Đồ án Thiết kế và tổ chức các mạng

ền thông đến tầng trên cùng của mạng năm-tầng nói đến trong Hình 1.11. Một thông điệp M được sản xuất bởi một quá trình ứng dụng chạy ở tầng 5 và gởi tầng 4 truyền tải. Tầng 4 đặt một đầu tựa (header) trước thông điệp để nhận dạng thông điệp và đưa kết quả đến tầng 3. Đầu tựa chứa đựng thông tin điều khiển, chẳng hạn một chuỗi số, cho phép tầng 4 trên máy nhận giao thông điệp theo thứ tự đúng nếu các tầng dưới không duy trì thứ tự. Trong một số tầng, các đầu tựa còn có kich cỡ, thời gian và các trường điều khiển khác. Trong nhiều mạng, không có hạn chế kích cỡ của thông điệp được truyền tải trong giao thức tầng 4, nhưng gần như luôn có một giới hạn áp đặt bởi giao thức tầng 3. Hậu quả là tầng 3 phải chia thông điệp đến thành các đơn vị, gói tin, đặt đầu tựa tầng 3 cho mỗi gói tin. Trong ví dụ này, M được chẻ ra thành hai phần M1 và M2. Tầng 3 quyết định những dòng nào xuất đi để dùng và đưa các gói tin qua tầng 2. Tầng 2 không chỉ thêm một đầu tựa cho từng mảnh mà còn thêm một phần đuôi và đưa đơn vị kết quả cho tầng 1 để truyền tải vật lý. Tại máy nhận, các thông điệp lại di chuyển hướng lên từ tầng này lên tầng khác với các đầu tựa được tháo gỡ. Chẳng có đầu tựa cho các tầng bên dưới n nào được đưa lên tầng n. Điều quan trọng của Hình 1.11. là mối liên hệ giữa truyền thông ảo với thật và sự khác nhau giữa giao thức với giao diện. Các quá trình đồng đẳng (peer) trong tầng 4 chẳng hạn, được quy ước rằng sự truyền thông của chúng là “đi ngang", dùng giao thức tầng 4. Từng sự truyền thông giống như là có một thủ tục xứ lý "gởi đến bờ bên kia và lấy từ bờ bên kia" dù cho các thủ tục này thật sự giao tiếp với các tầng bên dưới qua giao diện 3/4 chứ không phải bờ bên kia. Khái niệm trừu tượng về quá trình đồng đẳng là cực kì quan trọng đối với mọi thiết kế mạng. Với việc sử dụng nó, các nhiệm vụ thiết kế mạng phức tạp có thể được tách thành một số nhiệm vụ nhanh hơn, quản lý được các vấn đề thiết kế, gọi là thiết kế riêng từng lớp. Mặc dù phần 3. là “Phần mềm mạng", nó đã chỉ ra rằng các lớp thấp bên dưới của hệ các tầng được cài đặt tuần tự trong phần cứng hay phần mềm cứng hóa. Chương 4: CáC MÔ HìNH THAM CHIếU Chúng ta đă biết các mạng phân thành nhiều tầng. Dưới đây chúng ta sẽ bàn về hai kiến trúc mạng quan trọng: Mô hình liên hệ OSI và mô hình liên hệ TCP/IP. 1. Mô hình tham chiếu OSI Mô hình OSI được mô tả trong Hình 1.16 (trừ môi trường vật lý). Mô hình này dựa trên đề nghị của ISO (Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế) xem đó như bước đầu chuẩn hóa quốc tế các giao thức sử dụng trong nhiều tầng. Nó được gọi là mô hình liên hệ OSI của ISO (OSI: Open System Interconnection – giao nối với các hệ mở) vì nó xử trí việc kết nối các hệ mở (các hệ thống mở ra để truyền thông với các hệ khác). Chúng ta thường gọi là OSI. Mô hình OSI có bảy tầng. Nguyên tắc xây dựng bảy tầng này như sau: 1/ Một tầng phải được tạo ra tại nơi mà một mức trừu tượng khác cần đến. 2/ Mỗi tầng phải thực hiện một chức năng xác định trước. 3/ Chức năng của mỗi tầng phải được chọn lựa qua việc định nghĩa các giao thức chuẩn hóa quốc tế. 4/ Ranh giới của tầng phải được chọn để giảm thiểu dòng thông tin ngang qua các giao diện. 5/ Số tầng phải đủ lớn để các chức năng phân biệt không cần dồn hết thảy trên cùng một tầng khi không cần thiết, và đủ nhỏ để kiến trúc không trở nên kềnh càng. Sau đây chúng ta sẽ bàn đến từng tầng, bắt đầu từ tầng dưới cùng. Chúng ta cần nhớ rằng bản thân mô hình OSl không phải là một kiến trúc mạng vì nó không chỉ định chính xác các dịch vụ và giao thức được sử dụng trong từng tầng. Nó chỉ gọi ra tầng nào làm việc mà thôi. Tuy nhiên, ISO cũng định ra các chuẩn cho tất cả các tầng dù chúng không phải là bộ phận của bản thân mô hình tham chiếu. Mỗi tiêu chuẩn được công bố như một chuẩn quốc tế riêng. Hình 1.16. Mô hình liên hệ OSI Tầng vật lý (Physical Layer) Tầng vật lý liên quan đến việc truyền tải các bit lên trên kênh truyền thông. Các vấn đề thiết kế phải bảo đảm khi một bên gửi một bit 1, bên kia nhận một bit 1 chứ không phải là một bit 0. Câu hỏi thường đặt ra là phải dùng bao nhiêu volt để biểu thị 1 và bao nhiêu cho 0, bao nhiêu micro giây để truyền một bit, khi nào sự truyền tải có thể xử lý đồng thời theo cả hai chiều, cuộc kết nối đầu tiên được thiết lập như thế nào và mất đi ra sao khi hai bên đều hoàn tất, và bộ cắm nối của mạng có bao nhiêu chân và mỗi chân dùng để làm gì. Các vấn đề thiết kế ở đây có liên quan đến cơ học, điện học, các giao diện có tính thủ tục, và các phương tiện truyền tải vật lý nằm dưới tầng vật lý. Tầng liên kết kết dữ liệu (Data Link Layer) Nhiệm vụ chính của tầng liên kết dữ liệu là giữ khả năng truyền tải thô và biến đổi dữ liệu vào một đường mà đường đó xuất hiện không có các lỗi truyền tải không thể phát hiện, đến tầng mạng. Nó hoàn thành nhiệm vụ này bằng cách nơi gửi ngắt dữ liệu nhập thành các khung dữ liệu (data frame) khoảng vài trăm hay vài ngàn bytes), truyền tải tuán tự các khung và xử lý các khung báo nhận (acknowledgement frame) gửi về từ nơi nhận. Do tầng vật lý chỉ chấp nhận và truyền tải dòng bit mà không để ý đến ý nghĩa hay cấu trúc, từng tầng liên kết dữ liệu tạo và nhận biết các biên của khung. Vĩệc này có thể hoàn thành bằng cách gán các mẫu bit đặc biệt nơi bắt đầu và nơi kết thúc khung. Nếu các mẫu bit có thề bị sai lệch trong dữ liệu, cần chú ý bảo đảm các mẫu đó không bị dịch sai như chỗ gián đoạn khung. Một đột nổ nhiễu trên đường truyền có thể phá hủy hoàn toàn một khung. Trong trường hợp này, phần mềm trên tầng liên kết dữ liệu ở máy gốc có thể truyền lại khung ấy. Tuy nhiên, sự truyền tải nhiều lần một khung dẫn đến khả năng trùng lặp các khung. Một khung trùng lặp có thể được gửi nếu khung báo nhận ở máy nhận hồi âm về máy gửi cho biết là khung đã bị mất. Tầng này giải quyết các vấn đề do các khung hư hỏng mất mát và trùng lặp gây ra. Một vấn đề khác phát sinh trong tầng liên kết dữ liệu (và hầu hết các tầng bên trên) là cách giữ một nơi truyền tải nhanh lấn áp một nơi nhận chậm. Phải dùng một vài cơ chế điều chỉnh sự chuyển dịch để cho nơi truyền biết trong một lúc nơi nhận có bao nhiêu vùng đệm chứa tin (buffer). Thông thường sự chỉnh luồng và việc quản lý lỗi sai hợp nhất với nhau. Nếu đường có