúng tôi hy vọng cách trình bày theo kiểu "xoáy ốc" như vậy sẽ thuận tiện hơn cho độc giả khi sử dụng tài liệu này để tìm hiểu về mạng máy tỉnh

1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.2.1 Lich st phát triển

* Ty nhiing nam 60 đã xuất hiện các mang xu ly trong đó các tram cuối (terminal) thụ động được nối vào một máy xử lý trung tâm Máy xử lý trung tâm làm tất cả mọi việc, từ quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý sự đồng bộ của các trạm cuối, quản lý các hàng đợi v.v cho đến việc xử lý các ngất từ các trạm cuối Để giảm nhẹ nhiệm vụ của Máy xử li trung tâm, người ta thêm vào các

bộ iiền xử lý (preprocessor - hay con goi 1A Frontal) dé néi thanh một mạng truyền tin, trong đó các thiét bi tập trung (concentrator) 6

và dồn kênh Ciniitipledony dũng để lập trung trên cùng hột đường truyền các tỉn hiệu gửi tới từ trạm cuối Sự khác nhau ở 3 thiết bị hay la la ở chỗ : bậ đồn kênh có kha hahg chuyển song sohg các thôHÈ tin do các thải bù lổi ¡ gửi tái, còh bộ tộp trùng không có khả nang do hati phai dùng bộ “hổ đệm (buffer) dé lưu trữ tain thời các thông

tin Hình l-Ì cho vi du mot so dé mang xử ly với be | tiền xử lý

* Cũng trong những năm 70, bất đầu xuất hiện khái niệm Mạng truyén théng (communication network), trong đó các thành phần chính cia no là các nút mạng, được gọi là các bộ chuyển mạch (switching

unit} ding để hướng thông tin tới đích của nó (hình l-3)

" tất nút Í ,hianE được nối với nhau bằng đường truyền (transmission

line) fon & Bắc mấy tính xử lý thống tin của người sử dụng (Host) hoặc

các, tham cuối (Tertninal) được hối trực tiếp vào các nút mạng để khi tấn th trao đổi din qua tặng Bản thần các nút mạng thường cung

la may tính | hên có thể đồng thối đóng cả vai trò máy của hgười sử

dụng Đơn xa “+

Với nhan xét Hay, tử dây về sau trong tài liệu này cho phép chúng thi s sẽ không phân biệt khái niém mang may tinh và mạng truyền thông

7

Hình 1-2 : Mot mạng máy tính - nối trực tiếp các bộ tiền xủ lý

Các máy tính được kết nối thành mạng máy tính nhằm đạt tới các mục tiêu chính sau đây :

- Làm cho các tài nguyên có giá trị cao (thiết bị, chương trình,

dữ liệu ) trở nên khả dụng đối với bất kỳ người sử dụng nào trên mạng (không cần quan tâm đến vị trí địa lý của tài nguyên và người

Những mục tiêu đó thật hấp dẫn nhưng cũng phải từ thập kỷ 80

trở đi thỉ việc nối kết mạng mới được thực hiện rộng rãi nhờ tỷ lệ giữa giá thành máy tính và chỉ phí truyền tin đã giảm đi rõ rệt do

sự bùng nổ của các thế hệ máy tính cá nhân

I.2.2 Các yếu tố của mạng máy tính

Từ đây, chúng ta có thể định nghĩa : mạng máy tính là một tập

hợp các máy tính được nối với nhau bởi các đường truyền Uuột lý theo

nhau để truyền các tín hiệu

Hình 1-4 minh họa phạm vi của dạng sóng điện từ (hay phổ điện

từ) cùng các tần số tương ứng

Các tần số radio có thể truyền bằng cáp điện (giây đôi xoắn hoặc đồng trục) hoặc bằng phương tiện quảng bá (radio broadcasting) Sóng cực ngắn (viba) thường được dùng để truyền giữa các trạm

mặt đất và các vệ tỉnh Chúng cũng được dùng để truyền các tín hiệu

quảng bá từ một trạm phát tới nhiều trạm thu Mạng điện thoại "tổ ong" (Cellular phone networks) 14 mét vi du cho cach ding nay Tia hồng ngoại là lý tưởng đối với nhiều loại truyền thông mạng

Nó có thể được truyền giữa 2 điểm hoặc quảng bá từ một điểm đến

nhiều máy thu Tia hồng ngoại và các tần số cao hơn của ánh sáng

có thể được truyền qua các loại cáp sợi quang Khi xem xét lựa chọn đường truyền vật lý, ta cẩn chú ý tới các đặc trưng cơ bản của chúng

là giải thông (bandwidth), độ suy høo và độ nhiễu điện tù Giải thông

của một đường truyền chính là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng được Ví dụ, giải thông của đường điện thoại là 400 - 4000

Hz, có nghĩa là nó có thể truyền các tin hiệu với các tần số nằm

trong phạm vi tần số từ 400 đến 4000 chu kỳ/giây Tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền còn được gọi là thong lugng (throughput) cua

đường truyền - thường được tính bằng số lượng bit được truyền đi

9

Nguồn và điện thoại

Hình 1-4 : Phố điện từ (EM spectrum) trong 1 giây (bps) Thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác

la baud (lấy từ tên của nhà bác học - Emile Baudot) Baud biểu thị số

lượng thay đổi tín hiệu trong một giây Hai đơn vị baud và bit/s không phải lúc nào cũng đồng nhất vì mỗi thay đổi tín hiệu có thể tương ứng với vài bít Chỉ trong trường hợp mỗi thay đổi tín hiệu tương ứng với

1 bít (ví dụ trong máy tính chỉ có 0 và 1 được dùng như các mức thay đổi tín hiệu) thỉ hai tốc độ (theo baud và theo bíÍt/s) mới bằng nhau

Nhận xét trên cần được lưu ý khi sử dụng các thiết bị điều chế tín hiệu (modem)

Lưu ý rằng giải thông của cáp truyền phụ thuộc vào độ dài cáp Cáp ngắn nói chung có thể giải thông lớn hơn so với cáp dài Bởi vậy

khi thiết kế cáp cho mạng phải chỉ rõ độ đài chạy cáp tối đa, vì ngoài

giới hạn đó chất lượng truyền tín hiệu không còn được bảo đâm

Độ suy hao là độ đo sự yếu đi của tín hiệu trên đường truyền Nó cũng phụ thuộc vào độ dài cáp Còn độ nhiều diện từ (EMI -

Electromagnetic Interference) gây ra bởi tiếng ồn điện từ bên ngoài làm ảnh hưởng đến tín hiệu trên đường truyền

10

Hiện nay cả 2 loại đường truyền hữu tuyến (cable) và vô tuyến (wireless) đều được sử dụng trong việc nối kết mạng máy tính

Đường truyền hữu tuyến gồm có :

~ Cáp đồng trục (coaxial cable)

- Cáp đôi xoán (twisted - pair cable), gồm 2 loại : có bọc kim (Shielded) và không bọc kim (Unshielded)

- Cap soi quang (fiber -optic cable)

Đường truyền vô tuyến gồm có :

- Radio

- Sống cực ngan (viba) (microwave)

~ Tia hồng ngoại (infrared)

Bạn đọc có thể xem Phụ lục A của tài liệu này dé tim hiểu các đặc trưng của các loại đường truyền vật lý nơi trên

KIẾN TRÚC MANG

Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cóch nối các máy tính uới nhau ra sao và tập hợp cóc qui tắc, qui ước mà tất

cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để

đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Cách nối các máy tính được gọi là

hình trạng (topolopy) của mạng (mà từ đây để cho gon ta goi la topo của mang) Con tệp hợp các qui tốc, qui ước truyền thông thì được goi là giao thúc (protocol) của mạng Topo và giao thức mạng là hai

khái niệm rất cơ bản của mạng máy tính, vi thé ching sẽ được trÌnh

bày cụ thể hơn trong những phần sau :

* Topo mang :

Có 2 kiểu nối mạng cht yéu 1a diém-diém (point - to- point) va quảng bó (broadcast hay point - to —- multipoint)

Theo kiểu điểm ~ diểm, các đường truyền nối từng cặp nút với

nhau và mỗi nút đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho tới đích Do cách thức làm việc như thế nên mạng

kiểu này còn được gọi là mạng "lưu và chuyển tiếp” (store -and -

forward) Hình 1-5 cho mét sé dang topo cia mang điểm - điểm : Theo kiểu qguởng bó, tất cả các nút phân chia chung một đường truyền vật lý Dữ liệu được gửi đi từ một nút nào đó sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các nút còn lại, bởi vậy cần chỉ ra địa chỉ đích

của dữ liệu để mỗi nút căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình hay không ?

