Phân tích và tối ưu hoá hiệu năng một số mạng máy tính

Các thuật toán định tuyến vét cạn bảngkhông thông minh thờng nhanh hơn nhiều các hệ thống thông minh phức tạp,trong khi trong phạm vi liên mạng LAN, OSPF nhanh hơn nhiều so với RIP.Thời

Sự đa vào các phiên tơng tác giữa những ngời sử dụng cuối teletype và cácmáy tính đã dẫn đến xuất hiện những ứng dụng asynchronous echoplex không

đồng bộ Trong đó, việc hiệu chỉnh lỗi đợc cung cấp theo tín dội từ ký tự đã nhậpvào máy chủ, vì vậy nó có thể nhập lại nếu bị lỗi Cơ chế đơn giản này làm việctốt đối với các thiết bị cuối chi phí thấp đợc nối trực tiếp đến máy chủ, nhng bịgiảm sút chất lợng do nhiều vấn đề hiệu năng khi đợc sử dụng qua mạng diệnrộng Bởi vì đặc trng của nhiều giao thức khác nhau và các ứng dụng đã đợc pháttriển để sử dụng trong môi trờng mạng cục bộ, sau đó đợc dùng trong mạng diệnrộng do việc phát triển các mạng của nó

Dữ liệu trực tuyến nhập vào các máy tính đã dẫn đến xuất hiện các giaothức phức tạp hơn với thông lợng cao hơn và điều khiển luồng để hỗ trợ việc tiếpnhận khối cũng nh có khả năng để chia sẻ (dùng chung) các tuyến truyền thônggiữa một vài thiết bị Hầu hết các giao thức ban đầu là hớng ký tự , hoặc đồng bộ

và không đồng bộ ( một vài giao thức có cả 2), và đặc biệt đối với các nhà sảnxuất máy tính đơn Đồng bộ ví dụ là IBM và các nhà cung cấp khác BSC vớiDCMP của DEC hỗ trợ cả đồng bộ và không đồng bộ, trong khi các giao thứckhông đồng bộ đợc ủng hộ bởi nhiều công ty ví dụ bản thân DEC, Burrousgh,Honeywell và Sperry

Các giao thức cơ sở ký tự khác có các sữa lỗi phức tạp hơn cộng với thủ tụchỏi vòng làm cho chúng chia sẽ các tài nguyên tốn kém, ví dụ các cổng máy chủ

và các đờng dẫn chuyển mạch tuyến Việc chia sẽ tài nguyên chắc chắn dẫn đếnmột vài mất mát hiệu năng, vì vậy khả năng để cực tiểu hoá ảnh hởng đối nghịchnày là quan trọng, cả cho thiết kế mạng và giao thức mạng

Sự phát triển kế tiếp trong các giao thức mạng diện rộng đã sử dụng góichuyển mạch các luồng bít đồng bộ, nh SDLC và X.25, để cho phép phân đoạn dữ

liệu để xác định một cách duy nhất thuộc vào mỗi một ngời sử dụng đặc trng, nhờ

đó nhiều ngời sử dụng chung một tuyến đơn không có việc giảm hiệu năng dẫn

đến các cơ chế hỏi vòng Sự suy giảm vẫn xảy ra, nhng việc sử dụng hàng đợi thaycho hỏi vòng cho phép tận dụng tuyến cao hơn cộng với hiệu quả kép đầy đủ

Tất cả các giao thức ban đầu đều là kết nối định hớng vì chúng xuất hiện

đối với user nh một tuyến đơn đến đích Trong phạm vi mạng cục bộ, ảnh hởngcủa cáp dung lợng cao có chỉ số lỗi thấp cho phép phát triển các giao thức kết nối

đơn giản hơn nh Ethernet và Token Ring Băng thông cao này có ý nghĩa cho đếnthời gian gần đây hiệu năng không còn là vấn đề trên các mạng cục bộ (LANs);bất kỳ thiết bị có thể đợc bổ sung, tuỳ thuộc vào một vài nguyên tắc đơn giản và

hệ thống sẽ làm việc Tuy nhiên, băng thông giá trị vẫn cho phép phát triển cácứng dụng thân thiện ngời dùng một cách dễ dàng, nh hình ảnh và đối tợng liênkết, tức là thu đợc thuận lợi một cách đầy đủ Theo một kết quả, giới hạn hiệunăng mạng bắt đầu trở thành quan trọng bản thân các LAN, và vấn đề tới hạn khicác ứng dụng nh thế đợc sử dụng trên các mạng diện rộng (WAN), ở đó các chiphí cao chắc chắn dẫn đến việc cực tiểu vừa đủ băng thông đợc cung cấp

Tơng lai vấn đề hiệu năng sinh ra từ những yêu cầu cần thiết để hỗ trợmultimedia trên mạng Điều đó cho phép xuất hiện các công nghệ và các giaothức có thể điều khiển (xử lý) các ứng dụng chỉ số bit biến và hằng một cách đồngthời với chất lợng cao

1.2.Các kiểu mạng.

Mạng dữ liệu truyền thông diện rộng ngày nay đã tồn tại Cộng thêm cáckhác biệt vật lý, các mạng đó có thể vẫn là công cộng, cá nhân hoặc lai một cách

tự nhiên với hiệu suất và các đặc điểm khác nhau

Các mạng dữ liệu ban đầu hoàn toàn là những mạng quay số tơng tự hoặcmạng thuê bao cá nhân Các mạng nh vậy có đặc điểm là tỉ lệ lỗi cao và hiệu suấtthấp, vì vậy nhanh chóng bị loại bỏ ở những nớc tiên tiến hơn, mặc dầu sự pháttriển công nghệ hiện đại cung cấp tuổi đời kéo dài hơn đã đợc quan tâm đến mộtvài năm trớc đây Tuy nhiên, ở nhiều nớc đờng tơng tự vẫn đợc dùng với nhữngtruyền thông chính trong nhiều năm tới, vì vậy việc tối u hoá chúng vẫn tiếp tục làvấn đề quan trọng Thậm chí trong nhiều quốc gia phát triển hơn mạng tơng tựvẫn còn rất quan trọng đối với những ngời dùng độc lập

Các dạng chủ yếu của công nghệ truyền thông đợc liên kết với các mạng

t-ơng tự đó là các modem, các mạng chuyển mạch gói và các thống kê phức tạp

trong các mạng diện rộng, với liên kết cục bộ đợc cung cấp do các ngời quản lý

bó, bộ điều khiển truyền thông (bộ tiền xử lý) và các PADs Công nghệ này thờng

đòi hỏi trình độ lập kế hoạch cao và sự cố gắng cấu hình, yêu cầu nâng cấp phứctạp để đáp ứng các điều kiện thay đổi

Các mạng số đã có một cấu thành sự mở rộng nhanh chóng của các mạngdiện rộng Hầu hết các mạng ban đầu đều dựa trên cơ sở mạch mạ đồng, nhngcác tuyến hiện đại đều dựa trên cơ sở sợi quang học Sử dụng các tuyến số chophép hạ thấp đáng kể tỉ lệ lỗi và dung lợng cao hơn Dữ liệu truyền thông trongliên kết tơng tự theo trình bày điển hình có tỉ lệ lỗi là 1/105, ngợc lại các mạng sốgiá trị biến đổi từ 1/106 đối với mạch kim loại xuống 1/1011 đối với các mạng sửdụng cáp sợi quang Các chỉ số dữ liệu cho mạch số biến đổi từ vài Kilôbit/giây

đến nhiều Gigabit/giây, vì vậy cho phép một thông lợng cực kỳ rộng lớn Mạngquay số vẫn tăng lên về thông lợng, với các modem kết nối đợc thay thế bởi cơ sởISDN và các dịch vụ chỉ số chính nh các chuyển mạch dữ liệu 56/64 Phí tổn thấptơng đối của băng thông qua sợi quang học sẽ làm nó trở thành hiện thực để chạycác ứng dụng trên các mạng không cấm chi phí đắt, nh chậm, dựa trên các mạch t-

ơng tự cũ Một đặc trng quan trọng khác của các mạng số là khả năng tích hợp dữliệu âm thanh

Sự xuất hiện các mạch số trong các mạng WAN đã dần dần thay thế cácPADs cục bộ và các điều khiển bó với các LANs cơ sở dựa trên cấu trúc các hệthống dây cáp dễ dàng hơn nhiều trong việc bảo quản Cho đến tận khi xuất hiệncác multimedia băng thông rất cao và các ứng dụng clients – server, hiệu năngrất ít khi là các vấn đề trên các LANs và bản thân chúng, ở đó các server chỉ hớng

đến các thắt cổ chai Băng thông chi phí thấp trên các LAN đợc chú ý phát triểncác giao thức truyền thanh (truyền thống) không kết nối thay vì các giao thứcWAN định hớng kết nối Khi đợc sử dụng thông qua kết nối LAN là cực tiểu hoácác kết nối nh vậy Bài toán phức tạp hơn nữa đối với các hệ điều hành mạng LANban đầu, nh Netware, không có các đặc trng cửa sổ để đảm bảo một thông lợngtốt Điều này thuyết phục những ngời đầu tiên sử dụng Netware để đồng ý nhữngvấn đề chính trên mạng WAN, đặc biệt khi X.25 đợc sử dụng

Các mạng số hỗ trợ phạm vi rộng hơn các mạng tơng tự Các chuyển mạchgói, các điều khiển bó, vẫn tiếp tục đợc sử dụng, nhng sự thêm vào chính là nhữngmã xung phức tạp hơn đối với âm thanh, các thiết bị tiếp hợp cho các truy cậpISDN Các hub cộng, các tuyến và các đầu nối với các mạng LAN Phần lớn các

mạng số hiện nay dựa trên hệ thống cấp bậc số “plesiochronous” với các chuẩnthay đổi từ quốc gia này đến quốc gia khác trong đó các mạng băng thông caophải suy giảm thành các phần 2Mbps hoặc 1.544 Mbps mỗi lần, tức là bất kỳ thaotác chèn và giảm phải đợc thực hiện do tỉ lệ bit thay đổi gắn liền theo lợc đồ(scheme) “plesiochronous” Các mạng đó bắt đầu đợc thay thế hoặc đã phủ ít nhấtvì các mạng cấp bậc số đồng bộ (SDH) đã đợc tiêu chuẩn hoá quốc tế với cải thiệntính dễ điều khiển và không cần việc đổi tần số này.

Công nghệ số mở rộng nhanh chóng đến khái niệm LAN mở rộng trênphạm vi lớn hơn từ IEEE 802.6 MAN (mạng đồ thị ) và theo hớng sử dụng rộngrãi

1.3 Các kiến trúc mạng.

Các nhà sản xuất máy tính chính đã nhận thấy rằng sử dụng kiến trúc cáctầng cho phép nhà lập trình tách từ các hệ điều hành mạng chi tiết do đó đơn giảnhoá cả sự phát triển của mạng lẫn các ứng dụng Các kiến trúc chính là SNA củaIBM và DNA của DEC, mỗi chúng đi qua một số công đoạn thực hiện và cuốicùng là mô hình OSI (kết nối các hệ thống mở ).Trong luận văn này bao gồm cả

ba kiến trúc đó, nhng về tổng quát, chồng giao thức OSI đợc sử dụng nh mô hìnhmẫu

Các vấn đề hiệu năng đợc chia nhỏ theo các tầng của chồng giao thức OSIcác tầng đó đợc trình bày trong bảng 1.1

bị ảnh hởng nặng theo cả hai mặt của các đỉnh đó, và do giao thức liên kết với mỗi

lớp Sự ứng dụng và mô tả các tầng không trực tiếp phân tán đến bất kỳ các độ trễgiao thức nào.