thể dùng để truyền tải dữ liệu theo cả hai chiếu, phần mềm tầng liên kết dữ liệu phải giải quyết những vấn đề mới. Vấn đề ở chỗ các khung báo nhận biết cho giao vận từ A đến B tranh giành với các khung dữ liệu của giao vận B đến A, vì thế người ta đã nghĩ ra giải pháp thông minh piggybacking, ta sẽ bàn về giải pháp này sau. Các mạng quảng bá gặp phải một vấn đề nữa trong tầng liên kết dữ liệu là: làm sao truy cập kiểm soát kênh dùng chung. Một tầng con đậc biệt của tầng liên kết dữ liệu, tầng con truy cập phương tiện, sẽ giúp giải quyết vấn đề này. Tầng mạng (Network Layer) Tầng mạng liên quan đến việc kiểm soát thao tác của subnet. Một vấn dề thiết kế quan trọng là xác định xem có bao nhiêu gói tin được đưa ra từ gốc đến đích. Các đường đi có thể dựa trên các bản tĩnh "nối vào mạng bằng dây” và ít thay đổi, chúng còn có thể được xác định lúc bắt đầu mỗi cuộc đối thoại, chẳng hạn ở đọan đầu cuối. Sau hết, chúng có tính động cao, được xác định lần nữa cho từng gói tin, để phản ánh việc tải trên mạng hiện hành. Nếu đang có nhiều gói tin trong subnet cùng một lúc, chúng sẽ đi vào lấn đường nhau, hình thành cái “cổ chai". Việc kiểm soát sự tắc nghẽn như thế cũng nằm trong tầng mạng. Thường có vài hàm kế toán được xây dựng trong tầng mạng. ít nhất, phần mềm phải đếm xem có bao nhiêu gói tin hay kí tự hay bit do từng khách hàng đã gửi đi, để lập hóa đơn. Khi một gói tin đi qua biên giới quốc gia với hối xuất từng bên, việc tính toán trở nên phức tạp. Khi một gói tin phải đi từ mạng này tới mạng khác để tìm đích đến, có thể phát sinh nhiều vấn đề. Việc định địa chỉ ở nơi thứ hai có thể khác với mạng trước. Mạng thứ hai có thể không chấp nhận toàn bộ gói tin vì nó quá lớn. Các giao thức cũng có thể khác nhau…Tầng mạng phải khắc phục tất cả những vấn đề ấy để cho phép các mạng cấu tạo khác nhau có thể giao nối với nhau. Trong các mạng quảng bá, vấn đề chọn đường đơn giản hơn, do đó tầng mạng thường mỏng hoặc không tồn tại. Tầng giao vận (Transport Layer) Chức năng cơ bản của tầng giao vận là chấp nhận dữ liệu từ tầng phiên (session layer), tách thành các đơn vị nhỏ hơn nếu cần, đưa chúng qua tầng mạng và bảo đảm tất cả các mảnh tin đều đến đúng đầu cuối bên kia. Hơn nữa, tất cả phải được thực hiện hiệu quả và theo cách tách biệt các tầng bên trên từ những thay đổi không tránh được trong công nghệ phần cứng. Dưới các điều kiện bình thường, tầng giao vận tạo một kết nối mạng phân biệt đối với từng kết nối cần có ở tầng phiên. Tuy nhiên, nếu kết nối giao vận đòi hỏi thông lượng cao, tầng giao vận có thể tạo nhiều kết nối mạng để tăng thông lượng. Mặt khác, nếu việc tạo lập hay bảo trì một kết nối mạng đắt tiền, tầng giao nhận có thể đa hình một số kết nối giao vận trên cùng một kết nối mạng để giảm chi phí. Trong mọi trường hợp, tầng giao vận đòi hỏi phải làm cho việc đa hình trở nên rõ ràng cho tầng phiên. Tầng giao vận cũng xác định loại dịch vụ để cung cấp cho tầng và sau đó là người sử dụng mạng. Kiểu kết nối giao vận phổ biến nhất là một kênh nối điểm không lỗi giao các thông điệp hay byte theo thứ tự gửi đi. Các loại dịch vụ giao vận khác là giao vận các thông điệp tách biệt mà không bảo đảm thứ tự giao, quảng bá các thông điệp tới nhiều nơi nhận. Loại dịch vụ được xác định khi thiết lập kết nối. Tầng giao vận là tầng đầu- cuối- đến- đầu- cuối, từ nguồn đến đích. Nói cách khác, một chương trình trên máy nguồn tiếp tục đối thoại với một chương trình tương tự trên máy đích, dùng các đầu tựa thông điệp và các thông điệp điều khiển. Trong các tầng thấp hơn, các giao thức chỉ có giữa mỗi máy với láng giềng trực tiếp của nó, không phải với các máy nguồn và đích sau cùng, có thể phân cách bằng nhiều bộ chọn đường (router). Sự khác nhau giữa tầng 1 đến tầng 3 vốn nối chuỗi với nhau, và các tầng 4 đến tầng 7 là quan hệ đầu- cuối- đến- đầu- cuối, được minh họa trong hình 1.16. Nhiều máy host đa chương trình cho phép có nhiều kết nối vào và ra khỏi host. Cần có một cách nào đó để cho biết các thông điệp đi theo các kết nối. Đầu tựa giao vận là nơi có thể đặt các thông tin này. Bổ sung cho việc đa hình một số luồng thông điệp lên trên một kênh, tầng giao vận phải chú ý tới việc thiết lập và hủy bỏ các kết nối xuyên qua mạng. Cần có một số cơ chế đặt tên sao cho mỗi quá trình trên một máy có một cách mô tả nó muốn đối thoại với ai. Đó cũng phải là một cơ chế điều chỉnh luồng thông tin sao cho một host nhanh không chạy tràn lên một host chậm. Một cơ chế như thế gọi là điều khiển luồng (flow control), đóng vai trò quan trọng trong tầng giao vận và các tầng khác. Flow control giữa các host phân cách với các flow control giữa các bộ chọn đường dù ta áp dụng các nguyên tắc tương tự cho chúng. Tầng phiên (Session Layer) Tầng phiên cho phép người dùng trên các máy khác nhau có thể thiết lập những phiên giữa chúng. Một phiên cho phép giao vận các dữ liệu thông thường như tầng giao vận làm nhưng cũng cung ứng các dịch vụ nâng cao hữu ích trong một số ứng dụng. Một phiên có thể được dùng để cho phép người dùng đăng nhập vào một hệ chia sẻ thời gian từ xa hay để truyền tải một tập tin giữa hai máy. Một trong những dịch vụ của tầng phiên là quản lý điều khiển đối thoại. Các phiên có thể cho phép giao thông theo hai chiều. Nếu việc giao thông chỉ có thể đi một chiều trong một lúc thì tầng phiên có thể theo dõi ai quay về. Một dịch vụ khác của tầng phiên là quản lý thẻ bài (token management). Đối với một số giao thức, đòi hỏi cả hai bên cùng không quan tâm đến một thao tác trong cùng một lúc. Để quản lý hoạt động này, tầng phiên cung cấp các token có thể chuyển đổi. Chỉ phía lưu giữ token có thể thực hiện các thao tác tới hạn. Một dịch vụ phiên khác nữa là đồng bộ hóa (synchronization). Hãy xem xét các vấn đề có thể xảy ra khi truyền tải một tập tin lâu hai giờ giữa hai máy với thời gian nghẽn trung bình một giờ. Sau khi mỗi truyền tải bị hụt, toàn bộ việc truyền tải phải thực hiện lại và có thể tiếp tục mất lần nữa. Để giảm sự cố này, tầng phiên cung cấp một cách để chen các điểm kiểm tra vào dòng dữ liệu sao cho sau một lần nghẽn, chỉ có dữ liệu sau điểm kiểm tra này phải lập lại. Tầng trình diễn (Presentation Layer) Tầng trình diễn thực hiện một số chức năng cần thiết cho phép tìm một giải pháp tổng quát cho các vấn đề hơn là để từng người