Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu chọn đường và ứng dụng trong thiết kế mạng WAN

Đồ án tốt nghiệp: Tư vấn chọn đường mạng WAN tối ưu cho doanh nghiệp. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng, so sánh giải pháp để đưa ra lựa chọn tốt nhất.

• Tác giả: Nguyễn Xuân Trường
• Đề tài: Chọn đường và ứng dụng trong thiết kế mạng WAN
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Mục lục chi tiết

• 1. Chương i tổng quan về mạng máy tính
• 1.1. Sự hình thành của mạng máy tính
• 1.2. Các yếu tố của mạng máy tính
• 1.2.1. Đường truyền vật lý
• 2. Phân loại mạng máy tính
• 2.1. Phân loại theo khoảng cách địa lý
• 2.2. Phân loại theo Kỹ thuật chuyển mạch
• 2.3. Phân loại mạng theo cơ chế hoạt động
• 2.4. Phân loại mạng theo kiến trúc
• 4. Kiến trúc phân tầng - chuẩn hóa mạng - mô hình ISO
• 4.1. Kiến trúc phân tầng
• 4.2. Chuẩn hóa mạng
• 4.3. Mô hình OSI:

Tóm tắt

I. Tổng Quan Đồ Án Lựa Chọn Đường Mạng WAN Tối Ưu Nhất

Mạng diện rộng (WAN) đóng vai trò quan trọng trong kết nối các mạng cục bộ (LAN) lại với nhau, cho phép truyền dữ liệu giữa các địa điểm địa lý khác nhau. Việc lựa chọn đường mạng WAN tối ưu là một bài toán phức tạp, đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa nhiều yếu tố như chi phí, băng thông, độ trễ, và độ tin cậy. Đồ án tốt nghiệp về chủ đề này tập trung vào việc phân tích và so sánh các công nghệ WAN khác nhau, từ đó đề xuất một giải pháp tối ưu cho một tình huống cụ thể. Mục tiêu là giúp sinh viên nắm vững kiến thức về mạng WAN, các giao thức truyền thông, và các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng. Việc lựa chọn đường truyền WAN ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chi phí của hệ thống mạng. Một lựa chọn tốt sẽ đảm bảo băng thông đủ lớn, độ trễ thấp, và độ tin cậy cao, trong khi vẫn giữ chi phí ở mức hợp lý. Ngược lại, một lựa chọn không phù hợp có thể dẫn đến tình trạng nghẽn mạng, chậm trễ, và tăng chi phí vận hành. Do đó, việc nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn đường truyền WAN là vô cùng quan trọng. Nghiên cứu này cũng nhằm mục đích cung cấp cho sinh viên kiến thức và kỹ năng cần thiết để giải quyết các bài toán thực tế trong lĩnh vực thiết kế mạng. Nó bao gồm việc lựa chọn công nghệ, cấu hình thiết bị, và tối ưu hóa hiệu suất mạng. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ các doanh nghiệp nhỏ đến các tổ chức lớn.

1.1. Sự Hình Thành và Phát Triển của Mạng Máy Tính Hiện Đại

Mạng máy tính đã trải qua một quá trình hình thành và phát triển lâu dài, từ những mạng đơn giản kết nối các thiết bị đầu cuối với máy tính trung tâm cho đến các mạng phức tạp kết nối hàng tỷ thiết bị trên toàn cầu. Giai đoạn đầu tiên là sự kết nối trực tiếp các thiết bị đầu cuối với máy tính trung tâm, nhằm tận dụng tối đa công suất của máy tính. Sau đó, các bộ tiền xử lý (Prontal) được sử dụng để quản lý việc truyền tin, giảm tải cho máy tính trung tâm. Đến những năm 1970, mạng truyền thông thực sự ra đời, với các nút mạng (bộ chuyển mạch) dùng để hướng thông tin đến đích. Ngày nay, mạng máy tính đã trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực, từ kinh tế, xã hội đến giáo dục, y tế. Sự phát triển của mạng máy tính được thúc đẩy bởi nhu cầu chia sẻ tài nguyên, chinh phục khoảng cách, tăng chất lượng và hiệu quả xử lý thông tin, và tăng độ tin cậy của hệ thống. Mạng máy tính là tập hợp các máy tính được kết nối với nhau bởi các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nhất định. Mục tiêu chính của việc hình thành mạng máy tính là tận dụng và làm tăng giá trị của tài nguyên, chinh phục khoảng cách, tăng chất lượng và hiệu quả khai thác và xử lý thông tin, và tăng độ tin cậy của hệ thống.

1.2. Các Yếu Tố Quan Trọng trong Mạng Máy Tính Cần Xem Xét

Mạng máy tính bao gồm nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm đường truyền vật lý, kiến trúc mạng, và giao thức mạng. Đường truyền vật lý là thành phần để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các máy tính, biểu thị dữ liệu dưới dạng xung nhị phân. Kiến trúc mạng bao gồm cách ghép nối vật lý các máy tính với nhau và các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia trong hệ thống mạng phải tuân theo. Giao thức mạng là tập hợp các quy tắc, quy ước để đảm bảo trao đổi và xử lý thông tin trên mạng. Đường truyền vật lý có các đặc trưng cơ bản như giải thông, độ suy hao, và độ nhiễu điện từ. Giải thông là độ đo phạm vi tần số mà đường truyền có thể đáp ứng được. Độ suy hao là giá trị phản ánh mức độ suy yếu của tín hiệu đường truyền sau khi truyền qua một đơn vị độ dài cáp. Độ nhiễu điện từ là khả năng làm nhiễu tín hiệu trên đường truyền khi cáp đi qua vùng có sóng điện từ. Việc lựa chọn đường truyền vật lý phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất mạng.