Tầng hội (tầng 5) có thể góp phần trì hoãn mạng thông qua việc sử dụngcác điểm đồng bộ hoá Có hai kiểu: Chính và phụ, về kiểu thứ nhất bắt buộc phải

đợc thừa nhận trớc khi bất kỳ dữ liệu nào đợc gửi đi Điều này có thể dẫn tới một

do các thiết bị nh các modem và các bộ dồn kênh

Các chồng giao thức khác, nh SNA, bao gồm các chức năng tơng tự, nhngphân bố theo một cách khác giữa các tầng Chồng giao thức cho SNA đợc trìnhbày trong bảng 1.2

Bảng 1.2.Chồng giao thức SNA:

7 Giao tác ( Transaction)

6 Quản trị chức năng ( Function Managerment)

5 Điều khiển luồng dữ liệu ( Data flow control)

4 Điều khiển truyền ( Transmission control )

3 Kiểm soát đờng dẫn ( Path control )

2 Điều khiển liên kết dữ liệu (Data link control)

1 Điều khiển vật lý (Physical control )

Các tầng 1 đến 6 thực hiện vai trò tơng tự nh các tầng của OSI, nhng tơngứng với các tầng 3, 4, 5 và đợc trộn lẫn, trong khi sự ứng dụng 7 tầng của OSI là ítnhiều phát triển hơn SNA

1.4 Các độ đo hiệu năng

Nh đã đề cập trong phần mở đầu, có nhiều độ đo khác nhau với các hiệunăng mà thích hợp với một mạng

1.4.1 Các tham số độ trễ cơ bản.

Phần lớn các đặc trng của điều chỉnh giao thức đòi hỏi các công cụ tinh vi,

nh việc giám sát và các công cụ hiện đại, nhng có một số cơ sở, về cơ bản có thểsuy đoán nhờ xác định nhiều độ trễ và các đoạn thắt cổ chai Đó là độ trễ truyềntin của tín hiệu điện tử do tốc độ có hạn của ánh sáng, tỉ lệ bit của đờng truyền và

độ trễ chuyển mạch trong một chuyển mạch gói hoặc router Chúng đợc trình bàynhững nét chính dới đây

1.4.1.1 Độ trễ truyền tin

Tốc độ tối đa của ánh sáng khoảng 300.000km/s, vì vậy trên những liên kếtngắn độ trễ là không quan trọng nhng đối với liên lục địa hoặc các liên kết vệ tinhchúng trở nên quan trọng đáng kể Hầu hết các vệ tinh đang sử dụng cho truyềnthông ở trong quỹ đạo địa tĩnh tại độ cao khoảng 36.000km và điều này dẫn đến

độ trễ khoảng 270 miligiây cho một phần tử vệ tinh Trong trờng hợp kết nối cáptrên trái đất tốc độ truyền tin là nhỏ hơn chút ít trong không gian, vì vậy độ trễ

là khoảng 1 miligiây cho khoảng cách 200.000km Điều này đợc minh hoạ trong

đồ thị 1.1

Hình 1.1 Độ trễ truyền tin.

1.4.1.2 Độ trễ do tốc độ bit

Độ trễ do tốc độ bit chiếm một số lợng có hạn thời gian để đặt một số liệucon số lên trên một đờng truyền phụ thuộc vào tập dữ liệu và tốc độ của đờng Đồthị 1.2 trình bày sự phân loại độ trễ có thể đợc mong đợi cho một vài kiểu dữ liệuchính qua phạm vi đặc trng của tốc độ WAN

Hình 1.2 Độ trễ đờng truyền

0 20 40 60 80 100 120 140

1.4.1.3 Độ trễ chuyển mạch gói

Thời gian để chuyển mạch dựa trên tốc độ xử lý và kiến trúc chuyển mạchbên trong theo một mức độ biến động nào đó, nhng lớn hơn một chút tốc độ xử lýtơng hỗ gói

Các chơng cuối mô tả các đặc tính phức tạp hơn của độ trễ và tầm quan trọng

đáng kể của chúng đối với việc điều chỉnh hiệu năng trong phạm vi các giao thức

1.4.2 Thời gian thiết lập liên kết

Trớc khi bất kỳ dữ liệu có thể đợc truyền theo bất kỳ dịch vụ mạng định ớng kết nối nào, trớc hết nó cần đợc thiết lập gọi hoặc phiên Mặt khác, với mộtdịch vụ mạng kết nối ít (CLNS) không đợc yêu cầu Ví dụ với IP (ex-TCP) và ISO

h-8273 là các ví dụ về các giao thức CLNS CLNS đợc sử dụng dựa trên trung gian

đáng tin cậy nh các mạng LANs

Đối với một vài ứng dụng, nh các kiểm tra thẻ tín dụng, thời gian thiết lậpliên kết là một thớc đo quan trọng nhất Thời gian thiết lập bao gồm cả hai lớp vật

lý, nh sự gọi Modem trên STN, và sự đóng góp tầng 2 đến tầng 6 trong ngăn xếpgiao thức OSI ở đó đã bao gồm các Modem, chúng là các thành phần đơn lớnnhất , mặc dù đối với SNA dựa trên một vài thiết bị, nh low-end AS/400, cácmức cao hơn sự thiết lập phiên vẫn thấp

1.4.3 Thời gian phản hồi

Hầu hết các độ đo cơ sở đối với các chuyển giao dữ liệu là thời gian phảnhồi mạng Điều này dễ dàng cho ngời sử dụng để nhận một trả lời đến một th tín.Trớc hết cần phân biệt đợc giữa thời gian truyền mạng một chiều và thời gian trảlời trọn một vòng (hai chiều) Độ trễ trọn vòng thông thờng quan trọng hơn đốivới các ứng dụng tơng tác lẫn nhau, khi đó vấn đề trớc có thể liên quan đến các hệ

điều hành lô Bốn phơng thức xúc tiến trong tơng lai mà vùng thông báo đợc sửdụng đó là: FILO (First-In Last-Out), FIFO (First-In First-Out), LILO (Last-InLast-Out), LIFO (Last-In First-Out) có thể khác nhau nhiều về phơng diện màmỗi phơng thức đợc sử dụng

FILO là yếm thế nhất trong các định nghĩa đó, và có thể thích hợp đối vớicác ứng dụng cơ sở màn hình nơi dữ liệu đợc truyền cho đến khi màn hình đầy đủ

và không đáp lại dữ liệu đợc hiển thị đã nhận đợc ở trạm cuối Theo một phơngpháp chuyển tác nó áp dụng trong trờng hợp server không bắt đầu tiến trình thôngtin cho đến khi hoàn thành giao dịch đã đợc nhận

FIFO tơng tự FILO, ngoại trừ trạm cuối bắt đầu hiển thị dữ liệu trả lại ngaykhi chúng vừa đến Các đoạn rút gọn (roundtrip) có thể đôi khi bao gồm giai đoạnFILO vào máy chủ, kéo theo bởi một FIFO trả lại.

LILO ứng dụng đối với trạng thái nơi dữ liệu đợc truyền vì nó đợc phát ra,nhng chỉ đợc hiển thị hoặc đợc xử lý một lần giao dịch hoàn thành đã nhận đợc

LIFO là version tối u nhất của thời gian phản hồi, vì vậy nó có khả năng bị

định giá bởi các nhà cung cấp mạng trừ khi có các lý do rõ rệt để không làm nhvậy Nó cung cấp các trạng thái nơi dữ liệu giao tác vừa đợc truyền và đợc xử lý

nh nó đợc sinh ra Ví dụ chung của một tiến trình LIFO là một trong chúng mộtngời sử dụng cuối và một máy tính chủ sử dụng giao thức không đồng bộ đểtruyền thông qua mạng chuyển mạch gói từ các PADs Ngời sử dụng đánh máycác ký tự vào giai đoạn cuối, gửi chúng đến một PAD chúng lần lợt tiến về phía tr-

ớc chúng nh một gói chỉ dựa trên việc thu nhận của một gói ký tự trớc, ví dụ nh sựchuyên chở khứ hồi; gói này sau đó đi đến PAD máy chủ chúng tháo rời nó và gửidữ liệu không đồng bộ vào trong máy chủ

Sự khác nhau giữa các độ đo đợc minh họa trong hình 1.3 đối với thời giantruyền thông mạng của ví dụ PAD

9.6 kbps 64 kbps 19.2 kbps

Hình 1.3 Thời gian vợt mạng qua PAD.

Giả sử 128 bytes dữ liệu đợc truyền từ thiết bị cuối đến máy chủ, và giả

định liên kết PAD – PAD trung tâm cộng thêm 9 bytes tổng phí Hơn nữa, giảthiết rằng mạng đợc tải một cách (lightly) nhẹ nhàng vì vậy không thể đo đợc độtrễ hàng đợi do đó độ trễ truyền tin là không đáng kể Thời gian truyền khi đó baogồm phần gánh chung cho tất cả bốn định nghĩa, 17 ms cho kết nối PAD – PADtrung tâm và hứa hẹn 5 ms cho mỗi PAD, cộng thêm phần biến đổi Phần biến đổidựa trên mỗi một ký tự đơn hoặc 128 ký tự, theo phơng thức, đợc truyền trên PADtới các kết nối máy chủ/cuối Giả thiết hai bit dùng trên mỗi ký tự điều này sẽ dẫn

đến thời gian truyền đợc trình bày trong bảng 1.3

Host

Một vấn đề quan trọng để xem xét giữa thời gian trả về trung bình và mộtvài trờng hợp chấp nhận đợc tồi nhất riêng biệt (đặc trng) Đó là các giá trị tơngứng trong khoảng 9/10, 19/20, hoặc 99/100 các thời gian trả lời giao dịch Mộtkhuynh hớng cho trờng hợp tồi nhất ngoài 20 lần giao dịch đã đợc đề cập và đợcnêu ra nh đặc trng của mạng, trong khi 100 giao dịch tồi nhất sẽ thờng xuyên đợcquan tâm đến do tính hay thay đổi.

1.4.4 Độ dao động.

Có một vài trờng hợp nơi nó không là thời gian đáp ứng lại bản thân nó mà

là yếu tố quan trọng trong xác định chất lợng nhng phần nào là tính hay thay đổicủa nó Đó là độ dao động Phạm vi đó là sự quan trọng nhất trong các ứng dụngMultimedia Độ trễ biến thiên có thể có ảnh hởng đến âm thanh vì nếu loa bị lắp.Một vài số liệu nêu ra để thừa nhận tầm quan trọng của độ dao động trong bảng1.4

1.4.5 Độ lệch.

Đặc tính quan trọng khác của thời gian phản hồi là một vài thời điểm quantrọng trong các ứng dụng Multimedia là sự khác nhau theo độ trễ trong các phầnkhác nhau của ứng dụng Ví dụ chính về điều này là khác nhau giữa âm thanh vàhình ảnh trong các ứng dụng video, nơi các phần 2 của thông điệp có thể nhận đợc

sự quan tâm ngoài việc đồng bộ hoá với mỗi đặc tính khác do độ lệch Sự phânbiệt đôi khi kém giữa độ lệch mịn, chúng xem xét đến khía cạnh ngời sử dụng nàochịu ảnh hởng đặc biệt, và độ lệch thô cho khía cạnh chịu ảnh hởng ít hơn Sự

đồng bộ mới là ví dụ đặc trng cho độ lệch mịn, trong khi hiệu lực nền tảng tổngquát âm thanh đợc ảnh hởng bởi tiêu chuẩn độ lệch thô.

1.4.6 Các yêu cầu lu lợng đặc trng:

Bảng 1.4 đa ra một số thông lợng đặc trng, với các giá trị bit trên giây Hầuhết các ứng dụng sẽ không đạt đợc giá trị đợc đặt trong các thành phần phần cứng,vì vậy chúng đợc đa ra chỉ để tỏ rõ tiềm năng và sự mở rộng chúng để mạng cóthể hoạt động do sự thắt cổ chai

Xem bảng 1.4 Mô tả một số yêu cầu hiệu năng

Đối với các ứng dụng Multimedia, giới hạn độ lệch thô là khoảng 150miligiây, trong khi độ lệch mịn ít nhất phải nhỏ hơn 20 miligiây để nâng caoaudio trên ảnh hoặc nhỏ hơn 120 miligiây cho nâng cao ảnh Lý do cho sự khácbiệt về giá trị độ lệch này đơn giản là mọi ngời đã quen với hình ảnh chuyển độngtrong cuộc sống hàng ngày Vận tốc chậm của âm thanh, khoảng 300m/s, nghĩa làbất kỳ một cảnh nào 10 m từ ngời quan sát sẽ có một độ lệch khoảng 33 miligiâyvì độ trễ trong việc nghe thấy âm thanh

B¶ng 1.4 C¸c yªu cÇu hiÖu n¨ng.