dùng giải quyết vấn đề. Đặc biệt, không như các tầng thấp hơn chỉ quan tâm tới các bit tin cậy từ nơi này tới nơi khác, tầng trình diễn liên quan tới cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin truyền tải. Ví dụ điển hình cho một dịch vụ trình diễn là mã hóa dữ liệu theo một chuẩn thỏa thuận. Hầu hết các chương trình sử dụng không chuyển đổi các chuỗi bit nhị phân ngẫu nhiên, chúng chuyển đổi các sự vật như tên người, tổng số tiền, hóa đơn…Các mục tin ấy được biểu diễn theo chuỗi kí tự, số nguyên, dấu chấm động và các cấu trúc dữ liệu tạo nên từ các mục tin đơn giản hơn. Các máy tính khác nhau có các mã biểu diễn ký tự khác nhau (ASCII, UNICODE), các số nguyên (bù một hay bù hai…). Để có thể truyền thông các máy tính có các hệ biểu diễn khác nhau, các cấu trúc dữ liệu được chuyển đổi có thể được định nghĩa theo một cách trừu tượng theo một mã hóa chuẩn được dùng trên dây dẫn. Tầng trình diễn quản lý các cấu trúc dữ liệu trừu tượng ấy và chuyển đổi từ biểu diễn trong máy sang biểu diễn chuẩn của mạng và ngược lại. Tầng ứng dụng (Application Layer) Tầng ứng dụng chứa nhiều giao thức cần thiết khác nhau. Thí dụ có cả trăm kiểu thiết bị đầu cuối không tương thích trên thế giới. Hãy xem tình huống của một bộ soạn thảo toàn màn hình, giả sử làm việc trên mạng với nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau, mỗi kiểu có những bố trí màn hình khác nhau về việc chèn và hủy văn bản, di chuyển con trỏ v.v... Một cách để giải quyết vấn đề này là xác định một thiết bị đầu cuối ảo trên mạng (Network virtual terminal) mà trình soạn thảo và các chương trình khác có thể viết trên đó. Để quản lý mỗi kiểu đầu cuối, một phần mềm nhỏ phải được viết để ánh xạ các chức năng của thiết bị đầu cuối ảo của mạng lên trên thiết bị đầu cuối thực sự. Thí dụ, khi bộ soạn thảo di chuyển con trỏ của thiết bị đầu cuối ảo lên góc trái trên cùng màn hình, phần mềm này sẽ đưa ra chuỗi lệnh thích ứng thiết bị đầu cuối để đưa con trỏ đến đó. Tất cả các phần mềm đầu cuối ảo đều nằm trong tầng ứng dụng. Một chức năng khác của tầng ứng dụng là truỵền tải tập tin. Các hệ thống tập tin khác nhau có những quy ước đật tên khác nhau, các cách biểu diễn dòng văn bản khác nhau … Việc truyền tải một tập tin giữa các hệ thống khác nhau đòi hỏi quản lý chúng và các bất tương thích khác. Công việc này cùng nằm trên tầng ứng dụng khi thực hiện email, nhập công việc từ xa, xem thư mục, nhiều tính năng vạn năng, chuyên dụng khác. Truyền tải dữ liệu trong mô hình OSI Hình 1.17 trình bày một thí dụ về cách dữ liệu truyền tải với mô hình OSl. Quá trình gửi có một số dữ liệu muốn gửi đến quá trình nhận. Nó đưa dữ liệu đến tầng ứng dụng, kế tiếp gắn đầu tựa ứng dụng, AH (có thể là null) trước mặt nó và cho kết quả đến tầng trình diễn. Tầng trình diễn có thể biến đổi mục tin này theo nhiều cách khác nhau và có thể bổ sung một đầu tựa trước mặt, cho kết quả lên tầng phiên. Một điều quan trọng cần phải nhận thấy là tầng trình diễn không biết dữ liệu được gửi đến cho nó từ đâu do tầng ứng dụng cho là AH, nếu có, và có đúng là dữ liệu người dùng hay không. Quá trình này được lặp lại cho đến khi dữ liệu đến tầng vật lý, nơi đó chúng thật sự được truyền tải đến máy nhận. Trên máy ấy, các đầu tựa khác nhau bị tách bỏ từng cái khi thông điệp lan tỏa lên các tầng cho đến khi đến nơi tại quá trình nhận. ý tưởng chính xuyên suốt là mặc dầu việc truyền tải dữ liệu thực sự theo chiều dọc (trong Hình l.17). Mỗi tầng được lập trình như là đi ngang. Thí dụ, khi tầng giao vận lấy một thông điệp từ tầng phiên, nó gán một đầu tựa giao vận và gửi nó đến tầng giao vận nhận. Từ góc độ của nó, sự việc nó phải thật sự cầm thông điệp đến tầng mạng trên máy mình chỉ mang tính kỹ thuật không quan trọng. Hình 1.17. Một thí dụ về cách dùng mô hình OSI. Một số đầu tựa có thể null 2. Mô hình tham chiếu TCP/IP Bây giờ chúng ta sẽ chuyển sang một mô hình tham chiếu được dùng với tổ phụ của các mạng máy tính; ARPANET, và người kế vị nó, lnternet toàn cầu. Chúng ta sẽ đề cập đến lịch sử ARPANET sau. ARPANET là một mạng nghiên cứu được Bộ quốc phòng Mỹ bảo trợ. Nó thường xuyên kết nối hàng trăm trường đại học và cơ quan chính phủ, dùng đường dây điện thoại thuê bao. Sau này khi các mạng vệ tinh và radio được bổ sung, các giao thức đang tồn tại đã gây ra nhiều vấn đề rắc rối với chúng, vì thế cần thiết phải có một kiến trúc liên hệ mới. Khả năng kết nối nhiều mạng với nhau theo cách liền mối là một trong những mục đích thiết kế chính ngay từ lúc đầu. Kiến trúc này về sau được biết như là mô hình liên hệ TCP/IC, sau hai giao thức ban đầu của nó. Bộ quốc phòng Mỹ lo lắng rằng một số host-router và cổng liên mạng (gateway) có thể tan thành từng mảnh trong phút chốc. Một mục tiêu nữa là mạng có khả năng cứu sống việc mất mát phần cứng subnet với các cuộc đối thoại đã có không bị mất. Nói cách khác, Bộ quốc phòng muốn các cuộc kết nối còn nguyên vẹn suốt thời gian các máy nguồn và đích đang thực hiện chức năng, dù chỉ một số đường truyền tải hay các máy ở giữa đột nhiên ngưng hoạt động. Hơn nữa, cần một kiến trúc linh hoạt khi dự kiến có các ứng dụng với những yêu cầu phân tán, xếp từ việc truyền tải các tập tin đến sự truyền tải tiếng nói thời gian thực. Tầng Internet (Internet Layer) Tất cả các nhu cầu trên dẫn đến sự chọn lựa một mạng chuyển gói (packet switching) dựa trên tầng liên mạng không hướng kết nối. Tầng này, gọi là tầng Internet, là yếu tố lưu giữ hết thảy toàn bộ kiến trúc với nhau. Công việc của nó là cho phép các máy tính chủ (host) truyền các gói tin vào bất cứ mạng nào và chúng giao vận độc lập đến nơi nhận (trên một mạng khác). Chúng có thể đến theo một thứ tự khác với thứ tự được gửi, một tầng cao hơn sắp xếp chúng lại nếu có yêu cầu giao đi. Chúng ta nên nhớ từ "Internet" ở đây theo nghĩa chung, dù tầng này cũng hiện diện trong mạng Internet. Tương tự với hệ thư tín, một người có thể bỏ một xấp thư quốc tế vào hộp thư tại một nước và nếu gặp may mắn, hầu hết các bức thư sẽ được giao đến đúng địa chỉ ở nước nhận. Các lá thư này sẽ đi qua một hoặc nhiều trạm thư tín quốc tế trên đường đi, nbưng người dùng không thấy được điều này. Hơn nữa, mỗi nước (tức là mỗi mạng) lại có những con tem, kích cỡ bao thư ưa thích riêng của mình, và các nguyên tắc giao chuyển thì người dùng