Truyền thông tin trong mạng

    0

    Các mô hình truyền thông tin

    Trong mạng máy tính có thể phát sinh nhu cầu truyền thông tin từ một node tới một, nhiều, hoặc tất cả các host khác.

    Nếu một node (host) truyền thông tin tới đúng một node (host) khác, nó được gọi là truyền thông unicast. Đây là mô hình truyền thông tin cơ bản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Mọi loại mạng đều hỗ trợ mô hình này.

    Nếu một node truyền thông tin tới tất cả các node khác trong mạng, nó được gọi là truyền thông broadcast (truyền thông quảng bá). Truyền thông quảng bá rất quan trọng đối với hoạt động của một số giao thức mạng làm nhiệm vụ hỗ trợ quá trình truyền thông. Vùng của mạng nơi có thể diễn ra truyền thông broadcast cũng được gọi là miền quảng bá (broadcast domain).

    Nếu một node truyền thông tin tới một nhóm các node khác, nó được gọi là truyền thông multicast.

    Các mô hình này diễn ra ở nhiều cấp độ, cơ bản nhất là cấp độ mạng cục bộ, và cấp độ liên mạng. 

    Ở cấp độ mạng cục bộ, các công nghệ mạng LAN hiện nay hỗ trợ đầy đủ cả 3 mô hình. Ở cấp độ liên mạng chủ yếu cho phép truyền thông unicast, không cho phép truyền thông broadcast, cũng như hạn chế truyền thông multicast.

    Trong mạng LAN, để thực hiện truyền thông broadcast, frame dữ liệu cần sử dụng một địa chỉ MAC đích đặc biệt với tất cả các bit bằng 1. Thông thường, các công nghệ LAN không phân biệt giữa truyền thông multicast và broadcast.

    Xung đột và miền xung đột

    Khi tìm hiểu về cách thức hoạt động của thiết bị repeater hoặc hub, chúng ta có thể thấy, các thiết bị này cho phép mọi thiết bị đầu cuối gắn với nó tự do truyền tín hiệu tới bất kì đích nào. Cả mạng khi này như một môi trường truyền dẫn được dùng chung bởi nhiều thiết bị đầu cuối. Nói một cách khác, môi trường mạng lúc này được chia sẻ bởi nhiều thiết bị đầu cuối với nhau. 

    Khi một môi trường truyền được chia sẻ bởi nhiều thiết bị có thể dẫn đến hiện tượng xung đột tín hiệu. 

    Xung đột tín hiệu là tình trạng tín hiệu đến từ nhiều nguồn “va chạm” nhau ở một điểm nào đó trên đường truyền làm triệt tiêu hoặc cộng dồn tín hiệu. Kết quả của xung đột là tín hiệu bị biến dạng và trở nên vô nghĩa. Khi xảy ra xung đột, quá trình truyền thông tin được xem là thất bại.

    Vùng mạng nơi tín hiệu được phép di chuyển tự do (không có sự cản trở của thiết bị mạng) và có khả năng xảy ra xung đột tín hiệu được gọi là miền xung đột (collision domain). Miền xung đột càng rộng, khả năng xung đột càng lớn. Miền xung đột nhỏ ít khả năng gây xung đột hơn. Do đó, miền xung đột càng nhỏ càng tốt.

    Các thiết bị repeater và hub cho phép ghép nối thêm nhiều thiết bị trong khi vẫn cho phép tín hiệu truyền tự do sẽ làm mở rộng miền xung đột. Hậu quả là hiệu suất truyền thông của mạng sẽ giảm. 

    Các thiết bị bridge và switch không làm mở rộng miền xung đột. Thay vào đó, chúng tách một miền xung đột lớn thành nhiều miền xung đột nhỏ. Do đó, khả năng xung đột dữ liệu giảm và giúp tăng hiệu suất truyền thông.

    Miền quảng bá

    Vùng của mạng nơi frame dữ liệu được phép di chuyển tự do và không bị ngăn chặn bởi thiết bị mạng được gọi là một miền quảng bá (Broadcast domain). 

    Miền quảng bá quan trọng ở chỗ, nó là “địa bàn” hoạt động của các giao thức mạng LAN. Chỉ các thiết bị đầu cuối ở trong cùng một miền quảng bá mới có thể gửi frame dữ liệu cho nhau. Có thể hình dung rằng, mỗi miền quảng bá tương đương với một mạng LAN cơ bản (mạng LAN không chứa router).

    Tất cả các thiết bị mạng repeater, hub, bridge và switch đều có tác dụng mở rộng miền quảng bá, tức là mở rộng mạng LAN.

