MẠNG MÁY TÍNH
Chương 6 – Lớp MẠNG


Nội dung



6.1 Chức năng
6.2 Các kỹ thuật định tuyến
6.3 Điều khiển tắc nghẽn
6.4 Chất lượng dịch vụ



6.5 Giao thức lớp mạng của mạng Internet






6.1 Chức năng


6.1.1 Chuyển mạch (lưu-chuyển gói) dữ liệu
 Một gói dữ liệu được gửi từ một trạm đến Bộ định tuyến gần
nhất hoặc trên cùng một mạng LAN hoặc trên đường liên kết dữ
liệu.
 Gói dữ liệu này được lưu trữ cho đến khi toàn bộ gói dữ liệu đến
để trường kiểm tra lỗi thực hiện kiểm tra.

 Sau đó nó được chuyển đến Bộ định tuyến tiếp theo trên đường
truyền cho đến khi đến được đích nhận.


6.1 Chức năng


6.1.1 Chuyển mạch lưu-chuyển gói dữ liệu
 Mỗi gói tin khi đi từ nguồn đến đích có thể qua
nhiều trạm trung gian.
 Tại mỗi trạm trung gian có thể có hơn một con
đường đến đích.
 Gói tin được chuyển đi trên con đường phù hợp
nhất bởi trạm trung gian. Chức năng này được
gọi là định tuyến và thiết bị trên được gọi là bộ
định tuyến


6.1 Chức năng



6.1.2 Cung cấp dịch vụ cho Lớp giao vận:
Các dịch vụ này được thiết kế theo các nguyên tắc
sau:
 Các dịch vụ phải độc lập với công nghệ ứng dụng
trong các Bộ định tuyến.
 Lớp giao vận phải độc lập với số lượng, chủng
loại và cấu hình của các Bộ định tuyến.
 Địa chỉ mạng đưa lên cho lớp giao vận phải có

cùng một hệ thống địa chỉ, ngay cả trong cùng
một mạng LAN


6.1 Chức năng


6.1.3 Thực hiện dịch vụ truyền dữ liệu không kết
nối
 Để thực hiện dịch vụ truyền dữ liệu không kết nối,
các gói dữ liệu được chèn vào mạng con và
được định tuyến một cách độc lập đến đầu cuối,
không cần cài đặt phức tạp.
 Đối với trường hợp này, các gói dữ liệu được gọi
là các datagram và các mạng con được gọi là
các mạng con datagram (datagram subnet).


6.1 Chức năng


Thuật toán dùng để quản lý các bảng định tuyến và
đưa ra quyết định định tuyến được gọi là thuật toán
định tuyến.


6.1 Chức năng


6.1.4 Thực hiện dịch vụ truyền dữ liệu có kết nối

 Để

thực hiện dịch vụ truyền dữ liệu có kết nối
 phải thiết lập một kênh truyền từ nguồn đến
đích trước khi gửi dữ liệu đi.
 Kênh kết nối này được gọi là các mạch ảo
(VC)
 Trong trường hợp này mạng con được gọi là
các mạng con mạch ảo.


6.1 Chức năng



Mạch ảo  tránh được việc phải lựa chọn các tuyến
mới cho các gói dữ liệu.
Kênh dữ liệu đã được thiết lập này được sử dụng
để thiết lập kết nối và bảng định tuyến sẽ được
chứa trong kênh dữ liệu này.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến


6.2.1 Tổng quan về định tuyến
 Chức năng quan trọng nhất của lớp mạng là dẫn
đường cho các gói dữ liệu từ trạm nguồn đến
trạm đích. Trong hầu hết các mạng con, các gói
yêu cầu đa bước nhảy (multiple hops) để tạo nên

tuyến đi trừ các mạng quảng bá.
 Thiết kế định tuyến gồm
kỹ thuật định tuyến
 cấu trúc dữ liệu


 Kỹ

thuật định tuyến là một phần của phần mềm
lớp mạng có nhiệm vụ quyết định chọn một
đường ra mà gói dữ liệu sẽ được truyền.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến


Thuật toán tìm đường đi là quy trình để quyết định
định tuyến ra khỏi nút mạng nhằm gửi gói dữ liệu đi
tới nút khác.
 Nếu mạng con sử dụng mạch ảo thì các quyết
định định tuyến được tạo ra khi một kênh ảo mới
được thiết lập. Sau đó các gói dữ liệu chỉ đi theo
một đường đã được thiết lập và định tuyến này
gọi là định tuyến phiên.
 Nếu một mạng con sử dụng các gói dữ liệu
(Datagram) thì quyết định định tuyến phải được
tạo thêm một lần nữa khi các gói dữ liệu đến, bởi
vì tuyến đường tốt nhất có thể đã thay đổi kể từ
khi cập nhật lần cuối cùng.