II. Thách Thức Khi Chọn Đường Truyền WAN Bài Toán Tối Ưu

Việc lựa chọn đường truyền WAN tối ưu không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Có rất nhiều yếu tố cần xem xét, và các yếu tố này thường mâu thuẫn với nhau. Ví dụ, một đường truyền có băng thông lớn có thể có chi phí cao, hoặc một đường truyền có độ trễ thấp có thể có độ tin cậy không cao. Ngoài ra, các yêu cầu của ứng dụng cũng khác nhau. Một số ứng dụng yêu cầu băng thông lớn, trong khi một số ứng dụng khác lại yêu cầu độ trễ thấp. Do đó, việc lựa chọn đường truyền WAN đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa các yếu tố khác nhau, và sự hiểu biết sâu sắc về các yêu cầu của ứng dụng. Bài toán tối ưu hóa này có thể được giải quyết bằng nhiều phương pháp khác nhau, từ các phương pháp thủ công đến các phương pháp sử dụng các công cụ mô phỏng và phân tích mạng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của mạng và các yêu cầu cụ thể của bài toán.

2.1. Phân Loại Mạng Máy Tính Theo Khoảng Cách Địa Lý

Mạng máy tính có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó khoảng cách địa lý là một tiêu chí quan trọng. Theo tiêu chí này, mạng máy tính được chia thành mạng cục bộ (LAN), mạng đô thị (MAN), mạng diện rộng (WAN), và mạng toàn cầu (GAN). Mạng cục bộ (LAN) được cài đặt trong một phạm vi tương đối nhỏ, ví dụ như trong một tòa nhà, một phòng ban, hoặc một công ty. Mạng đô thị (MAN) được cài đặt trong phạm vi một thành phố hoặc một trung tâm kinh tế. Mạng diện rộng (WAN) có phạm vi hoạt động có thể là cả một vùng, một khu vực, và có thể vượt qua biên giới một quốc gia. Mạng toàn cầu (GAN) có phạm vi trải rộng khắp lục địa của trái đất. Việc lựa chọn loại mạng phù hợp phụ thuộc vào nhu cầu kết nối và phạm vi địa lý của các thiết bị cần kết nối. Việc lựa chọn mô hình mạng phù hợp, dù là LAN, MAN, WAN, hay GAN, cần dựa trên nhu cầu thực tế và cân nhắc các yếu tố như chi phí, hiệu suất, và khả năng mở rộng.

2.2. Phân Loại Mạng Máy Tính Theo Kỹ Thuật Chuyển Mạch

Mạng máy tính cũng có thể được phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch, bao gồm mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói, và mạng chuyển mạch thông báo. Mạng chuyển mạch kênh tạo và duy trì một kênh liên tục giữa hai thực thể cho đến khi kết thúc quá trình thông tin. Mạng chuyển mạch gói chia thông báo thành nhiều gói nhỏ hơn và gửi chúng đi theo nhiều đường khác nhau. Mạng chuyển mạch thông báo chọn đường đi cho các thông báo tại các nút mạng. Mỗi phương pháp chuyển mạch có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Mỗi phương pháp chuyển mạch – kênh, gói, hay thông báo – đều có những ưu và nhược điểm riêng. Mạng chuyển mạch kênh hiệu quả với luồng dữ liệu liên tục nhưng kém linh hoạt trong việc sử dụng băng thông. Mạng chuyển mạch gói linh hoạt và hiệu quả hơn, nhưng đòi hỏi thêm chi phí xử lý để chia nhỏ và tập hợp lại các gói tin. Mạng chuyển mạch thông báo thì phù hợp với các ứng dụng truyền thư điện tử.

III. Phương Pháp Chọn Đường WAN Mô Hình OSI và Giao Thức TCP IP

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) và giao thức TCP/IP là hai công cụ quan trọng trong việc thiết kế và triển khai mạng WAN. Mô hình OSI cung cấp một khung tham chiếu để hiểu và phân tích các chức năng của mạng, trong khi giao thức TCP/IP cung cấp các giao thức cụ thể để thực hiện các chức năng này. Việc hiểu rõ về hai công cụ này là rất quan trọng để lựa chọn đường truyền WAN tối ưu. Mô hình OSI chia mạng thành 7 tầng, mỗi tầng có một chức năng riêng biệt. Giao thức TCP/IP là bộ giao thức phổ biến nhất được sử dụng trên Internet, bao gồm các giao thức như IP, TCP, UDP, và HTTP. Hai mô hình này – OSI và TCP/IP – đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng và quản lý mạng WAN. Mô hình OSI cung cấp một khung lý thuyết để hiểu rõ các chức năng mạng, trong khi TCP/IP là bộ giao thức thực tế, được sử dụng rộng rãi để triển khai các ứng dụng mạng.