    Thiết bị router lại có tác dụng ngăn chặn frame quảng bá, và qua đó nó có tác dụng chia nhỏ miền quảng bá.

    Theo cách hiểu như trên, cũng như qua nguyên tắc hoạt động của thiết bị, có thể nói rằng một miền xung đột sẽ thuộc về một miền quảng bá, và mỗi miền quảng bá có thể chứa nhiều miền xung đột.

    Miền quảng bá rất quan trọng trong việc gửi dữ liệu trong LAN mà chúng ta sẽ xem xét tiếp sau đây.

    Quan hệ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC

    Các thiết bị đầu cuối đồng thời có hai loại địa chỉ, địa chỉ logic IP và địa chỉ vật lý MAC. Như đã trình bày ở các phần trên, địa chỉ IP cho phép truyền thông host-to-host nằm trong các mạng khác nhau, còn địa chỉ MAC cho phép truyền thông frame dữ liệu trong nội bộ một mạng LAN (trong cùng một miền quảng bá). 

    Vậy, liệu rằng trong nội bộ một mạng LAN chúng ta có cần đến địa chỉ IP để truyền dữ liệu không? Hoặc hai thiết bị đầu cuối trong cùng một miền quảng bá LAN với địa chỉ IP khác nhau có thể truyền dữ liệu cho nhau không?

    Câu trả lời nằm ở giao thức ARP (Address Resolution Protocol) – một trong những giao thức bắt buộc của bộ giao thức TCP/IP. Giao thức này có nhiệm vụ tìm hiểu địa chỉ MAC của một thiết bị thông qua địa chỉ IP của nó.

    Hãy cùng xem một ví dụ. 

    Có hai máy tính A và B cùng kết nối với một switch. Địa chỉ IP của Máy A là 192.168.1.2/24 và địa chỉ IP của Máy B là 192.168.1.3/24. Như vậy, hai máy nằm trong cùng một miền quảng bá, và có địa chỉ IP ở cùng một dải. 

    Giả sử chương trình trên máy A cần gửi dữ liệu cho chương trình trên máy B. Hãy tạm thời bỏ qua quá trình gọi dịch vụ và đóng gói dữ liệu với TCP/UDP mà coi như dữ liệu đã được chương trình giao thức IP xử lý xong.

    Quá trình tiếp theo diễn ra như sau:

    1. Máy A kiểm tra bảng định tuyến của nó và thấy rằng địa chỉ đích nằm trong cùng một dải với nó. 
    2. Máy A gửi một frame ARP quảng bá ra toàn mạng LAN (miền quảng bá) để xác định địa chỉ MAC được liên kết với địa chỉ IP của Máy B (192.168.1.3). 
    3. Nếu Máy B đang hoạt động, nó nhận được gói ARP quảng bá chỉ vì nó nằm trong cùng một mạng (192.168.1.x) và phản hồi lại địa chỉ IP của nó cho A. Khi Máy A biết được địa chỉ MAC của Máy B, nó sẽ tạo frame định hướng đến Máy B.
    4. Nếu Máy B không hoạt động, sẽ không có phản hồi lại cho A, do đó A không biết được địa chỉ MAC của máy đích, khi đó nó không tạo được frame và quá trình gửi thất bại. 

    Bây giờ giả sử rằng Máy A có địa chỉ IP (192.168.1.2) và địa chỉ của Máy B là (10.10.10.10). Máy chủ A truy vấn bảng định tuyến của nó chỉ để biết Máy chủ B có trong cùng một mạng hay không. Trong trường hợp này đối với A thì Máy B nằm trong một mạng khác. Vì vậy, Máy A học địa chỉ MAC của cổng mặc định (default gateway) của mạng – tức là địa chỉ IP của cổng router gắn với mạng đó – và chuyển thẳng frame đến router. Do đó, frame (và dữ liệu) từ A không bao giờ đến được B, mặc dù chúng nằm ngay cạnh nhau trong cùng một miền quảng bá.

    Về lý thuyết, nếu có thể chế tạo ra frame (với đủ MAC đích) thì vẫn có thể truyền nó đi trong LAN mà không cần đến IP. Tuy nhiên, trên thực tế, MAC đích được xác định tự động thông qua ARP. Do đó, địa chỉ IP và MAC là bắt buộc đối với mạng TCP/IP.

    Trên các hệ điều hành thường quản lý chung thông tin card mạng với cấu hình địa chỉ IP, mặc dù card mạng không sử dụng địa chỉ IP.

