Tải bản đầy đủ
TỔNG QUAN MẠNG IP

TỔNG QUAN MẠNG IP

Tải bản đầy đủ

- Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng.
- Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể thực
thi được trong thực tế.
- Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau.
1.1.2 Ý nghĩa của đề tài
Việc nghiên cứu và xây dựng chương trình mô phỏng QoS mang lại ý nghĩa
quan trọng mạng ip. Cho thấy sự cần thiết phải nâng cao chất lượng dịch vụ để
phục vụ các ứng dụng tốt hơn của người dùng như: hội nghị,video... nhằm đưa
công nghệ ngày một tốt hơn và không thể thiếu trong đời sống.
1.1.3 Phương pháp nghiên cứu
Vấn đề cần quan tâm tới đó là phương pháp nghiên cứu khoa học của đề tài
giúp việc tiếp cận và giải quyết vấn đề đặt ra.
Bước 1: Thông qua các phương pháp tìm hiểu, thu thập tài liệu về QoS. Qua
các tài liệu thu thập được để tìm hiểu các lý thuyết về QoS, các kỹ thuật sử dụng
và công nghệ cần thiết. Khảo sát và phân tích các thông số để đưa ra ý tưởng xây
dựng mô hình phù hợp.
Bước 2: Từ các kiến thức ở bước 1 đi vào quá trình phân tích mô phỏng các
thông số của QoS.
Bước 3: Thông qua các thực nghiệm kịch bản mô phỏng hệ thống đưa ra
được kết quả.
1.2 Tổng quan mạng ip
Với nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội nên vấn đề kỹ thuật trong
mạng là mối quan tâm hàng đầu của các nhà tin học. Ví dụ như làm thế nào để
truy xuất thông tin một cách nhanh chóng và tối ưu nhất, trong khi việc xử lý
thông tin trên mạng quá nhiều đôi khi có thể làm tắc nghẽn trên mạng và gây ra
mất thông tin trên mạng một cách đáng tiếc.
Công nghệ IP và các ứng dụng của nó đã có những bước phát triển đột phá
trên phạm vi toàn thế giới. Mạng IP truyền thống dựa trên cơ chế cố gắng tối đa
BE (Best Effort) và nguyên tắc xếp hàng vào trước ra trước FIFO, các gói thông
tin được lưu giữ, chuyển đi không được đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.
Công nghệ IP đang được xây dựng như một hạ tầng cơ sở cho thế giới
11

Web, được dự đoán sẽ đóng vai trò quan trọng và có thể là chủ đạo trong tiến
trình phát triển của mạng công cộng và các mạng riêng. Sự chuyển dịch lưu
lượng mạng kinh doanh vào các mạng IP công cộng,bao gồm các mạng riêng ảo
(VPN) đã đem lại nhiều lợi ích cho các khách hàng kinh doanh như giảm các chi
phí,độ phức tạp trong công tác điều hành và các rủi ro về đầu tư. Tuy nhiên,sự
phát triển nhanh chóng của mạng IP đã đưa đến một số tồn tại đó là:
Sự tích hợp các lưu lượng đa phương tiện trên mạng IP nảy sinh các yêu
cầu quan trọng về chất lượng dịch vụ (QoS). Tất cả các các ứng dụng nhạy cảm
thời gian thực đòi hỏi một mạng có QoS cao hơn mạng IP QoS truyền thống dựa
trên cơ chế cố gắng tối đa BE sử dụng được cam kết mà các ứng dụng này có thể
đo, dự báo được. Hơn nữa, trong qua trình phát triển nhanh của mạng Internet, sự
cạnh tranh gay gắt đã đẩy giá cước tới mức quá thấp trên thị trường các dịch vụ
IP truyền thống. Vì thế quá trình nâng cấp mạng bị chậm lại do yêu cầu đầu tư
quá lớn. Trong vòng 25 năm qua, Internet đã phát triển từ mạng liên kết các nhà
nghiên cứu thành mạng quốc tế, thương mại toàn cầu.
8
1.3 Mô hình OSI
Những chương trình(Program)chỉ nói chuyện với lớp thứ bảy. Ứng
dụng(application), trong khi lớp”bên dưới“lớp đầu tiên là phương tiện truyền
thông mạng(ví dụ: dây Cable hoặc không khí, trong trường hợp những mạng
không dây). Cable mạng đôi khi còn được gọi là lớp 0 .