không thể thấy được. Tầng Internet xác định một dạng thức gói tin và giao thức chính thức mang tên là IP (Internet Protocol - giao thức liên mạng). Công việc của tầng liên mạng là giao đi các gói tin IP ở nơi chúng giả sử được đi. Vấn đề chính ở đây là việc chọn đường cho gói tin cũng như tránh tắc nghẽn. Vì thế có thể nói rằng tầng liên mạng TCP/IP có chức năng rất giống với tầng mạng OSI. Hình 1.18 nêu lên sự tương ứng giữa hai mô hình này. OSI TCP/IP APPLICATION 7 6 5 4 3 2 1 APPLICATION PRESENTATION (NOT PRESENT IN THE MODEL) SESSION TRANSPORT TRANSPORT NETWORK INTERNET DATA LINK HOST-TO-NETWORK PHYSICAL Hình 1.18. Mô hình liên hệ TCP/IP Tầng giao vận (Transport Layer) Tầng bên trên của tầng liên mạng trong mô hình TCP/IP thường được gọi là tầng giao vận (Transport Layer). Nó được thiết kế để cho phép các thực thể đồng đẳng trên các host nguồn và đích tiến hành đối thoại. Tầng giao vận OSI cũng vậy. Tại đây người ta định nghĩa hai giao thức đầu-cuốí-đến-đầu-cuối. Thứ nhất, TCP (Transmission Control Protocol - giao thức điều khiển truyền tải) là giao thức hướng-kết-nối tin cậy nhằm cho phép một lượng byte trên một máy được giao đi không có lỗi đến bất kỳ một máy nào khác trong liên mạng. Nó phân đoạn lượng byte đến thành các thông điệp rời nhau và chuyển từng thông điệp đó lên tầng liên mạng. Tại đích, quá trình TCP nhận tái hợp thông điệp nhận vào luồng xuất liệu. TCP cũng quản lý điều khiển dòng để chắc chắn một nơi gửi nhanh không thể tràn nơi nhận chậm bằng nhiều thông điệp hơn nó có thể quản lý. Giao thức thứ hai trong tầng này là UDP (User Datagram Protocol – giao thức tín hiệu người dùng) là một giao thức thiếu tin cậy không-kết-nối đối với các ứng dụng không muốn dãy TCP hay điều khiển luồng và muốn tự cung cấp. Các vấn tin yêu cầu hồi âm kiểu one-shot, client/server và các ứng dụng, trong đó việc nhắc giao đi quan trọng hơn việc giao đi chính xác, cùng được dùng rộng rãi như truyền audio nói hay video. Quan hệ của IP, TCP và UDP được vẽ trong hình 1.19. Từ khi mô hình này được phát triển, IP đã được cài đặt trên các mạng khác. Hình 1.19. Các giao thức và mạng trong mô hình TCP/IP ban đầu Tầng ứng dụng (Application Layer) Mô hình TCP/IP không có các tầng phiên hay tầng trình diễn. Kinh nghiệm rút ra từ mô hình OSI đã chứng minh việc không có các tầng này là đúng bởi chúng ít được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng. Trên cùng của tầng giao vận là tầng ứng dụng. Nó chứa tất cả các giao thức bậc cao hơn. Những giao thức đầu tiên gồm có: một đầu cuối ảo (TELNET), truyền tải tập tin (FTP) và thư điện tử (SMTP) như trong Hình 1.19. Giao thức đầu cuối ảo cho phép một người dùng trên một máy đăng nhập vào một máy ở xa và làm việc ở đó. Giao thức truyền tải tập tin cung cấp một cách di chuyển dữ liệu hiệu quả từ máy này đến máy khác. Thư điện tử nguồn gốc chỉ là một truyền tải tập tin nhưng sau đó một giao thức chuyên biệt đã được phát triển. Nhiều giao thức khác đã được bổ sung qua nhiều năm, chẳng hạn Domain Name Service (DFS) để ánh xạ các tên host với các địa chỉ mạng của chúng. NNTP, giao thức dùng để di chuyển các khoản tin tức và HTTP, giao thức dùng để tìm các trang trên WWW và nhiều giao thức khác. Tầng host-to-network Bên dưới tầng liên mạng là một khoảng trống lớn. Mô hình liên hệ TCP/IP không bàn nhiều về việc chuyện gì xảy ra ở đây, thay vì chỉ ra rằng host phải kết nối với mạng bằng một số giao thức để nó có thể gửi các gói tin IP lên đó. Giao thức này không được định nghĩa và thay đổi từ host đến host và từ mạng đến mạng, ít tài liệu về mô hình TCP/IP bàn về nó. 3. So sánh mô hình OSI và TCP Các mô hình OSI và TCP/IP có nhiều điểm chung. Chúng đều dựa trên khái niệm về chồng giao thức độc lập. Chức năng của các tầng gần giống nhau. Thí dụ trong cả hai mô hình các tầng lên đến tầng giao vận ở đó cung ứng tầng giao vận mạng độc lập đầu-đến-đầu-cuối để xử lý truyền thông. Các tầng ấy tạo nên bộ cung cấp giao vận. Cũng vậy, các tầng bên trên giao vận là hướng- ứng-dụng của dịch vụ giao vận. Tuy nhiên ngoài những điểm giống nhau cơ bản ấy, hai mô hình này có nhiều khác biệt. Dưới đây chúng ta sẽ tập trung vào các khác biệt cơ bản giữa hai mô hình liên hệ này. Cần lưu ý rằng chúng ta đang so sánh các mô hình liên hệ chứ không phải so sánh các chồng giao thức tương ứng. Giao thức sẽ được nói đến sau. Các khái niệm trung tâm của mô hình OSI: l/ Dịch vụ. 2/ Giao diện. 3/ Giao thức. Trong mô hình OSI, ba khái niệm này được phân tách rõ rệt. Mỗi tầng thực hiện một số dịch vụ cho tầng bên trên nó. Định nghĩa dịch vụ (service) cho biết tầng ấy làm gì, không nói đến các thực thể trên nó truy cập nó hay các tầng làm việc như thế nào. Giao diện của tầng cho biết các quá trình bên trên nó truy cập đến nó như thế nào, chỉ định nbững tham số (parameter) nào và mong muốn kết quả nào. Nó không nói gì về cách làm việc bên trong tầng. Cuối cùng, các giao thức đồng đẳng dùng trong một tầng là “việc kinh doanh" riêng của tầng. Có thể dùng bất kỳ giao thức nào khi muốn, miễn sao công việc chạy là được (tức là cung cấp các dịch vụ có sẵn). Cũng có thể thay đổi chúng mà không ảnh hưỏng gì đến phần mềm ở các tầng bên trên. Các ý tưởng này rất phù hợp với các ý tưởng hiện đại về lập trình hướng đối tượng. Một đối tượng, như một tầng, có một tập phương pháp (thao tác) xử lý bên ngoài đối tượng có thể được viện dẫn. Ngữ nghĩa của các phương pháp định nghĩa tập hợp các dịch vụ mà đối tượng cung cấp. Các tham số và kết quả của phương pháp hình thành giao diện của đối tượng. Mã bên trong đối tượng là giao thức của nó và không hiển hiện cho thấy cũng như không liên quan gì đến bên ngoài đối tượng. Mô hình TCP/IP về cơ bản không phân cách rõ ràng giữa dịch vụ, giao diện và giao thức, dù mọi người đã cố gắng làm cho nó giống OSI hơn. Thí dụ, chi có các dịch vụ thực do tầng liên mạng cung cấp là SEND ID PACKET và RECEIVE ID PACKET (gửi và nhận gói tin IP). Kết quả là các giao thức trong mô hình OSI được che khuất tốt hơn trong mô hình TCP/IP và có thể dễ dàng thay thế một cách tương đối khi thay đổi công nghệ. Khả năng lập các thay đổi như thế là một trong các mục đích chính để có các giao thức tầng đầu tiên. Mô hình liên hệ OSI được nghĩ ra trước khi phát minh ra các giao thức. Thứ tự này hàm ý là mô hình đã không