Bài giảng Mạng máy tính Phần 4

5/5/2013 1 1 2 Kiến trúc phân tầng Ví dụ Tại sao phải phân tầng? 3 Ví dụ phân tầng Bộ dàn âm thanh Cassette Player Speaker Amplifier Tất cả chức năng đều đặt cả trong một khối Khi muốn thay đổi: Nâng cấp toàn bộ Phân tầng Không phân tầng 4 VD: Tổ chức vận chuyển hàng không • Một chuỗi liên tiếp các bước Vé (mua) Hành lý (kiểm tra) Cửa (vào) Cất cánh Bay Vé (soát) Hành lý (khai báo) Cửa (ra) Hạ cánh Bay Bay, Transit 5/5/2013 2 5 ticket (purchase) baggage (check) gates (load) runway (takeoff) airplane routing Sân bay đi Sân bay đếnSân bay trung chuyển airplane routing airplane routing ticket (complain) baggage (claim) gates (unload) runway (land) airplane routing ticket baggage gate takeoff/landing airplane routing Ví dụ phân tầng Tầng: Mỗi tầng có nhiệm vụ cung cấp 1 dịch vụ • Dựa trên các chức năng của chính tầng đó • Dựa trên các dịch vụ cung cấp bởi tầng dưới 6 KL: Vì sao phải phân tầng? • Đối với các hệ thống phức tạp: nguyên lý ”chia để trị”  • Cho phép xác định rõ nhiệm vụ của mỗi bộ phận và  quan hệ giữa chúng • Cho phép dễ dàng bảo trì và nâng cấp hệ thống • Thay đổi bên trong một bộ phận không ảnh hưởng đến  các bộ phận khác • e.g., Nâng cấp từ CD lên DVD player mà không phải  thay loa. 7 Các mô hình tham chiếu Mô hình OSI Mô hình TCP/IP 8 OSI - Open System Interconnection Physical layer Data link layer Network layer Transport layer Session layer Application layer Tầng mạng Presentation layer Hệ thống cuối Hệ thống cuốiNút mạng trung gian Tầng ứng dụng Tầng trình diễn Tầng phiên Tầng giao vận Tầng mạng Tầng liên kết dữ liệu Tầng vật lý 5/5/2013 3 9 Phân chia các chức năng trong việc trao đổi thông tin Bên gửi Bên nhận Thông tin muốn trao đổi Ngôn ngữ Chuyển từ suy nghĩ sang lời nói Ngôn ngữ Thông tin nhận được Các phương tiện truyền thông Japanese? English? Thư? Điện thoại? E-mail? Việc trao đổi thông tin sẽ diễn ra suôn sẻ nếu tại mỗi tầng, cùng một phương tiện, chức năng được sử dụng Mô hình tham chiếu OSI (Open Systems Interconnection) SNA TCP/IP DECNET • Khả năng kết nối • Khả năng phát triển • Đơn giản hóa Chuẩn hóa Sự phát triển các chuẩn mạng và sự ra đời của mô hình tham chiếu OSI Mô hình OSI ( Open Systems Interconnection) OSI ( Open Systems Interconnection) : Ra đời năm 1984 - Là tập hợp các đặc điểm kỹ thuật mô tả kiến trúc mạng dành cho việc kết nối các thiết bị không cùng chủng loại 12 MOÂ HÌNH OSI (Open Systems Interconnection) Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Các tầng thấp nhất định nghĩa các giao tiếp vật lý và đặc trưng truyền tải điện tử. Các tầng giữa định nghĩa cách thức các thiết bị truyền thông, duy trì kết nối, kiểm lỗi và điều khiển luồng tránh việc một hệ thống phải nhận nhiều dữ liệu hơn mức xử lý của nó. Các tầng cao nhất định nghĩa cách thức các ứng dụng sử dụng các dịch vụ của tầng thấp hơn. 01011101 5/5/2013 4 Cấu trúc phân lớp của mô hình OSI  Layer 7: Application  Layer 6: Presentation  Layer 5: Session  Layer 4: Transport  Layer 3: Network  Layer 2: Data Link  Layer 1: Physical 14 MOÂ HÌNH OSI (Open Systems Interconnectio) Application Presentation Session Transport Add Your TextNetwork Data Link Physical Chức năng : Cung cấp giao tiếp giữa chương trình ứng dụng cho người sử dụng với hệ thống mạng Trình bày các đặc tả kỹ thuật để giải quyết vấn đề giao tiếp giữa các chương trình ứng dụng với hệ thống mạng Ví dụ : Các ứng dụng HTTP, Telnet, FTP, Mail 7 6 5 4 3 2 1 15 MOÂ HÌNH OSI Application Presentation Session Transport Add Your TextNetwork Data Link Physical Chức năng : Đảm bảo các dạng thức biễu diễn thông tin của các ứng dụng sao cho các hệ thống trên mạng có thể “hiểu” được. Trình bày các đặc tả kỹ thuật các dạng thức biễu diễn thông tin như : mã hoá, giải mã, nén, các dạng thức file ảnh…. JPEG, ASCII, GIF, MPEG, Encryption 7 6 5 4 3 2 1 16 MOÂ HÌNH OSI Application Presentation Session Transport Add Your TextNetwork Data Link Physical Chức năng : Thiết lập, quản lý, kết thúc các “phiên” (session) giao dịch, trao đổi dữ liệu trên mạng giữa các ứng dụng Trình bày các đặc tả kỹ thuật thực hiện quá trình trên. 7 6 5 4 3 2 1 5/5/2013 5 17 MOÂ HÌNH OSI Application Presentation Session Transport Add Your TextNetwork Data Link Physical Chức năng : Đảm bảo độ tin cậy cho các gói tin truyền tải trong mạng. Trình bày các đặc tả kỹ thuật thực hiện việc : Đánh thứ tự và đảm bảo thứ tự truyền các gói tin, ghép/tách dữ liệu từ các gói tin đến từ một ứng dụng,chọn lựa giao thức truyền nhận dữ liệu có hay không cơ chế sửa lỗi. Ví dụ : TCP,UDP… 7 6 5 4 3 2 1 18 MOÂ HÌNH OSI Application Presentation Session Transport Add Your TextNetwork Data Link Physical Chức năng : Đảm bảo quá trình chuyển giao các gói tin giữa các hệ thống trên mạng thông qua việc xác định đường dẫn, xử lý gói tin, chuyển giao gói tin đên các hệ thống. Trình bày các đặc điểm kỹ thuật về địa chỉ logic cho các thiết bị mạng, cơ chế định tuyến, các giao thức định tuyến 7 6 5 4 3 2 1 19 MOÂ HÌNH OSI Application Presentation Session Transport Add Your TextNetwork Data Link Physical Mức móc nối dữ liệu (Data Link Layer) Nhiệm vụ của mức này là tiến hành chuyển đổi thông tin dưới dạng chuỗi các bit ở mức mạng thành từng đoạn thông tin gọi là frame. Sau đó đảm bảo truyền liên tiếp các frame tới mức vật lý, đồng thời xử lý các thông báo từ trạm thu gửi trả 7 6 5 4 3 2 1 20 MOÂ HÌNH OSI Application Presentation Session Transport Add Your TextNetwork Data Link Physical Chức năng: Chuyển tải các dòng bit không có cấu trúc trên đường truyền vật lý. Đơn vị dữ liệu là các bit Trình bày các đặc tả về điện và vật lý của mạng : giao tiếp vật lý, đặc tính điện của các giao tiếp, cự ly và tốc độ truyền dữ liệu. 7 6 5 4 3 2 1 5/5/2013 6 Ví dụ về một quá trình đóng gói dữ liệu Ví dụ về một quá trình đóng gói dữ liệu Tương tác giữa các lớp trong mô hình OSI  Bước 1: Lớp vật lý đảm bảo đồng bộ bit, đặt các mẫu bit trong buffer, thông báo cho lớp datalink về frame nhận được sau khi giải mã tín hiệu từ chuỗi bit nhận được  Bước 2 : Lớp datalink kiểm tra FCS trong trailer cua frame nhận được để phát hiện lỗi trong truyền dẫn, nếu phát hiện lỗi thì loại bỏ frame, kiểm tra địa chỉ datalink, nếu đúng thì chuyển data giữa header và trailer của frame lên software lớp 3  Bước 3 : Lớp network kiểm tra địa chỉ lớp 3, nếu đúng thì xử lý tiếp và chuyển dữ liệu sau header lớp 3 cho software lớp 4 Tương tác giữa các lớp trong mô hình OSI  Bước 4 : Lớp transport khôi phục các đoạn dữ liệu đến theo đúng thứ tự bằng thông tin ACK trong header và chuyển cho lớp session  Bước 5 : Lớp session đảm bảo chuỗi các message đã nhận đầy đủ, sau đó chuyển cho lớp presentation.  Bước 6 : Lớp presentation chuyển đổi dữ liệu, chuyển cho lớp ứng dụng.  