11

star (hình sao) floop(chu trinh)

Hinh 1-5 Một số topo mạng kiểu điểm — điểm

Hình 1-6 cho một số ví dụ topo của mạng kiểu quảng bá

Trong các topo dang bus va vong cần có một cơ chế "trọng tài" để giải quyết "xung đột" khi nhiều nút muốn truyền tin cùng một lúc Việc cấp phát đưường truyền có thể là "tỉnh" hoặc "động" Cấp phát "tĩnh"

thường dùng cơ chế quay vòng (round robin) để phân chia đường truyền

theo các khoảng thời gian định trước Còn cấp phát "động" là cấp phát theo yêu cầu để hạn chế thời gian "chết" vô ích của đường truyền

Việc trao đổi thông tin, cho dù là đơn giản nhất, cũng đều phải

tuân theo những qui tắc nhất định Ngay cả hai người nới chuyện với

nhau muốn cho cuộc nói chuyện có kết quả thì ít nhất cả hai cũng

phải ngầm tuân thủ qui tắc : khị người này nới thi người kia phải 12

Hiện nay cả 2 loại đường truyền hữu tuyến (cable) và vô tuyến (wireless) đều được sử dụng trong việc nối kết mạng máy tính

Đường truyền hữu tuyến gồm có :

~ Cap déng truc (coaxial cable)

- Cáp đôi xoắn (twisted - pair cable), gém 2 loại : có bọc kim (Shielded) và không boc kim (Unshielded)

- Cáp soi quang (fiber -optic cable)

Đường truyền v6 tuyén gém co :

- Radio

- Sóng cực ngắn (viba) (microwave)

~ Tia héng ngoai (infrared)

Ban doc có thể xem Phu luc A cta tai liệu này dé tim hiểu các đặc trưng của các loại đường truyền vật lý nói trên

KIẾN TRÚC MẠNG

Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối cóc móy tinh vdi nhau ra sao va tap hợp cúc qui tốc, qui ước mò tất

cả cúc thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuôn theo để

đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Cách nối các máy tính được gọi là

hình trạng (topolopy) của mạng (mà từ đây để cho gọn ta gọi là topo của mạng) Còn tộp hợp các qui tắc, qui ước truyền thông thì được goi là giao thúc (protocol) của mạng Topo và giao thức mạng là bai

khái niệm rất cơ bản của mạng máy tính, vì thế chúng sẽ được trình

bày cụ thể hơn trong những phần sau :

forward) Hinh 1-5 cho mét sé dang topo cia mạng điểm - điểm : Theo kiểu quởng bó, tất cả các nút phân chia chung một đường

truyền vật lý Dữ liệu được gửi đi từ một nút nào đó sẽ có thể được

tiếp nhận bởi tất cả các nút còn lại, bởi vậy cần chỉ ra địa chỉ đích

của dữ liệu để mỗi nút căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải

dành cho mình hay không ?

11

star (hình sao) fioop(chu trinh)

Hình 1—5 Một số topo mang kiểu điểm ~ điểm

Hình 1-6 cho một số ví dụ topo của mạng kiểu quảng bá

Trong các topo dang bus và uòng cần có một cơ chế "trọng tài" để giải quyết "xung đột" khi nhiều nút muốn truyền tin cùng một lúc Việc

cấp phát đưường truyền có thể là "tỉnh" hoặc "động" Cấp phát "tĩnh"

thường dùng cơ chế quay vòng (round robin) để phân chia đường truyền theo các khoảng thời gian định trước Còn cấp phát "động" là cấp phát theo yêu cầu để hạn chế thời gian "chết" vô ích của đường truyền

nhau muốn cho cuộc nói chuyện có kết quả thì ít nhất cả hai cũng

phải ngầm tuân thủ qui tắc : khi người này nơi thì người kia phải 12

nghe và ngược lại Việc truyền tín hiệu trên mạng cũng vậy, cần phải

cố những quy tắc, quy ước về nhiều mặt, từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghĩa) của dữ liệu cho tới các thủ tục gửi, nhận dữ liệu kiểm soát hiệu quả và chất lượng truyền tin và xử lý các lỗi và sự cố Yêu

cầu về xử lý và trao đổi thông tỉn của người sử dụng càng cao thi

các qui tắc càng nhiều và phức tạp hơn Tập hợp tất cả những qui tắc, qui ước đó được gọi là giao thite (protocol) cua mạng Rõ ràng

là các mạng có thể sử dụng các giao thức khác nhau tùy sự lựa chọn

của người thiết kế Chúng ta sẽ còn quay lại với khái niệm rất quan trọng này ở mức độ chi tiết hơn trong các phần sau của tài liệu

1.2.3 Phan loai mạng máy tính

Có nhiêu cách phân loại mạng khác nhau tùy thuộc vào yếu tố chính được chọn để làm chỉ tiêu phân loại, chẳng hạn đớ là "khoảng cách địa lý", "kỹ thuật chuyển mạch" hay "kiến trúc mạng"

§ Nếu lấy "khoảng cách địa lý" làm yếu tố chính để phân loại thì

ta có mợng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng và mạng toờn cồu

e Mạng cục bộ (Local Area Networks - viết tắt là LAN) : lA mang được cài đặt trong một phạm vi tương đối nhỏ (ví du trong 1

tòa nhà, khu trường học v.v ) với khoảng cách lớn nhất giữa các máy tính nút mạng chỉ trong vòng vài chục ki-lô-mét trở

lại

e Mạng đô thị (Metropolitan Area Networks - viết tất là MAN) :

là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị hoặc một trung

tâm kinh tế - xã hội có bán kính khoảng 100 ki-lô-mét trở

lai

e Mang dién réng (Wide Area Networks - viết tất là WAN) : phạm

vi của mạng có thể vượt qua biên giới quốc gia và thậm chi

e Mạng toàn cầu (Global Area Netwoks - viết tắt là GAN) : phạm

vi của mạng trải rộng khắp các lục địa của Trái Đất)

6 đây chúng ta cũng cần lưu ý rằng : khoảng cách địa lý được

dùng làm "mốc" để phân biệt các loại mạng trên hoàn toàn có tính

chất tương đối Nhờ sự phát triển của công nghệ truyền dẫn và quản trị mạng nên càng ngày những ranh giới đó càng mờ nhạt đi

M@ Nếu lấy "kỹ thuật chuyển mạch" (switcbing) làm yếu tố chính

để phân loại thì ta sẽ có : mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mọng chuyển mạch gói

13

e Mạng chuyển mach kénh (circuit - switched networks) :

Trong trường hợp này, khi có 2 thực thể cẩn trao đổi thông tin với nhau thì giữa chúng sẽ được thiết lập một "kênh" (circuit) c6 dinh

và được duy trì cho đến khi một trong hai bên ngất liên lạc Các dữ liệu chỉ được truyền theo con đường cố định đó (hình 1-7)

có lúc kênh bị bỏ không do cá hai bên đều hết thông tin cẩn truyền

trong khi các thực thể khác không được phép sử dụng kênh truyền

này

Mạng điện thoại là một ví dụ điển hình của mạng chuyến mạch kênh

© Mạng chuyển mạch thông báo (message - switched networks) :

