Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng mạng truyền dẫn giữa hai miền Bắc - Nam viện Công nghệ thông tin bằng Frame Relay và ISDN

ọn đề tài “Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng mạng truyền dẫn giữa hai miền Bắc – Nam viện Công nghệ thông tin bằng Frame Relay và ISDN “ làm đề tài tốt nghiệp của mình. Như vậy mục đích của đề tài cần nghiên cứu là: Tìm hiểu về công nghệ ISDN, chuyển mạch trong Frame relay và ứng dụng của chúng vào ngành Công nghệ thông tin của Việt Nam. Nghiên cứu luôn khả năng truyền tải thông tin trong mạng qua mô hình truyền dẫn của Viện Công nghệ thông tin. Quản lý tập trung tất cả các phòng ban chi nhánh của Viện Công nghệ thông tin tại cả hai miền Bắc và Nam bằng công nghệ Frame Relay và ISDN. Đề tài gồm 4 chương chính: Chương I: Tổng quan về lý thuyết và yêu cầu của đề tài. Chương II: Thiết bị và công cụ hỗ trợ. Chương III: Thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng mạng truyền dẫn giữa 2 miền Bắc – Nam của Viện CNTT bằng Frame Relay và ISDN. Chương IV: Thử nghiệm và đánh giá kết quả . Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Hà Hải người trực tiếp hướng dẫn cho tôi, và tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy, cô trong Viện Đào tạo Quốc tế SIE trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và mọi người đã giúp đỡ tôi hoàn thành cuốn luận văn. Sinh viên thực hiện Phùng Hưng CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI Tổng quan về mạng máy tính Sự hình thành của mạng máy tính Từ những năm 1960 đã xuất hiện các mạng nối các máy tính và các thiết bị đầu cuối để sử dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí muốn thông tin trao đổi số liệu và sử dụng trong công tác văn phòng một cách tiện lợi. Với việc tăng nhanh các máy tính mini và các máy tính cá nhân làm tăng yêu cầu truyền số liệu giữa các máy tính, giữa các điểm đầu cuối, và giữa các điểm đầu cuối với máy tính là một trong những động lực thúc đẩy sự ra đời và phát triển mạnh mẽ các mạng máy tính. Quá trình hình thành mạng máy tính có thể tóm tắt qua 4 giai đoạn: + Giai đoạn các thiết đầu cuối nối trực tiếp với máy tính: Đây là giai đoạn đầu tiên của mạng máy tính, để tận dụng công suất của máy tính người ta ghép nối các thiết đầu cuối vào một máy tính được gọi là các máy tính trung tâm. + Giai đoạn các bộ tiền xử lý: Ở giai đoạn 1 máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới các thiết đầu cuối, ở giai đoạn 2 máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới các bộ phận trung qua các bộ ghép nối điều khiển đường truyền. Ta có thể thay thế bộ ghép nối đường truyền bằng các máy tính mini gọi là prontal, đó chính là bộ tiền xử lý. + Giai đoạn mạng máy tính: Vào những năm 1970 người ta bắt đầu xây dựng mạng truyền thông trong đó các thành phần chính của nó là các nút mạng gọi là bộ chuyển mạch dùng để hướng thông tin tới đích. Các mạng được nối với nhau bằng đường truyền còn các máy tính xử lý thông tin của người dùng hoặc các trạm cuối được nối trực tiếp vào các nút mạng để khi cần thì trao đổi thông tin qua mạng. Các nút mạng thường là máy tính nên đồng thời đóng vai trò của người sử dụng. Việc hình thành mạng máy tính nhằm đạt các mục đích sau: + Tận dụng và làm tăng giá trị tài nguyên. + Chinh phục khoảng cách. + Tăng chất lượng và hiệu quả khai thác và xử lý thông tin. + Tăng độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế khi xảy ra sự cố đối với máy tính nào đó. Như vậy: mạng máy tính là tập hợp các máy tính được ghép với nhau bởi các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó. Các yếu tố của mạng máy tính Đường truyền vật lý Đường truyền vật lý là thành phần để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. Các tín hiệu điện tử đó biểu thị dưới dạng xung nhị phân. Tất cả các tín hiệu truyền giữa các máy tính đều ở dạng sóng điện từ và có tần số trải từ cực ngắn cho tới tần số của tia hồng ngoại. Tùy theo tần số của sóng điện từ mà có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền. Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng máy tính 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 để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. Cách các máy tính được ghép nối với nhau được gọi là mô hình của mạng còn các quy tắc quy ước truyền thông được gọi là các giao thức. Mô hình mạng Người ta phân biệt 2 kiểu nối mạng vật lý cơ bản là kiểu điểm – điểm và kiểu quảng bá. + Kiểu điểm – điểm: Đường truyền nối từng cặp nút với nhau. Tín hiệu đi từ nút nguồn đến nút trung gian rồi chuyển tiếp tới đích. Hình sao Chu trình Dạng cây Hình 1.1. Các mô hình mạng cơ bản Hình 1.2. Dạng topo đầy đủ + Kiểu quảng bá: Tất cả các nút chung một đường truyền vật lý. Dữ liệu được gửi đi từ một nút được tiếp nhận bởi các nút còn lại, và trong gói tin phải có vùng địa chỉ đích cho phép mỗi nút kiểm tra có phải tin của mình hay không. Giao thức mạng Việc trao đổi thông tin giữa các nút với nhau cần phải tuân theo một số quy tắc, quy ước nhất định nào đó. Chẳng hạn, khi 2 người nói chuyện với nhau thì cũng phải tuân theo quy tắc: khi một người nói thì người kia phải nghe và ngược lại. Việc truyền thông tin trên mạng cũng phải tuân theo các quy tắc quy ước nhiều mặt như: khuân dạng dữ liệu gửi đi, các thủ tục gửi và nhận, kiểm soát dữ liệu,…Chẳng hạn mạng lưới giao thông càng phát triển thì số quy tắc đề ra càng nhiều, càng phải chặt chẽ và càng phải phức tạp hơn. Tập hợp các quy tắc quy ước để đảm bảo trao đổi và sử lý thông tin trên mạng gọi là giao thức. Phân loại mạng máy tính Phân loại theo khoảng cách địa lý Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố chính để phân loại mạng thì mạng được phân thành: mạng cục bộ đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu. + Mạng cục bộ (LAN) là mạng được cài đặt trong phạm vi tương đối nhỏ (trong một tòa nhà, trong một văn phòng hoặc một công ty…) phạm vi cài đặt là vài trục km. + Mạng đô thị (MAN) là mạng được cài đặt trong phạm vi một thành phố, một trung tâm kinh tế,… phạm vi cài đặt là vài trăm km. + Mạng diện rộng (WAN) là mạng có phạm vi hoạt động có thể là cả một vùng, một khu vực và có thể vượt qua biên giới quốc gia,.. + Mạng toàn cầu (GAN) phạm vi hoạt động trải dài khắp các châu lục. Phân loại theo kĩ thuật chuyển mạch Mạng chuyển mạch kênh Là khi 2 thực thể muốn liên lạc với nhau thì chúng phải tạo và duy trì một kênh liên tục cho đến khi kết thúc quá trình thông tin. Phương pháp chuyển mạch có 2 nhược điểm: + Hiệu sử dụng đường truyền không cao. + Mất nhiều thời gian cho việc thiết lập kênh cố định khi thông tin giữa 2 thực thể. Mạng chuyển mạch thông báo Trong mạng chuyển mạch thông báo việc chọn đường đi cho các nút thông báo tới đích được thực hiện tại các nút mạng. Các nút căn cứ vào địa chỉ đích của thông báo để ra quyết định chọn nút kế tiếp cho thông báo trên đường dẫn tới đích. Như vậy, các nút cần lưu giữ tạm thời các thông báo, đọc thông báo và quản lý việc chuyển các thông báo đi. Những ưu điểm: + Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không có kênh thông tin cố định. + Mỗi nút mạng có thể lưu giữ thông báo cho tới khi đường truyền khả dụng mới truyền đi nên giảm được tình trạng tắc nghẽn trên mạng. + Có thể điều khiển truyền tin bằng cách sắp xếp mức độ ưu tiên cho các thông báo. + Trong mạng chuyển mạch thông báo chúng ta có thể làm tăng hiệu suất sử dụng dải thông của mạng bằng cách gán địa chỉ quảng bá cho các thông báo để cho nó đến nhiều đích khác nhau. Nhược điểm chủ yếu của mạch chuyển thông báo là trong trường hợp một thông báo dài bị lỗi, phải truyền lại thông báo này nên hiệu suất không cao. Phương pháp này thích hợp với mạng truyền thư tín điện tử. Mạng chuyển mạch gói Trong mạng chuyển mạch gói thì thông báo có thể được chia ra nhiều gói nhỏ hơn, độ dài 256 bytes, có khuân dạng tùy theo chuẩn định. Các gói tin có chứa thông tin điều khiển địa chỉ nguồn, địa chỉ đích cho gói tin, số thứ tự gói tin, thông tin kiểm tra lỗi … Do vậy các gói tin của cùng 1 thông báo có thể được gửi đi theo nhiều đường khác nhau, tới đích tại các thời điểm khác nhau, nơi nhận sẽ căn cứ vào các thông tin trong các gói tin và sắp xếp chúng lại theo đúng thứ tự. Ưu điểm: + Mạng chuyển mạch gói có hiệu suất và hiệu quả cao hơn mạng chuyển mạch thông báo vì kích thước các gói tin nhỏ hơn nên các nút mạng có thể xử lý toàn bộ gói tin mà không cần phải lưu trữ trong đĩa. + Mỗi đường truyền chiếm thời gian rất ngắn, vì chúng có thể dùng bất cứ đường có thể để tới được đích. + Khả năng đồng bộ bit là rất cao. Nhược điểm: + Vì thời gian truyền tin ngắn nên thời gian chuyển mạch lớn thì tốc độ truyền không cao. + Việc tập hợp các gói tin ban đầu về nguyên tắc là thực hiện được nhưng rất khó khăn, đặc biệt là khi các gói tin đi theo nhiều đường khác nhau. + Đối với các ứng dụng phụ thuộc vào thời gian thực thì việc chuyển các gói tin tới đích không theo thứ tự là một nhược điểm quan trọng cần được khắc phục. Tuy vẫn còn những nhược điểm nhưng do tính mềm dẻo, hiệu suất cao nên mạng chuyển mạch gói đang được dùng phổ biến hiện nay. Phân loại theo cơ chế hoạt động Trong môi trường mạng máy tính có 2 cơ chế hoạt động chính là: peer – to – peer và client/server. Môi trường peer – to – peer không có máy chuyên phục vụ cho một công việc nào, còn trong môi trường client/server thì phải có những máy được dành riêng để phục vụ mục đích khác nhau. Mạng diện rộng WAN Định nghĩa về mạng diện rộng WAN WAN còn gọi là mạng diện rộng, dùng trong vùng địa lý lớn thường cho quốc gia hay cả lục địa, phạm vi vài trăm cho đến vài ngàn km. Chúng bao gồm tập họp các máy nhằm chạy các chương trình cho người dùng. Các máy này thường gọi là máy lưu trữ hay còn có tên là máy chủ, máy đầu cuối. Các máy chính được nối nhau bởi các mạng truyền thông con hay gọn hơn là mạng con. Nhiệm vụ của mạng con là chuyển tải các thông điệp từ máy chủ này sang máy chủ khác. Mạng con thường có hai thành phần chính: + Các đường dây vận chuyển còn gọi là mạch, kênh, hay đường trung chuyển. + Các thiết bị nối chuyển. Đây là loại máy tính chuyên biệt hoá dùng để nối hai hay nhiều đường trung