12

Hình 1.1:Mô hình tham khảo OSI
Bảy lớp có thể được nhóm thành ba nhóm: Application, Transport và
Network .
Network: những lớp của nhóm này là những lớp mức thấp mà có nhiệm vụ
truyền và nhận dữ liệu trên mạng .
Transport: lớp này với nhiệm vụ nhận dữ liệu đến từ mạng và biến đổi
chúng định dạng gần hơn tới định dạng dữ liệu mà chương trình có thể hiểu
được. Khi máy tính của bạn đang truyền dữ liệu, lớp này sẽ nhận dữ liệu và chia
chúng thành vài gói để truyền chúng lên mạng. Khi máy tính của bạn đang nhận
dữ liệu, lớp này sẽ nhận những gói đến và đặt chúng lại với nhau .
Application: những lớp mức cao này đặt dữ liệu vào trong định dạng dữ liệu
để chương trình sử dụng.
Dưới đây giải thích mỗi lớp trong mô hình OSI.
Lớp 7 – Application: lớp ứng dụng làm giao diện giữa chương trình mà
đang gửi hoặc đang nhận dữ liệu với“Nhóm giao thức”. Khi bạn Download hoặc
gửi Email, chương trình Email tiếp xúc lớp của nó .

13

Lớp 6 – Presentation: cũng được gọi là lớp chuyển. Lớp này biến đổi định
dạng dữ liệu được nhận từ lớp Application tới định dạng chung cho“Nhóm giao
thức“sử dụng. Ví dụ,nếu chương trình đang dùng trang mã không phải ASCII,
lớp này sẽ chịu trách nhiệm biến đổi dữ liệu nhận thành mã ASCII. Lớp này có
thể dùng để nén dữ liệu và thêm mã hoá. Việc nén dữ liệu cho phép tăng tốc độ
mạng bởi vì ít thông tin được gửi tới lớp bên dưới (lớp thứ 5). Nếu mã hoá được
sử dụng, tất cả thông tin giữa lớp 5 và lớp 1 sẽ được mã hoá và chúng sẽ chỉ được
giải mã trong lớp thứ 6 của máy tính tại vị trí cuối khác .
Lớp 5 – Session: Lớp này cho phép hai chương trình trong những máy tính
khác nhau để thiết lập giao dịch liên lạc. Trong giao dịch này hai chương trình
định nghĩa truyền dữ liệu như thế nào sẽ được làm, thêm vào đó những đánh dấu
quá trình vào dữ liệu được truyền. Nếu mạng bị lỗi,hai máy tính khởi động lại
việc truyền dữ liệu này từ đánh dấu nhận lần cuối cùng tốt nhất mà không phải
truyền lại tất cả dữ liệu một lần nữa. Ví dụ: bạn đang Download thư tín và mạng
của bạn bị lỗi. Thay vì việc tải lại tất cả thư lại một lần nữa, chương trình của bạn
sẽ tự động khởi động lại từ lần tải về tốt nhất lần cuối cùng. Chú ý không phải tất
cả giao thức đều có đặc điểm này .
Lớp 4 – Transport: Trên những mạng dữ liệu được chia thành nhiều gói.
Khi bạn đang truyền một file lớn, File này cắt thành nhiều gói nhỏ, và sau đó
máy tính tại vị trí nhận cuối cùng sẽ nhận những gói đó và đặt thành File quay trở
lại. Lớp Transport có nhiệm vụ nhận dữ liệu gửi từ lớp Session và chia chúng
thành những gói mà sẽ được truyền trên mạng. Tại máy tính nhận,lớp này có
nhiệm vụ đặt những gói theo thứ tự và chúng sẽ kiểm tra tính nguyên vẹn của dữ
liệu, thông thường việc gửi tín hiệu điều khiển tới thiết bị truyền được gọi là
Chấp nhận hoặc đơn giản nói rằng gói đã đến và dữ liệu còn nguyên vẹn. Lớp
này hoàn toàn riêng biệt với những lớp Application (lớp 5 tới 7) từ những lớp
Network (những lớp 1 tới 3).Những lớp Network có liên quan cho biết dữ liệu
được truyền và được nhận trên mạng như thế nào, có nghĩa là những gói dữ liệu
được truyền, trong khi những lớp Application liên quan tới những gì bên trong
những gói. Lớp 4, Transport, làm giao diện giữa hai nhóm đó.