Thông báo (message) là một đơn vị thông tin của người sử dụng

có khuôn dạng được qui định trước Mỗi thông báo đều có chứa vùng thông tin điểu khiển trong đó chỉ định rõ đích của thông báo Căn

cứ vào thông tin này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo

tới nút kế tiếp theo đường dẫn tới đích của nd Nhu vậy, mỗi nút cẩn phải lưu trữ tạm thời để "đọc" thông tin điều khiển trên thông

báo để rồi sau đó chuyển tiếp thông báo đi Tùy thuộc vào điều kiện của mạng, các thông báo khác nhau có thể được gửi đi trên các con

đường khác nhau (hình 1-8)

Phương pháp chuyển mạch thông báo có nhiều ưu điểm so với phương pháp chuyển mạch kênh, cụ thể là :

— Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc

quyền mà được phân chia giữa nhiều thực thể

14

nghe và ngược lại Việc truyền tín hiệu trên mạng cũng vậy, cần phải

có những quy tắc, quy ước về nhiều mặt, từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghĩa) của dữ liệu cho tới các thủ tục gửi, nhận dữ liệu kiểm soát hiệu quả và chất lượng truyền tin và xử lý các lỗi và sự cố Yêu

cầu về xử lý và trao đổi thông tỉn của người sử dụng càng cao thì

các qui tắc càng nhiều và phức tạp hơn Tập hợp tất cả những qui tắc, qui ước đở được gọi là giao thúc (protocol) của mạng Rõ ràng

là các mạng có thể sử dụng các giao thức khác nhau tùy sự lựa chọn của người thiết kế Chúng ta sẽ còn quay lại với khái niệm rất quan

trọng này ở mức độ chỉ tiết hơn trong các phần sau của tài liệu

1.2.3 Phan loại mạng máy tính

Có nhiều cách phân loại mạng khác nhau tùy thuộc vào yếu tố chính được chọn để làm chỉ tiêu phân loại, chẳng hạn đớ là "khoảng cách địa lý", "kỹ thuật chuyển mạch" hay "kiến trúc mạng"

§ Nếu lấy "khoảng cách địa lý" làm yếu tố chính để phân loại thì

ta có mợng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng và mạng foờn cầu e@ Mạng cục bộ (Local Area Networks ~ viết tắt là LAN) : là mang

được cài đặt trong một phạm vi tương đối nhỏ (vi du trong 1 tòa nhà, khu trường học v.v ) với khoảng cách lớn nhất giữa các máy tính nút mạng chỉ trong vòng vài chục ki-lô-mét trở

lại

e Mang đô thị (Metropolitan Area Networks - viết tất là MAN) :

là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị hoặc một trung

tâm kinh tế - xã hội có bán kính khoảng 100 ki-lô-mét trở

lại

e Mạng diện rộng (Wide Area Networks - viết tất là WAN) : phạm

vi của mạng có thể vượt qua biên giới quốc gia và thậm chí

cả lục địa

e Mạng toàn cầu (Global Area Netwoks - viết tắt là GAN) : phạm

vi cua mang trải rộng khap cdc luc địa của Trái Đất)

6 đây chúng ta cũng cẩn lưu ý rằng : khoảng cách địa lý được dùng làm "mốc" để phân biệt các loại mạng trên hoàn toàn có tính chất tương đối Nhờ sự phát triển của công nghệ truyền dẫn và quản trị mạng nên càng ngày những ranh giới đó càng mờ nhạt đi

Ñ Nếu lấy "kỹ thuật chuyển mạch" (switching) làm yếu tố chính

để phân loại thì ta sẽ có : mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển

mạch thông bóo và mạng chuyển mạch gói

18

e Mạng chuyển mạch kênh (circuit - switched networks) :

Trong trường hợp này, khi có 2 thực thể cần trao đổi thông tin

với nhau thì giữa chúng sẽ được thiết lập một "kênh" (circuit) cố định

và được duy trì cho đến khi một trong hai bên ngắt liên lac Cac dit Hệu chỉ được truyền theo con đường cố định đó (hình 1-7)

có lúc kênh bị bỏ không do cả hai bên đều hết thông tin cần truyền trong khi các thực thể khác không được phép sử dụng kênh truyền

này

Mạng điện thoại là một ví dụ điển hình của mạng chuyển mạch kênh

© Mạng chuyển mạch thông báo (message - switched networks) :

Thông báo (message) là một đơn vị thông tin của người sử dụng

có khuôn dạng được qui định trước Mỗi thông báo đều có chứa vùng

thông tin điều khiển trong dé chỉ định rõ đích của thông báo Căn

cú vào thông tín này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển thông báo

tới nút kế tiếp theo đường dẫn tới đích của nó Như vậy, mỗi nút cần phải lưu trữ tạm thời để "đọc" thông tin điều khiến trên thông

báo để rồi sau đó chuyển tiếp thông báo đi Tùy thuộc vào điều kiện

của mạng, các thông báo khác nhau có thể được gửi đi trên các con

đường khác nhau (hình 1-8),

Phương pháp chuyển mạch thông báo có nhiều ưu điểm so với phương pháp chuyển mạch kênh, cụ thể là :

- Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc

quyền mà được phân chia giữa nhiều thực thể

14

Hình 1—8 Mang chuyển mạch thông báo

- Mỗi nút mạng (hay nút chuyển mạch thông báo) có thể lưu trữ thông báo cho tới khi kênh truyền rỗi mới gửi thông báo đi, do đó giảm được tình trạng ¿tốc nghẽn (congestion) mạng

- Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp độ ưu tiên

cho các thông báo

- Có thể tăng hiệu suất sử dụng giải thông của mạng bằng cách

gán địa chỉ quảng bá (broadcast addressing) để gửi thông báo đồng

thời tới nhiều dích

Nhược điểm chủ yếu của phương pháp chuyển mạch thông báo là không hạn chế kích thước của các thông báo, có thể dẫn đến phí tỏn

lưu trữ tạm thời cao và ảnh hưởng đến thời gian đáp (response time)

và chất lượng truyền đi Rõ ràng là mạng chuyển mạch thông báo thích hợp với các dịch vụ thông tin kiểu thư điện tt (electronic mail)

hơn là đối với các áp dụng có tính thời gian thực vì tổn tại độ trễ nhất định do lưu trữ và xử lý thông tin điều khiển tại mỗi nút

e Mang chuyén mach gdi (packet -switched networks) :

Trong trường hợp này, mỗi thông báo được chia thành nhiều phần nhỏ hơn gọi là các gói fin (packet) cố khuôn dạng qui định trước Mỗi gới tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và đích (người nhận) của gới tin Các gói tin thuộc

về một thông báo nào đó có thể được gửi đi qua mạng để tới dich

bằng nhiều con đường khác nhau (hỉnh 1-9)

Chúng ta thấy các phương pháp chuyển mạch thông báo và chuyển mạch gói là gần giống nhau Điểm khác biệt là ở chỗ các gới tin được giới hạn kích thước tối đa sao cho các nút mạng (nút chuyển mạch) có

thể xử lý toàn bộ gới tin trong bộ nhớ mà không cần phải lưu trữ tạm thời trên đĩa, Bởi thế nên mạng chuyển mạch gói truyền các gới tin qua

mạng nhanh hơn và hiệu quả hơn so với mạng chuyển mạch thông báo

15

Do có ưu điểm mm dẻo và hiệu suất cao hơn nên hiện nay mạng

chuyển mạch gới được dùng phổ biến hơn các mạng chuyển mạch thông báo Việc tích hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch (kênh và gới)

trong một mạng thống nhất (được gọi là mạng dịch uụ tích hop số

- Integrated Services Digital Networks - viết tất lA ISDN) dang 1a

một trong những xu hướng phát triển của mạng ngày nay Chúng ta

sẽ đề cập đến ISDN trong một chương khác

NÑ Người ta còn có thể phân loại mạng theo kiến trúc mạng (topo

và giao thức sử dụng) Chẳng hạn chúng ta thường nghe nơi đến mạng 5NA của IBM, mạng ISO (theo kiến trúc chuẩn quốc tế), hay mạng