6.2 Các kỹ thuật định tuyến


6.2.2 Các yêu cầu kỹ thuật định tuyến
 Định tuyến là sự lựa chọn một con đường để
truyền một đơn vị dữ liệu (một gói dữ liệu chẳng
hạn) từ trạm nguồn đến trạm đích của nó. Một kỹ
thuật định tuyến phải thực hiện 2 chức năng sau
đây:
1. Quyết định định tuyến theo những tiêu chuẩn
(tối ưu) nào đó.
 2. Cập nhập thông tin định tuyến.



6.2 Các kỹ thuật định tuyến


Có rất nhiều kỹ thuật định tuyến khác nhau. Sự
phân biệt giữa chúng chủ yếu căn cứ vào các yếu tố
liên quan đến 2 chức năng trên. Các yếu tố đó
thường là:
a. Sự phân tán của các chức năng định tuyến trên
các nút của mạng  Định tuyến tập trung/phân
tán
b. Sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng
 Định tuyến tĩnh / động
c. Các tiêu chuẩn (tối ưu) để định tuyến 



6.2 Các kỹ thuật định tuyến




Tiêu chuẩn (tối ưu) để định tuyến được xác định bởi
người quản lý hoặc người thiết kế mạng, nó có thể
là:
 Độ trễ trung bình của việc truyền gói dữ liệu.
 Số lượng nút trung gian giữa nguồn và đích của
gói dữ liệu.
 Độ an toàn của việc truyền tin.
 Chi phí truyền tin.
Việc chọn tiêu chuẩn (tối ưu) định tuyến phụ thuộc
vào đặc điểm của mạng (băng thông, mục đích sử
dụng ....). Các tiêu chuẩn có thể thay đổi theo thời
gian do sự thay đổi các đặc điểm của mạng.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến


6.2.3 Kỹ thuật định tuyến tập trung và định
tuyến phân tán
Kỹ thuật định tuyến tập trung
 Tồn tại của một (hoặc vài) trung tâm điều khiển
mạng thực hiện việc định tuyến sau đó gửi các
bảng định tuyến tới tất cả các nút dọc theo tuyến
đã được chọn đó.

 Thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc
định tuyến chỉ được lưu giữ tại trung tâm điều
khiển mạng.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến
 Trung

tâm cập nhật bảng định tuyến từ thông tin
các nút mạng
 Các nút mạng có thể không gửi bất cứ thông tin
nào về trạng thái của chúng tới trung tâm, hoặc
gửi theo định kỳ, hoặc chỉ gửi khi xảy ra một sự
kiện nào đó.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến
Kỹ thuật định tuyến phân tán
 Trong kỹ thuật này không tồn tại các trung tâm
điều khiển. Quyết định định tuyến được thực hiện
tại mỗi nút của mạng. Điều này đòi hỏi việc trao
đổi thông tin giữa các nút, tùy theo mức độ thích
nghi của giải thuật được sử dụng.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến


6.2.4 Kỹ thuật định tuyến tĩnh và định tuyến động


Kỹ thuật định tuyến tuyến tĩnh
 Có

thể là định tuyến tập trung hoặc phân tán nhưng
nó không đáp ứng với mọi sự thay đổi trên mạng.
 Việc định tuyến được thực hiện mà không có sự trao
đổi thông tin, không đo lường và không cập nhập
thông tin.
 Tiêu chuẩn (tối ưu) để định tuyến và bản thân tuyến
được chọn một lần cho toàn cuộc, không hề có sự
thay đổi giữa chúng.
 Kỹ thuật định tuyến này rất đơn giản, do vậy được sử
dụng rộng rãi, đặc biệt trong các mạng tương đối ổn
định ít có thay đổi về sơ đồ và lưu lượng trên mạng.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến
b- Kỹ thuật định tuyến động:
 Kỹ

thuật này thu hút sự quan tâm đặc biệt những nhà
thiết kế mạng do khả năng đáp ứng với các trạng thái
khác nhau của mạng.
 Đây là một yếu tố rất quan trọng, đặc biệt đối với các
ứng dụng thời gian thực
 Mức độ thích nghi này được đặc trưng bởi sự trao đổi
thông tin định tuyến trong mạng.
 Mỗi nút hoạt động một cách độc lập với thông tin riêng
của mình để thích nghi với sự thay đổi của mạng theo
một phương pháp nào đó.