chuyển nhằm di chuyển các dữ liệu giữa các máy. Khi dữ liệu đến trong các đường vô, thiết bị nối chuyển này phải chọn một đường dây ra để gửi dữ liệu đó đi. Tên gọi của thiết bị này là nút chuyển gói hay hệ thống trung chuyển. Máy tính dùng cho việc nối chuyển gọi là bộ chọn đường hay bộ định tuyến. Có nhiều kiểu cấu hình cho WAN dùng nguyên lý điểm tới điểm như là dạng sao, dạng vòng, dạng cây, dạng hoàn chỉnh, dạng giao vòng, hay bất định. Các công nghệ trong mạng WAN + Kênh quay số (Dial-up) + ISDN + Đường truyền thuê riêng (leased line) + X.25 + Frame Relay + ATM + DSL + Cable modem Công nghệ ISDN Giới thiệu về ISDN ISDN là mạng cung cấp kết nối toàn số từ đầu đến cuối để thực hiện dịch vụ truyền thoại và số liệu. ISDN cho phép nhiều kênh kỹ thuật số cùng hoạt động đồng thời trên một cáp điện thoại thông thường, nhưng ISDN truyền tín hiệu số chứ không truyền tín hiệu tương tự. Thời gian trễ trên đường ISDN cũng thấp hơn so với đường truyền tín hiệu tương tự. Có rất nhiều công nghệ WAN cung cấp đường truy cập mạng từ xa. Một trong những công nghệ đó là ISDN. Những người sử dụng riêng lẻ hay những văn phòng nhỏ chỉ có đường điện thoại truyền băng thông thấp. ISDN là giải pháp dành cho những đối tượng đó. Hình 1.3. ISDN cho những cá nhân dùng riêng Hình 1.4. ISDN cho các văn phòng dùng điện thoại băng thông thấp Đường điện thoại truyền thống PSTN truyền tín hiệu tương tự trên mạch vòng nội bộ kết nối giữa thuê bao và mạng của công ty điện thoại. Mạch tín hiệu tương tự có giới hạn băng thông không được lớn hơn 3000Hz. Công nghệ ISDN cho phép truyền tín hiệu số trên mạch vòng nội bộ này với tốc độ truy cập cao hơn. Các công ty điện thoại chỉ cần nâng cấp các bộ chuyển mạch để có thể xử lý được tín hiệu số. ISDN thường được các văn phòng nhở ở xa sử dụng để kết nối vào mạng LAN ở trung tâm. Ưu điểm của công nghệ ISDN: + Truyền nhiều loại lưu lượng khác nhau bao gồm dữ liệu thoại và video + ISDN sử dụng một kênh riêng được gọi là kênh D để truyền tín hiệu điều khiển. Khi cần thiết lập cuộc gọi thuê bao số cần gọi. Khi tất cả các chữ số được nhận đầy đủ thì cuộc gọi được thực hiện. ISDN truyền các số này trên kênh D do đó thời gian thiết lập cuộc gọi nhanh hơn. + Mỗi kênh B có thể kết nối đến một điểm khác nhau trong mạng ISDN. PPP có thể hoạt động cả trên kết nối đồng bộ và bất đồng bộ do đó đường truyền ISDN có thể sử dụng kết hợp với đóng gói PPP. Các chuẩn ISDN và phương pháp truy cập Công việc chuẩn hóa ISDN được bắt đầu từ cuối thập niên 60. Các bộ chuẩn đề nghị của ISDN được xuất bản năm 1994 và sau đó liên tục được cập nhật bởi ITU-T. Các chuẩn ISDN là một tập hợp các giao thức về điện thoại kỹ thuật số và truyền số liệu. Các giao thức ISDN được phân theo các chủ đề chính sau: + Bộ giao thức E – các chuẩn về mạng điện thoại cho ISDN. + Bộ giao thức I - liên quan đến các khái niệm thuật ngữ. + Bộ giao thức Q - đề cập đến hoạt động tín hiệu và chuyển mạch. Chuẩn ISDN định nghĩa hai loại kênh chính, mỗi loại có tốc độ truyền khác nhau. Kênh B, 64kb/s, được sử dụng để truyền mọi dữ liệu số với chế độ truyền song công. Loại thứ 2 được gọi là kênh D. Khi thiết lập một kết nối TCP bên trao đổi các thông tin điều khiển để thiết lập kết nối. Các thông tin điều khiển này truyền kênh mà sau đó cũng được sử dụng để truyền dữ liệu. Thông tin điều khiển và dữ liệu chia sẻ cùng một kênh