TCP/P v.v Những kiến trúc đó sẽ điợc trình bày chi tiết trong

những phần sau của tài liệu nay

I 3 KIEN TRUC PHAN TANG VA MO HiNH OSI

tầng là tùy thuộc vào các nhà thiết kế, Chúng ta sẽ thấy cách phân tầng trong mạng của IBM (SNA), của Digital (DECnet), hay của Bộ

Quốc phòng Mỹ (ARPANET), là không giống nhau Tuy nhiên, trong

16

hầu hết các mạng, mục đích của mỗi tầng là để cung cấp một số địch U¿ (services) nhất định cho tầng cao hơn Hình 1-10 minh họa một kiến trúc phân tầng tổng quát, với giả thiết A và B là hai hệ thống

(máy tính) thành phần của mạng dược nối với nhau

Hình 1-10 Minh hoa kién tric phân tầng tổng sácP

Nguyên tắc của kiến trúc mạng phân tầng là : mỗi hệ thống trong một mạng đều có cấu trúc tầng (số lượng tầng, chức năng của mỗi tầng

là như nhau) Sau khi đã xác định số lượng tầng và chức năng mỗi tầng thì công việc quan trọng tiếp theo là định nghĩa mối quan hệ (giao điện) giữa 2 tầng kề nhau và mối quan hệ (giao điện) giữa 2 tầng đồng mức

ở 2 hệ thống nối kết với nhau Trong thực tế, dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ ¡ của hệ thống này sang tầng thứ ¡ của hệ thống khác (trừ đối với tầng thấp nhất trực tiếp sử dụng đường truyền vật lý

để truyền các xâu bit (0,1) từ hệ thống này sang hệ thống khác) Ở đây

qui ước đữ liệu ở bên hệ thống gửi (sender) được truyền sang hé thong

nhận (receiver) bằng đường truyền vật lý và cứ thế đi ngược lên các

tầng trên Như vậy giữa 2 hệ thống kết nối với nhau (ví dụ A và B trong hình 1-10) chỉ có ở tầng thấp nhất mới có liên kết vat lý, còn 6 các tầng cao hơn chỉ là những liên kết /ogie (hay lién hết áo) được đưa vào để hình thức hóa các hoạt động của mạng thuận tiện cho việc thiết

kế và cài đặt các phẩn mềm truyền thông :

I.3.2 Mô hình OSI

Khi thiết kế, các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng cia minh Ti do dan đến tình trạng không tương thích giữa các mang :

17

phương pháp truy “nhập đường truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức

ý“! Sự không tương thích đó làm trở ngại cho BỰ tưởng

tae túi fgười sử đụng các mạng khác nhau Nhu cầu trao đổi thông tin cane lớn thì trở ngại đó càng không thể chấp nhận được đối với

người sử dụng Sự thúc bách của khách hàng đã khiến cho các nhà

sản xuất và các nhà nghiên cứu, thông qua các tổ chức chuẩn hớa quốc gÌa và qờc tế - tích cực tìm kiếm một sự hội tụ cho các sản

phẩm Mang trên thị trường Để có dude diéu dé, rước hết cẩn xây dựng được một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho

các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm về mạng

Vì lý do dé, Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (Ìntethational Organization tor Standardization — viét tét ld ISO) đã lap ra (wo nati

1977) mot tiéu ban nhằm phát triển một khung chuẩn nhữ the Ket

duả 1a năm 1984, ISO đã xây dựng xong Mó hình than chiếu cho

öiệc nổi kết các hệ thống mở (Reference Model for Open’ Systeins Interconnection hay gon hon : OSI Reference Model) MO hình này

được dùng:làm cơ sở để nối kết các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán Từ "mở" ở đây nơi lên khả năng 2 hệ thống có

thể nối kết để trao đổi thông tin với nhau nếu chúng tuân thủ mô hình tham chiếu và các chuẩn liên quan

Để xây dựng Mô hình O8I, ISO cũng xuất phát từ kiến trúc phân

tấng trình bày ở mục trên, dưa trên các nguyên tắc chủ yếu sau đây :

Pl : Dé don giản cần hạn chế số lượng các tầng

P2 : Tạo ranh giới các tầng sao cho các tương tác và mô tả sắc địch

P3 : Cbia các tầng sao cho các chức nâng khác nhau được tách biệt

với nhau, và các tầng sử dụng các loại công nghệ khác nhau cũng được tách biệt

P4 : Các chức năng giống nhau được đặt vào cùng một tầng

P5 : Chọn ranh giới các tầng theo kinh nghiệm đã được chứng tô là

P9 : Cho phép các thay đổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không làm ảnh hưởng đến các tầng khác

P10 : Mỗi tầng chỉ có các ranh giới (giao diện) với các tầng kế trên

và dưới nó

Các nguyên tắc tương tự được áp dụng khi chia các đồng con (sublayer) :

P11 : Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết

P12 : Tạo các tầng con để cho phép giao diện với các tầng kế cận P13 : Cho phép hủy bỏ các tầng con nếu thấy không cần thiết

Kết quả là Mô hình OSI gồm có 7 tầng với tên gọi và chức năng được chỉ ra trong hình 1-11 và bảng 1-1 dưới đây :

Hình 1-11 Mô hình OSL 7 tầng (tên gọi các tầng ở bên hệ thống B

được tạm dịch ra tiếng Việt)

; Bảng I-1 CHỨC NĂNG CÁC TẦNG TRONG MO HINH OSI

1 PHYSICAL Liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bịt không có cấu trúc qua

đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhỏ các phương tiện cơ, điện hàm, thử tục

2 DATA LINK Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm

` bảo tin cậy ; gửi các khối dữ liệu (frame) với các có chế đồng bộ

hóa kiểm soát lỗi và kiểm soát luống dữ liệu cần thiết

19

TẦNG CHỨC NĂNG

3 NETWORK Thực hiện việc chọn đường và chuyển tiếp thông tin với công nghệ

chuyển mạch thích hợp, thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu và cắU/hợp dữ liệu nếu cần

4 TRANSPORT Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end - to-— end) ;

thực hiện cả việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu giữa 2

đầu múi Cũng có thể thực hiện việc ghép kênh (muliiplexing) cắUhợp dữ liệu nếu cần

5 SESSION Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các Ứng dụng ;

thiết lập duy trì đồng bộ hóa và hủy bỏ các phiên truyền thông

giữa các ứng dụng

6 PRESENTATION | Chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền đữ liệu

của các ứng dụng qua môi trường OSI

7 APPLICATION Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập được

vào môi trưởng OSI, đồng thời cùng cấp các dịch vụ thông tin

phân tán

Điều hấp dẫn của tiếp cận OSI chính là ở chỗ nó hứa hẹn giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các máy tính không giống nhau (heterogeneous) Hai hệ thống, dù khác nhau như thế nào đi nữa, đều

có thể truyền thông với nhau một cách hiệu quả nếu chúng đảm bảo những điều kiện chung sau đây :

e Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông

e Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng Các tầng đồng mức phải cung cấp các chức năng như nhau (nhưng phương thức cung cấp không nhất thiết phải giống nhau)