Bước 7 : Lớp ứng dụng xử lý header cuối cùng chứa các thông tin về các tham số chương trình ứng dụng giữa 2 host. 5/5/2013 7 Một số bộ giao thức kết nối mạng TCP/IP : Có khả năng liên kết nhiều loại máy tính khác nhau. Là chuẩn Internet toàn cầu. NetBEUI : Được cung cấp theo các sản phẩm của IBM, Microsoft Không hỗ trợ định tuyến, chỉ sử dụng dựa vào mạng Microsoft IPX/SPX : Sử dụng trong mạng Novell Nhỏ nhanh và hiệu quả trên các mạng cục bộ, có hỗ trợ định tuyến DECnet : Giao thức độc quyền của hãng Digital Equipment Corporation Định nghĩa mô hình truyền thông qua LAN, MAN, WAN, có hỗ trợ định tuyến 26 Mô hình phân tầng của Internet CAT5 IP TCP FTP CAT5 10M IP CAT5 100M/Ethernet IP TCP FTP Nguồn ĐíchNút trung gian 100M CAT5 quá trình gửi dữ liệu từ nguồn, qua nút trung gian (bộ định tuyến) rồi đến đích 27 Đóng gói dữ liệu (Encapsulation) địa chỉ Trang trí Dán địa chỉ Gói quà địa chỉ 28 PDU: Protocol Data Unit – Đơn vị dữ liệu giao thức (N+1) PDU (N) PDU (N-1) PDU HN HN HN-1 Layer (N+1) Layer (N-1) Layer (N) Service interface Service interface Protocol N+1 Protocol N Protocol N-1 addr. 5/5/2013 8 29 Data Data Ex：HTTP header Họ giao thức TCP/IP và quá trình đóng gói TCP header IP header Ethernet Frame Signal Network Interface TCP Application Physical IP Sender Receiver • Bên gửi • Mỗi tầng thêm vào các thông tin điều khiển vào phần đầu gói tin (header) và truyền xuống tầng dưới • Bên nhận • Mỗi tầng xử lý gói tin dựa trên thông tin trong phần đầu, sau đó bỏ phần đầu, lấy phần dữ liệu chuyển lên tầng trên. Network Interface TCP Application Physical IP 30 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 31 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 TCP header Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 32 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 IP header TCP header Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 5/5/2013 9 33 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 IP header TCP header Dữ liệu - payloadEthernet header Protocol stack và quá trình đóng gói 34 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 IP header TCP header Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 35 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 IP header TCP header Dữ liệu - payloadWDM header Protocol stack và quá trình đóng gói 36 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 IP header TCP header Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 5/5/2013 10 37 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 IP header TCP header Dữ liệu - payloadEthernet header Protocol stack và quá trình đóng gói 38 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 IP header TCP header Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 39 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 TCP header Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 40 CAT5WDM End node End nodeIntermediate node CAT5 Ethernet/10M IP TCP FTP Ethernet/100M IP TCP FTP WDM 10M IP 10G CAT5 10G IP CAT5 Dữ liệu - payload Protocol stack và quá trình đóng gói 5/5/2013 11 41 Tóm tắt: ưu điểm của kiến trúc phân tầng • Chia nhỏ cho phép xác định dễ dàng chức năng mỗi tầng • Các tầng hoạt động độc lập • Tầng trên chỉ quan tâm đến việc sử dụng tầng dưới mà không quan tâm đến các tầng xa hơn • Cho phép định nghĩa giao diện chung giữa các tầng • Khả năng mở rộng • Mềm dẻo, linh hoạt với các công nghệ mới • Trao đổi giữa các tầng đồng mức • Có thể cải tiến hệ thống bằng cách thay thế một công nghệ mới của tầng tương ứng : ISDN→ADSL→FTTH、IPv4→IPv6 • Nếu không phân tầng • Khi muốn thay đổi, phải làm toàn bộ…