KiÓu th«ng tin

Th«ng îng

l-Thêi gianph¶n håi

§élÖch

§iÖn b¸o t¬ng t¸c (TCP/IP) 2000 bps < 150

§iÖn b¸o t¬ng t¸c (LAT – Local area transport) 200 bps < 150

¢m thanh d¹ng sè (2 bit REPL) 2400 bps

¢m thanh chÊt lîng radio FM sè 132 kbps

Video DVI (15 khung h×nh/gi©y, 128 x 120 pelss,

8 bit mÇu)

188 kbps

Video H261 (15 khung h×nh/gi©y,256 x 240 pels) 64 kbps

Video H261 (30 h×nh/gi©y, 256 x 240 pels) 2000 kbps

Server video chÊt lîng VCR VHS 1100 kbps

Server video chÊt lîng ph¸t réng (MPEG) 4000 kbps

HDTV (nÐn, 30 h×nh/gi©y, 24 bit mÇu) 100 Mbps

1.4.7 §é tin cËy.

Một độ đo quan trọng khác của hiệu năng mạng là độ tin cậy, bản thân nó

có thể đợc phân chia ra một vài thành phần độc lập

Ta có thể nâng cao độ tin cậy của mạng bằng cách phân tán các thiết bị

điều khiển và giảm thiểu số lợng các thiết bị mạng đang hoạt động, tạo ra độ dthừa về đờng truyền và nút mạng

Hiệu năng mạng là tỉ lệ phần trăm thời gian mạng có thể sử dụng đợc đốivới ngời dùng, thực hiện tính toán các lỗi phần cứng và phần mềm, nhng khôngnghẽn Nó đợc định nghĩa trong ITU-TX.137 theo công thức:

Hiệu năng thực hiện= MTBSO/(MTBSO+MTTSR)

trong đó, MTBSO nghĩa là thời gian giữa các lần dịch vụ ngừng chạy

và MTTSR nghĩa là thời gian để khôi phục lại dịch vụ

Phạm vi giá trị đặc trng từ 99% đến 99,99% Tính chất hay thay đổi của các ứngdụng khác nhau dẫn đến sự bộc phát các lỗi có nghĩa là hiệu suất các mạch không

là một số cố định duy nhất; trong một vài trờng hợp nó là tỉ lệ các lỗi tự nhiênerror-free cộng thêm các vấn đề, trong khi đối với các trờng hợp khác chỉ sựngừng chạy hoàn toàn là đáng kể

Phần cứng mạng luôn tin cậy hơn tuyến đờng, với hiệu năng vợt quá99,95% trong phần lớn các trờng hợp, nhng dựa trên thời gian gọi bên ngoài tronghợp đồng bảo trì

Hiệu năng mạng khoảng từ 99,9 đến 99,95% đợc cung cấp rẽ tiền nhất,thông thờng qua việc sử dụng quay số lại (dial backup); từ PSTN cho các mạch t-

ơng tự hoặc ISDN cho các mạch số Các giá trị cao hơn đòi hỏi các mạch phứctạp

Thực tế là một mạng có thể có hiệu lực một cách đầy đủ tại vài thời điểmkhông đảm bảo rằng ngời sử dụng sẽ có thể thu đợc một mạch, kể từ khi loại bỏcác hệ thống không khối, ở nơi có thể không có dung lợng thừa tại một thời điểm.Các tiêu chuẩn hiệu năng kết nối khác nhau đợc định rõ cho các mạng công cộng

và các mạng chuyển mạch gói theo khuyến nghị ITU-TX.130 và X.136 Các hiệunăng mạch điển hình trong phạm vi 99,9%

1.4.8 Thời gian định tuyến lại.

Hầu hết các mạng có khả năng định tuyến lại xung quanh các thành phần bịhỏng, nhng thời gian để thực hiện công việc này thờng biến đổi rộng rãi theomạng và giao thức mạng, vì vậy sinh ra chất lợng khác nhau lớn về dịch vụ đếnngời dùng Thời gian thực hiện có thể biến đổi từ một vài miligiây lên đến vài

phút Hiệu năng tối u trên một mạng dựa trên các bộ định thời gian thích nghi ởnơi có thể thực hiện tính toán yếu tố này Các thuật toán định tuyến vét cạn bảngkhông thông minh thờng nhanh hơn nhiều các hệ thống thông minh phức tạp,trong khi trong phạm vi liên mạng LAN, OSPF nhanh hơn nhiều so với RIP.

Thời gian định tuyến dài có thể không chấp nhận trong một vài ứng dụng,

nh điều khiển lu lợng bay khi qua một máy bay từ một ngời điều khiển đến ngờikhác, nhng trong nhiều dịch vụ dữ liệu có thể đợc bù bằng các bộ định thời gianthích hợp, vì vậy các yêu cầu cần đợc định rõ

1.5 Các liên kết tơng tự.

1.5.1.Mở đầu.

Các mạng dữ liệu truyền thông ban đầu bao gồm các mạng liên kết tơng tự,

và hầu hết các vùng trên thế giới vẫn thiết lập thành hầu hết các truy cập trunggian Truyền thông dữ liệu bản chất là số, sau đó là giải điều biên các hiệu lệnh;

điều này đợc thực hiện bởi một cặp Modem

Các đờng tơng tự bản thân chúng ban đầu mục đích chính là để chotelephone và có đặc trng tối u cho truyền thông âm thanh ở đó các đờng tơng tự

đợc mục đích cho dữ liệu một cách đặc biệt, chúng đợc sửa đổi theo các điều kiện

để giảm các vấn đề nh sự phân tán và tiếng vang

Chất lợng đờng tơng tự thờng đợc xác định theo tiêu chuẩn toàn bộ nào đó,các sự giới thiệu CCITT/ITU-TM, đợc a chuộng hơn theo những tổ hợp độc quyền

đặc trng chất lợng, ví dụ nh chi tiết hoá các mức nhiễu Các loại đờng đợc giớithiệu theo danh sách trong bảng 1.4

Đặc trng khác nhau của các đờng tơng tự dẫn đến các lớp Modem khácnhau Các kiểu Modem sản xuất sau đợc xác định rõ bởi tốc độ bit mà chúng hỗtrợ, dù chúng hỗ trợ đồng bộ hay không đồng bộ, truyền đầy đủ (một chiều) hayhai chiều và hoạt động đơn điểm hay đa điểm

Modem thờng đợc mô tả theo chuẩn ITU-T hoặc các Modem Mỹ trớc đây,theo các chuẩn Bell

Một vài hãng cung cấp các Modem với các chuẩn đợc liệt kê trong bảng 1.6

có thể mang các dữ liệu không đồng bộ tốt nh các dữ liệu đồng bộ, mặc dù thậmchí gần đây chỉ đợc khuyến cáo theo ITU Điều này thông thờng đã thực hiện theo

sự phát triển các phần mềm để xác định dữ liệu đồng bộ hay không đồng bộ tr ớckhi truyền đi theo sự thoả thuận với sự khuyến cáo ITU-T, V.14

Bảng 1.6 Các chuẩn Modem.

Chuẩn Tốc độ bit Kiểu

đ-ờng

Song công/bán song công đầy đủ

Đồng bộ hoặc không đồng bộ

xác định một cách toàn bộ theo các khuyến cáo ITU-T, và đợc liên kết với sự hiệuchỉnh các vấn đề chất lợng đặc biệt.

1.5.2.1 Thời gian quay vòng RTS/CTS.

Nơi các giao thức hỏi vòng đợc sử dụng ở nơi đó thời gian quay vòng trớckhi modem có thể chuyển từ nhận sang gửi dữ liệu Điều đó đợc liên kết với mạchCCIT 105 và 106, đã đợc biết ở Châu Âu nh RTS và CTS Độ trễ đợc xác định mộtcách rộng rãi theo các chuẩn modem cho việc tính toán độ trễ truyền tin đợc mô tả

ở trên Trong nhiều trờng hợp khác nhau các giao thức polled đợc sử dụng khắpcác mạch đa điểm, và các nhà sản xuất thờng cung cấp lựa chọn các độ trễRTS/CTS để thực hiện tính toán các vai trò khác nhau, tức là chính hay phụ, màcác modem vận hành trong mạch

Các giao thức một chiều trên các mạch hai dây bị xét đến độ trễ vì thời gianquay vòng, nhng nếu các mạch 4 dây có thể tránh điều này bằng việc sử dụngphần tử mang bất biến (costant carier)

1.5.2.2 Gọi thiết lập độ trễ.

Trong vài ứng dụng, nh việc kiểm tra thẻ tín dụng, các cuộc gọi là vô cùngngắn và quá không thờng xuyên để chứng minh sự thuê đờng, vì vậy cài đặt độ trễcuộc gọi là quan trọng hơn độ trễ truyền dữ liệu Đây là sự cài đặt bao gồm thờigian quay số cộng với thời gian đào tạo

Tỉ lệ lớn nhất trong thời gian quay số là chọn giữa quay số pulse và tone.Quay số pulse chiếm một khoảng thời gian 10 giây, trong khi DTMF chỉ cần 2-3giây Điều này đợc xác định rõ theo các đặc trng của mạng điện thoại đợc sửdụng Việc trao đổi trớc đây chỉ hỗ trợ quay số pulse

Một vài modem có mức độ nén cao hơn bằng cách sử dụng kích thớc thmục lớn trong thuật toán Lempel-Ziv Đây là điều kiện thuận lợi cho việc truyềnfile, nhng có một giảm sút nhỏ về khía cạnh tăng độ trễ xử lý.

1.5.4 Hiệu chỉnh lỗi.

Số liệu ngời sử dụng đúng thông lợng vẫn làm ảnh hởng đến sự xảy ra lỗitrong quá trình truyền, và do những chậm trễ mắc vào việc hiệu chỉnh chúng Việchiệu chỉnh lỗi không thờng xuyên cần thiết nếu chất lợng không là vấn đề, và tỉ lệlỗi không hiệu chỉnh của 1/100000 sẽ thích hợp cho việc truyền nhiều file text Tỉ

lệ lỗi thấp hơn này chỉ có thể thu đợc bằng sự sử dụng việc hiệu chỉnh lỗi mộtcách thông thờng Có hai phơng thức chính, hiệu chỉnh lỗi trớc và sau, vì chúng tr-

ớc kia đợc kết hợp chặt chẽ với các chuẩn modem cũ muộn hơn nh V.32 và V.33,trong khi cuối cùng thừa hởng phần lớn các giao thức đồng bộ, và vẫn đợc sử dụngcho các chuẩn V.42 và MNP cho các dữ liệu không đồng bộ

Sự hiệu chỉnh lỗi trớc đạt đợc bằng cách sử dụng các thuật toán mã lới mắtcáo (trellis-coding) do việc thêm vào một bit cho mỗi 4 bit, hoặc phụ thêm hai đốivới V.34 Mẫu bit hiện hành đợc tạo lập dựa trên mẫu bit trớc đó và số các mẫu làkhông đúng tại mọi thời điểm Điều này có khả năng sự nhận modem tại cùng mộtlúc để đoán những trạng thái tiếp theo và hiệu chỉnh các lỗi không quan trọngbằng việc thay thế mẫu lỗi bằng mẫu lỗi gần nhất Khả năng này có thể giảm tỉ lệlỗi xuống 100 hoặc thậm chí 1000 đối với 1 trong 10000 với các modem V.29 sẽkhông thờng xuyên đào tạo tại mọi điểm cho các modem V.33 khi dữ liệu đợctruyền Nếu tỉ lệ lỗi V.29 là 1 trong 1000000, tuy nhiên sau đó nó sẽ nhỏ hơn 100lần với các modem V.33 Đối với các giao thức liên kết đồng bộ, điều này làmgiảm tỉ lệ lỗi cho phép thông lợng cỡ khung lớn hơn và cao hơn, với sự thêm vào

sự hiệu chỉnh lỗi do bản chất giao thức truyền lại

V.34 có thể chịu đợc khoảng 6DB độ nhiễu ồn hơn V.32 bis và có thể hoạt

động trên phần lớn các mạch M.1040 không nh các chuẩn tốc độ cao hơn mặc dầuthờng xuyên tại các tốc độ giảm bớt

Sự lựa chọn phơng thức ARQ theo hai kiểu, sự lựa chọn sự truyền lại và Back N Vì điều này, trớc đây đem lại hiệu suất tốt hơn bởi vì chỉ một khung lỗi

Go-đợc truyền lại Sự lựa chọn sự truyền lại ít khi Go-đợc sử dụng trong thực tế vì nó đòihỏi nhiều bộ nhớ hơn trên modem cũng nh thông minh để sắp xếp lại các khung

Đối với các giao thức đồng bộ điều này đòi hỏi sự truyền lại theo bản chất đối với

giao thức, nhng đối với các giao thức không đồng bộ nó đợc thêm vào bởi côngnghệ đồng bộ của modem

1.5.5 Thời gian phản hồi và thông lợng.

Phần này xem xét làm thế nào mà các tham số đợc mô tả ở trên ảnh hởngthời gian đáp lại và thông lợng trên các kết nối tơng tự trong thực tế Có hai kiểuứng dụng chủ yếu đợc xem xét Đơn giản hơn trong chúng là sự truyền file, chúngvẫn có thể đợc xem xét nh một bộ phận khác, vì vậy nó sẽ đợc trình bày trớc tiên

1.5.5.1 Các sự truyền file không hỏi vòng:

Thời gian truyền đối với một khối dữ liệu kích thớc M bytes trên một kếtnối modem đơn với tốc độ S bps trên cơ sở FILO đợc tính theo:

T=(Mxb/S)+Dt+Dr+P.