œe Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung

Dé đàm bảo những điều trên cần phải có các chuẩn Các chuẩn

phải xác định các chức năng và dịch vụ được cung cấp bởi một tầng

(nhưng không cần chỉ ra chúng phải cài đặt như thế nào ~ điều đó

có thể là khác nhau trên các hệ thống) Các chuẩn cũng phải xác

định các giao thức giữa các tầng đồng mức Mô hình OSTI 7 tầng chính

là cơ sở để xây dựng các chuẩn đó

Dưới đây chúng ta hãy làm quen thêm với các nguyên tắc và các thuật ngữ OSI, Hình 1-12 mỉnh họa quan niệm về tầng (layer) theo

tiếp cận OSI

Theo tiếp cận OSI, trong mỗi tầng của một hệ thống có một hoặc nhiều thuc thé (entity) hoạt động Một (NJentity (thực thể của tầng N) 20

Hình I—12 Quan niệm về tầng theo tiếp cận OSI,

cài đặt các chức năng của tầng N và giao thức truyền thông với các (N)entity trong các hệ thống khác Äộ/ tiến trình (process) trong một

hệ đa xử lý là ví dụ của một ¿bực thé Hay đơn giản hơn, một thực thể có thể là một (rỉnh con (subroutine) Mỗi thực thể truyền thông với các thực thể ở các tầng trên và dưới nó qua một giao diện (interface) Giao diện này gồm một hoặc nhiều điển truy nhập dịch

vu (Service Access Point - viét tat 14 SAP) (N-Ljentity cung c&p dich

vụ cho một (N)entity thông qua việc gọi các ham nguyén thity (primitive) Hùm nguyên thủy chì rõ chức năng cần thực hiện và được dùng để

chuyển dữ liệu và thông tin điều khiển Lời gọi trình con chính là một ví dụ về dạng cài đặt cụ thể của một hàm nguyên thủy

Bốn kiểu hờm nguyên thủy được st dung dé định nghĩa tương tác

a) Gọi một chức năng hoặc

b) Chỉ bảo một chức năng đã được gọi ở một điểm truy nhập dịch

vu (SAP)

21

* Response (tra léi) : La ham nguyén thiy ma Service User ding

để hoàn tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi một hàm nguyên thủy Indication ở SAP đó

* Confirm (xác nhận) : Là hàm nguyên thủy ma Service Provider dùng để hoàn tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi một hàm nguyên thủy Request tại SAP đó

Hình 1-13 dưới đây minh họa nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thủy

Hinh 1-13 ; Sa dé nguyén lý hoạt động của các hàm nguyên thủy

Trong sơ đổ này, qui trình thực hiện một giao tác giữa 2 hệ thống

A và B được thực hiện như sau (theo trình tự thời gian) :

- Tang (N+1) của A gửi xuống tầng (N) kế dưới nó một hàm Request

- Tầng (N) của A cấu tạo một don vị đữ liệu để gửi yêu cầu đó sang tầng (N) của B theo giao thức tầng N đã xác định

- Nhận được yêu cầu, tầng (N) của B chỉ báo lên tầng (N+l) kề trên nó bằng hàm Indication

- Tầng (N+1) của B trả lời bằng ham Response gửi xuống tầng

Dãy các sự kiện trên được gọi là kiểu hội thoại có xóc nhện

(conñrmed dialogue) do service user sẽ được xác nhận (từ service

provider) rằng yêu cầu đã được chấp nhận Lưu ý các hàm nguyên thủy đều được gọi đến (hoặc gửi đi) từ một điểm truy nhập dịch vụ (SAP)

Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức tầng (N) được ký hiệu là

(NÑ) PDU Hình 1-14 chỉ rõ mối quan hệ qui ước giữa các đơn vị dữ liệu ở các tầng kể nhau :

Hình 1-14 Quan hệ giữa các đơn vị dữ liệu ở các tầng kế nhau

Một thực thể ở tầng (N) không thể truyền dữ liệu trực tiếp tới một thực thể tầng (N) ở một hệ thống khác mà phải chuyển xuống

dưới để truyền qua bằng tầng thấp nhất (tầng vật lý) như trong một

kiến trúc phân tầng bất kỳ Khi xuống đến tầng (N-l) dữ liệu được

chuyển từ tầng (N) được xem như là một don vị dữ liệu cho dịch vụ

(SDU) của tầng (N-1) Phần thông tin điều khiển của tầng (N-1) (gợi

là (N-1) PCD được thêm vào đầu của (N-1)S5DU để tạo thành (N-1)PDU

Trong trường hợp (N-1)S5DU quá dài thì nó được cất nhỏ thành nhiều

đoạn, mỗi đoạn được bổ sung phần (NÑ-1)PCT ở đầu và tạo thành nhiều

- (Ñ-1)PDU Trình tự như thế sẽ được tiếp diễn cho tới tầng vật lý ở

đó dữ liệu được truyền qua đường truyền vật lý

Bên hệ thống nhận, trình tự sẽ điễn ra ngược lại Qua mỗi tầng PCI tương ứng sẽ được phân tích và sau đó cất bỏ khỏi các PDƯ trước khi gửi lên tầng trên

23

1.3.3 Phương thức hoạt động : Có liên kết và không liên kết

2,

Ở mỗi tầng trong mô hình OSI có 2 phương thức hoạt động chính

được áp dụng : phương thức có /iên &ết (connection-oriented) và phương

thức không liên két (connectionless)

Với phương thức có liên kết, trước khi truyền đữ liệu cần thiết lập

một liên kết lôgíc giữa các thực thể đổng mức Trong khi đó, với

phương thức &hông liên kết thì không cần thiết lập liên kết lôgic và mỗi đơn vị dữ liệu được truyền là độc lập với các đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó

Như vậy đối với phương thức có /iên kết, quá trình truyền thông phải bao gồm 3 giai đoạn phân biệt :

- Thiết lập liên kết (lôgic) : hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống

sẽ thương lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai

đoạn sau (truyền dữ liệu)

¬ Truyền dữ liệu : đữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát

và quản lý kèm theo (như kiểm soát lỗi, kiểm soát luổng đữ liệu,

cắt/hợp dữ liệu v.v ) để tăng cường độ tin cậy và hiệu quả của việc

truyền đữ liệu

- Hủy bỏ liên kết (lôgic) : giải phóng các tài nguyên hệ thống đã

được cấp phát cho liên kết để dùng cho các liên kết khác

Trong tiếp cận OSI, mỗi giai đoạn trên thường được thể hiện bằng một hàm tương ứng Chẳng hạn, hàm CONNECT thể hiện giai đoạn

thiết lập liên kết, hàm DATA thé hién giai đoạn truyền đữ liệu và hàm DISCONNECT thể hiện giai đoạn hủy bỏ liên kết Bằng cách sử dụng 4 hàm nguyên thủy trên cho mỗi giai*đoạn, ta sẽ có 12 thủ tục

chính để xây dựng các dịch vụ và giao thức chuẩn theo kiểu OSI

VÍ dụ có thể yêu cầu thiết lập liên kết bằng thủ tục sau đây với các vùng tham số cần thiết :

(N) CONNECT request (called address, calling address, QOS parameters, User data)

Còn đối với phương thức &hông liên kết thì chỉ có duy nhất một

So sánh hai phương thức hoạt động trên chúng ta thấy rằng phương thức có /iên kết cho phép truyển đữ liệu tin cậy, do được kiểm soát

và quản lý chặt chẽ theo từng liên kết lôgic, nhưng bù lại việc cài

đặt nó khá phức tạp Ngược lại, phương thức không liên kết cho phép các PDU có thể được truyền đi theo nhiều đường khác nhau tới đích,

24

thích nghỉ được với sự thay đổi trạng thái của mạng, song lại bị trả giá bởi sự khớ khăr gặp phải khi tập hợp lại các PDU để chuyển tới người sử dụng

