Đồ án: tcp ip trong mạng atm classical ip over atm

Tìm hiểu về giao thức TCP IP trong mạng ATM, cách triển khai Classical IP over ATM, kiến trúc và ứng dụng thực tế trong hệ thống mạng hiện đại.

• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông
• Đề tài: TCP/IP Trong Mạng ATM - Classical IP Over ATM
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp

Tóm tắt

I. Giới thiệu về TCP IP và sự phát triển của Internet

TCP/IP là một họ giao thức quan trọng trong lịch sử phát triển của Internet. Ra đời từ những năm 70 của thế kỷ 20, TCP/IP đã thay thế hoàn toàn giao thức NCP vào năm 1983 trong mạng ARPANET. Hiện nay, TCP/IP là nền tảng chủ yếu cho toàn bộ hệ thống Internet toàn cầu. Sự tích hợp giữa TCP/IP với các mạng truyền thống đã tạo ra một nền tảng mạnh mẽ cho việc truyền tải dữ liệu, thoại và video trên cùng một hạ tầng. Internet không chỉ là một mạng đơn lẻ mà là một "mạng của các mạng" kết nối hàng triệu máy tính trên khắp thế giới.

1.1. Lịch sử hình thành TCP IP

Họ giao thức TCP/IP được phát triển bởi các nhà thiết kế ARPANET vào những năm 70. Ban đầu, ARPANET sử dụng giao thức NCP (Network Control Protocol), nhưng nhu cầu thực tế về một "mạng của các mạng" đã thúc đẩy sự ra đời của TCP/IP. Vào năm 1983, TCP/IP hoàn toàn thay thế NCP, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử truyền thông dữ liệu.

1.2. Sự phát triển toàn cầu của Internet

Từ một dự án quân sự tại Bộ Quốc phòng Mỹ, TCP/IP đã phát triển thành giao thức quốc tế. Mạng NSF và các mạn vùng đã thúc đẩy sự mở rộng của Internet vào các tổ chức chính phủ và kinh doanh. Ngày nay, TCP/IP là chuẩn toàn cầu cho truyền thông dữ liệu.

II. Cấu trúc phân lớp TCP IP và các giao thức chính

Cấu trúc phân lớp TCP/IP được thiết kế theo mô hình OSI, bao gồm các lớp khác nhau với chức năng riêng biệt. Giao thức IP (Internet Protocol) hoạt động ở lớp mạng, chịu trách nhiệm định tuyến dữ liệu giữa các máy tính. Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) hoạt động ở lớp vận chuyển, đảm bảo truyền tải tin cậy. Sự kết hợp giữa TCP và IP tạo thành nền tảng vững chắc cho việc truyền tải dữ liệu đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất cao. Các giao thức này cho phép các máy tính khác nhau giao tiếp với nhau một cách hiệu quả trong môi trường mạng đa dạng.

2.1. Giao thức IP Lớp mạng

Giao thức Internet (IP) là thành phần cốt lõi của TCP/IP, chịu trách nhiệm định tuyến các gói dữ liệu từ nguồn đến đích. IP cho phép các máy tính xác định được địa chỉ của nhau thông qua hệ thống địa chỉ IP duy nhất. Nó cung cấp dịch vụ truyền tải không hướng kết nối (connectionless), không đảm bảo toàn vẹn dữ liệu.

2.2. Giao thức TCP Lớp vận chuyển

Giao thức điều khiển truyền (TCP) cung cấp dịch vụ truyền tải hướng kết nối (connection-oriented) và đảm bảo độ tin cậy. TCP thiết lập một kết nối ổn định giữa hai điểm cuối trước khi truyền dữ liệu. Nó đảm bảo rằng tất cả dữ liệu đều được gửi và nhận đúng thứ tự, không bị mất mát hay sai lệch.

III. Công nghệ ATM và đặc điểm nổi bật

Mạng ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một công nghệ chuyển mạch tiên tiến cho phép truyền tải đa dịch vụ trên cùng một nền tảng. ATM sử dụng kỹ thuật chuyển mạch ô (cell switching) với kích thước ô cố định 53 byte, cho phép truyền tải hiệu quả các luồng dữ liệu, thoại và video. Một trong những ưu điểm lớn của ATM là khả năng hỗ trợ Classical IP over ATM, cho phép tích hợp các giao thức TCP/IP truyền thống vào môi trường ATM hiện đại. Công nghệ này mang lại giải pháp kế thừa tối ưu, cho phép các tổ chức nâng cấp từ mạng truyền thống sang ATM mà không cần thay thế toàn bộ hạ tầng hiện có.