Trong đó:

b là số bit trên ký tự

Dt là độ trễ truyền của modem

Dr là độ trễ nhận của modem

P là độ trễ truyền tin của tín hiệu

Độ trễ truyền tin P khoảng 1 ms trên 100 dặm cho kết nối mặt đất, vàkhoảng 270 ms cho kết nối vệ tinh địa tĩnh

Đối với một vài khối dữ liệu nhỏ, đặc biệt trờng hợp các ký tự tín dội đơn,

nó hiển nhiên tăng tốc độ đờng có thể cũng tăng thời gian truyền vì độ trễ cácmodem tốt phải chịu Thực vậy, trong các trờng hợp xa nhất của các modem tốc

độ cao, các độ trễ modem đó có thể vợt quá 150 ms Các nhà sản xuất các modem

nh thế chấp nhận vấn đề tiềm năng này, và đôi khi cung cấp một vài chất lợng tuỳchọn cho các máy thu độ trễ bù/xoá bỏ Độ trễ ngắn có thể đem lại các kích th ớckhối ngắn nơi xác suất lỗi trong một khối là thấp, và giá trị cao cho các khối dài

có xác suất lỗi cao hơn

Thông lợng liên kết dựa trên thời gian truyền, kích thớc cửa sổ cho tín hiệubáo nhận và tỉ lệ lỗi trên đờng truyền (giả thiết rằng sự hiệu chỉnh lỗi đợc cungcấp) Thông lợng của liên kết đợc định nghĩa nh số ký tự mạng đợc truyền trên

đơn vị thời gian sau khi trừ đi thời gian truyền lại do lỗi, và đợc xác định bởi côngthức sau:

Thông lợng=B x S x (EC-1)/(((B+OHD) x EC x (1+S x ISD/8k)).

Trong đó:

EC là số khối gửi trên chu kỳ lỗi, tức là số các khối tuỳ ý và bao gồm mộtkhối chứa lỗi.

OHD là chi phí giao thức tầng 2 (tầng liên kết dữ liệu)

ISD là độ trễ tuần tự (theo giây) giữa các khối gửi dữ liệu nếu kích th ớc cửa

sổ là quá nhỏ để cho phép tiếp tục truyền các khối

k là kích thớc cửa sổ

EC đợc liên hệ với tỉ lệ lỗi bit (BER- Basic Encoding Rules – những quytắc mã hoá cơ bản) và kích thớc khối bởi hệ thức:

EC=1/(1-(1-BER) 8 x (B+OHD) ).

Trong các trờng hợp mặc định V.42, kích thớc khối B là 128 bytes, OHD là

6, k là 15 và không có độ trễ intersequence vì các modem (nhng các giao thứctầng cao hơn có thể là nguyên nhân duy nhất ) Đối với một BER điển hình 1 phần

100000, điều này dẫn đến EC khoảng 92 và thông lợng ở tại 14400bps trong13600bps Hình 1.4 mô tả ảnh hởng của tỉ lệ lỗi bit trên thông lợng Hình 1.5 trìnhbày ảnh hởng của việc thay đổi kích thớc khối B, trong khi vẫn giữ các yếu tốkhông đổi khác

Yếu tố tiềm năng khác là ảnh hởng của việc giảm kích thớc cửa sổ mộtcách đáng kể Nó không có khả năng sẽ đợc thực hiện trong cả giao thức V.42hoặc MNP, nhng nó hoàn toàn có khả năng xảy ra một cách không trực tiếp theo

Hình 1.4 Tỉ lệ thông lợng.

0 5000 10000 15000

0,0001 1E-05 1E-06 1E-07 1E-08

Hình 1.5 Tác động của tỷ lệ lỗi.

kết quả của các giao thức tầng cao hơn Ví dụ kích thớc cửa sổ mặc định trongX.25 chỉ là 2 tại tầng 3, trong khi nhiều PC việc truyền file đòi hỏi việc báo nhậnkhối 512 byte đọc đĩa Chúng có thể là nguyên nhân độ trễ intersequence và quantâm đến việc giảm thông lợng Đặc biệt, độ trễ lớn hơn của một vài modem tốc độcao hơn sẽ dẫn đến việc tận dụng đờng thấp trừ khi kích thớc khối là lớn Nguyêntắc thong thờng của việc thử để đặt kích thớc cửa sổ đủ lớn cho việc truyền liêntục là:

số tơng ứng Nếu các cửa sổ không đủ lớn cho điều này, khi đó sự cộng thêm độtrễ xử lý vài miligiây trên khối trong mỗi modem sẽ tăng ISD và giảm lợi ích điềunày, đặc biệt với các khối nhỏ

1.5.6 Các thao tác hỏi vòng.

Khi một vài thiết bị cùng chia sẻ một đờng truyền, cả từ bộ điều khiểnchùm đơn hay từ sự hoạt động đa điểm, thông lợng có thể giảm đáng kể nh trờnghợp so sánh trực tiếp ở ví dụ trên Hệ số chính là giao thức rút gọn đợc sử dụng,nhng modem vẫn đóng góp một hệ số phụ vì thời gian quay vòng RTS/CTS của

nó Nguồn gốc các độ trễ và kiểu tối u hoá chúng có thể đợc xác định bằng việc

0 5000 10000 15000 20000

quan tâm đến luồng dữ liệu liên quan Hai trờng hợp đợc xem xét ở đây, thứ nhất

là giao thức một chiều với độ u tiên đầu ra trớc đầu vào, ví dụ hầu hết các ứngdụng BSC, và thứ hai là một kiểu hai chiều, nh một vài hệ điều hành SDLC

1.5.6.1.Quá trình hoạt động bán song công (truyền thông hai chiều chỉ xẩy ra

theo một chiều hai lần)

Có 3 chuỗi sự kiện cơ bản :

(1) Thăm dò không trả lời

(2) Thăm dò đầu vào

(3) Lựa chọn đầu ra

Các liên kết luồng dữ liệu đợc trình bày theo biểu đồ trong hình 1.6 đối với BSC

Hiển nhiên rằng các nguồn gốc chính của việc cộng thêm các độ trễ đối vớicác thông điệp thực tế là các ký tự thời gian tốn thêm của giao thức và thời gianRTS/CTS của modem, gần đây việc mô tả đặc trng một lần trong sự bỏ qua việcthăm dò, nhng hai lần trong (2) và (3) Đối với khoảng cách ít hơn 100 dặm, độ trễtruyền tin nhỏ hơn 1 ms có thể bỏ qua Hình 1.7 trình bày kết quả dựa trên thônglợng của độ trễ RTS/CTS khác nhau đối với các sự truyền tin 256 byte thông báotại 9600bps

Số quan sát đơn giản có thể thực hiện

1) Tốc độ đờng là rất quan trọng đối với các thông báo dài, nhng đối với thôngbáo ngắn, độ trễ ngắn hơn RTS/CTS đợc liên kết với các modem nhanh hơn làmgiảm lợi ích này

(2) Để đa ra tổng cộng lợng tải đờng, số các thiết bị nhiều trạm chỉ có kết quảnhỏ dựa trên thời gian trả lời nh thời gian truyền cuả 6byte đặc trng thămchừng/lựa chọn là rất ngắn

(3) Kết quả lớn nhất chỉ là chiều dài thông báo trung bình

Một hệ số quan trọng mà không đợc trình bày trên biểu đồ đó là kết quảcủa các thiết bị không hoạt động Bất kỳ khi nào một thiết bị hỏng đối với trả lời,máy chủ phải chờ trong một thời gian trớc khi thiết bị kế tiếp đợc thăm chừng.Với đặc điểm các thời gian ngoài (timeout) từ 1 đến 2 giây, một vài thiết bị khônghoạt động có thể có một kết quả tồi tệ vào hiệu năng cho phần còn lại Vì vậy nó

là cần thiết thăm chừng để tìm các thiết bị không hoạt động

HOST LINE TERMINALSPoll term 1

term 1 replies with dataPoll term 2

term 2 replies with data Poll term 3

term 1 sends negative response Continue

Poll cyclePoll 1 again

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

RS-232-C, Tiêu chuẩn đợc khuyến nghị này định nghĩa các đờng đặc biệt

và các đặc trng tín hiệu do các bộ điều khiển truyền thông nối tiếp sử dụng để tiêuchuẩn hoá sự truyền dữ liệu nối tiếp giữa các thiết bị Chữ C chỉ rằng phiên bảnhiện thời của tiêu chuẩn là phiên bản thứ 3 trong xeri RTS : Viết tắt của Request

to send Tín hiệu dùng trong truyền thông nối tiếp; đợc gửi đi nh từ máy tính tớimodem của nó, để yêu cầu cho phép truyền RTS là tín hiệu phần cứng gửi qua đ-

ờng 4 trong các đờng nối RS-232-C.

CTS viết tắt của Clear to send “tín hiệu thông “ tín hiệu dùng trong truyềnthông nối tiếp; phát đi từ modem đến máy tính của nó để chỉ ra rằng nó có thể tiếptục truyền CTS là tín hiệu phần cứng phát qua đờng 5 trong các kết nối RS-232-

C Nghĩa là sự tăng tốc độ đờng đối với các thông báo song công ngắn có lợinhiều hơn đối với bán song công

1.5.7.Kỹ thuật vô tuyến ô( Cellular radio).

Trờng hợp đặc biệt của các mạng tơng tự đợc cung cấp theo sự sử dụngcellular radio cho các mạng dữ liệu, đặc biệt là với các mạng dữ liệu di động Kếtquả chính để xem xét là các giao thức khác nhau phải đợc sử dụng, và các tốc độtruyền có thể khác nhau Khi mạng điện thoại di động đợc sử dụng cho cả âmthanh và dữ liệu, số lợng thiếu của băng thông có nghĩa là tốc độ truyền tin đợcgiới hạn thông thờng đến 2400-4800 bps, ngợc lại tốc độ các mạng dữ liệu thuầnnhất có khả năng tăng lên đến 9600 hoặc 19200 bps Mặt khác là việc báo hiệu dữliệu khởi tạo và cần thiết đối với các giao thức để bắt các chỉ số lỗi khác nhau vàcác kết quả bàn giao Khi ngời sử dụng mobile di chuyển từ một ô đến một ôkhác, hầu hết các hệ điều hành ô dựa trên nguyên lý làm gãy trớc, sao cho sóngmang bị mất trong khoảng 100=300 ms Vấn đề khác là biến thiên của cờng độ vôtuyến truyền đa đờng lâu dài trong vài giây và việc tạo ra các tỉ lệ lỗi bit rất cao

1.5.7.1 Cài đặt cuộc gọi.

Một thuận lợi quan trọng của kỹ thuật vô tuyến ô (Cellular radio) đối vớicác giao tác ngắn, nh điểm bán hoặc kiểm tra tín dụng, là sự thu nhỏ (giảm) thờigian gọi Cellular radio không đòi hỏi dãy chuỗi xung dài cần thiết trên các mạch

đồng Vì vậy thời gian thiết lập cuộc gọi giảm từ 10-15 giây đến khoảng 3 giây,

điều quan trọng là chúng có thể làm hài lòng khách hàng đang đứng ở quầy kiểmtra cũng nh giảm một cách nhẹ nhàng số các điểm đợc yêu cầu do sự giảm bớttổng thời gian dịch vụ

1.5.7.2 Điều khiển liên kết dữ liệu ô (CDLC).

