Mở đầu Mạng số liệu ra đời và phát triển mạnh mẽ đã mang lại những lợi ích thật to lớn cho tất cả mọi người từ người dùng cá nhân đến các tổ chức doanh nghiệp; các cơ quan, chính phủ và trong mọi mặt của cuộc sống. Để có thể ứng dụng mạng trong lĩnh vực quản lý giao thông vận tải, việc nắm vững các kiến thức về mạng, các công nghệ mạng đang sử dụng và các công nghệ mạng dự đoán cho tương lai là một yêu cầu rất cần thiết. CÁC KHÁI NIỆM VỀ MẠNG SỐ LIỆU VÀ CÁCH PHÂN LOẠI 1. Khái niệm về mạng số liệu Mạng số liệu là một hệ thống gồm nhiều thiết bị đầu cuối kết nối với nhau nhằm mục đích lưu trữ, truyền tải hoặc trao đổi các dữ liệu, thông tin đã được số hóa giữa những người sử dụng các thiết bị đầu cuối.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc về công nghệ phần cứng máy tính cũng như các phần mềm ứng dụng trên máy tính hiện đại, mạng số liệu còn được hiểu là một hệ thống bao gồm nhiều máy tính được kết nối với nhau tuân theo những giao thức đã được chuẩn hóa nhằm mục đích chính là lưu giữ, truyền tải hoặc trao đổi các dữ liệu, thông tin đã được số hóa giữa những người sử dụng máy tính. Phân loại mạng số liệu [3] -2- Có nhiều cách khác nhau để phân loại mạng, tùy thuộc vào yếu tố chính được dùng để làm chỉ tiêu phân loại. Mạng số liệu thông thường được phân loại theo các tiêu chí như sau: - Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng; - Phân loại theo khoảng cách địa lý của mạng; - Phân loại theo kiến trúc mạng; - Phân loại theo chức năng mạng; Tuy nhiên, trong thực tế người ta thường chỉ phân loại theo hai tiêu chí đầu tiên. Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch: Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm yếu tố chính để phân loại mạng số liệu, ta có các loại mạng sau: - Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Swiched Network): Khi có 2 thực thể cần truyền thông với nhau thì giữa chúng sẽ thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho đến khi hai bên ngắt liên lạc.
Các dữ liệu chỉ truyền đi theo con đường cố định đó. - Mạng chuyển mạch bản tin (Message Switched Network): Bản tin là một đơn vị dữ liệu của người sử dụng có khuôn dạng được quy định trước. Mỗi bản tin có chứa các thông tin điều khiển trong đó chỉ rõ đích cần truyền đến của bản tin. Căn cứ vào thông tin điều khiển này mà mỗi nút trung gian có thể chuyển bản tin đến nút kế tiếp trên con đường dẫn đến đích của bản tin.
Như vậy, mỗi nút cần phải lưu giữ tạm thời -3- để đọc thông tin điều khiển trên bản tin. Nếu thấy bản tin không gửi cho mình thì tiếp tục chuyển bản tin đi. Tùy vào điều kiện của mạng mà bản tin có thể được chuyển đi theo nhiều con đường khác nhau. - Mạng chuyển mạch gói (Packet Switched Network): Ở loại mạng này, mỗi bản tin được chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin có khuôn dạng quy định trước.
Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của gói tin. Các gói tin của cùng một bản tin có thể được gửi qua mạng để đi tới đích theo nhiều con đường khác nhau. Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý: Nếu lấy khoảng cách địa lý làm tiêu chí phân loại thì ta có các loại mạng sau: - Mạng cục bộ (LAN: Local Area Network) Là mạng được cài đặt trong phạm vi tương đối nhỏ hẹp, như trong một tòa nhà, một xí nghiệp,… với khoảng cách lớn nhất giữa các máy tính trên mạng trong vòng vài km trở lại. - Mạng đô thị (MAN: Metropolitan Area Network ) Là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị, một trung tâm văn hóa xã hội, … có bán kính tối đa trong vòng 100 km trở lại.
- Mạng diện rộng (WAN: Wide Area Network) -4- Là mạng có diện tích bao phủ rộng lớn, phạm vi của mạng có thể vượt biên giới quốc gia, thậm chí cả lục địa. MẠNG LAN Mạng LAN hay còn được gọi là mạng cục bộ là một hệ thống bao gồm các máy tính và các thiết bị kết nối mạng được kết nối với nhau trong một phạm vi địa lý giới hạn, thường trong một tòa nhà hoặc một công sở nào đó. Tên gọi “mạng cục bộ” được xem xét chính từ quy mô mạng, đây chỉ là một trong những đặc tính của mạng cục bộ. Tuy nhiên, quy mô mạng lại là yếu tố quyết định đến nhiều đặc tính khác của mạng LAN.
Đặc điểm của mạng LAN - Mạng cục bộ có quy mô nhỏ, thường có bán kính dưới vài km. Đặc điểm này cho phép không cần dùng các thiết bị định tuyến với các mối liên hệ phức tạp. - Mạng cục bộ có tốc độ cao và ít lỗi. Tốc độ trên mạng cục bộ thông thường là 10 hoặc 100 Megabit trên giây và cho đến nay, với Gigabit Ethernet, tốc độ mạng cục bộ trên thực tế đã đạt đến mức hàng chục Gigabit trên giây mà xác xuất lỗi rất thấp.