nghiêng về một tập giao thức đặc biệt nào, trái lại nó khá tổng quát. Mặt trái của thứ tự đó là các nhà thiết kế không có nhiều kinh nghiệm với chủ đề và không có ý tưởng tốt về việc đặt chức năng nào trong tầng nào. Để thí dụ, tầng liên kết dữ liệu chỉ ứng xử với các mạng nối điểm. Khi các mạng quảng bá đến xung quanh một tầng con thì mới phải bị đưa vào mô hình, khi mọi người khởi sự xây dựng một mạng thực bằng mô hình OSl cùng với các giao thức đã có, người ta khám phá ra rằng chúng không khớp với những đặc tả dịch vụ yêu cầu, nên các tầng con hội tụ phải được phép lên trên mô hình để cung cấp một chỗ nhằm lập trang trên các tầng khác. ủy ban OSI mong muốn từ đầu là mọi công ty sẽ có một mạng do chính quyền quản lý và dùng các giao thức OSI, không nghĩ là để gửi cho liên mạng. Sự việc không xảy ra như vậy. Với TCP/IP thì ngược lại: các giao thức đến trước và mô hình thực sự chỉ là một mô tả của các giao thức có sẵn. Các giao thức phù hợp một cách hoàn chỉnh với mô hình. Chỉ có một rắc rối là mô hình không phù hợp với bất kỳ chồng giao thức nào. Kết quả là nó không đặc biệt hữu ích để mô tả các mạng không TCP/IP khác. Một khác biệt rõ ràng nữa giữa hai mô hình là số tầng. OSl có bảy tầng, TCP/IP có bốn tầng. Cả hai đều có các tầng mạng (liên mạng), giao vận, và ứng dụng, nhưng các tầng khác thì khác nhau. Một khác nhau nữa trong lĩnh vực truyền thông không-kết-nối với hướng-kết- nối. Mô hình OSI cung ứng cả hai truyền thông trong tầng mạng, nhưng chỉ có truyền thông hướng-kết-nối trong tầng giao vận (vì người dùng thấy được dịch vụ giao vận). Mô hình TCP/IP chỉ có một chế độ trong tầng mạng (không-kết-nối) nhưng cung ứng cả hai chế độ trong tầng giao vận, cho người dùng chọn lựa. Sự chọn lựa này đặc biệt quan trọng đối với các giao thức yêu cầu trả lời (request- respond). Chương 5: VàI Mạng tiêu biểu Có nhiều mạng đang điều hành khắp thế giới. Một số là các mạng công cộng được quản lý bởi các nhà cung cấp chung hay PTT, các mạng khác là những mạng nghiên cứu, còn nữa là những mạng hợp tác của những người dùng chúng cũng như còn có những mạng thương mại hay của các công ty. Sau đây chúng ta sẽ xem xét một số mạng để có một số hiểu biết về chúng và phân biệt chúng khác nhau ra sao. Các mạng khác nhau về quá trình, sự quản lý, các khả năng đóng góp, việc thiết kế kỹ thuật, và các cộng đồng sử dụng. Quá trình và sự quản lý có thể biến đổi từ một mạng được hoạch định cẩn thẩn bởi một tổ chức đơn độc với một mục tiêu xác định rõ cho một tập hợp đặc biệt các máy tính được kết nối với một máy khác qua nhiều năm mà không cần một kế hoạch chính hay sự quản lý trung ương nào. Các hạ tầng cơ sở có sẵn thay đổi từ truyền thông quá trình-quá trình đến email, truyền tải tập tin, đăng nhập từ xa và thực thi từ xa. Các thiết kế kỹ thuật có thể khác nhau về phương tiện truyền tải, các thuật toán nhận dạng và chọn đường, số và nội dung của các tầng hiện diện và các giao thức. Cuối cùng, cộng đồng người dùng oó thể thay đổi từ một công ty riêng lẻ đến tất cả các nhà khoa học máy tính trên thế giới công nghiệp hóa. Trong các phần sau, chúng ta sẽ xem một vài thí dụ. Có sản phẩm trọn gói liên mạng LAN thương mại thông dụng là Novell Netware, mạng Internet toàn cầu (kể cả tiền thân của nó, ARPANET và NSFNET) và các mạng gigabit đầu tiên. 1. Novell Netware Hệ thống mạng phổ biến nhất trong thế giới máy tính cá nhân là Novell Netware. Nó được thiết kế để dùng bởi các công ty muốn thay một máy mainframe bằng mạng các máy PC. Trong các hệ thống như thế, mỗi người dùng có một máy PC để bàn, có chức năng như một client (khách). Thêm vào là một số máy PC mảnh thao tác như server {máy chủ}, cung cấp các tập tin dịch vụ cơ sở dữ liệu và các dịch vụ khác cho một tập hợp các client. Nói cách khác, Novell Netware dựa trên mô hình client/server (khách/chủ). Netware dùng một chồng giao thức độc quyền minh họa trong Hình 1.20. Nó lấy dựa trên hệ Xerox Network System (XNS) cũ có nhiều tu chỉnh. Novell NetWare có trước OSI và không dựa trên đó. Nó giống TCP/IP hơn OSI . Layer Application Transport Network Data Link Physical SAP File Server … NCP SPX IPX Ethernet Token Ring ARCnet Ethernet Token Ring ARCnet Hình 1.20. Mô hình liên hệ Novell Netware Các tầng vật lý và liên kết dữ liệu có thể được chọn lựa theo các tiêu chuẩn công nghệ khác nhau gồm EtherNET, IBM token ring, và ARC NET. Tầng mạng chạy một giao thức liên mạng không-kết-nối, không tin cậy gọi là IPX (lnternet Packet eXchange - chuyển đổi gói tin liên mạng), nó chuyển các gói tin đi qua một cách rõ ràng từ gốc đến đích dù cho gốc và đích ở trên các mạng khác nhau. IPX có chức năng tương tự như IP, ngoại trừ nó dùng các địa chỉ 12-byte thay vì 4- byte. Bên trên IPX có một giao thức giao vận hướng kết nối gọi là NCP (Network Core Protocol - giao thức xuyên mạng). NCP cũng cung cấp nhiều dịch vụ khác bên cạnh việc giao vận dữ liệu người dùng và thực sự là trái tim của NET Ware. Một giao thức thứ hai SPX (Sequenceđ Packet eXchange) cũng có hiệu lực nhưng chỉ cung ứng giao vận. TCP là một tùy chọn khác. Các ứng đụng có thể chọn bất cứ giao thức nào. Hệ thống tập tin sử dụng hệ thống NCP và Lotus Node cũng dùng SPX chẳng hạn. Nó không có các tầng phiên và tầng trình diễn. Nhiều giao thức ứng dụng hiện diện trong tầng ứng dụng. Như trong TCP/IP, mấu chốt của kiến trúc toàn thể là gói tin datagram lnternet ở trên cùng mọi cái được xây dựng khác. Dạng thức của một gói tin IPX được nêu trong hình 1.21. Trường checksum hiếm khi sử dụng, vì tầng liên kết dữ liệu dưới nền cũng cung cấp một checksum. Trường Packet Length chọ thấy chiều dài toàn bộ gói tin, đầu tựa, cộng với dữ liệu. Trường Transport control đếm xem gói tin đã đi qua bao nhiêu mạng. Khi vượt quá cực đại, gói tin bị ngắt quãng. Trường Packet type được dùng để đánh dấu các gói tin kiểm soát khác nhau. Hai địa chi, mỗi cái chứa một số hiệu mạng 32 bits, một số hiệu máy 48 bits (địa chỉ LAN 802) và địa chỉ cục bộ 16 bits (socket - phích cắm) trên máy này. Sau cùng, chúng ta có đữ liệu, chiếm phần còn lại của gói tin, với kích cỡ cực đại được xác định bởi mạng nền bên dưới. Khoảng một lần một phút, mỗi server quảng bá một gói tin cho địa chỉ của nó và cho biết các dịch vụ nào được cung cấp. Những quảng bá này sử dụng giao thức SAP (Service