Trong trờng hợp các mạng di động đầy đủ, nơi ngời sử dụng có khả năng dichuyển nhanh chóng trong xe cộ, việc sữa chữa lỗi có chất lợng thay đổi đợc yêucầu Chất lợng tín hiệu biến đổi rất nhanh chóng đặc biệt ở các vùng trong thànhphố, do việc xây dựng và các hành động cản trở khác nh ống dẫn sóng hoặc gơngphản xạ Thêm vào đó, có các phá vỡ trong tín hiệu do sự bàn giao ô giữa các trạmcơ sở và (vào lúc trộn các mạng âm thanh/dữ liệu) tín hiệu âm thanh Các hệ số đódẫn đến các tỉ lệ lỗi bit cao đến 1/50, vì vậy các hệ điều hành mạng di động phảiphát triển các giao thức của bản thân chúng để triệt tiêu vấn đề này; một ví dụ làgiao thức CDLC của Vodafone Đó là một dẫn xuất (phát sinh) của HDLC đãnâng cao bằng cách thêm vào các trờng đồng bộ, hiệu chỉnh lỗi trớc, sự đan xenbit và sự lựa chọn sự truyền lại thay cho phơng pháp GO-BACK N thông thờng.Tại BER (BER - các quy tắc mã hoá cơ bản) cao ở đó là sự thay đổi lớn các sai lạccủa các dấu phân cách dấu hiệu HDLC, vì vậy CDLC thay thế điều này bằng mộttrờng đồng bộ 6 byte một bộ chỉ báo độ dài đo thử lỗi tốt hơn Khung vẫn chứa 2byte dữ liệu địa chỉ/điều khiển và 2 byte tổng kiểm tra, vì vậy gây ra tổng cônghao phí 10 bytes, trong khi ngời sử dụng trờng dữ liệu có thể nâng đến 63 bytes.

Sự bất lợi (nhợc điểm) của các công nghệ điều khiển phức tạp, nh sự đan xen bit làcác độ trễ truyền modem rất cao.Vì vậy, các thời gian có thể cho phép khoảng 200

ms phụ thêm dựa trên đỉnh thời gian truyền mong đợi

lẻ Chơng này chủ yếu nói về những mặt hoạt động xác định cấu hình các cầu nối

và các bộ định tuyến, những vấn đề chính là độ rộng băng tần, tối thiểu hoá cácngắt quãng trên các máy chủ server và năng lực xử lý cầu nối Trớc khi bàn đếncác vấn đề này em xin trình bày tóm tắt về các đặc tính hoạt động của mạng LAN

2.2 Hiệu năng LAN.

Hiệu năng LAN tuỳ thuộc vào kiểu LAN và độ rộng băng tần của nó Cáckiểu LAN chủ yếu là 10/100 Mbps Ethernet, 4/16 Mbps Token Ring, 1000 MbpsFDDI và 100 Mbps 100 Base VG ANYLAN Các nhân tố (hệ số) chính giới hạnhoạt động trên một LAN có quan hệ với các trạm làm việc – Workstation và cácserver hơn là với hệ thống mạng, do đó các khối đơn vị truyền tin báo (MTUs) đ-

ợc sử dụng khi nào có thể nhằm giảm bớt lợng tải trên chúng Từ đó sinh ra các cỡframe lớn có thể đa đến những phản ứng chậm chạp trên mạng WAN Đây là cảmột vấn đề lớn đối với các cầu nối vì chúng không chia cắt các mạng, trong khi

đó các bộ định tuyến thông thờng có thể đợc xác định để phân chia các gói tinthành những đơn vị nhỏ hơn

2.2.1 Ethernet.

Hiệu năng hoạt động của Ethernet thờng đợc biểu diễn dới dạng công thức

đợc suy ra đầu tiên bởi Lam cho truyền thông ngẫu nhiên:

Hiệu năng truyền = S/(2*A+(1+A)*S)

Với S là 1/e (e là số mũ), và

A = Thời gian cảm biến vật mang tin/thời gian truyền tin báo trung bình.Mô hình này có hơi kém khả quan đối với những khoảng cách dới 100 trạmtrên một mạng Ethernet, bảng số liệu 3.1 cho biết sự biến thiên của năng suấttruyền với A

Thông thờng A nằm trong khoảng từ 0,01 đến 0,3 nhng nếu tốc độ đợc tăng

đến 100 Mbps, giá trị của A tăng do giảm thời gian truyền frame sao cho cỡ củaEthernet phải đợc giảm xuống để hoạt động của thuật toán tiêu chuẩn CSMA/CD

có hiệu quả ở tốc độ này Đây là một trong những nhân tố thúc đẩy sự thay thế

100 Base VG tiêu chuẩn đợc nói tới ở sau A cũng nhạy cảm với khoảng cách, vàvới khoảng cách tối đa 2 km hiệu năng sống (backbone ) của Ethernet rất thấp,khiến FDDI đợc a chuộng hơn

Với một mạng 10 Base T thông thờng dựa trên một gốc đơn giản nhất(hub), cần đạt đợc một năng suất truyền là 8 Mbps nhng với các mạng lớn 10 Base

5 với các frame nhỏ và nhiều trạm, sự suy giảm do đụng độ gây ra sự suy giảmlớn Với các mạng WAN, tầm quan trọng của những số liệu này là ở chổ đánh giáxem cấp bộ lọc thông lợng cho tải nạp vào và quyết định xem có nên phân đoạnmột mạng Ethernet và chèn vào một cầu nối WAN ngắn hay không

Phần lớn các mạng Ethernet hỗ trợ truyền thông khách hàng – máy chủ(client-Server) hơn là cho kiểu ngẫu nhiên, vì thế xung đột thờng diễn ra chủ yếugiữa các máy chủ Điều này giúp đạt đợc các sự tải (loadings) LAN cao hơnnhiều, với vấn đề thiết kế chính là chia tách và định vị các máy chủ

2.2.2 Mạng Ethernet tốc độ cao (IEEE 802.3u).

Có hai phiên bản của 100 Mbps Ethernet trong đặc tả IEEE 802.3u, đó là

100 Base TX và 100 Base T4 Phiên bản 802.3 khác về cơ bản so với Ethernetthông thờng ở tốc độ 100 Mbps và ở chổ nó có kèm theo một lớp giao diện truyềnthông độc lập (MII- Media Independent Interface) giữa MAC(điều khiển truynhập đờng truyền) và các mức độ vật lý để cho phép hoạt động ở nhiều kiểutruyền thông, đáng chú ý là UTP (cáp không bọc kim) loại 3,4,5 và cáp sợi quang.Mạng 100 Base TX sử dụng hai đôi dây UTP loại 5 với sơ đồ mã hoá FDDI PMD,vì thế không thích hợp với các toà nhà có hệ thống cáp loại cũ trong trờng hợp nàyphải dùng mạng 100 Base T4, nhng phải có 4 cặp UTP thay vì 2 Kiểu chuẩn802.3u cũng gồm cả chế độ đặc tính tự cảm giúp cho xác định Ethernet động

Các kích cỡ frame cho phép và trạm làm việc tới các khoảng cách gốc/ mấu(hub) là nh nhau với Ethernet 10 Mbps thờng, nhng các khoảng cách lập nội bộ/liên thông (inter-repeater) đợc giảm xuống chỉ còn 10 m trên một đôi dây xoắn,làm cho khoảng cách tối đa giữa hai trạm với nhau chỉ còn 220 m Có nghĩa là cácnối kết bằng cáp quang hoặc brouters phải đợc áp dụng khi nâng cấp một số mạngEthernet 100 Mbps lớn

2.2.3 Chuyển mạch Ethernet.

Chuyển mạch Ethernet là một công nghệ riêng cho việc chuyển mạch độngcủa các trạm tới các phân đoạn mạng LAN cá nhân tuỳ theo địa chỉ đích mà đợccài đặt/ tiến hành theo nhiều cách khác nhau tuỳ thuộc vào nhà cung cấp Lựachọn chính là giữa chuyển mạch thẳng, một hình thức mà Frame đợc gửi tiếp đingay khi đoạn đầu – header đã đợc đọc, hay là gửi chuyển tiếp frame đầy đủ nhtrong những cầu nối Cách tốt nhất cho thời gian phản ứng nhanh hơn, nhng sẽ gửichuyển tiếp những frame vô dụng (vô hiệu) nh “runts & giants” Chuyển mạchcho một thay thế hiệu quả về chi phí cho các brouter trong một môi tr ờng nội bộ.Nhng nó không áp dụng đợc trên diện rộng Các kết nối WAN vẫn cần brouters vàcác trạm đợc chuyển mạch tới những bộ phận hỗ trợ những thiết bị này theo nhyêu cầu, mà hiệu năng làm việc vẫn không khác biệt lớn so với một mạngEthernet thờng Điều này cũng đúng với kỹ thuật chuyển mạch ở mạng TokenRing – mạng vòng

Tm là thời gian truyền dẫn thông tin trung bình

Năng suất truyền ớc tính theo cách này ít khi xuống dới 0,8 Có ngoại lệ lànhững mạng cáp quang cỡ MAN với các gói tin nhỏ và không giải phóng vòng lặpsớm, trong đó những chậm trễ lan truyền lớn làm mất hiệu quả

Vì A bị ảnh hởng mạnh bởi khoảng cách, điều này cho thấy mạng TokenRing kém nhạy cảm hơn nhiều so với Ethernet đối với khoảng cách, đặc biệt khitheo sơ đồ giải phóng vòng lặp của IBM

2.2.5 FDDI – (Fibre Distributed Data Interface)

Hiệu năng làm việc của FDDI rất giống với Token Ring nhng với tốc độ

100 Mbps và giải phóng vòng lặp sớm Có thể dùng hầu nh toàn bộ độ rộng băngtần của FDDI ở đâu mạng (ring) sử dụng sợi quang chế độ đơn để đạt đợc chu vitối đa của nó khoảng chừng 250 km từ năng suất cho một “session” đơn trở nên bịgiới hạn bởi độ trễ lan truyền do tốc độ hạn chế của ánh sáng trừ khi tất cả các cỡcửa sổ – windows đều rất lớn Các WAN brouter cần đợc u tiên hàng đầu đểgiảm sự tắc nghẽn

2.2.6 IEEE 802.2 (100 VG ANYLAN)/yêu cầu u tiên.

Đây là version 100 Mbps nâng cấp cho cả mạng Ethernet 100 Mbps và 4/16Mbps Token Ring trên UTP (cáp không bọc kim) và STP (cáp có bọc kim) bị hạnchế đối với những khoảng cách thu ngắn của các hệ thống CSMA/CD tốc độ caotrên đôi cáp xoắn Nó cũng chỉ có thể hoạt động trên nhiều loại cáp thoại, ví dụcáp 25 loại 3 UTP, dù trong trờng hợp này việc tránh hội thoại chéo trên cácmulticast có vài tác động không tốt Cần có 4 đôi cáp xoắn thay vì 2 nh ở mạng 10Base T Ethernet