14

Lớp 3 – Network: Lớp này có nhiệm vụ địa chỉ hoá gói, biến đổi những
địa chỉ Logic thành những địa chỉ vật lí, làm cho nó có khả năng để gói dữ liệu
tới đích của nó. Lớp này cũng có nhiệm vụ định hướng những gói sẽ dùng để đến
nơi đích, dựa trên những yếu tố như sự đi lại và những mức độ ưu tiên .
Lớp 2 – Data Link: Lớp này nhận những gói dữ liệu được gửi từ lớp
Network và biến đổi chúng thành những khung mà sẽ gửi ra tới phương tiện
truyền thông mạng, thêm vào những địa chỉ vật lí của Card mạng của máy tính,
những địa chỉ vật lí của Card mạng của máy tính đích, dữ liệu điều khiển và dữ
liệu Checksum (kiểm tra, hoặc cũng còn được gọi là CRC). Những khung được
tạo từ lớp này được gửi tới lớp Physical, ở đó khung sẽ được biến đổi thành
những tín hiệu điện(hoặc tín hiệu sóng điện từ,nếu bạn dùng mạng không dây).
Lớp Data Link trên máy tính nhận sẽ tính toán lại Checksum và kiểm tra, nếu
tính toán Checksum mới khớp với giá trị được gửi thì máy tính nhận sẽ gửi tín
hiệu Chấp nhận (Acknowledge) tới máy tính truyền dữ liệu. Ngoài ra máy tính
truyền sẽ phải truyền lại khung đó nếu như nó không đến đích hoặc những dữ
liệu bị hỏng .
Lớp 1- Physical: Lớp này lấy những khung được gửi từ lớp Data Link biến
đổi chúng thành những tín hiệu tương thích với phương thức truyền dữ liệu. Nếu
là sợi Cable kim loại được dùng để truyền dữ liệu thì nó sẽ biến đổi thành tín
hiệu điện. Nếu là sợi Cable quang được dùng thì nó sẽ biến đổi dữ liệu thành tín
hiệu ánh sáng. Nếu là mạng không dây được dùng thì nó sẽ biến đổi thành tín
hiệu điện từ trường. Khi dữ liệu được nhận, lớp này sẽ nhận tín hiệu và biến đổi
thành 0 và 1 để gửi chúng tới lớp Data Link, mà sẽ đặt khung quay trở lại và
kiểm tra tính toàn vẹn của nó .
1.3.1 Nguyên lý hoạt động của OSI
Mỗi lớp chỉ nói chuyện được với lớp trên và lớp dưới kế với nó. Khi máy
tính của bạn đang truyền dữ liệu, luồng thông tin là xuất phát từ chương trình tới
mạng(có nghĩa là đường dữ liệu đi từ đỉnh tới đáy), do đó chương trình nói
chuyện với lớp thứ bảy, tiếp theo truyền tới lớp thứ sáu và cứ như vậy. Khi máy
tính của chúng ta đang nhận dữ liệu, thì luồng thông tin sẽ từ mạng tới chương

15

trình (có nghĩa là đường dữ liệu sẽ từ đáy đi tới đỉnh) do đó mạng sẽ nói chuyện
với lớp thứ nhất sau đó truyền tới lớp thứ hai và cứ như vậy .
Khi dữ liệu được truyền, mỗi lớp thêm một vài thông tin điều khiển tới dữ
liệu mà nó được nhận từ lớp trên và khi dữ liệu được nhận thì quá trình xảy ra
ngược lại; mỗi lớp sẽ gỡ những thông tin điều khiển từ dữ liệu nhận được từ lớp
bên dưới .
Do vậy khi dữ liệu được gửi tới mạng, lớp thứ bảy nhận dữ liệu do chương
trình gửi tới và thêm những thông tin điều khiển của riêng nó và gửi gói dữ liệu
mới này tới lớp thứ sáu. Lớp thứ sáu sẽ thêm dữ liệu điều khiển riêng của nó vào
gói dữ liệu đã nhận được ở lớp thứ bảy và gửi gói dữ liệu sau khi thêm dữ liệu
điều khiển tới lớp thứ năm. Như vậy lớp thứ năm nhận được dữ liệu lúc này là dữ
liệu ban đầu đã được thêm những thông tin điều khiển dữ liệu của lớp thứ bảy và
lớp thứ sáu là cứ như vậy. Khi nhận dữ liệu quá trình diễn ra ngược lại, mỗi lớp
sẽ gỡ dữ liệu điều khiển của nó khỏi dữ liệu nhận được .
Mỗi lớp chỉ hiểu dữ liệu điều khiển mà nó nhận trách nhiệm. Khi lớp nhận
dữ liệu từ lớp trên nó không hiểu dữ liệu điều khiển được thêm vào từ lớp trên,
do đó nó chỉ hiểu dữ liệu mà nó nhận được chỉ là một gói dữ liệu đơn lẻ .
Trong hình 1.2 khi máy tính gửi dữ liệu đi như thế nào tới mạng. Mỗi số
thêm vào dữ liệu ban đầu đại diện cho dữ liệu điều khiển được thêm vào từ lớp
đó. Mỗi lớp xử lí gói mà nó nhận được từ lớp trên như là một gói dữ liệu đơn lẻ
mà nó không cần phân biệt dữ liệu trong đó gồm những gì .