Advertising Protocol - giao thức quảng cáo dịch vụ). Các gói tin được thấy và thu thập theo những quá trình đại lý đặc biệt đang chạy trong các máy chọn đường. Các đại lý dùng thông tin chứa trong chúng để xây dựng cơ sở dữ liệu của các server đang chạy ở đó. Hình 1.21. Gói tin IXP của Novell Netware Khi một máy client khởi động, nó quảng bá một yêu cầu đòi hỏi một server gần nhất. Đại lý (agent) trên máy chọn đường cục bộ thấy yêu cầu này, nhìn vào cơ sở dữ liệu của các server và so khớp yêu cầu với server tốt nhất. Sự chọn lựa máy chủ để dùng sau đó được gửi về cho máy khách. Máy client nay có thể thiết lập một kết nối NCP với một server. Dùng kết nối này, rnáy chủ và máy khách thường lượng kích cỡ gói tin cực đại. Từ đấy client có thể truy cập hệ thống tập tin và các dịch vụ khác bằng cách nối này. Nó còn có thể hỏi tin trong cơ sở dữ liệu của server để xem ở các server khác xa hơn. 2. ARPANET Bây giờ chúng ta hãy chuyển hướng từ các LAN đến các WAN. Vào giữa những năm 1960, ở đỉnh cao của chiến tranh lạnh, Bộ quốc phòng Mỹ muốn có một mạng thống lĩnh và kiểm soát có thể chịu được qua một cuộc chiến tranh nguyên tử. Các mạng điện thoại chuyển mạch truyền thống được xem như quá dễ bị tấn công vì việc mất mát của một đường dẫn hay mạch chuyển chắc chắn sẽ chấm dứt mọi cuộc đối thoại sử dụng chúng và có thể một phần nào đó của mạng. Bộ quốc phòng Mỹ giao việc giải quyết vấn đề này cho Viện nghiên cứu (Advanced Research Project Agency) sau là DARPA và bây giờ là Cơ quan về các đề án nghiên cứu dự án hiện đại. ARPA được thiết lập để đáp lại việc Liên Xô phóng tàu con thoi vào nâm 1957 và có nhiệm vụ nâng cao công nghệ hữu ích cho quân sự. ARPA không có những nhà khoa học hay những phòng thi nghiệm, tức là không có gì hơn một văn phòng và một ngân sách nhỏ theo tiêu chuẩn của Lầu Năm Góc. Nó đã thực hiện công việc của mình bằng cách chu cấp hoặc hợp đồng với các trường đại học và các công ty có những ý tưởng nhiều triển vọng cho nó. Vài tài trợ lúc đầu đã dành các đại học để nghiên cứu ý tưởng chuyển mạch gói, đôi điều đă được Paul Baran đề nghị trong loạt báo cáo của RAND Cooperation ấn hành vào đầu thập niên 1960. Sau một số thảo luận với nhiều chuyên gia, ARPA quyết định mạng của Bộ quốc phòng cần phải làm một chuyển rẽ gói, bao gồm một subnet và các máy host. Hình 1.22. Thiết kế ARPANET gốc Subnet có thể gồm các máy mini như lMP (lnterface Message Professor – bộ xử lý thông điệp giao diện) kết nối với các đường truyền tải. Để độ tin cậy cao, mỗi lMP sẽ kết nối ít nhất với hai IMP khác. Subnet là một datagram subnet nên nếu một số đường dẫn và IMF bị phá hủy, các thông điệp có thể tự đổi theo các đường dẫn khác. Mỗi nút của mạng chứa một IMF và một host, trong cùng phòng, kết nối bởi một đường dây ngắn. Một host có thể gửi các thông báo dài đến 8063 bits cho IMP của mình, kế đó sẽ ngắt thành những gói tin nhiều nhất là l008 bits và chuyền độc lập đến nơi nhận. Mỗi gói tin được nhận toàn bộ như trước khi chuyển đi, nên subnet là mạng chuyển rẽ gói lưu-trữ-rồi-chuyển-đi điện tử đầu tiên. Tiếp đó ARPA gọi thầu xây dựng subnet. Có 12 công ty đấu thầu. Sau khi thầm định tất cả các đề nghị, ARPA chọn BBN, một hãng tư vấn ở Cambridge, Massachusetts và vào tháng 12 năm 1968, ký một hợp đồng xây dựng subnet và viết phần mềm subnet. BBN chọn dùng các máy mini DDP-316 đã tu chỉnh đặc biệt với bộ nhớ 12K, các từ 16 bit như các IMP. IMP không có đĩa vì các phần di chuyển xem như không tin cậy. IMP được giao nối với các đường dẫn 56 kbps do các công ty điện thoại cho mướn. Phần mềm được tách thành hai phần: subnet và host. Phần mềm subnet chứa đầu cuối của kết nối host và IMP, giao thức IMP - lMP và một giao thức nguồn IMP đến đích IMP để tăng độ tin cậy. Thiết kế ARPANET gốc được vẽ trong Hình l.22. Bên ngoài subnet, phần mềm cũng cần thiết, đầu cuối host của kết nối host-lMP. Giao thức host-host và phần mềm ứng dụng. PBN sớm cảm thấy rằng khi nó đã chấp nhận một thông điệp trên một dây dẫn host-IMP rồi đặt nó lên dây dẫn host-IMP nơi nhận, công việc được thực hiện. Nhằm xử trí vấn đề phần mềm host, Lany Robert của ARPA triệu tập các nhà nghiên cứu mạng hầu hết là sinh viên tốt nghiệp tại Snowbird bang Utah vào mùa hè 1969. Các sinh viên tốt nghiệp mong một số chuyên gia mạng giải thích sự thiết kế mạng và phần mềm của nó cho họ rồi gán từng người công việc viết phần mềm của nó: Họ sửng sốt khi không có chuyên gia mạng nào và chẳng có thiết kế lớn nào. Họ phải hình dung ra công việc của mình, ấy thế mà bằng cách này hay cách khác một mạng thí nghiệm đã được thực thi vào tháng 12/1969 với bốn nút tại UCLA, UCSB, SRl, và đại học Utah. Các nút ấy được chọn tất cả vì có một số lớn hợp đồng của ARPA, và tất cả đều có những máy host khác nhau và hoàn toàn không tương thích. Mạng phát triển nhanh và sớm bao trùm nước Mỹ khi nhiều IMP được giao thêm và cài đặt. Hình 1.23 cho thấy ARPANET phát triển trong 3 năm đầu nhanh như thế nào. Hình 1.23. Sự phát triển của ARPANET (a) 1211969 (ó) 7/1990 (c) 3/1991 ld) 411972 (e) 9/1972 Sau này phần mềm IMP được thay đổi cho các đầu cuối kết nối trực tiếp đến một IMP riêng biệt gọi là TIP (Terminal lnterface Professor - bộ xử lí giao diện đầu cuối), không cần phải đi qua một host. Những thay đổi phân đoạn có chứa nhiều host cho một IMP (để tiết kiệm), các host nói chuyện với nhiều IMP (để bảo vệ chống việc mất IMP) và các host- IMP cách nhau một khoảng xa (để giúp cho các host xa với subnet). Để giúp thêm cho sự phát triển ARPANET non trẻ, ARPA còn tài trợ nghiên cứu các mạng vệ tinh và mạng radio gói tin di động. Một chứng minh nổi tiếng, một xe tải lái quanh California dùng mạng radio gói tin để gửi thông điệp cho SRl đi lên ARPANET để đến bờ Đông nước Mỹ, nơi đó chúng được vận chuyển đến trường đại học ở London trên mạng vệ tinh. Việc này cho phép một nhà nghiên cứu trong xe dùng một máy tính ở London khi lái xe quanh California. Thử nghiệm này cũng chứng minh rằng các giao thức ARPANET đang có không thể chạy trên nhiều mạng. Quan sát ấy dẫn đến nhiều nghiên cứu về giao thức và dẫn đến việc phát minh các giao thức TCP/IP và TCP/IP được thiết kế đặc biệt để vận dụng truyền thông trên các liên mạng, có đôi điều quan trọng tăng hơn và càng nhiều mạng hơn được đưa lên ARPANET. Để khuyến khích