3.1. Kiến Trúc Phân Tầng và Chuẩn Hóa Mạng theo Mô Hình OSI

Để giảm độ phức tạp trong thiết kế và cài đặt mạng, các mạng máy tính được tổ chức thiết kế theo kiểu phân tầng. Trong hệ thống, thành phần của mạng được tổ chức thành một cấu trúc đa tầng, mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước đó, mỗi tầng sẽ cung cấp một số dịch vụ cho tầng cao hơn. Số lượng các tầng cũng như chức năng của mỗi tầng là tùy thuộc vào nhà thiết kế. Kiến trúc phân tầng giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế, phát triển, và bảo trì mạng. Cấu trúc của mạng phân tầng là mỗi hệ thống trong một mạng đều có cấu trúc phân tầng (số lượng tầng, chức năng của mỗi tầng là như nhau). Tầng i của hệ thống A sẽ hội thoại với tầng i của hệ thống B, các quy tắc và quy ước dùng trong hội thoại gọi là giao thức mức I. Giữa hai tầng kề nhau tồn tại một giao diện (interface) xác định các thao tác nguyên thủy của tầng dưới cung cấp lên tầng trên.

3.2. Giao Thức TCP IP Nền Tảng cho Mạng Internet Hiện Đại

Giao thức TCP/IP là bộ giao thức chuẩn mở và sẵn có, không thuộc sở hữu của bất cứ tổ chức nào, các đặc tả thì sẵn có và rộng rãi. TCP/IP độc lập với phần cứng mạng vật lý, cho phép TCP/IP có thể được dùng để kết nối nhiều loại mạng có kiến trúc vật lý khác nhau. TCP/IP dùng địa chỉ IP để định danh các host trên mạng tạo ra một mạng ảo thống nhất khi kết nối mạng. Các giao thức lớp cao được chuẩn hóa thích hợp và sẵn có với người dùng. TCP/IP gồm bốn lớp: Lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp Internet, và lớp giao diện mạng. Lớp ứng dụng bao gồm các chương trình ứng dụng sử dụng các dịch vụ sẵn có thông qua một TCP/IP internet. Lớp vận chuyển cung cấp sự giao tiếp thông tin giữa các chương trình ứng dụng. Lớp Internet xử lý giao tiếp thông tin từ một máy này tới một máy khác. Lớp giao diện mạng chịu trách nhiệm chấp nhận các IP datagrams và việc truyền phát chúng trên một mạng xác định.

IV. Các Giao Thức Lớp Internet IP và ICMP Tìm Hiểu Chi Tiết Nhất

Lớp Internet trong mô hình TCP/IP đóng vai trò quan trọng trong việc định tuyến và chuyển mạch các gói tin giữa các mạng khác nhau. Giao thức IP (Internet Protocol) là giao thức chính của lớp này, chịu trách nhiệm định địa chỉ, phân mảnh, và tái hợp các gói tin. Giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) được sử dụng để gửi các thông báo lỗi và thông tin điều khiển giữa các thiết bị mạng. Việc hiểu rõ về hai giao thức này là rất quan trọng để xây dựng và quản lý mạng WAN hiệu quả. IP chịu trách nhiệm định địa chỉ cho các gói tin, đảm bảo rằng chúng được gửi đến đúng đích. ICMP được sử dụng để gửi các thông báo lỗi, ví dụ như khi một gói tin không thể đến được đích do lỗi định tuyến. Hai giao thức này – IP và ICMP – là hai thành phần không thể thiếu của lớp Internet, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính liên tục và hiệu quả của mạng Internet.

4.1. Giao Thức IP Internet Protocol Định Tuyến Dữ Liệu Hiệu Quả

Internet protocol (IP), là tên gọi giao thức lớp Internet định nghĩa các phương tiện giao phát unreliable, connectionless, và thường được biết với cái tên tắt là IP. Giao thức IP định nghĩa những đơn vị của việc truyền dữ liệu được dùng qua một mạng TCP/IP internet. Xác định chính xác khuôn dạng của tất cả dữ liệu khi nó được chuyển qua một mạng TCP/IP internet. IP thực hiện chức năng chọn đường để chọn ra con đường để gửi dữ liệu qua. TCP/IP gồm có cả một tập các luật biểu hiện cho ý tưởng của hệ thống giao phát gói tin unreliable. Các luật chỉ rõ việc làm thế nào để các hosts và các Routers xử lý các gói tin, làm thế nào và khi nào các thông báo lỗi sẽ được phát đi, và các điều kiện cho việc hủy gói tin.

4.2. Giao Thức ICMP Internet Control Message Protocol và Ứng Dụng

Trong hệ thống không liên kết, mỗi Router hoạt động một cách tự động, chọn đường và giao phát các datagram mà không cần phối hợp với người gửi. Hệ thống làm việc tốt nếu tất cả các máy làm việc tốt và phù hợp với các tuyến đường. Bất cứ khi nào một Router cần phân mảnh một datagram có bit “donot fragment” mang giá trị 1, thì Router đó sẽ huỷ Datagram và gửi một thông báo lỗi về nguồn. ICMP cho phép các Router gửi thông báo lỗi hoặc thông báo điều khiển tới các Router hoặc host khác. ICMP cung cấp thông tin giữa phần mềm IP trên 1 máy với một phần mềm IP trên một máy khác. Ban đầu nó được thiết kế đề cho phép các Router báo cáo nguyên nhân của các lỗi giao phát tới các host. Dù sao, đó là một giải pháp tốt bới vì chúng ta có thể bắt đầu từ một điểm nào đó và làm việc một cách có hệ thống trong quá trình chúng ta kết nối mạng.