truyền. Dạng truyền như vậy được gọi là in-band signaling. ISDN thì không thực hiện truyền như vậy, mà sử dụng 1 kênh riêng chính là kênh D, để truyền tín hiệu điều khiển. Dạng truyền như vậy gọi là out – of – band signaling. ISDN định nghĩa hai phương pháp truy cập chuẩn là BRI và PRI. Một cổng BRI hay PRI cung cấp một kênh D và nhiều kênh B. Hình 1.5. Mô hình BRI và PRI BRI sử dụng 2 kênh B 64Kb/s và một kênh D 16Kb/s. BRI hoạt động được trên nhiều Cisco router và đôi khi được ký hiệu là 2B+D. Kênh B có thể được sử dụng để truyền thoại. Khi đó tín hiệu thoại được mã hóa theo cách đặc biệt. Khi kênh B được sử dụng để truyền số liệu thì thông tin được đóng thành frame, sử dụng giao thức đóng gói HDLC hoặc PPP ớ lớp 2. PPP phức tạp hơn HDLC vì nó cung cấp cơ chế xác minh, thỏa thuận cấu hình kết nối và giao thức phù hợp. ISDN được xem là một kết nối chuyển mạch. Kênh D mang các thông điệp điều khiển để thiết lập cuộc gọi ngắt cuộc gọi và điều khiển cuộc gọi cho kênh B. Lưu lượng trên kênh D sử dụng giao thức LAPD. LAPD là một giao thức lớn hơn liên kết dữ liệu dựa trên cơ sở của HDLC. Ở Bắc Mĩ và Nhật, PRI cung cấp 23 kênh B 64Kb/s và một kênh D 64Kb/s. Một PRI này cung cấp dịch vụ tương đương với một kết nối T hay DSL. Ở Châu âu và phần còn lại trên thế giới, PRI cung cấp 30 kênh B và một kênh D, tương đương với một kết nối E1. PRI sử dụng CSU/DSU cho kết nối T1/E1. Các hoạt động trong ISDN Có nhiều hoạt động trao đổi thông tin diễn ra khi một router sử dụng ISDN để kết nối đến router khác. Kênh D được sử dụng để thiết lập kết nối giữa router và ISDN switch. Tín hiệu SS7 được sử dụng giữa các switch trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Kênh D giữa router và ISDN switch luôn luôn trong trạng thái hoạt động. Q.921 mô tả tiến trình hoạt động của LAPD ở lớp 2 của mô hình OSI. Kênh D được sử dụng để truyền tín hiệu khiển như thiết lập cuộc gọi kết thúc cuộc gọi điều khiển cuộc gọi. Những chức năng này định nghĩa trong giao thức Q.931 ở lớp 3 của mô hình OSI.Q.931 định nghĩa kết nối mạng giữa thiết bị đầu cuối và ISDN switch nhưng không định nghĩa kết nối đầu cuối- đến - đầu cuối. Có nhiều ISDN switch đã được phát triển trước khi Q.931 được chuẩn hoá, do đó có nhiều nhà cungcấp dịch vụ ISDN và nhiều loại ISDN switch triển khai Q.931 khác nhau. Cũng chính vì không có chuẩn chung cho loại ISDN switch nên trong cấu hình router phải có câu lệnh khai báo ISDN switch mà router kết nối đến. Hình 1.6. Cấu hình ISDN Sau đây là thứ tự các bước diễn ra trong quá trình thiết lập một cuộc gọi BRI hoặc PRI 1. Kênh D gửi số cần gọi đến cho ISDN switch nội bộ 2. Switch nội bộ sử dụng giao thức tín hiệu SS7 để thiết lập đường truyền và chuyển số cần gọi cho ISDN switch đầu xa 3. ISDN switch đầu xa chuyển tín hệu đến cho máy đích trên kênh D 4. Thiết bị đích ISDN NT – 1 gửi thông điệp kết nối cuộc gọi cho ISDN switch đầu xa 5. ISDN switch đầu xa sử dụng SS7 để gửi thông điệp kết nối cuộc gọi cho switch nội bộ 6. ISDN switch nội bộ thực hiện kết nối một kênh B, kênh B còn lại dành cho kết nối mới. Cả hai kênh B cũng có thể được sử dụng đồng thời. Hình 1.7. Trao đổi dữ liệu trên 2 kênh B, D Các điểm liên kết trong ISDN Chuẩn ISDN định nghĩa các nhóm chức năng là các nhóm thiết bị phần cứng cho phép người dùng truy cập dịch PRI. Các hãng sản xuất có thể tạo ra một thiết bị phần cứng thực hiện một