Đặc tính chủ yếu của IEEE 802.12 là hệ thống u tiên nhu cầu Hệ thống nàygiúp chạy phim trên một mạng LAN 802.12, không nh 100 Base T hay 100 BaseT4 Ethernet nhanh Nguyên tắc của “nhu cầu u tiên” là một điểm gốc – hub chạy

từ một con trỏ cho mỗi một trong hai cấp độ u tiên truy nhập từ các trạm gắn với

nó trên cơ sở quay vòng Những yêu cầu u tiên cao đợc xét trớc những yêu cầu utiên thấp nhng không thể trớc những truyền dẫn gói tin (yêu cầu ) u tiên cao thấp

đã bắt đầu trớc đó Các điểm gốc – hub có thể đợc trải ra, trong trờng hợp đó sơ

đồ u tiên quay vòng đợc mở rộng để bao quát toàn bộ các thành viên của mộtnhóm các hub nh vậy trong một bảng đơn Lu lợng u tiên hàng đầu có “tính” trờnghợp xấu nhất đợc bảo đảm nếu phải chờ trớc khi việc truyền dẫn gấp N-1 lần thờigian truyền của một gói tin có độ dài tối đa, trong đó N là số các trạm trong một

điểm gốc không đợc trải ra Khi các điểm gốc Hub đã đợc trải ra, N là tổng số cáctrạm và thêm vào đó cần phải có các độ trễ thử khi có những điểm gốc mới trêntruyền mạng

Các cầu nối tạo ra một thay thế cho việc trải các điểm gốc nhng việc cungcấp thay thế phải làm sao để duy trì nghiêm ngặt u tiên trên các cầu nối này ( các

bộ chọn đờng cũng vậy)

Khi các mạng 802.12 LAN đợc kết nối trên diện rộng, cần thiết phải cónhững kết nối riêng rẽ hoặc ít nhất là giữ độ rộng băng tần để đảm bảo rằng có thể

có đợc những thời gian phản ứng chấp nhận đợc cho dịch vụ u tiên cấp thấp Sửdụng một kết nối đơn mà không giữ độ rộng băng tần sẽ dẫn đến cắt đứt hoàn toàn

lu lọng u tiên cấp thấp vào những lúc bận do sự truy cập của các frame u tiên cấpcao xa hơn trên mạng 100 Mbps LAN trớc khi kết thúc việc truyền dẫn frame cấpcao cuối cùng trên mạng WAN chậm, ngay cả nếu có thời gian thu nhận khoảng

50 frame u tiên cấp thấp trên mạng LAN

2.3 Các cầu nối và khả năng hoạt động của chúng

các cầu nối thờng đợc sử dụng cho kết nối liên thông nội bộ của số lợngnhỏ các mạng LAN, nhng các bộ chọn đờng là dành cho số lợng lớn Một cầu nốihoạt động ở cấp độ 2 và chỉ nối các kiểu LAN tơng tự nhau,với ngoại lệ là loại cầunối phiên dịch đặc biệt do IBM 8209 sử dụng đầu tiên Cầu nối không nhìn nhậnbất cứ một đoạn đầu – header giao thức kết nối mạng cấp độ 3 nào, do vậy xử lý(lợng) tải cho một cầu nối thờng ít hơn so với một bộ chọn đờng, dẫn tới việc mộtnăng suất truyền cao hơn với một kiểu bộ xử lý đợc đa ra cao hơn so với một bộchọn đờng, nhng với các truyền thông mạng WAN thì khác biệt này không quantrọng khi đem so với việc truyền dẫn chậm của liên kết WAN liên tiếp

Các cầu nối thực hiện hai vai trò, lọc và gửi chuyển tiếp ở mạng Ethernet,các địa chỉ cần phải đợc nhận diện và địa chỉ nào không đợc xác nhận bị chuyểntiếp lên các cổng cầu nối trừ khi đã đợc lọc thông; trong khi đó mạng IBM TokenRing sử dụng kỹ thuật cầu nối truyền dẫn nguồn (source route bridging) trong đóluồng dẫn rõ ràng đợc thiết lập bởi trạm nguồn, dẫn tới các tiêu chí hoạt độngkhác nhau Các kiểu mạng LAN khác nhau do đó đợc xem xét riêng biệt

2.3.1 Cầu nối trong suốt (Transparent bridging).

Đây là kỹ thuật sử dụng trên mạng Ethernet và vài mạng Token Ring kháckhông phải của IBM

Một frame của IEEE 802.3 Ethernet gồm đoạn mở đầu, đầu mục header,dữ liệu và mã kết thúc/(bộ dò vết) đợc chỉ ra nh trong bảng 2.1

Trong trờng hợp Ethernet I, trờng “độ dài” đợc thay thế bằng một kiểu ờng xác định kiểu lu lợng Cấu trúc này hoàn toàn có hiệu quả nếu khối lợng dữliệu lớn có thể lấp đầy đợc một frame khối tối đa 1500 byte, nhng rất không hiệuquả nếu ký tự đơn dụng (single user characters) vào một khối các frame đơn lẻ.Tính không hiệu quả này còn gia tăng nếu frame đó phải vợt qua 1 cầu nối mạngWAN; trong trờng hợp xấu nhất với các frame ký tự đơn, năng suất truyền củamột liên kết 64 kbps chỉ khoảng 110 ký tự sử dụng/giây, nh vậy còn kém xa

tr-những kỹ thuật cũ nh tiêu chuẩn echoplex (một tiêu chuẩn truyền thống đối vớimáy tính, trong đó trạm thu báo nhận và xác thực việc thu nhận thông báo bằngcách phản hồi thông báo đó ngợc lại cho trạm phát ) hoặc X.25 Biện pháp khắcphục nhợc điểm này là hoặc thay đổi sang một giao thức hữu hiệu hơn mà tránh đ-

ợc các gói tin ký tự đơn hoặc dùng kỹ thuật nén lợc bớt để tránh những chi phí(overheads) không cần thiết Với lu lợng máy chủ đầu cuối, các hoạt động giaothức chính là để tránh TCP/IP, các TCP/IP có xu hớng làm sinh ra những gói tin

nh trên, trong đó các gói dữ liệu nhiều ngời sử dụng gồm 60-70 ký tự sử dụng đợctạo ra, nhờ đó làm tăng lợng tải hữu ích của cầu nối lên khoảng 60

Bảng 2.1 Frame của Ethernet.

Chuỗi kiểm tra frame 4

Kỹ thuật lợc bớt là kỹ thuật riêng (sở hữu) và thờng bao gồm việc di dời các

ký tự Ethernet PAD khỏi các gói tin ngắn và có thể nén các trờng địa chỉ Trong ví

dụ đã nói ở trên, kỹ thuật này làm tăng năng suất truyền lên khoảng 10 (hệ sốkhoảng 10) trên các liên kết mạng WAN tốc độ chậm Khi tốc độ của liên kết đợcnâng lên, tiến bộ này dần mất đi tác dụng vì chi phí xử lý và độ trễ xảy ra trên cầunối, để cho khi ở mức trên từ 256 đến 512 kbps nó không còn tác dụng nữa

Kỹ thuật nén có thể áp dụng cho trờng hợp các gói tin dữ liệu dài trong đó

có ít hoặc không có trờng đệm – padding để tháo bỏ Các thuật toán cũng lại đợc

sở hữu riêng, do đó các cầu nối nén từ các nhà cung cấp khác nhau không thểcùng làm việc Vả lại, có một chi phí xử lý quan trọng trên cầu nối làm giảm nănglực lọc/ gửi chuyển tiếp và làm tăng thêm độ trễ Kết quả là, kỹ thuật nén không

đợc khuyến dùng khi ở trên mức tốc độ từ 64 đến 256 kbps, tuỳ vào tỉ lệ xử lý củacầu nối – bridge trừ khi kỹ thuật nén phần cứng đợc sử dụng

 Kỹ thuật lọc thông filtering.

Kỹ thuật lọc thông là đợc sử dụng để ngăn lu lợng không cần thiết khỏi làmtắc nghẽn các cầu nối có độ rộng băng tần thấp và các Ethernet xa Có đôi khi kỹthuật đợc thực hiện bằng phơng tiện bìa lọc (filtering card) trên một – hubEthernet, hoặc bằng phơng tiện chuyển mạch Ethernet, nhng thờng nó phải đợcthực hiện bởi cầu nối Phần lớn các cầu nối đều có thể lọc các khối frame Ethernetvới tỉ lệ frame tối đa của mạng LAN (10Mbps), có nghĩa là 14881 frame trongmột giây, mặc dù nh đã chỉ ra ở phần trớc lợng tải cực đại trên một mạng Ethernetchỉ đạt đợc 30-80% độ rộng băng tần cho phép Việc lọc thông dựa trên các trờng

địa chỉ cho 802.3 trong trờng hợp mạng Ethernet với trờng kiểu (type field) thayvì trờng độ dài thì trờng này cũng có thể đợc dùng để chọn lựa các giao thức xác

định Có thể làm đúng nh vậy ở đâu mà các header SNAP hoặc IEEE 802.2 đợc sửdụng

Phần lớn việc lọc thông dựa trên sự nhận biết của cầu nối về địa chỉ củaMAC ở đâu có liên quan đến các cổng của nó Gắn với việc này là một bộ máy

đếm giờ, nhờ đó địa chỉ nào không đợc dùng trong khoảng thời gian dài hơn thờigian (tạm) ngừng đều đợc tự động bỏ qua Nhờ vậy ngời sử dụng có thể chuyểntrạm làm việc của họ từ mạng LAN này sang mạng LAN khác mà không phải đợilâu trớc khi trở lại với công việc từ vị trí mới Thời gian mặc định thông thờng là 5phút, nhng với các cầu nối mạng WAN cần đợc xác định một khoảng thời gian dàihơn do ngời sử dụng không thể nhanh chóng chuyển từ một điểm này sang điểmkhác Ngay cả những ngời sử dụng năng động nhất nh các nhà buôn lu động/những ngời sử dụng PC xách tay cũng không muốn khởi nhập ở một điểm mớitrong ít nhất là 1/2 giờ, do đó thời gian tạm ngừng (aging time out) cần đợc tănglên ít nhất là đến mức này nhằm ngăn chặn việc làm tràn các liên kết chậm với lulợng cho các địa chỉ bị bỏ qua vẫn còn ở trên mạng LAN cơ sở Trờng hợp không

có ngời sử dụng lu động, cần có một thời gian dài hơn một ngày để tránh nhiễuvào lúc khởi điểm của một ngày Việc xác định các địa chỉ thờng xuyên cho cácmáy chủ giúp giải quyết vấn đề này, trong đó còn duy trì một bộ máy đếm giờngắn (short timer)

Việc lọc thông chất một lợng tải lớn lên cầu nối, và tỉ lệ lọc thông cực đạithờng chỉ có thể đạt đợc khi cầu nối đang sử dụng một tiêu thức lọc đơn giản, ví

dụ nh một lớp/ loại địa chỉ Nơi mà một tiêu thức phức tạp đợc sử dụng, ví dụ nhvài lớp địa chỉ tách rời (disjoint address ranges), thì tỉ lệ lọc giảm do phải tiếnhành một vài thử nghiệm độc lập Vì lý do này đôi khi cần sử dụng các địa chỉ

Ethernet nhanh thay vì các địa chỉ MAC thực nếu khả năng có vấn đề đối với hoạt

động lọc

Tỉ lệ chuyển tiếp ít khi nghiêm trọng đối với các cầu nối của WAN vì độrộng băng tần khống chế số lợng các khối frame có thể chuyển qua, và chỉ có vẻquan trọng đối với các cầu nối đa cổng truyền với một số giao diện T1 (mạchplesiochronous 1,544 Mbps ở Mỹ) hoặc E1 (mạch plesiochronous 2,048 Mbps ởChâu Âu), nhng tỉ lệ lọc thông cần đạt tới năng suất truyền tối đa của một mạngLAN