16

Hình 1.2: Qúa trình gửi dữ liệu
Mỗi lớp của máy tính truyền sẽ nói chuyện trực tiếp với cùng lớp của máy
tính nhận. Ví dụ: lớp thứ tư của máy nhận dữ liệu sẽ nói chuyện trực tiếp tới lớp
thứ tư của máy truyền dữ liệu. Chúng có có thể nói được như vậy bởi vì dữ liệu
điều khiển được thêm vào từ mỗi lớp thì chỉ có cùng lớp của máy nhận mới có
thể hiểu được.
1.3.2 TCP/IP và mô hình OSI
Từ khi TCP/IP được dùng cho hầu hết mọi giao thức trên mạng hiện nay,
điều này dẫn đến sự tương quan giữa giao thức TCP/IP với mô hình OSI. Điều
này có khả năng giúp hiểu tốt hơn cả mô hình OSI với giao thức TCP/IP.
Mô hình tham khảo OSI có bảy lớp, TCP/IP, nói một cách khác, là chỉ có
bốn lớp, do đó một vài lớp của giao thức TCP/IP sẽ đại diện cho nhiều hơn một
lớp trong mô hình OSI .
Hình 1.3 về mối tương quan giữa mô hình OSI với giao thức TCP/IP

17

Hình 1.3: Cấu trúc TCP/IP
Cũng như mô hình OSI, trong giao thức TCP/IP khi dữ liệu truyền, chương
trình nói chuyện với lớp Application sau đó kế tiếp tới lớp Transport, tiếp theo
tới lớp Internet và cuối cùng tới lớp Network Interface, mà sẽ truyền những
khung dữ liệu lên phương tiện truyền đại chúng (như Cable,không khí ...).
TCP/IP không phải tên của một giao thức riêng biệt mà nó là “Cụm giao
thức“, có nghĩa là nó là một tập hợp những giao thức. Mỗi giao thức riêng biệt
được dùng trong cụm TCP/IP làm việc trong những lớp khác nhau. Ví dụ TCP là
giao thức làm việc trong lớp Transport, trong khi IP là giao thức làm việc ở lớp
Internet .
Nó có khả năng có nhiều giao thức trong một lớp. Chúng sẽ không gây sự
tranh chấp với nhau bởi vì chúng được dùng trong những nhiệm vụ khác nhau.
Ví dụ: khi bạn gửi ra bên ngoài những Email, chương trình Email nói chuyện với
giao thức SMTP nằm ở lớp Application. Sau đó giao thức này,sau khi xử lí
những Email nhận được từ chương trình, gửi chúng tới lớp bên dưới là Transport.
Tại đó, dữ liệu sẽ được xử lí bởi giao thức TCP. Khi bạn truy cập tới những trang
Web, chương trình duyệt Web cũng sẽ nói chuyện với lớp Application, nhưng lúc
này nó lại dùng giao thức khác, HTTP, là một giao thức có nhiệm vụ xử lí việc
lướt Web.
Dưới đây là giải thích tóm tắt những lớp của cụm giao thức TCP/IP.
Application: chương trình nói chuyện với lớp này. Có một vài giao thức
khác nhau có thể được dùng ở lớp này, phụ thuộc vào chương trình bạn sử dụng.