6.2 Các kỹ thuật định tuyến
Ở

mức độ cao hơn, thông tin về trạng thái của
mạng có thể được cung cấp từ các nút láng
giềng hoặc từ tất cả các nút khác. Thông thường,
các thông tin được đo lường và sử dụng cho việc
định tuyến bao gồm:
Trạng thái của đường truyền.
 Độ trễ truyền dẫn.
 Mức độ lưu thông.
 Các tài nguyên khả dụng.



6.2 Các kỹ thuật định tuyến
 Khi

có sự thay đổi trên mạng các thông tin trên cần
phải được cập nhật.
 Thực tế: kỹ thuật định tuyến phân tán và thích nghi
đáp ứng nhanh với các “dữ liệu lành” nhưng lại đáp
ứng chậm đối với các “dữ liệu xấu”.


VD: thông tin về sự cố của một đường truyền nằm trên
một tuyến đã chọn đôi khi không được truyền với tốc
độ cần thiết làm cho các gói dữ liệu vẫn được gửi đến

đường truyền đó gây nên hiện tượng tắc nghẽn, chúng
ta cần phải có các giải pháp cho vấn đề này.

 Ngoài

ra, kỹ thuật định tuyến phân tán và thích nghi
còn có một số vấn đề khác. Ví dụ như các gói dữ liệu
bị quẩn trong mạng và không bao giờ đến được đích.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến


6.2.5 Một số kỹ thuật định tuyến khác
a- Định tuyến phân cấp
 Khi

số nút mạng tăng lên đáng kể, các bảng định tuyến
tăng lên. Bộ định tuyến không chỉ tốn kém bộ nhớ mà
còn chiếm nhiều thời gian CPU và băng thông để gửi
các báo cáo trạng thái về chúng. Do đó định tuyến phải
được phân cấp kiểu như mạng điện thoại.
 Sử dụng các bộ định tuyến được phân chia thành các
vùng, mỗi Bộ định tuyến biết cách định tuyến các gói dữ
liệu đến các đích trong vùng của nó, nhưng không biết
gì về cấu trúc bên trong của vùng khác.
 Khi ghép nối những mạng khác nhau thì coi mỗi mạng
như là một vùng phân cách.



6.2 Các kỹ thuật định tuyến
b- Định tuyến cho máy trạm di động


Đối với người dùng di động, mạng luôn luôn cấp một địa chỉ cố
định cho người dùng này để xác định vị trí của họ. Do đó, việc
định tuyến trong hệ thống này thực chất là định tuyến các gói
dữ liệu đến máy trạm có địa chỉ cố định nói trên.


6.2 Các kỹ thuật định tuyến
c- Định tuyến quảng bá (broadcast routing)
 Có nhiều phương pháp truyền quảng bá khác
nhau như:
Khi một gói dữ liệu đến, Bộ định tuyến đó kiểm tra
tất cả các đích để xác định một tập các đường ra
mà chúng sẽ cần tới (một đường ra là cần thiết
nếu nó là tuyến đường tốt nhất tới ít nhất một điểm
trong đích).
 Bộ định tuyến tạo ra một bản sao mới của gói dữ
liệu cho mỗi đường ra, chứa trong mỗi gói dữ liệu
chỉ là các đích mà chúng đến.



6.2 Các kỹ thuật định tuyến


Do đó, số đích của các gói dữ liệu giảm dần. Sau
một số đủ các hops, mỗi gói dữ liệu sẽ chỉ mang

một đích và khi đó có thể coi như một gói dữ liệu
thông thường. Trong định tuyến đa đích các gói dữ
liệu được đánh địa chỉ riêng rẽ, trừ các gói dữ liệu
đi theo cùng tuyến đường đến cùng một đích.