2.3.2 Cây mở rộng – Spanning tree.

Để cho phép cấu hình nhanh các cây mở rộng của mạng WAN sau sự cố,nên loại khỏi cây mở rộng tất cả các cầu nối ở xa với chỉ một liên kết WAN đơn(đôi khi còn gọi là các điểm truy nhập lá) vì chúng không giúp gì cho các vònglặp định tuyến động mà còn làm chậm sự hội tụ Kiểu mạng đặc trng là mạngtrong đó có một số lớn các nhánh giảm đáng kể số lợng cầu nối tranh nhau làmgốc, cũng nh là làm giảm bớt những chậm trễ liên quan tới các liên kết liên tiếpchậm, nhờ đó giúp sử dụng các timer ngắn hơn Tác dụng cuối cùng có thể làgiảm bớt thời gian hội tụ xuống 1 hệ số là 10

Nếu việc vận chuyển OSI loại TP4 đang tiến hành trên một ngọn cùng mộtmạng kiểu cây mở rộng, khi đó các bộ định thời gian (timer) có thể cần chấp nhậncho thời gian cấu hình lại nếu các :session” không bị mất trong trờng hợp có sự cốcầu nối Các giá trị cần cho mục đích này lớn hơn nhiều so với các giá trị cho việctruyền dữ liệu thông thờng, do vậy phải ra quyết định xem duy nhất trừ cácsession quan trọng hơn hay là đạt đợc luồng lu chuyển tối đa dới các điều kiệnthông thờng

Spanning tree không thích hợp lắm cho việc tải lu lợng của mạng X.25 domột kết nối nội bộ đang hiện hữu, có thể dẫn đến kết quả là một cầu nối ở xatrong trạng thái ngng/đóng mà không nhận ra X.25

Một vấn đề nữa đối với cây mở rộng nảy sinh khi các cầu nối kết hợp cácphân đoạn của Ethernet, các phần này có các liên kết kiểu bộ lặp trong Trong tr -ờng hợp này nếu một bộ lặp bị tắt đi rồi bật lên khi các cầu nối đang ở trạng tháichuyển tiếp, một vòng lặp kín sẽ hình thành gây ra (các ) nhiễu Điều này chỉ cómột khả năng xảy ra trong quá trình duy trì và có thể đợc giải quyết bằng cách sửdụng một cầu nối thay vì bộ lặp repeater

2.4 Cầu nối định tuyến nguồn – Source route bridging – SRB.

Định tuyến nguồn – source routing là kỹ thuật thông thờng sử dụng trongcác môi trờng mạch vòng Token Ring của IBM Thay vì các cầu nối phải nhậnbiết các thiết bị nh trong kỹ thuật cầu nối trong suốt transparent bridging trong kỹthuật SRB các trạm đầu cuối, gửi đi các truyền phát để tìm ra tuyến dẫn tốt nhất

đến địa chỉ đích mong muốn, tiếp đó đa tuyến dẫn cần theo này vào frame TokenRing Các cầu nối Ethernet định tuyến (route) dữ liệu một cách trong suốt(transparently) và việc này có thể dẫn đến tình trạng các địa chỉ đợc truyền phát

và không đợc xác nhận cứ chạy vòng quanh mãi không dừng nếu có một vòng lặpnào đó trên mạng Có nghĩa là ở đâu nhiều tuyến dẫn cùng nối với các mạng LANvới nhau trong một mắt lới (mesh), cần có một số phơng tiện làm mất đi các vònglặp định tuyến đóng; việc này đợc thực hiện bằng cây mở rộng - spanning tree.Thuật toán spanning tree đợc xác định trong IEEE 802.ID ( nhng với các cấp độ/mức tải kiểm tra không tơng thích khác nhau); thuật toán này đa ra các quy tắccho cầu nối để tự xây dựng mình thành một cấu hình dạng cây mà không có vònglặp hữu hình nào Khi các cầu nối bắt đầu hoạt động, chúng đi vào một trạng tháingừng (bloking state), khi đó chúng không chuyển tiếp bất cứ dữ liệu nào nhng cógửi các khối dữ liệu giao thức cấu hình BPDU – bridge Protocol Data Unit– cácBPDU đợc sử dụng để quyết định một cầu nối gốc và các cổng gốc Cầu nối gốc làcác cầu nối có bộ định danh – identifier-trong BPDU có giá trị thấp nhất, trongkhi một cầu nối khác thu nhận các BPDU với định danh thấp hơn chính nó sẽ chỉ

ra cổng nhận BPDU có giá thấp làm cổng gốc và dùng việc gửi đi các BPDU

Điều này dẫn tới việc xác định đợc nhanh chóng các cầu nối gốc Tất cả các cầunối khác khi đó chuyển đi cấu hình BPDU tạo ra bởi cầu nối gốc với một trờng phí

đờng dẫn thay thế phí của cầu nối đang gửi chuyển tiếp Các cầu nối với phí đ ờngdẫn thấp nhất đi vào trạng thái chuyển tiếp (forwarding state), trong khi các cầunối khác đi vào trạng thái ngừng, do vậy với bất kỳ mạng Ethernet nhiều cầu nốinào chỉ cần nối có phí đờng dẫn thấp nhất tới tuyến dẫn mới đợc sử dụng Khi haihay nhiều cầu nối có cùng phí đờng dẫn, lúc đó quyền u tiên dựa trên địa chỉMAC hoặc đặc tính của cầu nối đợc đa ra để chọn xem cầu nối nào đợc u tiên hơnIEEE 802.ID quy định phí đờng dẫn nằm trong khoảng 1-65535, và đa ra mộtcông thức gợi ý để liên hệ chúng với tốc độ của phần/phân đoạn mạng LAN, nhngnhiều cầu nối cho phép những ngời sử dụng mạng đợc xác định giá trị riêng chomình Công thức IEEE đa ra phí đờng dẫn trên một phân đoạn (segment) là1000/tốc độ (Mbps)

Trớc khi một cầu nối có thể bắt đầu chuyển tiếp các khối dữ liệu, nó phải đi

từ trạng thái ngừng sang trạng thái “lắng nghe” trong đó nó chờ một phí đờng dẫnhơn nào đó, tiếp đó sau khi hết một quãng thời gian – timer nó chuyển sangtrạng thái nhận biết – learning state – trong trạng thái này nó cập nhật cơ sở dữliệu lọc của mình Khi hết một quãng thời gian tiếp theo nó bắt đầu gửi chuyển dữliệu Cầu nối gốc tiếp tục gửi các BPDU ở một tần số “xin chào” – Hello, để nếucác cầu nối không bắt đợc tín hiệu từ cầu nối gốc trong một chu kỳ, chúng coi là

có sự cố và bắt đầu tự động cấu hình lại IEEE gợi ý các timer mặc định nh ở bảng2.2

Cờ hiệu flags xử lý việc thay đổi về địa hình (học) về sự công nhận thay đổi

đó Các ID gốc và ID cầu nối là các địa chỉ MAC Độ dài tin báo – message age– thờng là một cách đếm bớc nhảy từ gốc và BPDU nào vợt quá độ dài tối đa đều

bị loại

Các spanning tree hoạt động tốt với các cầu nối cục bộ, nhng khi các cầunối ở xa qua một mạng WAN có liên quan chúng có thể lãng phí về độ rộng băngtần Nếu sự hồi phục đòi hỏi sự hiện diện của hai (hoặc hơn) cầu nối song hànhhoặc một mắt mạng có cấu hình tam giác thì spanning tree sẽ vô hiệu hoá nhiềucầu nối trong số đó Cũng cần thiết phải sử dụng một thuật toán phí đờng dẫn( nh thuật toán ở trên dựa trên tốc độ của phân đoạn – segment) mà thuật toánnày bảo đảm liên kết nhanh nhất trong số liên kết cho phép đợc a dùng hơn nhữngliên kết tốc độ chậm Sự lãng phí các tài nguyên đắt giá có thể đợc giảm đi tốithiểu bằng cách sử dụng phần mềm backup ISDN để cung cấp hệ thống tự hồiphục hơn là những đờng dây thuê bao và kết mắt mạng, hay là sử dụng các hệthống chia tải sở hữu riêng

Đối với các spanning tree trên diện rộng, cần phải đảm bảo cả cầu nối gốc

và các cầu nối đợc chỉ định cho mỗi mạng LAN là thích hợp để tận dụng tối u cácliên kết WAN có thể Điều này có nghĩa là ngăn các liên kết tốc độ chậm hơn làcác liên kết tốc độ cao Điều này thờng đồng nghĩa với việc xác định cả quyền utiên toàn diện cho mỗi cầu nối (khi cấu hình cầu nối cho phép) và các u tiên cổngtruyền đơn lẻ trên các cầu nối đa cổng truyền ở đâu những đặc điểm này thíchhợp, thờng là chính những đối tợng có mức u tiên thấp nhất lại đợc chọn trong khinhững đối tợng có mức u tiên cao hơn đi vào trạng thái ngừng

Lu lợng trên một cây nhịp hớng về gốc, vì vậy các cầu nối phải đợc cấuhình sao cho việc chọn lựa gốc phù hợp với dòng lu thông thực cần thiết Điều nàythờng có nghĩa là gốc phải là một cầu nối điểm trung tâm rộng Trái lại, cần đảmbảo rằng gốc không nằm ở một nhánh kép nhỏ địa phơng (dual-homed) đợc kếtnối trên các liên kết WAN chậm Bất cứ mức u tiên cầu nối nào đợc gán cho cũngphải đảm bảo trong phần lớn các tình huống có sự cố

Nhiều cầu nối có thể tránh khỏi một số tính không hiệu quả của spanningtree bằng cách xác lập các đờng dẫn song song giữa hai cầu nối thành một nhómmạch đơn vì các mục đích của spanning tree Điều này đợc dựa trên sự kết hợpxác định giữa các địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, sao cho một khối (vòng) lặp sẽ đ -

ợc tự động gửi tới thành viên nhóm mạch giống nh nó, ở đó nó sẽ đợc nhận dạng

Thời gian Hello 2

đang phải xếp sau các khối lu lợng dữ liệu ngời sử dụng – frames of user datatraffic Giảm độ trễ chuyển tiếp của cầu nối làm tăng khối lợng truyền phát trênmạng, nhng nếu chỉ có ít địa chỉ đích thì không thành và giúp cho các mạng hồiphục đợc xây dựng sao cho tất cả các cầu nối đều đợc sử dụng cùng một lúc, điềunày đặc biệt quan trọng trong khi có các liên kết mạng WAN Vấn đề chính đốivới SRB là các nhiễu loạn truyền phát có liên quan tới quá trình tìm ra tuyến (đ-ờng) dẫn

2.4.1 Tìm/ phát hiện định tuyến

Có hai chế độ phát hiện định tuyến cơ bản: Tìm hết và tìm đơn lẻ Trongmỗi trờng hợp, một trạm lúc đầu coi đích dự định của nó là ở trên cùng một mạngLAN nhng khi khối frame quay trở lại vì không đợc đọc, nó chuyển sang quátrình phát hiện ở chế độ ARB, trạm phát gửi đi một khối dữ liệu giao thức liên kết(LPDU – Link Protocol Data Unit), các LPDU này sau đó đợc gửi chuyển tiếptới mỗi cổng từ mỗi cầu nối trên mạng (vòng) Mọi cầu nối đều đa số hiệu –identify của nó vào frame trớc khi gửi chuyển tiếp, và sẽ bỏ qua bất kỳ frame nào

đã có số hiệu của nó rồi Sau đó, nó gửi trả một bản sao LPDU trên mỗi tuyến dẫnnày về địa chỉ nguồn mỗi LPDU theo đúng đờng dẫn gốc của mình; nguồn sau đólại lựa chọn router nào có độ trễ thấp nhất và đa nó vào mỗi khối tiếp sau mà đợcgửi bởi địa chỉ đích ở chế độ phát hiện đơn dẫn (có sử dụng các spanning treeexplorer), số lợng các frame đợc giảm đi một nửa bằng một tuyến dẫn xác định,rồi nhận lại nó theo các bớc giống nh trên Để thực hiện đợc nh vậy các cầu nốituyến dẫn nguồn phải đợc xác lập trong một cây nhịp cho qúa trình phát hiện; cóthể làm bằng cách thủ công hay tự động tuỳ theo chức năng hoạt động của cầu

nối Các cây nhịp thủ công /tự tạo không đợc khuyến dùng do mất mát dịch vụtrong trờng hợp có sự cố.