    Chất lượng truyền thông tin

    Băng thông mạng (network bandwidth) là tốc độ truyền thông tin tối đa qua một đường liên kết.

    Đơn vị cơ bản của băng thông là bps (Bits per second – số bit trong một giây). Ngoài ra, các đơn vị dẫn xuất thập phân khác cũng thường được sử dụng, bao gồm:

    • Kbps (Kilobits per second): 1Kbps = 10^3bps = 1000bps.
    • Mbps (Megabits per second): 1Mbps = 10^3Kbps.
    • Gbps (Gigabits per second): 1Gbps = 10^3Mbps.
    • Tbps (Terabits per second): 1Tbps = 10^3Gbps.

    Cần lưu ý rằng, trong lĩnh vực xử lý tín hiệu, băng thông được định nghĩa là khoảng cách giữa tần số thấp nhất và cao nhất của tín hiệu có thể truyền, và đơn vị đo cơ bản là Hz. 

    Chúng ta không sử dụng định nghĩa này khi nói về mạng máy tính. Vì vậy để tránh nhầm lẫn, chúng ta ghi rõ là băng thông mạng, thay vì băng thông (nói chung).

    Giá trị của băng thông do công nghệ mạng quyết định. Giá trị của băng thông mạng thường là giá trị mang tính lý thuyết, có thể tính toán ra từ công nghệ sử dụng. Trên thực tế, liên kết mạng sẽ không bao giờ đạt được tốc độ này.

    Thông lượng (throughput) là tốc độ truyền thông tin trung bình thực tế của một liên kết mạng. Giá trị của thông lượng phản ánh tốc độ truyền thông thực tế của liên kết mạng, đo bằng lượng thông tin truyền đi trong thời gian dài.

    Thông lượng hữu dụng (goodput) là tốc độ truyền thông tin có giá trị trung bình thực tế của liên kết mạng. Mặc dù thông lượng đã phản ánh tốc độ truyền thông tin thực tế, trong mạng luôn luôn có những luồng thông tin hỗ trợ của các giao thức. Việc truyến các thông tin hỗ trợ này không có giá trị đối với ứng dụng. Do vậy, người ta đưa thêm khái niệm thông lượng hữu dụng để chỉ tốc độ truyền những thông tin có ích đối với ứng dụng.

    Độ trễ (delay) là khoảng thời gian chuyển một khối dữ liệu từ node này đến node khác trong hệ thống mạng. Một số loại trễ trong quá trình truyền gói tin từ nguồn tới đích bao gồm:

    • Trễ xử lý: là thời gian đóng gói hay xử lý gói tin tại các node. Trễ này phụ thuộc vào từng loại thiết bị khác nhau.
    • Trễ truyền lan: thời gian truyền một bit thông tin trên đường liên kết từ nguồn tới đích.
    • Trễ truyền tin: là khoảng thời gian cần thiết để truyền đi một đơn vị dữ liệu. Ví dụ, trong chuyển mạch gói, đó là khoảng thời gian để truyền hết tất cả các bit của một gói tin lên đường truyền.
    • Trễ hàng đợi: là thời gian xử lý tại hàng đợi trong các node mạng. Trong mạng chuyển mạch gói, trễ hàng đợi được tính bằng khoảng thời gian gói tin chờ từ khi vào hàng đợi đến khi ra khỏi hàng đợi. Trễ hàng đợi biến động phụ thuộc vào số lượng gói tin gửi đến một node mạng. Khi mà số lượng gói tin gửi đến vượt quá tốc độ xử lý của node, những gói tin chưa kịp xử lý được đưa lên hàng đợi để xử lý sau theo nguyên tắc vào trước ra trước.

    Độ trễ trong mạng cần càng nhỏ càng tốt. Độ trễ quá lớn khiến quá trình truyền thông không ổn định. Đây cũng là một trong các lý do khoảng cách truyền thông tin và số lượng thiết bị mạng bị giới hạn.

    + Nếu bạn thấy site hữu ích, trước khi rời đi hãy giúp đỡ site bằng một hành động nhỏ để site có thể phát triển và phục vụ bạn tốt hơn.
    + Nếu bạn thấy bài viết hữu ích, hãy giúp chia sẻ tới mọi người.
    + Nếu có thắc mắc hoặc cần trao đổi thêm, mời bạn viết trong phần thảo luận cuối trang.
    Cảm ơn bạn!

    Theo dõi
    Thông báo của
    guest

    0 Thảo luận
    Phản hồi nội tuyến
    Xem tất cả bình luận