chọn dùng các giao thức mới này, ARPANET tặng một số hợp đồng cho BBN và đại học California ở Berkeley để tích hợp chúng vào Berkerlay unIPs. Các nhà nghiên cứu ở Berkerlay phát triển một giao diện chương trình tiện lợi hơn cho mạng (phích cắm) và đã viết nhiều ứng dụng trình tiện ích và những chương trình quản lý làm cho việc lắp mạng dễ hơn. Việc định thời gian thật hoàn hảo. Nhiều đại học chỉ có được một máy tính VAX thứ hai hay thứ ba và một LAN để kết nối chúng, nhưng không có phần mềm lập mạng. Khi 4.2 BSD đến với TCP/IP, các socket và nhiều trình tiện ích mạng, gói tin đầy đủ đã được chọn dùng tức thì. Xa hơn, với TCP/IP, các LAN dễ dàng kết nối với ARPANET và nhiều mạng khác cũng vậy. Năm 1983. ARPANET đã vững vàng và đầy đủ với trên 200 IMP và hàng trăm host. Vào lúc này, ARPA quay về việc quản lý mạng trên DCA (Cơ quan truỵền thông quốc phòng Mỹ) để chạy nó như một mạng điều hành. Điều đầu tiên DCA đã làm là phân tách bộ phận quân sự (khoảng 160 IMP, trong đó 110 ở Mỹ và 50 ở nước ngoài) vào một subnet riêng, MILNET với các lối cổng (gateway) trong vòng MILNET và phần còn lại là subnet nghiên cứu. Trong những năm 1980, các mạng bổ sung, đặc biệt các LAN, được kết nối với ARPANET. Như leo thang, việc tìm các host trở nên tăng chi phí, nên DNS (Domain Naming System) được tạo lập đế tổ chức vào những miền (Domain) và ánh xạ các tên host lên các địa chỉ IP. Từ đó, DNS đă trở thành tổng quát hóa, phân phối hệ cơ sở dữ liệu để lưu trữ một biến thể của thông tin liên quan việc đặt tên. Vào năm 1990, ARPANET đã bị vượt lên những mạng mới hơn do tự nó tạo ra vượt lên và cuối cùng nó dần tàn lụi. Tuy nhiên, MILNET vẫn tiếp tục hoạt động. 3. NSF NET Vào cuối những năm 1970, NSF (U.S National Sience Foundation – Tổ chức khoa học quốc gia Hoa Kỳ) đã thấy ảnh hưởng lớn mà ARPANET đã có trên nghiên cứu đại học, cho phép các nhà khoa học vượt qua xứ sở của mình để dùng chung dữ liệu và phối hợp trong các dự án nghiên cứu. Tuy nhiên, vào ARPANET, một trường đại học phải có một hợp đồng với Bộ quốc phòng, mà nhiều trường lại không có. Sự thiếu hụt của việc truy cập phổ quát đó khiến NSF thiết lập một mạng ảo, CF NET đặt trung tâm quanh một máy đơn nhất tại BBM để hỗ trợ các đường quay số và có những kết nối đến ARPANET và các mạng khác. Dùng CF NET, các nhà nghiên cứu kinh viện có thể quay số và để lại email cho người khác đọc. Tuy đơn giản nhưng nó đã vận hành. Vào năm 1984, NSF bắt đầu thiết kế một kế vị cao tốc cho ARPANET, có thể được mở đến tất cả các nhóm nghiên cứu đại học. Để có vài điều cụ thể nhằm bắt đầu, NSF quyết định xây dựng một mạng backbone để kết nối sáu trung tâm siêu máy tính của nó tại San Diego, Boulder, Champain, PIPtsburgh, IPhaca và Princeton. Mỗi siêu máy tính được gửi gắm một người anh em nhỏ bao gồm một máy vi tính LSI-11 gọi là fuzzball. Các fuzzball được kết nối với các đường dẫn 56 kbps thuê mướn và hình thành subnet, công nghệ phần cứng như ARPANET sử dụng. Công nghệ phần mềm thì khác nhau. Các fuzzbaIl đã nói chuyện với TCP/IP ngay từ lúc bắt đầu khiến cho nó là mạng WAN TCP/IP đầu tiên. NSF còn tài trợ một số (khoảng 20) mạng mién được kết nối đến backbone để cho phép người dùng tại hàng ngàn trường đại học, phòng nghiên cứu, thư viện và nhạc viện truy cập đến bất cứ siêu máy tính nào và giao tiếp với nhau. Mạng đầy đủ bao gồm backbone và các mạng miền được gọi là NSF NET. Nó kết nối ARPANET qua một liên kết giữa IMP và một fuzzball trong phòng máy Carnegie- Mellon. NSF NET thành công ngay lập tức và bị quá tải. NSF bắt đầu hoạch định ngay một bộ kế vị và trao một hợp đồng cho tổ hợp MERIP của Michigan đề quản lý nó. Các kênh sợi quang học tốc độ 448 kbps được thuê từ MCl để cung cấp backbone phiên bản hai. Máy lBM RS 6000 được sử dụng như các bộ chọn đường. Lần này nó cũng nhanh chóng bị quá tải và năm 1990 backbone thứ hai được nâng cấp lên 1.5 Mbps. Khi sự tăng trưởng tiếp tục, NSF thấy rằng chính quyền không thể tiếp tục lập mạng tài chính mãi. Hơn nữa, các tổ chức thương mại muốn tham gia nhưng bị luật của NSF cấm dùng mạng NSF để trả tiền. Hậu quả NSF nhập MERlP, MCI và lBM lại để thành lập một công ty phi lợi nhuận là ANS (Advanced Network and Service) xem như một bước trên đường thương mại hóa. Vào năm 1990, ANS chạỵ trên NSF NET và nâng cấp các liên kết 1.5 Mbps lên đến 45 Mbps để thành lập ANS NET. Vào tháng 12 năm 1991, Quốc hội Mỹ thông qua một đạo luật về bản quyền NREN (National Research and Educational Network) kế vị nghiên cứu NSF NET chỉ chạy với các tốc độ gigabit. Mục tiêu là một mạng quốc gia chạy từ tốc độ 3 trước thiên niên kỉ. Mạng này hoạt động như một giao thức cho siêu xa lộ thông tin đã được nói đến nhiều. Vào năm 1995, backbone NSF NET không còn cần để giao tiếp các mạng miền qua NSF nữa vì nhiều công ty đang chạy các mạng IP thương mại. Khi ANS NET được bán cho American Online năm 1995, các mạng miền NSF phải ra đi và phải mua dịch vụ IP thương mại để liên lạc với nhau. Để làm dễ dàng việc chuyển dịch và bảo đảm mọi mạng miền có thể truyền thông với các mạng miền khác, NSF hợp đồng với bốn nhà điều hành mạng khác để thiết lập NAP (Network Access Point - điểm truy cập mạng). Các nhà điều hành ấy là PacBell (San Fransisco), AmerIPech (Chicago), NFS (Washington DC) và Sprint (New York City). Mỗi nhà điều hành mạng muốn cung cấp dịch vụ backbone cho các mạng miền của NSF phải kết nối với tất cả các NAP. Việc sắp xếp ấy ngụ ý một gói tin có gốc trên bất cứ mạng miền nào có một chọn lựa vận chuyển backbone lấy NAP của nơi đén từ NAP của mình. Hậu quả là các nơi vận chuyển backbone bị bắt buộc cạnh tranh với doanh nghiệp của mạng miền trên cơ sở dịch vụ và giá cả, dĩ nhiên đó chỉ là ý tưởng. Bổ sung thêm cho NSF NAP, nhiều NAP chính quyền cũng được thành lập. Khái niệm một backbone mặc định đơn nhất được thay thế bởi một hạ tầng cạnh tranh do thương mại điều khiển. Các nước và miền khác cũng xây dựng các mạng so sánh được với NSF NET, chẳng hạn ở châu Âu, Europa NET là một backbone IP cho những tổ chức và EBONE là mạng hướng thương mại hơn. Cả hai kết nối nhiều thành phố ở châu Âu với các đường truyền 2 Mbps sau nâng lên 341Mbps. Mỗi nước châu Âu có một hay nhiều mạng quốc gia, chúng cũng gần bằng các mạng miền NSF. 4. lnternet Số các mạng máy và người dùng được kết