- Mạng LAN thường là sở hữu riêng của một tổ chức nào đó (trường học, doanh nghiệp, …). Do vậy, việc quản lý khai thác hoàn toàn tập trung, thống nhất. Các sơ đồ kết nối mạng LAN [1] -5- LAN topology định nghĩa cách thức mà ở đó các thiết bị mạng được tổ chức sắp xếp. Có ba sơ đồ nối kết mạng LAN phổ biến là: dạng thẳng (Bus), dạng hình sao (Star) và dạng hìng vòng (Ring).1 Các sơ đồ kết nối mạng LAN phổ biến Bus topology là một mạng với kiến trúc tuyến tính trong đó dữ liệu truyền tải của một trạm sẽ được lan truyền trên suốt chiều dài của đường truyền và được nhận bởi tất cả các thiết bị khác.
Đường truyền chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là Terminator, còn các máy trạm thì được kết nối vào đường trục chính bằng kết nối chữ T (T-connector) hoặc bằng một thiết bị thu phát (transceiver). Với bus topology, dữ liệu được truyền theo phương thức điểm - đa điểm (point to multipoint hay broadcast).2 Sơ đồ kết nối dạng thẳng Star topology là một kiến trúc mạng trong đó các máy trạm được nối kết vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích. Tùy theo yêu cầu truyền thông trên mạng mà thiết bị trung tâm có thể là router (bộ định tuyến), switch (bộ chuyển mạch) hoặc hub (bộ phân kênh). Vai trò của thiết bị trung tâm này là thực hiện việc thiết lập các liên kết điểm – điểm (point to point) giữa các trạm.3 Sơ đồ kết nối dạng hình sao -7- Ring topology là một kiến trúc mạng mà nó bao gồm một loạt các thiết bị được nối lại với nhau trên một kênh truyền có hướng theo dạng vòng.
Mỗi trạm được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển tiếp đến trạm kế tiếp trên vòng. Như vậy, tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết điểm – điểm giữa các repeater do đó cần có giao thức điều khiển việc cấp phát quyền được truyền dữ liệu trên vòng mạng cho trạm có nhu cầu.4 Sơ đồ kết nối dạng hình vòng 1. Phƣơng thức truy nhập đƣờng truyền trong mạng LAN Vì chỉ có một đường truyền vật lý trong mạng LAN, tại một thời điểm nào đó LAN chỉ cho phép một thiết bị được sử dụng đường truyền để truyền tin. Nếu có hai máy tính cùng gởi dữ liệu ở tại một thời điểm sẽ dẫn đến tình trạng va chạm.
Dữ liệu của hai thiết bị này sẽ bị phủ lấp lẫn nhau, không sử dụng được. Vì thế cần có một cơ chế để giải quyết sự cạnh tranh đường truyền giữa các thiết bị để việc -8- truyền thông trong mạng LAN được hiệu quả. Người ta gọi phương pháp giải quyết cạnh tranh đường truyền giữa các thiết bị trong một mạng cục bộ là phương thức điều khiển truy nhập đường truyền (Media Access Control Protocol hay MAC Protocol). Có hai giao thức chính thường được dùng trong các mạng cục bộ là: giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) và giao thức Token Passing.
Giao thức đa truy nhập sử dụng song mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD) [1] Phương thức này sử dụng cho topo mạng tuyến tính hoặc hình sao, trong đó tất cả các trạm của mạng đều được nối trực tiếp vào bus. Mọi trạm đều có thể truy nhập vào bus chung một cách ngẫu nhiên và do vậy rất có thể dẫn đến xung đột, tức là có 2 hoặc nhiều trạm cùng đồng thời truyền và nhận dữ liệu. Dữ liệu truyền trên mạng theo một khuôn dạng đã định sẵn trong đó có một vùng thông tin điều khiển chứa địa chỉ trạm đích. Phương thức CSMA/CD là phương thức cải tiến từ giao thức CSMA hay còn gọi làLBT (Listen Before Talk).
Tư tưởng của phương thức CSMA là một trạm khi cần truyền dữ liệu trước hết phải nghe xem đường truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi thì trạm đó truyền dữ liệu theo khuôn dạng đã quy định trước, còn nếu bận (đã có dữ liệu đang truyền) thì trạm này cần thực hiện một trong 3 giải thuật sau: -9- - Giải thuật CSMA không kiên trì (1): tạm ngừng nghe một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi mới thực hiện lại các thủ tục nghe đường truyền. - Giải thuật CSMA 1-kiên trì (2): tiếp tục nghe đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất là 1. Chính vì thế mà giao thức có tên là CSMA 1 - kiên trì.
- Giải thuật CSMA p-kiên trì (3): tiếp tục nghe đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất là p với 0<p<1. Với giải thuật (1) ta thấy có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền thấy đường truyền bận sẽ cùng rút lui chờ trong những khoảng thời gian ngẫu nhiên khác nhau mới quay lại tiếp tục nghe đường truyền. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là có thể có thời gian không sử dụng đường truyền sau mỗi lần phát hiện xung đột. Giải thuật (2) cố gắng làm giảm thời gian "chết" bằng cách cho phép một trạm có thể được truyền dữ liệu ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc.
Tuy nhiên nếu lúc đó nếu có nhiều trạm đang đợi để truyền dữ liệu thì khả năng xảy ra xung đột sẽ rất lớn.