3.1. Tổng quan về công nghệ ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một công nghệ mạng sử dụng chuyển mạch ô (cell switching) với các ô có kích thước cố định. ATM hỗ trợ truyền tải đa dịch vụ, bao gồm dữ liệu, thoại và video trên cùng một mạng. Nó cung cấp Chất lượng dịch vụ (QoS) có thể kiểm soát, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu băng thông cao và độ trễ thấp.

3.2. Lớp tương thích ATM AAL 5

Lớp tương thích ATM (AAL-5) được thiết kế để hỗ trợ Classical IP over ATM. AAL-5 cho phép bao đóng các gói dữ liệu từ các giao thức lớp cao như TCP/IP vào các ô ATM. Nó cung cấp dịch vụ đáng tin cậy bằng cách sử dụng các cơ chế kiểm soát lỗi, cho phép các máy tính giao tiếp hiệu quả qua mạng ATM.

IV. Classical IP over ATM và phân giải địa chỉ

Classical IP over ATM là một giải pháp kết nối TCP/IP qua mạng ATM, cho phép các máy tính sử dụng giao thức IP truyền thống giao tiếp qua mạng ATM hiện đại. Để thực hiện điều này, Classical IP over ATM cần giải quyết vấn đề ánh xạ giữa địa chỉ IP (lớp cao) và địa chỉ ATM (lớp thấp). Giao thức ATMARP (ATM Address Resolution Protocol) và InATMARP được sử dụng để thực hiện phân giải địa chỉ, ánh xạ địa chỉ IP thành địa chỉ ATM tương ứng. Các giao thức hỗ trợ khác như ILMI và LNNI cung cấp các chức năng bổ sung cho việc quản lý và điều khiển mạng ATM.

4.1. Nguyên lý Classical IP over ATM

Classical IP over ATM kết nối hai thế giới giao thức khác nhau: TCP/IP không hướng kết nối (connectionless) và ATM hướng kết nối (connection-oriented). Nó cho phép các máy chủ IP tạo ra các kết nối ảo ATM để truyền tải dữ liệu. Dữ liệu IP được bao đóng vào các ô ATM và truyền qua mạng ATM đến đích cuối cùng.

4.2. Giao thức ATMARP và phân giải địa chỉ

Giao thức ATMARP (ATM Address Resolution Protocol) chịu trách nhiệm ánh xạ địa chỉ IP thành địa chỉ ATM. InATMARP là phiên bản ngược của ATMARP, cho phép máy chủ gửi ánh xạ địa chỉ ATM của nó đến các máy khác. Các giao thức này đảm bảo rằng các gói dữ liệu IP được định tuyến chính xác qua mạng ATM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đồ án tốt nghiệp Giới thiệu đề tài: TCP/ IP TRONG MẠNG ATM_ CLASSICAL IP OVER ATM Khi thời đại công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ dưới sự trợ giúp của công nghệ viễn thông tiên tiến , chúng ta đã và đang nghĩ đến một mạng thông tin thế hệ mới. Hiện tại , Internet là sản phẩm của sự tích hợp giữa các mạng truyền thống với mạng nền tảng TCP/ IP đang phát triển với lượng lớn các thuê bao ngày càng tăng mạnh mẽ. Tuy nhiên nó chưa đáp ứng được một cách thực sự cho các yêu cầu dịch vụ giá trị gia tăng cũng như quy mô đa phương tiện trên mạng thống nhất. Mặt khác , công nghệ ATM lại có vai trò vô cùng to lớn , đưa ra những điều kiện quan trọng cho sự phát triển của kĩ thuật mạng cục bộ LAN lẫn các mạng diện rộng WAN.