18

Thông dụng nhất bao gồm giao thức HTTP(cho lướt Web), SMTP(để gửi và
nhận thư Email ) và FTP ( để truyền những File ).
Transport: transport trong mô hình tham khảo OSI là hoàn toàn hợp lệ cho
lớp Transport của TCP/IP. Hai giao thức khác nhau được dùng trong lớp này đó
là: TCP(Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol). TCP
được dùng để truyền dữ liệu của người dùng (như lướt Web và Email) trong khi
UDP được dùng để cho dữ liệu điều khiển quá trình truyền.
Internet: Lớp Network trong mô hình OSI cũng hợp lệ với lớp Internet của
TCP/IP. Có một vài giao thức có thể được dùng trong lớp này nhưng hay sử dụng
hơn cả chính là giao thức IP .
Network Interface: Lớp này có nhiệm vụ gửi dữ liệu tới phương tiện truyền
thông. Bên trong lớp này sẽ phụ thuộc vào kiểu mạng của bạn. Nếu dùng mạng
Ethernet ( hầu hết mạng dùng kiểu này), bạn sẽ tìm thấy ba lớp Ethernet(LLC,
MAC và Physical - LLC được viết từ Logic Link Control và MAC được viết tắt
từ Media Access Control) bên trong lớp TCP/IP này. Lớp Physical của mạng
Ethernet phù hợp với lớp Physical của mô hình OSI, trong khi hai lớp khác (LLC
và MAC ) lại phù hợp với lớp Data Link trong mô hình OSI.
1.4 Ưu và nhược điểm của mạng IP
1.4.1 Ưu điểm
Trong định tuyến các router IP sẽ dùng thuật tóan SPF (Shortest Path Firstvào băng thông và hop count của đường đi) để tính toán đường đi ngắn nhất cho
lưu lượng, giảm độ trễ của lưu lượng khi mạng hoạt động bình thường
1.4.2 Nhược điểm
Do cơ chế định tuyến đường ngắn nhất (shortest path routing), khi lưu
lượng trên mạng quá tải, các luồng lưu lượng vẫn được tính toán đi trên đường
ngắn nhấo đó tắt nghẽn là không tránh khỏi trong khi một số đường vẫn không
được sử dụng. việc sử dụng băng thông trong mạng không hiệu quả
Do IP có hoạt động ở lớp 3 nên tốc độ chuyển mạch gói tin chậm.
Do sự phức tạp tính toán định tuyến các gói tin IP tại mỗi router mà tốc độ hội tụ sẽ
chậm
Khi sử dụng kết nối qua mạng WAN, ta không thể sử dụng TCP/IP do tốc độ hội
19

tụ chậm cùng với việc header IP lớn qua mạng đường dài sẽ làm tốn băng thông.
Khó khăn trong quá trình điều khiển lưu lượng.
Để có thể chuyển tiếp gói tin đi trên mạng, các router phải kiểm tra địa chỉ
đích và so sánh trong bảng định tuyến và xác định chặn tiếp theo của lưu
lượng.họat động này làm tăng thời gian gói tin trễ của IP chỉ cung cấp dịch vụ
Best effort, có nghĩa là khi hàng đợi cho chặn tiếp theo quá dài, gói tin sẽ bị trễ
hay khi hàng đợi quá đầy, IP router cho phép hủy gói. Việc tăng thời gian trễ và
mất dữ liệu là không thể dự đoán được. Với nhược điểm này yêu cầu cung cấp
QoS trong mạng là vấn đề cần thiết.

20

CHƯƠNG 2
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP VÀ CÁC THÀNH PHẦN
QoS TRONG MẠNG IP
2.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ
Chất lượng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa chính xác, bởi
vì nhìn từ góc độ khác nhau ta có quan điểm về chất lượng dịch vụ khác nhau. Ví
dụ như với người sử dụng dịch vụ thoại chất lượng dịch vụ cung cấp tốt khi thoại
được rõ ràng, tức là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến động
trễ. Nhưng giá trị tham số mất gói thông tin về một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể
chấp nhận được. Nhưng giả dụ, đối với khách hàng là người sử dụng trong truyền
số liệu ở ngân hàng thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, họ có thể chấp nhận trễ
lớn, độ biến động trễ lớn, nhưng thông số mất gói, độ bảo mật kém thì họ không
thể chấp nhận được .v.v..
Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng
đảm bảo QoS cung cấp cho người sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì
mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng
hóc thiết bị hay lỗi liên kết, v..v. QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng.
Chất lượng dịch vụ chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, vì chỉ
người sử dụng mới có thể biết được chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt
động tốt. Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự động biết được mạng cần phải
cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung
cấp từ người quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra
QoS cần thiết cho một ứng dụng của người sử dụng. Để giải quyết vấn đề đó nhà
cung cấp và khách hàng họ lập ra một bản cam kết, trong đó nhà cung cấp phải
thực hiện đầy đủ cung cấp các thông số thoả mãn chi tiết bản cam kết đặt ra. Còn
phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ điều khoản của mình.
Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì người sử dụng
ít phải xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN, được tối ưu cho
thoại, không cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả
các cuộc gọi đều được đảm bảo QoS như đã được quy định trong các chuẩn liên
quan cho điện thoại.
21