4.3. Phương Pháp Chuyển Dữ Liệu Có Liên Kết và Không Liên Kết

Ở mỗi tầng mô hình trong tầng ISO, có hai phương thức hoạt động chính được áp dụng đó là: phương thức hoạt động có liên kết (connection- oriented) và không có liên kết (connectionless). Với phương thức có liên kết, trước khi truyền dữ liệu cần thiết phải thiết lập một liên kết logic giữa các thực thể cùng tầng. Còn với phương thức không liên kết thì không cần lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó. Với phương thức có liên kết, quá trình truyền dữ liệu phải trải qua ba giai đoạn theo thứ tự thời gian. - Thiết lập liên kết: hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương lượng với nhau về tập các tham số sẽ được sử dụng trong giai đoạn sau. - Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý. - Huỷ bỏ liên kết (logic): giải phóng các tài nguyên hệ thống đã cấp phát cho liên kết để dùng cho các liên kết khác.

V. Lựa Chọn Đường WAN Tối Ưu Ứng Dụng Thực Tế và Kết Quả

Sau khi đã phân tích các yếu tố và phương pháp liên quan, việc lựa chọn đường WAN tối ưu cần được thực hiện dựa trên các ứng dụng thực tế và kết quả nghiên cứu cụ thể. Phần này sẽ trình bày một số ví dụ về việc lựa chọn đường WAN cho các ứng dụng khác nhau, đồng thời đánh giá hiệu quả của các lựa chọn này. Các ví dụ này có thể bao gồm việc lựa chọn đường WAN cho các doanh nghiệp nhỏ, các tổ chức lớn, hoặc các ứng dụng đặc biệt như truyền hình trực tiếp hoặc chơi game trực tuyến. Dựa trên các kết quả nghiên cứu, chúng ta có thể đưa ra các khuyến nghị về việc lựa chọn đường WAN tối ưu cho các tình huống khác nhau. Ứng dụng thực tế và kết quả nghiên cứu là cơ sở để đưa ra các quyết định chính xác và hiệu quả trong việc lựa chọn và triển khai đường WAN. Cần phải xem xét cẩn thận các yêu cầu của ứng dụng, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất mạng, và các kết quả nghiên cứu để đưa ra quyết định tốt nhất.

5.1. Kết Nối Các Mạng Máy Tính Các Tiếp Cận Cụ Thể

Trong quá trình phát triển mạng máy tính, nhiều công ty, nhiều vùng, nhiều quốc gia đã xây dựng các hệ thống mạng khác nhau về chủng loại, kiến trúc, khoảng cách. Nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội ngày càng cao nên việc kết nối các mạng với nhau là vấn đề bức thiết. Làm cho những người sử dụng trên các mạng khác nhau có thể trao đổi thông tin với nhau một cách dễ dàng, hiệu quả và an toàn mà không phải xây dựng lại hệ thống mạng đã có. Để kết nối các mạng với nhau, người ta xuất phát từ một trong hai quan điểm sau: (1) Xem mỗi nút của mạng con như một hệ thống mở, hoặc (2) Xem mỗi mạng con như một hệ thống mở.

5.2. Giao Diện Kết Nối và Vai Trò trong Kết Nối Các Mạng Con

Người ta có thể kết nối các mạng con với nhau nhờ các giao diện kết nối. Chức năng của một giao diện tuỳ thuộc vào sự khác biệt về kiến trúc của các mạng con. Sự khác biệt càng lớn thì chức năng của các giao diện càng phức tạp. Các giao diện có thể nối đôi, nối ba, nối nhiều hơn tuỳ thuộc vào người thiết kế mạng. Dựa vào chức năng của giao diện mà chúng có những tên gọi khác nhau như: bridge, Router, gateway. Gateway là tên chung của giao diện kết nối, nó được sử dụng trong trường hợp chức năng của giao diện là phức tạp. Bridge được dùng trong trường hợp đơn giản nhất, chẳng hạn như kết nối giữa các mạng LAN cùng loại. Còn Router hoạt động ở mức cao hơn bridge vì nó đảm nhận chức năng chọn đường cho các gói dữ liệu để đi đến đích.