nối đến ARPA gia tăng nhanh chóng sau khi TCP/IP trở thành giao thức chính thức duy nhất vào 1/1/1983. Khi NSF NET và ARPANET giao nối nhau, sự gia tăng trở nên lũy tiến. Nhiều mạng miền được nâng lên và các kết nối tạo các mạng ở Canada, châu Âu và Thái Bình Dương. Giữa những năm 1980, người ta bắt đầu xem sự tập hợp các mạng như là một liên mạng, và sau đó là lnternet mặc dù chẳng có quà tặng chính thức nào của các chính trị gia với việc khui một chai rượu champagne trên một fuzzball. Sự gia tăng tiếp tục theo hàm mũ, và vào năm 1990, lnternet đã lên đến 3000 mạng và 200 ngàn máy. Trong nâm 1993 một triệu host được gắn vào. Vào năm l995, có nhiều backbone hàng trăm mạng cỡ trung (tầm miền), mười ngàn LAN, một triệu host, và mười ngàn người dùng. Tầm cỡ tăng gần gấp đôi hàng năm. Nhiều phát triển gia tăng do kết nối các mạng đã có đến lnternet. Trong quá khứ có SPAN, mạng vật lý không gian của NASA; HEPNET, một mạng vật lý năng lượng cao; BITNET, mạng khung chính của IBM; EARN, một mạng hàn lâm của châu Âu, bây giờ sử dụng rộng rãi ở Tây Âu và nhiều mạng khác nữa. Nhiều cuộc kết nối xuyên Đại Tây Dương, chạy từ 64 Kbps đến 2 Mbps. Chất keo kết dính lnternet với nhau là mô hình liên hệ TCP/IP và chồng giao thức TCP/IP. TCP/IP khiến cho dịch vụ phổ quát được khả dĩ và có thể so sánh với hệ thống điện thoại hay là đứa con kế thừa của bề rộng đường sắt chuẩn của thế kỷ 19. Điều gì có ý nghĩa thực sự trên Internet? Định nghĩa của chúng ta là một máy được gọi là trên Internet nếu nó chạy chồng giao thức TCP/IP, có một địa chỉ IP và có khả năng gửi các gói tin IP đến tất cả mọi máy khác trên Internet. Chỉ khả năng gửi và nhận thư điện tử thì chưa đủ vì email là cửa ngõ cho nhiều mạng bên ngoài Internet. Tuy nhiên, vấn đề bị mờ nhạt đôi chút do sự việc nhiều máy tính PC có khả năng gọi một nhà cung cấp dịch vụ Internet bằng một modem, gán một địa chỉ IP và gửi các gói tin IP đến các host lnternet khác. Nó làm cho máy đó được xem như là ở trên Internet suốt thời gian chúng kết nối với bộ chọn đường của nhà cung cấp dịch vụ Internet. Do gia tăng lũy tiến, việc chạy Internet không chính thức trước đây không còn hoạt động nữa. Năm 1992, Internet đă được xác lập, nhằm phát huy việc sử dụng lntemet và có thể thường trực quản lý nó. Theo truyền thống, Internet có bốn ứng dụng chính như sau: 1/ Thư điện tử (email): Khả năng soạn và nhận thư tín điện tử đã sử dụng từ những ngày đầu của ARPANET và rất thông dụng. Nhiều người nhận đến hàng tá thông điệp trong một ngày và qui định hướng ưu tiên để tương tác với thế giới bên ngoài, cách xa với điện thoại, với thư đi chậm. Các chương trình email có hiệu lực ảo trên mọi loại máy tính hiện nay. 2/ Báo chí điện tử (news): Các câu lạc bộ báo chí (news club) là những diễn đàn chuyên biệt cho các người dùng cùng quan tâm có thể trao đổi đến các thông điệp có hàng ngàn news club trên các đé tài bao gồm ngành máy tính khoa học, vui chơi và chính trị. Mỗi news club có nhãn hiệu, phong cách và nề nếp riêng và là nỗi khổ cho kẻ nào xâm phạm chúng. 3/ Đăng nhập từ xa (remote login) sử dụng Telnet, Rlogin, hay những chương trình khác, người dùng ở đâu đó trên lnternet có thể đăng nhập vào bất cứ máy nào họ có một số cài khoản (account). 4/ Truyền tải tập tin (file transfer) dùng chương trình FTP có thể sao chép các tập tin từ một máy này sang máy khác trên Internet. Rất nhiều khoản mục, cơ sở dữ liệu và thông tin khác có hiệu lực theo cách này. Đến đầu những năm 1990, Internet đã phồ biến rộng rãi cho Viện hàn lâm, chính quyền và các nhà nghiên cứu công nghệ. Một ứng dụng mới là công nghệ WWW (World Wide Web) đã thaỵ đổi tất cả và mang đến mạng hàng triệu người dùng mới, không hàn lâm. ứng dụng này do nhà vật lý tim Berners Lee của CERN phát minh. Nó không thay đổi gì nơi các tính năng nền tảng mà làm cho chúng dễ dùng hơn. Tất cả nơi bộ xem (user) Mosaic do NCSA (Trung tâm quốc gia về các ứng dụng siêu vi tính) viết. WWW khiến cho một site xác lập một số thông tin có chứa văn bản, hình ảnh, âm thanh và cả video, liên kết chúng vào các trang khác, với việc nhập trè một liên kết, người dùng đột nhiên được chở đến trang được liên kết nó trỏ tới. Thí dụ, nhiều công ty có một trang chủ (homepage) với những nơi trỏ vào các trang khác để sản xuất thông tin, bán hàng, hỗ trợ kỹ thuật, truyền thông với các nhân vién thông tin tồn kho và nhiều nữa. Vô số kiểu trang khác đã hiện hữu trong một thời gian rất ngắn gồm có các bản đồ, bản thị trường chứng khoán, thư viện các catalog, đoạn chương trình radio và một trang trỏ đến văn bản đầy đủ của nhiều cuốn sách mà bản quyền hết hiệu lực (tác phẩm của Mark Twain, Charles Dicken. v.v...). Nhiều người còn có những trang cá nhân (home page). Vào năm đầu sau khi Mosaic được tung ra, số các server WWW gia tăng từ 100 đến7000. Sự gia tăng khổng lổ trong những năm tới sẽ không ngờ được và có lẽ là lực điều khiển công nghệ và sử dụng Internet vào thiên niên kỷ mới. Kết luận Nhìn chung mạng máy tính còn là một lĩnh vực để mở và cần được phát triển. Trong khuôn khổ một bài báo cáo thực tập, chúng tôi không thể trình bày hết mọi vấn đề liên quan đến mạng máy tính. Trên đây, chúng tôi chỉ mới đưa ra một số khái niệm cơ bản về việc sử dụng mạng, phần cứng và một phần rất nhỏ của phần mềm mạng cũng như hai mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP. Sau đó chúng tôi đã giới thiệu sơ qua một số mạng tiêu biểu. Do hạn chế của kiến thức cũng như thời gian, chúng tôi không thể đi sâu vào chi tiết và chắc chắn bản báo cáo còn một số sai sót. Hy vọng đề tài này sẽ cung cấp cho các bạn sinh viên khoa ngoại ngữ trường đại học Bách Khoa Hà Nội một cái nhìn tổng quan hơn và những kiến thức cơ bản về mạng máy tính. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của các thầy khoa Điện tử Viễn thông trong hai tuần thực tập vừa qua. Mục lục Mở đầu 03 Chương 1: Sử dụng mạng 06 Mạng đối với các công ty Mạng đối với đời sống con người Các vấn đề xã hội Chương 2: Phần cứng mạng 12 Mạng cục bộ Mạng đô thị Mạng diện rộng Mạng vô tuyến Liên mạng Chương 3: Hệ phân cấp nghi thức 23 Chương 4: Các mô hình tham chiếu 26 Mô hình OSI Mô hình TCP/IP So sánh hai mô hình bvà TCP/IP Chương 5: Một vài mạng tiêu biểu 40 Mạng Novell NetWare Mạng ARPANET Mạng NSF NET Mạng Internet Kết luận