Nó cho phép thiết lập một hệ thống mạng đa dịch vụ không chỉ cho phép tiếng nói và số liệu được vận chuyển trên cùng một mạng dịch vụ nền tảng TCP/ IP mà còn có thể cho phép tích hợp cùng các luồng dữ liệu video có tốc độ truyền thay đổi theo yêu cầu sử dụng. Một giải pháp kế thừa mang tính tối ưu cho sự phối hợp độc đáo giữa TCP/ IP và ATM ( họ giao thức thiết kế cho mạng không kết nối – connectionless và mạng sử dụng kĩ thuật hướng kết nối – connection oriented ) bằng việc áp dụng vào mạng backbone được đưa ra tại triển lãm TELECOM 99 tổ chức tại Geneve. Dựa trên kiến thức trên cơ sở của họ giao thức TCP/IP và công nghệ ATM , hơn nữa được sự phân công của nhà trường , khoa Điện - Điện tử và bộ môn Kỹ thuật viễn thông nên trong thời gian làm đồ án em đã tìm hiểu vấn đề “TCP/IP trong mạng ATM – Classical IP over ATM “. Với khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp , em xin trình bày các vấn đề chủ yếu để làm rõ vấn đề này như sau: Phần I: Tổng quan về Internet và họ giao thức TCP/IP  Cấu trúc phân lớp trong TCP/IP  Giao thức Internet – IP  Giao thức điều khiển truyền – TCP  Hoạt động của TCP/IP Phần II : Giới thiệu mạng truyền không đồng bộ ATM  Tổng quan về ATM  Cấu trúc phân lớp trong ATM, lớp tương thích ATM AAL –5  Chuyển mạch ATM  Báo hiệu và cấu trúc địa chỉ của ATM Phần III: Kết nối TCP/IP qua mạng ATM – Classical IP over ATM  Các mô hình kết nối TCP/IP qua mạng ATM TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM 1 Đồ án tốt nghiệp  Classical IP over ATM  Bao đóng gói tin tại lớp tương thích ATM AAL –5  Phân giải địa chỉ ATM dựa vào giao thức ATMARP/InATMARP  Các giao thức hỗ trợ cho Classical IP over ATM TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM 2 Đồ án tốt nghiệp PHẦN MỘT: INTERNET VÀ HỌ GIAO THỨC TCP/IP TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM 3 Đồ án tốt nghiệp 1.GIỚI THIỆU SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA INTERNET CÙNG HỌ GIAO THỨC TCP/IP Mạng Internet có tiền thân là ARPANET do cục các dự án nghiên cứu tiên tiến ARPA( Advanced Research Project Agency) thuộc Bộ quốc phòng Mỹ xây dựng lên vào khoảng cuối những năm 60 của thế kỉ 20.

Thời gian này , giao thức truyền thống dùng trong ARPANET được đặt tên là NCP (Network control protocol).Tuy nhiên do nhu cầu thực tế , các nhà thiết kế ARPANET ngay từ buổi ban đầu đã nhận thức được rằng cần xây dựng một “ mạng của các mạng” và vào những năm 70 , họ giao thức TCP/IP ra đời cùng tồn tại với mạng NCP đến năm 1983 thì hòan tòan thay thế NCP trong ARPANET. ARPANET nhanh chóng mở rộng tầm hoạt động và trở thành một mạng quốc gia. Trong thời gian đó , hãng Xerox đã phát triển một trong những công nghệ sớm nhất và phổ biến nhất của mạng cục bộ là Ethernet với phương pháp truy nhập đường truyền vật lý CSMA/CD. Họ giao thức TCP/IP được tích hợp vào môi trường điều hành (do trường đại học California ở Berkeley sáng tạo ra) và sử dụng chuẩn Ethernet để kết nối các trạm làm việc với nhau.

Đến khi xuất hiện các máy tính cá nhân PC thì TCP/IP lại được chuyển sang môi trường PC , cho phép các máy PC chạy DOS và các tạm làm việc chạy UNIX có thể liên tác trên cùng một mạng. Cứ thế TCP/IP ngày càng được sử dụng nhiều tron cả mạng diện rộng WAN lẫn trong mạng cục bộ LAN. Thuật ngữ “Internet” xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1974, nhưng mạng với tên gọi ARPANET vẫn tồn tại chính thức đến đầu những năm 80. Đến năm 1986, Ủy ban khoa học quốc gia Mỹ - NSF ( National Science Foundation) bảo trợ cho năm trung tâm siêu tính của toàn liên bang và kết nối chúng với nhau thành một trạm xương sống phục vụ cho nghiên cứu khoa học.

Vào năm 1978 mạng NSF ra đời cho phép kết nối 7 mạng vùng với các trạm siêu tính ở trên. Sự xuất hiện của mạng xương sống NSF và các mạng vùng đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của Internet. Sau đó các tổ chức chính phủ cùng giới kinh doanh cũng vào cuộc và ngày càng chiếm tỷ trọng đáng kể trong thế giới Internet. Internet nhanh chóng vượt ra khỏi nước Mỹ và trở thành mạng toàn cầu.

Vậy Internet là một mạng truyền thông dữ liệu diện rộng, bao trùm cả thế giới với cấu hình mạng nhện nhằm hướng đến sự an toàn thông tin khi có sự cố xảy ra (chiến tranh, phá hoại.) Mạng Internet là một xa lộ thông tin liên kết các máy tính lại với nhau thông qua mạng điện thoại hay các kênh chuyên dùng đặc biệt. Thông qua Internet người dùng TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM 4 Đồ án tốt nghiệp có thể liên lạc với nhau, tìm kiếm dữ liệu thông tin hoặc truy xuất một số dịch vụ khác nhau. Mạng Internet có thể coi là một cộng đồng các mạng LAN kết nối với nhau sử dụng bộ giao thức TCP/IP 2. HỌ GIAO THỨC TCP/IP Khái niệm giao thức là một khái niệm cơ bản của mạng truyền thông.