VI. Kết Luận Xu Hướng và Tương Lai của Mạng WAN Hiện Đại

Chủ đề đồ án đã trình bày một cái nhìn tổng quan về mạng WAN và các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn đường truyền tối ưu. Các phương pháp phân tích và đánh giá hiệu năng mạng đã được giới thiệu, cùng với các ví dụ về ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, mạng WAN là một lĩnh vực không ngừng phát triển, và có nhiều xu hướng và thách thức mới nổi lên. Các công nghệ mới như SD-WAN (Software-Defined WAN) và 5G đang thay đổi cách chúng ta thiết kế và triển khai mạng WAN. Các yêu cầu về băng thông và độ trễ ngày càng tăng, đòi hỏi các giải pháp mới để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng hiện đại. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực mạng WAN là rất quan trọng để đáp ứng các thách thức và tận dụng các cơ hội trong tương lai. Các xu hướng mới và thách thức tương lai sẽ định hình sự phát triển của mạng WAN, đòi hỏi các chuyên gia mạng phải không ngừng học hỏi và thích nghi. Các công nghệ như SD-WAN và 5G hứa hẹn sẽ mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất, tính linh hoạt, và khả năng quản lý của mạng WAN.

6.1. Tổng Quan Kỹ Thuật Chọn Đường Truyền Gói Tin Packet

Chọn đường truyền gói trong mạng chuyển mạch gói (packet switched network - PSN) là chức năng cơ bản của lớp mạng trong mô hình OSI, nó có nhiệm vụ dẫn gói tin đi qua mạng tới đích. Các thuật toán chọn tuyến sẽ phụ thuộc vào hình thái dịch vụ của người sử dụng, tức là chọn tuyến cho dữ liệu đồ DG (Datagram) hay cho mạch ảo VC (Virtual Circuit). Trong mạng DG, hai gói liên tiếp của cùng một cặp người sử dụng có thể đi qua các tuyến khác nhau, và thuật toán chọn tuyến sẽ được áp dụng cho từng gói đơn lẻ. Ngược lại, trong mạng VC phương án chon tuyến được thực hiện mỗi khi thiết lập kênh ảo.

6.2. Chức Năng và Mục Tiêu của Việc Lựa Chọn Đường Truyền Tối Ưu

Vấn đề chọn tuyến truyền, tóm lại có hai nhiệm vụ cơ bản: thứ nhất là phải chọn tuyến sao cho đạt được hoạt tính cao, có nghĩa là phải chọn được đường dẫn có hiệu quả nhất, trong phần tiếp theo ta sẽ lần lượt xét một số thuật toán cho phép ta chọn tuyến truyền theo các yêu cầu nhất định; thứ hai là phải phổ cập thông tin liên quan đến chọn tuyến (bao gồm cả các sự cố của các nút mạng cũng như các đường truyền và tình hình khắc phục giữa chúng ) tới tất cả các nút chuyển mạch trong mạng.Trong viêc chọn tuyến truyền gói, có hai thông số đánh giá định lượng dịch vụ cần phải quan tâm và đồng thời chúng cũng được dùng đánh giá tính khả hoạt của các thuật toán chọn tuyến là tính khả thông (Throughput) và trễ trung bình (Average Packet Delay).

Trích đoạn nội dung tài liệu

§å ¸n tèt nghiÖp Chän ®−êng vμ øng dông trong thiÕt kÕ m¹ng WAN Ch−¬ng i tæng quan vÒ m¹ng m¸y tÝnh 1.1 Sù h×nh thµnh cña m¹ng m¸y tÝnh Tõ nh÷ng n¨m 1960 ®· xuÊt hiÖn c¸c m¹ng nèi c¸c m¸y tÝnh vµ c¸c Terminal ®Ó sö dông chung nguån tµi nguyªn, gi¶m chi phÝ khi muèn th«ng tin trao ®æi sè liÖu vµ sö dông trong c«ng t¸c v¨n phßng mét c¸ch tiÖn lîi. Víi viÖc t¨ng nhanh c¸c m¸y tÝnh mini vµ c¸c m¸y tÝnh c¸ nh©n lµm t¨ng yªu cÇu truyÒn sè liÖu gi−· c¸c m¸y tÝnh, gi÷a c¸c terminal, vµ gi÷a c¸c terminal víi m¸y tÝnh lµ mét trong nh÷ng ®éng lùc thóc ®Èy sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn ngµy cµng m¹nh mÏ c¸c m¹ng m¸y tÝnh.Qu¸ tr×nh h×nh thµnh m¹ng m¸y tÝnh cã thÓ tãm t¾t qua 4 giai ®o¹n sau: • Giai ®o¹n c¸c terminal nèi trùc tiÕp víi m¸y tÝnh: §©y lµ giai ®o¹n ®Çu tiªn cña m¹ng m¸y tÝnh, ®Ó tËn dông c«ng suÊt cña m¸y tÝnh ng−êi ta ghÐp nèi c¸c terminal vµo mét m¸y tÝnh ®−îc gäi lµ c¸c m¸y tÝnh trung t©m. • Giai ®o¹n c¸c bé tiÒn xö lý (Prontal) ë giai ®o¹n 1 m¸y tÝnh trung t©m qu¶n lý truyÒn tin tíi c¸c terminal, ë giai ®o¹n 2 m¸y tÝnh trung t©m qu¶n lý truyÒn tin tíi c¸c bé tËp trung qua c¸c bé ghÐp nèi ®iÒu khiÓn ®−êng truyÒn. Ta cã thÓ thay thÕ bé ghÐp nèi ®−êng truyÒn b»ng c¸c m¸y tÝnh nini gäi lµ prontal, ®ã chÝnh lµ bé tiÒn xö lý.