Cấu trúc của một khối Token Ring đợc cho ở dới đây, với trờng định tuyếnthông tin (RIF) là phần đợc tạo lập theo cách này

SD AC FC DA SA RIF DATA FCS ED FSVới:

SD là Start Delimiter – bắt đầu dấu phân cách

AC là Access Control - điều khiển truy nhập

FC là Frame Control – kiểm soát khung

DA, SA Destination/Source Address - địa chỉ đích/ nguồn

ED là End Delimiter – kết thúc dấu phân cách

FS là Frame Status – Trạng thái Frame

RIF và DATA cùng tạo nên trờng thông tin mạng Token Ring

Cấu trúc của RIF đợc mô tả nh sau:

ROUTE ROUTE ROUTE - ROUTE

CONTROL DESIGNATOR1 DESIGNATOR2 DESIGNATOR3 Mỗi bộ chỉ định tuyến dẫn – route designator gồm 4 bit số hiệu cầu nối và

1 số hiệu mạng 12 bit Trờng điều khiển tuyến dẫn gồm hai byte xác định kiểuLPDU

Kỹ thuật này cho thấy rõ là có thể chỉ cần tối đa 7 hop – số lần truyền góidữ liệu qua một bộ định tuyến trên một đờng dẫn, một thực tế rằng có thể nguyênnhân của các vấn đề trên các mạng lớn hơn Giới hạn này hạn chế hơn là lúc đầu,

do các giới hạn của mạng Token Ring tiêu chuẩn, xác định rằng một cầu nối chỉ

có 2 cổng Do vậy nếu các cầu nối đa cổng đợc sử dụng thì chúng phải đợc gắncho một ID thực mang bên trong Một hạn chế dễ thấy thứ hai là ID – số hiệucầu nối 4 bit chỉ cho phép 16 giá trị, trong khi đó một mạng có thể có nhiều cầunối hơn nữa Điều này thực tế không đáng ngại do chỉ cần phân biệt các cầu nốikhác nhau khi chúng đợc kết nối vào cùng một mạng Token Rings, hoặc trongmột vài sơ đồ riêng cần phân biệt cầu nối từ các nhà cung cấp khác nhau

Những vấn đề về hiệu năng hoạt động xảy ra là sự tắc nghẽn các liên kếtmạng WAN chậm do các nhiễu loạn truyền phát; và các tác động do các nhiễuloạn sau này lên các máy chủ yếu – low-powered servers

Các kỹ thuật để vợt qua những vớng mắc trên có hơi khác biệt tuỳ theochức năng của cầu nối Phần lớn các cầu nối có thể lọc trên các trờng địa chỉ và tr-ờng điều khiển tuyến dẫn – router control Một kỹ thuật nữa trên một số cầu nối

là xác lập một số đếm bớc nhảy tối đa trên mỗi cổng, sao cho RIF đợc hạn chếmột cách hiệu quả tới một giá trị nhỏ hơn 7 nhiều Kỹ thuật này rõ ràng chỉ hữuhiệu nếu tất cả các trạm nguồn ở vị trí khá gần các điểm đích của chúng Cácmạng LAN điển hình đợc xác lập trong các nhóm làm việc đáp ứng tiêu chí này,nhng với yêu cầu giao tiếp với một số máy chủ ở xa, trong trờng hợp đó mặt cấuhình – topology của mạng phải đợc thiết kế để làm đợc việc này bằng các bộ

định tuyến hop ngắn/ thấp – low hop routers NetBios là một giao thức quantrọng nhất giống nh vậy, với việc lu giữ /đệm tên name-caching và các bộ lọc tên

là những yếu tố then chốt

Thời gian phản hồi response time tối u qua một cầu nối mạng WAN nhiềuhop đòi hỏi phải giảm cỡ của khối/ khung frame trong các tiêu chuẩn của mạngLAN Cỡ khối frame thấp nhất đợc phần lớn các cầu nối công nhận là 516 byte,vaqf nên sử dụng cỡ này

2.4.2.Tơng tác SDLC/LLC2-Token Ring

Việc tơng tác- interworking- của IBM SNA trên một tổ hợp giữa mạngToken Ring và các liên kết SDLC nối tiếp đặt ra các vấn đề cụ thể mà thờng đợcgiải quyết bằng các cầu nối Vấn đề dễ thấy chỉ đơn giản là các giao thức khácnhau Cách đơn giản nhất để tải SDLC cùng lúc với các lu lợng mạng Token Ring

là bằng một hình thức gói gọn nhng cách khác hiệu quả hơn là chuyển đổi SDLC/LLC2 Nếu một máy chủ host ở xa muốn liên lạc qua mạng WAN bằng phơngthức SDLC tới một trạm làm việc trên một mạng vòng, thì sinh ra vấn đề về thờigian chết – timeout Cả hai SDLC sử dụng một máy đo thời gian phát tại T1, nh-

ng các giá trị áp dụng cho mạng vòng ngắn hơn nhiều so với SDLC có tính đến sựkhác biệt về tốc độ đờng truyền/ kênh dẫn Bằng cách sử dụng kỹ thuật chuyển

đổi SDLC/LLC2, nhiều rắc rối về thời gian chết có thể đợc loại bỏ “Session” củaLLC2 kết thúc ở cầu nối –bridge, để lại cho cầu nối phản ứng với mạng vòng ởmột phía và với SDLC ở phía kia, sao cho cả hai thiết bị đầu cuối đều có thể sửdụng những giá trị thời gian chết thông thờng mà không sợ mất mát session

2.4.3 Cầu nối giao tác – Translation bridging.

Một loạt các vấn đề khác nữa nổi lên khi một mạng chứa 1 số kiểu mạngLAN riêng biệt, ví dụ nh Token Ring và Ethernet Các cầu nối cấp độ MAC thông

thờng chỉ có thể liên kết các mạng LAN cùng kiểu, do vậy các cầu nối phiên dịch– translation bridges – bắt đầu bằng loại 8209 của IBM đã đợc phát triển, cáccầu này làm việc ở cấp độ liên kết lôgic bằng cách xem các địa chỉ frame hìnhthức IEEE tiêu chuẩn và chuyển đổi các khối frame từ hình thức này sang hìnhdạng khác ở một trong hai đầu của liên kết ở loại 8209 của IBM, tác vụ này chỉ

đợc thực hiện cho các cầu nối nội bộ, nhng các nhà cung cấp khác đã mở rộng nótới các cầu xa qua mạng WAN Kỹ thuật cầu nối phiên dịch tập trung vào bộ xử lýhơn các kỹ thuật thông thờng – processor intensive, do đó năng suất truyền có xuhớng thấp hơn và cũng xảy ra các vấn đề về bộ đệm do việc kết nối các mạngLAN ở tốc độ khác nhau

2.5 Nén trên cầu nối.

Chúng ta nên phân biệt 2 yếu tố thúc đẩy việc nén, chi phí tài chính và hiệunăng hoạt động, vì thờng có sự đánh đổi giữa hai yếu tố này Giảm độ rộng băngtần do việc nén sẽ tiết kiệm đợc các chi phí trực tuyến – online cost nếu nó chophép sử dụng một mạch độ rộng dải thấp, ví dụ 56/64 kbps thay vì 112/128 kbpsnhng lại có khả năng làm tăng phí cầu nối do nhu cầu có thêm bộ nhớ và năng l-ợng/ lực xử lý; trong khi hiệu năng hoạt động luôn nâng lên tới một tốc độ giớihạn Các yếu tố chi phí trên các mạng công cộng cũng đa đến việc phân biệt giữacác phơng pháp nén mà chỉ làm giảm số lợng ký tự và các phơng pháp làm giảmcả số lợng frame hoặc gói tin (đặc biệt với các mạng sử dụng router)

Với lu lợng tơng tác trong đó thời gian phản ứng là vấn đề chính, tiêu thức

để việc nén có ích là giảm thời gian truyền frame nhờ nén phải trội hơn thời gianchờ bị gia tăng do quá trình nén Thời gian chờ nén độc lập với tốc độ kênh/đ ờngtruyền, do đó khi tốc độ này tăng, không thể tránh khỏi đạt tới một điểm mà ở đóviệc nén trở nên phản tác dụng đối với thời gian phản ứng Tốc độ kênh – linecân bằng cao hơn nhiều so với kênh truyền tơng tác, do thời gian chờ tăng thêmchủ yếu có tác động nh một sự chậm trễ thờng xuyên mà không làm giảm năngsuất truyền Với việc nén phần mềm, tốc độ liên kết gộp có thể đợc hỗ trợ thờngchậm hơn nhiều so với tốc độ (đó) cho một lu lợng không bị nén Nén phần cứngnhanh hơn nhiều so với nén phần mềm và khiến cho kỹ thuật hiệu quả ở các tốc

độ cao hơn nhiều, ví dụ nh T1/E1

Có 3 kiểu nén chính :

 Nén riêng đầu mục

 Nén lợng tải thuê bao (pay load)

 Nén liên kết

2.5.1 Nén đoạn đầu

Kiểu nén này chủ yếu áp dụng cho những frame nhỏ có quan hệ lu lợng vớitơng tác và máy chủ server đầu cuối Lu lợng server đầu cuối thờng dẫn tới việccác ký tự sử dụng đơn đợc lồng trong một đầu mục TCP/IP 40 byte, đợc đa/nhétvào một frame mạng Ethernet cùng với đầu mục của Ethernet Nếu không có hìnhthức nén nào năng suất truyền của một liên kết mạng WAN là 19,2 kbps chỉkhoảng 35 ký tự sử dụng – user character, tơng đơng với 6 ngời đánh máy thànhthạo Việc bỏ kỹ thuật chèn vào Ethernet và kỹ thuật nén vào đoạn đầu TCP/IP cóthể tăng năng suất lên tới 100 ký tự sử dụng/ giây Khi các gói tin chứa hơn 64byte dữ liệu ( ngời sử dụng), thời gian xử lý tăng thêm cho việc nén đầu mục có

xu hớng bù trừ của việc giảm đầu mục Nén đầu mục TCP đợc thực hiện bởi mộtRFC (Request For Command) cho việc lồng ghép trong HDLC qua các liên kếtliên tiếp, do đó khả năng hoạt động liên kết/liên thông (interoperability) áp dụng

nh một phần của PPP (Point-to-Point Protocol)

2.5.2 Nén tải trọng – Payload compression.

Đối với các truyền phát tập tin, kiểu nén quan trọng đợc sử dụng là Payloadcompression Về nguyên tắc điều này có thể đợc thực hiện bằng kiểu nén tĩnhnhanh Nhiều cầu nối mạng WAN đa ra các thuật toán thuộc sở hữu riêng loại 2,

do loại này cho phép nén gấp đôi so với loại trớc Nhợc điểm của nó là thời gian

xử lý lâu hơn và cần bộ nhớ lớn hơn để giữ bộ từ điển tra cứu động Mức độ nén

có thể đạt đợc phụ thuộc chủ yếu vào cả kiểu dữ liệu và cài đặt Implementation

Các kiểu dữ liệu có khả năng nén cao nhất là văn bản, trong khi những kiểu

ít khả năng nhất là các ứng dụng mã nhị phân Tỉ lệ nén điển hình cho văn bản làkhoảng 3:1 nhng một số cầu nối có khả năng đạt đợc tỉ lệ 7:1 Khi tốc độ kênhtruyền tăng lên, ích lợi của việc nén dữ liệu bắt đầu bù trừ bởi chi phí xử lý có liênquan Các tốc độ kênh truyền đợc hỗ trợ hiện thời chủ yếu nằm trong khoảng 64tới 2048 kbps nhng nên tăng do ngày càng có các bộ xử lý mạnh hơn trên các cầunối – bridge

Payload compression cũng có thể đợc thực hiện phía ngoài, hoặc trong trìnhứng dụng dữ liệu gốc hoặc bằng một hộp nén riêng Nếu việc nén đợc thực hiệnbằng một trình ứng dụng, chẳng hạn PKZIP cho văn bản tệp của máy PC, khi đóviệc nén phụ thuộc bởi cầu nối có thể bị phản tác dụng