Có thể hiểu một cách khái quát rằng đó là tập hợp tất cả các qui tắc , qui ước cần thiết ( các thủ tục , khuôn dạng dữ liệu , cơ chế phụ trợ .) cho phép các thao tác trao đổi thông tin trên mạng được thực hiện một cách chính xác và an toàn. Có rất nhiều họ giao thức đang được thực hiện trên mạng truyền thông hiện nay như IEEE 802 .X dùng trong mạng cục bộ , CCITT –X25 dùng cho mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao thức chuẩn của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ) dựa trên mô hình tham chiếu bẩy tầng cho việc kết nối các hệ thống mở. Và gần đây họ giao thức TCP/IP đã được đưa vào sử dụng. Bộ giao thức TCP/IP ( Transport Control Protocol/ Internet Protocol- giao thức điều khiển truyền số liệu / giao thức Internet) lấy tên hai giao thức quan trọng nhất , là họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng.

TCP là giao thức hướng liên kết ( connection oriented ) ở lớp 4 trong mô hình 7 lớp OSI cung cấp phương thức truyền dữ liệu tin cậy , chính xác , cho phép truyền lại các gói tin bị mất trong quá trình truyền. IP là họ giao thức “ không hướng liên kết” ( connectionless) ở lớp 3 trong mô hình mạng 7 lớp OSI , cung cấp phương thức truyền linh hoạt , nó tạo ra một liên kết ảo khi truyền các gói dữ liệu. Đây là bộ giao thức có thể được đảm bảo về độ tin cậy khi truyền tin trong môi trường WAN .1 dưới đây minh họa kiến trúc kết nối các mạng con sử dụng TCP và IP , trong đó tất cả các hệ thống thành viên của liên mạng đòi hỏi phải cài đặt IP ở tầng mạng. TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM 5 Đồ án tốt nghiệp DHa, PHYa: Giao thức truy nhập mạng của host A DHb, PHYb: Giao thức truy nhập mạng của host B Hình 1.1:Kết nối các mạng con thành liên mạng với TCP/I 2.1 CẤU TRÚC PHÂN LỚP TRONG TCP/IP Để có một cái nhìn tổng quan về họ giao thức TCP/IP , hình 1.2 dưới đây sẽ mô tả kiến trúc của nó với sự so sánh cùng mô hình tham chiếu chuẩn OSI.

Mô hình OSI Mô hình TCP/IP Ứng dụng Ứng dụng Trình diễn Phiên Giao vận Giao vận Hình 1.2: So sánh mô hình phân lớp của TCP/IP và OSI Mạng Internet Và Liên kết dữ liệu hình 1.3 là kiến trúc chi tiết của họ giao thức TCP/IP Truy nhập mạng Vật lý Ứng dụng TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM 6 Đồ án tốt nghiệp Giao vận Mạng Giao diện Hình 1.3:Kiến trúc họ giao thức TCP/IP Từ hai hình trên ta nhận thấy. TCP/IP được cấu trúc thành 4 lớp :  Lớp truy nhập mạng (Network Access Layer)  Lớp liên mạng ( Internet Layer)  Lớp vận chuyển ( Transport Layer)  Lớp ứng dụng( Application Layer) 2.1 LỚP TRUY NHẬP MẠNG Network Access Layer là lớp thấp nhất trong cấu trúc phân cấp của TCP/IP. Giao thức ở lớp này cung cấp hệ thống phương thức để truyền dữ liệu trên các tầng vật lý khác nhau của mạng. Nó định nghĩa cách thức truyền các khối dữ liệu IP.

Các giao thức ở đây phải biết chi tiết các phần cấu trúc vật lý mạng ở dưới nó (bao gồm cấu trúc gói , địa chỉ.) để định dạng được chính xác các dữ liệu sẽ được truyền tùy thuộc vào từng mạng cụ thể. So sánh với cấu trúc OSI thì lớp này của TCP tương ứng với ba lớp Network , Data Link và Physical trong cấu trúc OSI. Chức năng định dạng dữ liệu được truyền ở lớp này bao gồm việc bao đóng gói các gói dữ liệu IP vào các frame sẽ được truyền trên mạng và việc sắp xếp các địa chỉ IP vào phần địa chỉ vật lý được dùng cho mạng.2 LỚP LIÊN MẠNG Internet Layer là lớp ở ngay trên lớp Network Access trong cấu trúc phân lớp của TCP/IP. Internet Protocol – IP là giao thức trung tâm của TCP/IP và là phần quan trọng nhất của lớp Internet.

IP cung cấp các gói lưu chuyển cơ bản mà thông qua đó các mạng dùng TCP/IP được xây dựng. IP bao gồm một số chức năng sau:  Định nghĩa khối dữ liệu (datagram)- khối cơ bản của việc truyền tin.