• Giai ®o¹n m¹ng m¸y tÝnh: Vµo nh÷ng n¨m 1970 ng−êi ta b¾t ®Çu x©y dùng m¹ng truyÒn th«ng trong ®ã c¸c thµnh phÇn chÝnh cña nã lµ c¸c nót m¹ng gäi lµ bé chuyÓn m¹ch dïng ®Ó h−íng th«ng tin tíi ®Ých. C¸c m¹ng ®−îc nèi víi nhau b»ng ®−êng truyÒn cßn c¸c m¸y tÝnh xö lý th«ng tin cña ng−êi dïng hoÆc c¸c tr¹m cuèi ®−îc nèi trùc tiÕp vµo c¸c nót m¹ng ®Ó khi cÇn th× trao ®æi th«ng tin qua m¹ng. C¸c nót m¹ng th−¬ng lµ m¸y tÝnh nªn ®ång thêi ®ãng vai trß cña ng−êi sö dông. Chøc n¨ng cña nót m¹ng: + Qu¶n lý truyÒn tin, qu¶n lý m¹ng Nh− vËy c¸c m¸y tÝnh ghÐp nèi víi nhau h×nh thµnh m¹ng m¸y tÝnh, ë ®©y ta thÊy m¹ng truyÒn th«ng còng ghÐp nèi c¸c m¸y tÝnh víi nhau nªn kh¸i niÖm m¹ng maý tÝnh vµ m¹ng truyÒn th«ng cã thÓ kh«ng ph©n biÖt.

ViÖc h×nh thµnh m¹ng m¸y tÝnh nh»m ®¹t c¸c môc ®Ých sau: 1.TËn dông vµ lµm t¨ng gi¸ trÞ cña tµi nguyªn 2.Chinh phôc kho¶ng c¸ch 3.T¨ng chÊt l−îng vµ hiÖu qu¶ khai th¸c vµ xö lý th«ng tin 4.T¨ng ®é tin cËy cña hÖ thèng nhê kh¶ n¨ng thay thÕ khi x¶y ra sù cè ®èi víi mét m¸y tÝnh nµo ®ã. Nh− vËy: M¹ng m¸y tÝnh lµ tËp hîp c¸c m¸y tÝnh ®−îc ghÐp víi nhau bëi c¸c ®−êng truyÒn vËt lý theo mét kiÕn tróc nµo ®ã. NguyÔn xu©n tr−êng - ®tth2 - k40 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §å ¸n tèt nghiÖp Chän ®−êng vμ øng dông trong thiÕt kÕ m¹ng WAN 1.1 C¸c yÕu tè cña m¹ng m¸y tÝnh 1.1 §−êng truyÒn vËt lý §−êng truyÒn vËt lý lµ thµnh phÇn ®Ó chuyÓn c¸c tÝn hiÖu ®iÖn tö gi÷a c¸c m¸y tÝnh. C¸c tÝn hiÖu ®iÖn tö ®ã biÓu thÞ c¸c d÷ liÖu d−íi d¹ng xung nhÞ ph©n.

TÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu truyÒn gi÷a c¸c m¸y tÝnh ®Òu ë d¹ng sãng ®iÖn tõ vµ cã tÇn sè tr¶i tõ cùc ng¾n cho tíi tÇn sè cña tia hång ngo¹i.Tuú theo tÇn sè cña sãng ®iÖn tõ mµ cã thÓ dïng c¸c ®−êngtruyÒn vËt lý kh¸c nhau ®Ó truyÒn. + C¸c tÇn sè Radio cã thÓ truyÒn b»ng c¸p ®iÖn hoÆc b»ng c¸c ph−¬ng tiÖn qu¶ng b¸ (broadcast) +Sãng cùc ng¾n ®−îc dïng ®Ó truyÒn c¸c tr¹m mÆt ®Êt vµ vÖ tinh. HoÆc lµ dïng ®Ó truyÒn tõ mét tr¹m ph¸t tíi c¸c tr¹m thu. +Tia hång ngo¹i lµ lý t−ëng ®èi víi truyÒn th«ng m¹ng.

Nã cã thÓ truyÒn tõ ®iÓm tíi ®iÓm hoÆc qu¶ng b¸ tõ mét ®iÓm tíi c¸c m¸y thu. Tia hång ngo¹i hoÆc c¸c lo¹i tia s¸ng tÇn sè cao h¬n cã thÓ truyÒn ®−îc qua c¸p sîi quang. Nh÷ng ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña ®−êng truyÒn vËt lý lµ: gi¶i th«ng, ®é suy hao, ®é nhiÔu ®iÖn tõ. D¶i th«ng cña ®−êng truyÒn lµ ®é ®o ph¹m vi tÇn sè mµ ®−êng truyÒn cã thÓ ®¸p øng ®−îc.

Gi¶i th«ng phô thuéc vµo ®é dµi c¸p, ®−êng kÝnh sîi c¸p, vËt liÖu dïng chÕ t¹o c¸p. Th«ng l−îng cña mét ®−êng truyÒn (throughput) chÝnh lµ tèc ®é truyÒn d÷ liÖu trªn ®−êng truyÒn ®ã trong mét ®¬n vÞ thêi gian.Th«ng l−îng cña ®−êng truyÒn ph¶n ¸nh hiÖu qu¶ sö dông ®−êng truyÒn ®ã. §é suy hao lµ gi¸ trÞ ph¶n ¸nh møc ®é suy yÕu cña tÝn hiÖu ®−êng truyÒn sau khi truyÒn qua mét ®¬n vÞ ®é dµi c¸p. §é nhiÔu ®iÖn tõ lµ kh¶ n¨ng lµm nhiÔu tÝn hiÖu trªn ®−êng truyÒn khi c¸p ®i qua vïng cã sãng ®iÖn tõ.