Việc lựa chọn phương thức hoạt động cho mỗi tầng phụ thuộc vào yêu cầu tổng hợp về chất lượng, hiệu quả, độ tin cậy của việc truyền thông Về nguyên tắc, không nhất thiết hai tầng kê nhau phải cùng

sử dụng chung một phương thức hoạt động mà có thể dùng hai phương

thức khác nhau VÍ dụ, tầng (N) dùng phương thức có iiên bết, tầng

(N-1) dùng phương thức không liên kết hoặc ngược lại

1.3.4 Các tổ chức thực hiện việc chuẩn hóa mạng máy tính

Xin liệt kê ra đây một số tổ chức có vai trò quan trọng nhất trong việc chuẩn hóa mạng máy tính

® ISO (International Organization For Standardization) 14 tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế hoạt động đưới sự bảo trợ của Liên hợp quốc với thành viên là các cơ quan tiêu chuẩn hóa của các quốc gia ISO

được tổ chức thành các Ban kỹ thuật (Technical Commitee - viết tát -

là TC) phụ trách các lĩnh vực khác nhau, trong đó TC97 đảm nhiệm chuẩn hớa lĩnh vực xử ¡ý thông tin Mỗi TC lại được chia thành nhiều tiểu ban (Subcommitee - viết tắt là SC), mỗi tiểu ban gồm nhiều Nhóm công tác (Working Group) đảm nhiệm các vấn đề chuyên sâu Các công trình chuẩn hớa đầu tiên được đề nghị bởi các thành viên cua ISO Jén SC liên quan SC sẽ bỏ phiếu kín để quyết định chuyển thành chuẩn quốc tế dư thảo (Draft International Standard - viết tất

là DI) và chuyển lên TC để bỏ phiếu kín Nếu kết quả bỏ phiếu nhất trí thì DIS được chuyển lên Hội đồng ISO để ban hành như là

Chuẩn quốc tế chính thức (International Standard - viết tất 1a IS)

e CCITT (Commité Consultatif International pour Télégraphe et

Téléphone) 14 tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại cũng

hoạt động dưới sự bảo trợ của Liên Hợp quốc, với các thành viên chủ

yếu là các cơ quan Bưu chính - Viễn thông của các quốc gia hoặc tư

nhân Phương thức làm việc của CCLTT cũng giống như ISO, chỉ khác

là các sản nhẩm của nó không được gọi là chuổn (Standard) mà gọi

là khuyến nghị (recommendation) CCITT đã ban hành các khuyến nghị loại - V liên quan đến vấn đề truyền đữ liệu, loại - X liên quan đến các mạng truyền đữ liệu công cộng và loại - I dành cho mạng

ISDN CCITT đầu tư vào công tác chuẩn hóa mạng sớm hơn ISO

Nhiều san phém cta CCITT sau đó đã dude ISO thừa nhận va ban

hành như là chuẩn quốc tế Ngược lại mô hình OSI 7 tầng của 1SO

25

cũng đã được CCLTT thừa nhận và ban hành như một khuyến nghị

(X.200) Bảng 1-2 chỉ ra các chuẩn quan trọng được phát triển bởi hai tổ chức này

Bảng 1-2 : Các chuẩn quan trọng phát triển bởi ISO và CCITT

® Ngoài I5O và COITT, có thể kể thêm ECMA (European Computer

Manufactures Association), ANSI (American National Standards

Institute), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers),

v v là những tổ chức có nhiều đóng góp quan trọng trong việc chuẩn hóa mạng Đặc biệt, IEEE là tổ chức tiên phong và chủ đạo đối với

việc chuẩn hóa mạng cục bộ (xem chương "Mạng cục bộ"),

26

L4 KIẾN TRÚC MẠNG RIÊNG CỦA CÁC CÔNG TY

Trong phần này chủng ta xem xét nhanh một số kiến trúc mạng

do các công ty máy tính lớn xây dựng riêng cho minh Mặc dầu chúng không phải là những chuẩn quốc tế chính thức được ban hành rộng rãi như của CCITT và I5O nhưng do vai trò to lớn của các hãng tác giả ở trên thị trường công nghệ thông tin nên những kiến thức đó

đã trở thành một loại chuẩn thục tế (de facto) khá phổ biến

1.4.1 Kiến trúc mạng SNA của IBM

IBM giới thiệu SNA (Systems Network Architecture) vào thang 9/1973 như là kiến trúc mạng máy tính của hãng Đến 1977 đã có

350 trạm 5NA được cài đặt Cuối 1978, số lượng đó tăng lên 1250,

rồi cứ theo đà đó cho đến nay đã có hơn 20.000 tram SNA dang hoat

động Cho dù bạn không dùng SNA đi nữa thì cũng nên tìm hiểu các đặc trưng của nớ vì nó đã khá phổ biến trong công nghiệp

5NA là một đặc tả (specification) gồm rất nhiều tài liệu m2 tả kiến

trúc của mạng xử lý dữ liệu phân tán Nó định nghĩa các qui tắc và các giao thức cho sự tương tác giữa các thành phần (máy tính, trạm cuối, phần mềm) trong mạng

SNA được tổ chức xoay quanh khái niệm domain (mién) Mot SNA

domain là một điểm diều khiển các dich vu hé théng (Systems Services

Control Point - viết tất là SSCP) và tất cả các tài nguyên đều được

nó điều khiển Các tài nguyên ở đây có thể là các đơn vi vat ly (PU),

các đơn vi logic (LU), cdc lién kết dữ liệu và các thiết bị, SSCP thực

su lA "trai tim va khéi dc" cha SNA No điều khiển một SNA domain bằng cách gửi các lệnh (command) tới một PU, PŨ này sau đó sẽ quân lý các tài nguyên nối trực tiếp với nó PU thực sự là một "đối

tác" của SSCP và chứa một tập con cdc kha nang cia SSCP PU dam

nhiệm việc quản lý của mỗi nút 5NA

SNA phân biệt giữa các nút miền con (subarea node) và các nút

ngoại vi (peripheral node) - Một nút miền con có thể dẫn đường cho

đữ liệu của người sử dụng qua toàn bộ mạng Nó dùng địa chỉ mạng

và một số hiệu đường (route number) để xác định đường truyền đi tới nút kế tiếp trong mạng Một nứt ngoại u¡ có tính cục bộ hơn Nó không dẫn đường giữa các nút miền con Các nút được nối và điều khiến theo giao thức SDLC (Synchronous Data Link Control) Mỗi nút

ngoại vi chỉ liên lạc với nút miền con mà nó nối vào

Mạng SNA cũng sử dụng khái niệm phân tầng, với 6 tầng có tên gọi và chức năng tóm tắt như sau :

27

- SNA Function Management (Quan tri chitc nang SNA) : cung cap

nhiéu loai dich vu tuong ứng với các dịch vụ của tầng 6 và 7 trong

mô hình OSI

~ Data Flow Control (Ñiểm soát luồng dữ liệu) : gần giống tầng 5 của mô hình OSI, yểm trợ phương thức khai thác hai chiều đồng thời (full duplex)

— Transmission Control (Kiém sodt truyền) : tương tự tầng 4 của m6 hinh OSI

- Path Control (Kiém soát đường dẫn) : cố 2 nhiệm vụ chính : chọn đường và kiểm soát luồng dữ liệu, tương tự như tầng 3 của mô hinh OSI

- Data Link Control (Kiém soat liên kết dữ liệu) : tương tự tầng

2 cia m6 hinh OSI, véi giao thức SDLC

~ Physical Control (Kiém soat vật lý) : tương tự tầng l của mô

hinh OSI, chấp nhận các chuẩn X.21, RS.232-C v.v

Sự tương ứng giữa các tầng S5NA với các tầng OSI được minh họa

trong hình 1-15,

I.4.2 Kiến trúc mạng DNA của DEC

DNA (Digital Network Architecture) -— hay DECnet, 1a kiến trúc

mạng của công ty Digital Equipment (DEC) Được phát triển như một

mạng xử lý phân tán, nó yểm trợ cho một phạm vi rất rộng các ứng dụng khác nhau Digital đã thiết kế DECnet nhằm đạt được các mục tiêu sau đây :