hoặc nhiều chức năng. Chuẩn ISDN cũng định nghĩa bốn điểm liên kết giữa các thiết bị ISDN. Để kết nối các thiết bị khác nhau với các chức năng khác nhau các điểm giao tiếp giữa hai thiết bị phải được chuẩn hoá. Các điểm giao tiếp bên phía khách hàng trong kết nối ISDN bao gồm những điểm sau: • R – là điểm liên kết giữa thiết bị đầu cuối loại 2 (TE2) không tương thích với ISDN và thiết bị chuyển đổi TA. • S – là điểm kết nối vào thiết bị chuyển mạch của khách hàng NT2 và cho phép thực hiện cuộc gọi giữa nhiều loại thiết bị khác nhau của khách hàng. • T - Tương tự như giao tiếp S về mặt tín hiệu điện. Đây là điểm kết nối từ NT2 vào mạng ISDN hay cho NT1. • U – là điểm kết nối giữa NT1 và mạng ISDN của nhà cung cấp dịch vụ. Điểm giao tiếp S và T tương tự nhau về mặt tín hiệu điện nên có nhiều cổng giao tiếp dán nhãn là S/T. Mặc dù hai giao tiếp này thực hiện chức năng khác nhau nhưng do tương tự nhau về mặt tín hiệu điện nên có thể dùng chung cho cả hai chức năng. Bảng thiết bị và chức năng của từng loại: Thiết bị Loại thiết bị Chức năng của thiết bị TE1 Terminal Equipment 1 - Thiết bị đầu cuối loại 1 Thiết bị đầu cuối có cổng tương thích với ISDN, ví dụ như ISDN router, điện thoại ISDN TE2 Terminal Equipment 2 - Thiết bị đầu cuối loại 2 Thiết bị đầu cuối không có cổng tương thích với ISDN. Để kết nối loại thiết bị đầu cuối này vào mạng ISDN thì cần phải có thiết bị chuyển đổi TA TA Terminal Adapter - Thiếtbị chuyển đổi Chuyển đổi tín hiệu EIA/TIA – 232, V.35 và các loại tín hiệu khác sang tín hiệu BRI NT2 Network Termination 2 - Thiết bị kết cuối mạng loại 2 Là điểm tập trung mọi đường dây ISDN phia khách hang và thực hiện chuyển mạch giữa các thiết bị đầu cuối bằng switch của khách hang NT1 Network Termination 1 - thiết bị kết cuối mạng loại 1 Điều khiển kết cuối về mặt vật lý và tín hiệu điện phía khách hang Chuyển đổi tín hiệu BRI dây sang tín hiệu 2dây Hình 1.8. Mô hình các điểm liên kết Các loại ISDN switch Router cần phải có được khai báo loại switch mà nó giao tiếp. Có rất nhiều loại ISDN switch khác nhau tuỳ theo từng nơi. Do sự triển khai Q.931 khác nhau nên giao thức tín hiệu kênh D trên mỗi loại switch của mỗi hãng cũng khác nhau. Dịch vụ được cungcấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ ISDN rất khác nhau theo từng quốc gia và từng vùng trên thế giới. Giống như modem mỗi loại switch hoạt động khác nhau và có yêu cầu thiết lập cuộc gọi khác nhau. Trước khi router có thể kết nối vào dịch vụ ISDN nó cần phải được khai báo loại switch đang được sử dụng ở tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ. Thông tin này phải được khai báo khi cấu hình router sau đó router có thể giao tiếp với switch để thiết lập cuộc gọi và gửi dữ liệu. Hình 1.9. Sử dụng các kiểu Switch trên một số nước Ngoài việc xác định loại switch của nhà cungcấp dịch vụ, chúng ta còn phải biết số SPID là chỉ số được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ ISDN, được dùng để xác định cấu hình dịch vụ BRI cho mỗi kết nối. SPID cho phép thực hiện nhiều thiết bị ISDN cùng chia sẻ một kết nối. Switch DMS – 100 và National ISD- 1 thường yêu cầu phải có số SPID. SPID chỉ được sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật. Nhà cung cấp dịch vụ ISDN cung cấp số SPID để xác định cấu hình dịch vụ ISDN trên mỗi kết nối. Do đó trong nhiều trường hợp chúng ta cần phải nhập số SPID