Cã hai lo¹i ®−êng truyÒn: h÷u tuyÕn, v« tuyÕn ®−îc sö dông trong viÖc kÕt nèi m¹ng m¸y tÝnh. §−êng truyÒn h÷u tuyÕn gåm c¸p ®ång trôc, c¸p xo¾n ®«i, c¸p sîi quang; ®−êng truyÒnv« tuyÕn gåm sãng radio, sãng cùc ng¾n, tia hång ngo¹i Tuy nhiªn khi thiÕt kÕ d©y cho mét m¹ng m¸y tÝnh ng−êi ta cßn ph¶i chó ý tíi nhiÒu tham sè kh¸c nh−: gi¸ thµnh, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt, kh¶ n¨ng chèng chÞu Èm, kh¶ n¨ng uèn cong.2 KiÕn tróc m¹ng KiÕn tróc m¹ng m¸y tÝnh bao gåm c¸ch ghÐp nèi vËt lý c¸c m¸y tÝnh víi nhau vµ c¸c quy t¾c, quy −íc mµ tÊt c¶ c¸c thùc thÓ tham gia trong hÖ thèng m¹ng ph¶i tu©n theo ®Ó ®¶m b¶o cho m¹ng ho¹t ®éng tèt.C¸ch c¸c m¸y tÝnh ®−îc gÐp nèi víi nhau ®−îc goi lµ topology cña m¹ng cßn c¸c quy t¾c quy −íc truyÒn th«ng ®−îc gäi lµ giao thøc (protocol). Topology vµ protocol lµ hai kh¸i niÖm c¬ b¶n nhÊt cña m¹ng m¸y tÝnh. a) Topology: Ng−êi ta ph©n biÖt hai kiÓu nèi m¹ng vËt lý c¬ b¶n lµ kiÓu ®iÓm- ®iÓm vµ kiÓu qu¶ng b¸ (broadcasting hay point- to- multipoint) NguyÔn xu©n tr−êng - ®tth2 - k40 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §å ¸n tèt nghiÖp Chän ®−êng vμ øng dông trong thiÕt kÕ m¹ng WAN + KiÓu ®iÓm - ®iÓm: §−êng truyÒn nèi tõng cÆp nót víi nhau.TÝn hiÖu ®i tõ nót nguån ®Õn nót trung gian råi chuyÓn tiÕp tíi ®Ých.

H×nh sao Chu tr×nh D¹ng c©y H×nh 1-1: C¸c topo m¹ng c¬ b¶n H×nh 1-2: D¹ng topo ®Çy ®ñ. Satellite hoÆc radio D¹ng vßng D¹ng bus H×nh 1-3: C¸c topo m¹ng c¬ b¶n + KiÓu qu¶ng b¸: Víi kiÓu qu¶ng b¸ tÊt c¶ c¸c nót chung mét ®−êng truyÒn vËt lý. D÷ liÖu ®−îc göi ®i tõ mét nót ®−îc tiÕp nhËn bëi c¸c nót cßn l¹i, vµ trong gãi tin ph¶i cã vïng ®Þa chØ ®Ých cho phÐp mçi nót kiÓm tra cã ph¶i tin cña minh kh«ng CÊu tróc d¹ng bus hay d¹ng vßng cÇn c¬ chÕ träng tµi ®Ó gi¶i quyÕt ®ông ®é (collision) khi nhiÒu nót muèn truyÒn tin ®ång thêi. Trong cÊu tróc d¹ng vÖ tinh hoÆc radio mçi nót cÇn cã anten thu vµ ph¸t.3 Giao thøc m¹ng (network protocol) NguyÔn xu©n tr−êng - ®tth2 - k40 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §å ¸n tèt nghiÖp Chän ®−êng vμ øng dông trong thiÕt kÕ m¹ng WAN ViÖc trao ®æi th«ng tin gi÷a c¸c nót víi nhau cÇn ph¶i tu©n theo mét sè quy t¾c, quy −íc nhÊt ®Þnh nµo ®ã.

Ch¼ng h¹n, khi hai ng−êi nãi chuyÖn víi nhau th× còng ph¶i tu©n theo quy t¾c: Khi mét ng−êi nãi th× ng−êi kia ph¶i nghe vµ ng−îc l¹i. ViÖc truyÒn th«ng tin trªn m¹ng còng ph¶i tu©n theo c¸c quy t¾c quy −íc nhiÒu mÆt nh−: khu«n d¹ng d÷ liÖu göi ®i, c¸cthñ tôc göi vµ nhËn, kiÓm so¸t d÷ liÖu, xö lÝ lçi vµ xö lý sù cè. Ch¼ng h¹n m¹ng l−íi giao th«ng c«ng céng cµng ph¸t triÓn th× sè quy t¾c ®Ò ra cµng ph¶i nhiÒu, cµng ph¶i chÆt chÏ vµ cµng phøc t¹p h¬n. TËp hîp c¸c quy t¾c , quy −íc ®Ó ®¶m b¶o trao ®æi vµ xö lý th«ng tin trªn m¹ng gäi lµ giao thøc.