* Tạo một giao diện người sử dụng chung qua các ứng dụng và

cài đặt khác nhau

* Cung cấp các khả năng phân chia tài nguyên chung (dữ liệu, máy

tính, thiết bị ngoại vi)

* Yểm trợ các tính toán phân tán, cho phép hợp tác các chương trình để thực hiện trong các máy tính khác nhau trên một mạng

* Yểm trợ nhiều chuẩn truyền thông như Ethernet va X.25

* Duy trì độ sẵn sàng cao, ngay cả khi nút hoặc đường truyền có

sự cố,

DECnet cũng được thiết kế theo kiểu phân tầng, gồm 8 tầng với tên gọi và chức năng tớm tắt như sau :

— User (Người sử dụng) : chứa các chương trình cung cấp cho người

sử dụng và một số hệ thống DECnet như là chương trình kiếm soát mạng,

28

— Network Management (Quản trị mạng) : cố nhiệm vụ kiểm soát

và điều khiển các hoạt động mạng

- Network Application (Ứng dụng mạng) : cung cấp các chức năng

bậc cao như : truy nhập tệp từ xa, truyền dữ liệu, sử dụng trạm cuối

tương tác Tương tự các chức năng của tầng 7 và 6 của Mô hình OSI

- Session Control (Kiểm soát phiên) : đảm nhiệm việc truyền thông lôgic giữa những người sử dụng Chẳng hạn : ánh xạ các tên nút với

các địa chỉ nút, định danh các người sử dụng cuối (end user), mở và đóng các phiên liên lạc,

- End Communication (Truyén thong dau cudi) : tầng này trước

day dugc goi 14 Network Services (Dich vu mang), co chức năng tương

tu tang 4 cla mé hinh OSI Né dam nhiém kiểm soát truyền thông

từ mút-tới-mút (end-to-end)

~ Routing (Chon đường) : trước đây được gọi là Transport (giao vận), cung cấp các chức năng chọn đường giữa các nút, đồng thời cũng kiểm soát luồng dữ liệu và tắc nghẽn mạng

- Data Link (Liên kết dữ liệu) : hoàn toàn tương tự tầng 2 của mô hinh OSI

- Physical Link (Liên kết vật lý) : chấp nhận các chuẩn RS-232,

X.21 và CCITT Link V.24/V.28

Su tương ứng giữa các tầng DECnet với các tầng OSI được minh

hoa trong hinh 1-15

SNA Iso DECnet

Function Management Application Network Management

Presentation Network Application Data Flow Control Session Session Control

Transmission Control Transport End Communication

Path Control Network Routing

Data Link Control Data Link Data Link

Physical Control Physical Physical Link

Hinh 1-15 : Tudng ing giữa các tầng của các kiến trúc

mạng SNA OSI và DECnel

I5 HỆ ĐIỀU HÀNH MẠNG

Cùng với việc ghép nối các máy tính thành mạng, cần thiết phải

có các hệ điều hành trên phạm vi toàn mạng có chức năng quản lý

29

dữ liệu và tính toán, xử lý một cách thống nhất Các hệ thống như

vậy được gọi chung là hệ điều hành mạng (Network Operating Systems

- viét tat la NOS)

Để thiết kế và cài đặt một hệ điều hành mạng, có thể có 2 cách tiếp cận khác nhau :

(1) Tôn trọng tính độc lập của các hệ điều hành cục bộ đã cớ trên

các máy tính của mạng Lúc đó, hệ điều hành mạng được cài đặt như

một tập các chương trình tiện ích chạy trên các máy khác nhau của mạng Tuy không được "đẹp" nhưng giải pháp này dễ cài đặt và không

vô hiệu hóa các phần mềm đã cớ

(2) Bỏ qua các hệ điều hành cục bộ đã có trên các máy và cài một

hệ điều hành thuần nhất trên toàn mạng mà người ta còn gọi là hệ điều hành phân tán (distributed operating system) Rõ ràng là giải pháp này "đẹp hơn" về phương diện hệ thống so với giải pháp trên

nhưng bù lại là độ phức tạp của công việc lớn hơn nhiều Mặt khác,

việc tôn trọng tính độc lập và chấp nhận sự tồn tại của các sản phẩm

hệ thống đã có là một điểm hấp dẫn của cách tiếp cận thứ nhất Bởi

vậy, tùy môi trường cụ thể của mạng mà ta chọn giải pháp nào cho phù hợp

Dưới đây chúng ta xem xét cụ thể hơn từng giải pháp nói trên

œe Hệ điều hành mạng theo giải pháp (1)

Tư tưởng chủ đạo của giải pháp này là cung cấp cho mỗi người sử

dụng một tiến trình đồng nhất (process), mà ta sẽ goi 14 mét agent, làm nhiệm vụ cung cấp một giao diện déng nhất với tất cả các hệ thống cục bộ đã có Agen quản lý một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin về các hệ thống cục bộ và về các chương trình và dữ liệu của

người sử dụng Trường hợp đơn giản nhất, øgen£ chỉ hoạt động như

một bộ xử lý lệnh, dịch các lệnh của người sử dụng thành ngôn ngữ lệnh của hệ thống cục bộ rồi gửi chúng tới đó để thực hiện Trước

khi mỗi chương trình bất đầu thực hiện, øgen phải đảm bảo rằng tất

cả các tệp cần thiết đều khả dụng Việc cài đặt hệ điều hành mạng như vậy sẽ chốt lại 2 công việc chính : thiết kế ngôn ngữ lệnh của mạng và cài dat agent

Như đã nới ở trên, cách tiếp cận này đơn giản và không ảnh hưởng đến các hệ thống cục bộ đã có Thậm chí các hệ thống cục bộ có thể không cần biết đến sự tền tại của mang Song điều không may là giải

pháp này chỉ khả thi khi mà tất cả các tệp cần thiết đều biết trước

để agent có thể gửi chúng tới một hệ thống cục bộ trước khi chương trình bát đầu thực hiện Ngoài ra, rất khớ thực hiện các tương tác 30

vào/ra mà chương trình lại không biết đến sự tồn tại của mạng Một

giải pháp tổng quát hơn nhằm "bọc" tiến trỉnh đang chạy lại bằng cách "tớm bắt" tất cả các lời gọi hệ thống (system calls) của nó để chúng có thế được thực hiện trong bối cánh của hệ thống quản lý tệp của mạng (network file system)

e Hệ điều hành mạng theo giải pháp (2)

Trong trường hợp này, người ta thường gọi là hệ điều hành phân

tán và có thể được thiết kế theo một trong hai mô hình : mô hình tiến trình, hoặc mô hình đối tượng

Trong mô hình tiến trình, mỗi tài nguyên (tệp, đĩa, thiết bị ngoại

vi ) được quản lý bởi một tiến trình nào đó và hệ điều hành mạng

điều khiển sự tương tác giữa các tiến trình đó Các dịch vụ của hệ điều hành tập trung truyền thống như là quản lý tệp, lập lịch cho bộ

xử lý, điều khiển terminal, được quản lý bởi các tiến trình SERVER đặc biệt cố khả năng tiếp nhận các yêu cầu thực biện dịch vụ tương ứng Trong nhiều trường hợp các SERVER có thể chạy như các tiến

trình người sử dụng thông thường

Trong mô hình dối tượng, thế giới bao gồm các đối tượng khác nhau, mỗi đối tượng có một kiểu (type), một biểu diễn, và một tập các thao tác có thể thực hiện trên nó Để thực hiện một thao tác trên một đối tượng (chẳng hạn : đọc một tệp), một tiến trỉnh người

sử dụng phải cố một "giấy phép" đối với đối tượng đó Nhiệm vụ cơ bán của hệ điều hành ở đây là quản lí các "giấy phép" và cấp phát các "giấy phép" đó cho các tiến trình để thực hiện các thao tác cần thiết Trong một hệ tập trung, bản thân hệ điều hành nấm giữ các

"giấy phép" bên trong nó để ngăn ngừa những người sử dụng cố ý

"giả mạo" chúng Trong một hệ phân tán, các "giấy phép" được lưu chuyển theo một cách nào đó để mọi tiến trình đều có cơ hội nhận được "giấy phép" và sao cho những kẻ "ma lanh" không thể tự tạo ra được chúng

Việc thiết kế hệ điều hành phân tán theo mô hình đối tượng là

một hướng đi rất triển vọng và vẫn còn tổn tại nhiều vấn đề cần

giải quyết trọn vẹn hơn mà trong khuôn khổ tài liệu này không thể

đề cập được Còn đối với mô hình tiến trình thì chúng ta có thể thấy

rõ nhiệm vu then chốt chính là xây dựng cơ chế liên lạc giữa các tiến trình (Interprocess Communication - viết tất là IPC) Để làm điều đó, người ta thường sử dụng một trong hai cách : dùng /ời goi hàm (function/procedure calls) hoặc chuyển thông báo (message passing) Khi các lời gọi hàm (hoặc thủ tục) được dùng làm cơ chế IPC, hé thống đẩy đủ bao gồm một tập các hàm (hoặc thủ tục) được viết trong

31

một ngôn ngữ nào đó Mã của các hàm đó được phân tán cho các bộ

xử lý Để thực hiện việc truyền thông giữa các máy, một hàm trên máy này có thể gọi một hàm trên máy khác Ngữ nghĩa của lời gọi hàm ở đây cũng giống như đối với các lời gọi hàm cục bộ thông

thường : hừm gọi bị "treo" cho đến khi hàm được gọi kết thúc, tham

số được truyền từ hờm gọi tới hàm được gọi, còn kết quả được chuyển theo chiêu ngược lại Cách tiếp cận này dẫn đến một hệ điều hành được viết như một chương trình lớn, tuy chặt chẽ và nhất quán nhưng lại thiếu mềm dẻo

Nếu dùng phương pháp chuyển thông báo cho cơ chế TPC thì các tiến trình sẽ liên lạc với nhau bằng cách chuyển thông báo Mã của các tiến trình được tách biệt và có thể được viết bằng các ngôn ngữ khác Cách tiếp cận này đòi hỏi phải giải quyết nhiêu vấn đề hơn cách tiếp cận lời gọi hàm, chẳng hạn như vấn đề địa chỉ hóa (định danh), thiết lập các liên kết ảo, cát/hợp thông báo, kiểm soát luồng

dữ liệu, chuyển thông báo tới đồng thời nhiều đích (broadcasting) v.v Những vấn đề này sẽ được đề cập đến khi ta xem xét cụ thể các giao thức chuẩn ISO trong các phần sau Rõ ràng cách tiếp cận này sẽ

cho ta một hệ điều hành mềm dẻo hơn,

Để kết thúc mục này, cần lưu ý rằng hệ điều hành cho các mạng

tầm rộng (WAN) với nhiều hệ thống không thuần nhất thường được

xây dựng theo giải pháp (1), còn cho các mạng cục bộ (LAN) thì hại

để những người sử dụng trên các mạng khác nhau (về chủng loại,

kiến trúc hoặc vị trí địa lý) eó thể trao đổi thông tin với nhau một

Trong khi đó với quan điểm (2), hai nút thuộc hai mạng con khác

nhau không thể "bát tay" trực tiếp với nhau được mà phải thông qua

một phần tử trung gian gọi la giao điện nối kết (Interconnection Interface) đặt giữa hai mạng con đó Có nghĩa là cũng hình thành một mạng lớn gồm các giao diện nối kết và các máy chủ (host) được nối với nhau bởi

các mạng con

Tương ứng với hai quan điểm đó, có hai chiến lược nối kết các mạng Một chiến lược (tương ứng với quan điểm (1)) tìm cách xây dựng các chuẩn chung cho các mạng (các công trình chuẩn hóa của

CCITT, ISO, v.v di theo hướng này) và một chiến lược khác (tương

ứng với quan điểm (2)) cố gắng xây dựng các giao diện nối kết để

tôn trọng tính độc lập của các mạng hiện có Rõ ràng la su Adi tu

về một chuẩn chung là điều lý tưởng, nhưng phải chấp nhận một thực

tế là không thể loại bỏ tức khắc hàng ngàn mạng khác nhau đang

“tồn tại trên thế giới được mà phải tìm cách tận dụng chúng đến cùng

Từ đơ việc trên thị trường xuất hiện hàng loạt các sản phẩm giao diện nối kết cho phép chuyển đổi giữa các mạng khác nhau là một minh chứng cho sức sống của quan điểm (2)

I.6.9 Giao diện nối kết

Hình 1-16 cho một ví dụ nối kết cic mang con SN1, SN2, SN3

và SN4 nhờ các giao điện nối kết G1, G2, G3 và G4

Ta cũng có thể xem mạng nối kết này như một mạng gồm có các nút mạng là các giao diện nối kết G1, G2, G8, G4 được nối lại với nhau nhờ các "đường truyền đặc biệt” là các mạng con SN1, SN2, SN3, SN4

Chức năng cụ thể của một giao diện nối kết phụ thuộc vào sự khác

biệt về kiến trúc của các mạng con Sự khác nhau càng lớn thí chức năng của giao diện nối kết càng phức tạp Lưu ý rằng một giao diện nối kết có thể thực hiện nối "tay đôi", "tay ba" hoặc "nhiều tay" tùy

thuộc vào người thiết kế Ngoài ra, giao diện nối kết có thể là một thiết bị (máy tính) độc lập, nhưng cũng có thể được cài đặt ghép vào một nút của một mạng con nao do

Tùy thuộc vào chức năng cụ thể mà giao diện nối kết có những tên gọi riêng, như là bridge, router, gateway

Gateway (cửa khẩu) là tên gọi chung nhất cho các giao diện nối

kết và thường dùng trong những trường hợp chức năng của các giao

diện này là phức tạp, đòi hỏi sự chuyển đổi giữa các họ giao thức

khác nhau được sử dụng trong các mạng con Trong khi đó, bridge (cầu) được dùng để chỉ giao điện nối kết trong trường hợp đơn giản nhất, chẳng hạn để nối kết các mạng cục bộ (LAN) cùng loại Còn

router (bộ chọn đường) hoạt động ở mức cao hơn so với bridge vi

né đảm nhiệm cả việc chọn đường cho các đơn vị dữ liệu để hướng chúng đến dích

Tuy nhiên, tên gọi không phải là điều quan trọng mà chính là các chức năng mà các giao diện nối kết này được cài đặt mới là điều cần

quan tâm,

BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI

Để nắm vững phần kiến thức trình bày trong chương này, bạn đọc hãy thử trả lời các câu hỏi sau đây :

1 Bạn hiểu thế nào về kiến trúc, topology, và giao thức của một mạng máy tính ? Có nhất thiết phải có giao thức cho mỗi mạng

máy tính không ?

2 Các nguyên tắc xây dựng một kiến trúc phân tầng cho mạng máy

tính là gì ? Tại sao phải phân tầng ?

3 Mô hình tham chiếu OSI được xây dựng như thế nào ? Chức năng tóm tắt của các tầng là gÌ ? Ý nghĩa của mô hình này đối với việc thiết kế và cài đặt các mạng máy tính ?

4 Có những cách tiếp cận nào để thiết kế các hệ điều hanh mạng ?

ð Các quan điểm xuất phát để thực hiện việc nối kết các mạng máy

tính là gì ?

34

II.1, Tầng Vật lý (Physical Layer)

IIL2 Tầng Liên kết dữ liệu (Data Link Layer)

IL.8 Ting Mang (Network Layer)

11.4 Tang Giao van (Transport Layer)

IL.5, Tang Phién (Session Layer}

IL6 Tang Trinh dién (Presentation Layer)