C¸c m¹ng ®−îc thiÕt kÕ kh¸c nhau cã thÓ tu©n theo mét sè giao thøc kh¸c nhau, tuy nhiªn ng−êi ta ®−a ra mét sè giao thøc chuÈn ®−îc dïng trªn nhiÒu m¹ng kh¸c nhau.2 Ph©n lo¹i m¹ng m¸y tÝnh Ng−êi ta ph©n lo¹i m¹ng m¸y tÝnh kh¸c nhau tuú theo c¸c yÕu tè chÝnh ®−îc chän nh−: Kho¶ng c¸ch ®Þa lý, kü thuËt chuyÓn m¹ch, kiÕn tróc m¹ng, c¬ chÕ ho¹t ®éng cña m¹ng.1 Ph©n lo¹i theo kho¶ng c¸ch ®Þa lý NÕu lÊy kho¶ng c¸ch ®Þa lý lµm yÕu tè chÝnh ®Ó ph©n lo¹i m¹ng th× m¹ng ®−îc ph©n thµnh: m¹ng côc bé m¹ng ®« thÞ, m¹ng diÖn réng, m¹ng toµn cÇu +M¹ng côc bé (Local Area Network - LAN) lµ m¹ng ®−îc cµi ®Æt trong mét ph¹m vi t−¬ng ®èi nhá ( trong mét toµ nhµ, trong mét phßng ban hoÆc trong mét c«ng ty.) víi ®−êng kÝnh giíi h¹n trong kho¶ng vµi chôc Km. +M¹ng ®« thÞ (Metropolitan Area Network - MAN) lµ m¹ng ®−îc cµi ®Æt trong ph¹m vi mét thµnh phè, mét trung t©m kinh tÕ. ph¹m vi cµi ®Æt m¹ng lµ hµng tr¨m Km. + M¹ng diÖn réng (Wide Area Network - WAN) lµ m¹ng cã ph¹m vi ho¹t ®éng cã thÓ lµ c¶ mét vïng, mét khu vùc vµ cã thÓ v−ît qua biªn giíi mét quèc gia.

+M¹ng toµn cÇu (Global Area Network - GAN) ph¹m vi cña m¹ng tr¶i réng kh¾p lôc ®Þa cña tr¸i ®Êt.2 Ph©n lo¹i theo kÜ thuËt chuyÓn m¹ch NÕu lÊy kÜ thuËt chuyÓn m¹ch so s¸nh th× cã thÓ ph©n chia m¹nh thµnh: M¹ng chuyÓn m¹ch kªnh, m¹ng chuyÓn m¹ch gãi, m¹ng chuyÓn m¹ch th«ng b¸o. a) M¹ng chuyÓn m¹ch kªnh (Circuit - switched - Network):®©y lµ m¹ng mµ khi 2 thùc thÓ muèn liªn l¹c víi nhau th× chóng ph¶i t¹o vµ duy tr× mét kªnh liªn tôc cho ®Õn khi kÕt thóc qu¸ tr×nh th«ng tin.Ph−¬ng ph¸p chuyÓn m¹ch cã hai nh−îc ®iÓm chÝnh: + HiÖu suÊt sö dông ®−êng truyÒn kh«ng cao + MÊt nhiÒu thêi gian cho viÖc thiÕt lËp kªnh cè ®Þnh khi th«ng tin gi÷a 2 thùc thÓ. NguyÔn xu©n tr−êng - ®tth2 - k40 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] §å ¸n tèt nghiÖp Chän ®−êng vμ øng dông trong thiÕt kÕ m¹ng WAN b) M¹ng chuyÓn m¹ch th«ng b¸o (Message - switched -Network) Trong m¹ng chuyÓn m¹ch th«ng b¸o viÖc chän ®−êng ®i cho c¸c th«ng b¸o tíi ®Ých ®−îc thùc hiÖn t¹i c¸c nót m¹ng. C¸c nót c¨n cø vµo ®Þa chØ ®Ých cña th«ng b¸o ®Ó ra quyÕt ®Þnh chän nót ®Õn kÕ tiÕp cho th«ng b¸o trªn ®−êng dÉn tíi ®Ých.

Nh− vËy c¸c nót cÇn l−u tr÷ t¹m thêi c¸c th«ng b¸o, ®äc th«ng b¸ovµ qu¶n lý viÖc chuyÓn tiÕp c¸c th«ng b¸o ®i. Ph−¬ng ph¸p chuyÓn m¹ch th«ng b¸o cã nh÷ng −u ®iÓm sau: + HiÖu suÊt sö dông ®−êng truyÒn cao v× kh«ng cã c¸c kªnh th«ng tin cè ®Þnh. + Mçi nót m¹ng cã thÓ l−u tr÷ th«ng b¸o cho tíi khi ®−êng truyÒn kh¶ dông míi truyÒn ®i nªn gi¶m ®uùc t×nh tr¹ng t¾c nghÏn trªn m¹ng.