khi cấu hình router. Mỗi số SPID tương ứng với một cấu hình cho một kết nối. Số SPID bao gồm nhiều ký tự thường hay giống như số điện thoại. Mỗi số SPID xác định một kênh B cho switch ở tổng đài trung tâm. Một khi đã được xác định, switch sẽ cung cấp dịch vụ cho kết nối. Các bạn nên nhớ ISDN là loại kết nối quay số. Số SPID được xử lý khi router thiết lập kết nối với ISDN switch. nếu loại switch này yêu cầu phải có số SPID mà số SPID lại không được khai báo đúng thì quá trình thiết lập kết nối sẽ không thực hiện được, dịch vụ ISDN cũng không sử dụng được. Công nghệ Frame Relay Giới thiệu về Frame Relay Frame Relay là chuẩn của ITU-T và ANSI. Frame Relay là dịch vụ WAN chuyển mạch gói theo hướng kết nối. Frame Relay hoạt động ở lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI. Frame Relay sử dụng 1 phần giao thức HDLC làm giao thức LAPF. Frame Relay thực hiện truyền frame giữa thiết bị của người dùng DTE và thiết bị DCE tại ranh giới của mạng WAN Hình 1.10. Kết nối DTE và DCE Ban đầu Frame Relay được thiết kế để cho phép thiết bị ISDN có thể truy vào dịch vụ chuyển mạch gói trên kênh B. Nhưng bây giờ Frame Relay đã là một công nghệ hoàn toàn độc lập. Mạng Frame Relay có thể thuộc sở hữu riêng của người dùng nhưng thông thường là được cung cấp bởi các công ty dịch vụ viễn thông. Frame Relay thường được để sử dụng để kết nối các mạng LAN. Mỗi Router biên giới của một mạng LAN là một DTE. Một kết nối nối tiếp, ví dụ: E1/T1 sẽ kết nối vào Frame Relay switch gần nhất của nhà cung cấp dịch vụ. Frame Relay switch chính là thiết bị DCE. Hình 1.11. Xác định DTE và DCE Thiết bị máy tính không nằm trong một mạng LAN cũng có thể gửi dữ liệu qua mạng Frame Relay. Thiết bị máy tính này sử dụng thiết bị truy cập Frame Relay làm DTE. Các thuật ngữ của Frame Relay Kết nối giữa hai DTE qua mạng Frame Relay được gọi là kết nối ảo (VC). Các kết nối ảo chuyển mạch (SVC) có thể được thiết lập tự động bằng cách gửi đi các thông điệp báo hiệu. Tuy nhiên SVC không được sử dụng phổ biến lắm. Kết nối ảo cố định PVC được sử dụng phổ biến hơn với cấu hình định trước của nhà cung cấp dịch vụ. Trên mỗi Frame Relay switch có lưu giữ sơ đồ ánh xạ giữa port vào và port ra tương ứng với mỗi VC. Do đó mỗi kết nối VC được thiết lập từ 1 điểm cuối thông qua các switch đến điểm cuối được xác định duy nhất. Hình 1.12. Sơ đồ kết nối các mạng ảo Frame Relay được thiết kế để hoạt động trên đường truyền số chất lượng cao, Frame Relay không có cơ chế khắc phục lỗi. Nếu thiết bị nào trên đường truyền phát hiện frame bị lỗi thì hủy bỏ frame đó mà không cần thông báo lỗi. Mỗi router kết nối ảo vào mạng Frame Relay đều có thể có nhiều kết nối ảo đến nhiều điểm cuối khác nhau. Mỗi kết nối đầu cuối chỉ cần có một cổng vật lý và một kết nối vật lý, trên đó thiết lập được nhiều kết nối ảo đến nhiều điểm đích khác nhau. Do đó mạng Frame Relay giảm được nhiều chi phí lắp đặt vì không cần tạo mạng hình lưới với nhiều đường truyền vật lý. Hơn nữa chúng ta còn tiết kiệm được tiền thuê bao vì dung lượng của đường truyền vật lý phụ thuộc vào băng thông trung bình của các VC thay vì phụ thuộc vào chu cầu tổng băng thông tối đa. Các kết nối VC trên cùng một đường truyền vật lý vẫn được phân biệt với nhau vì mỗi VC có một chỉ số DLCI riêng. Chỉ số DLCI được ghi trong mỗi frame dữ liệu truyền đi. Chỉ số DLCI chỉ có ý nghĩa nội bộ, có nghĩa là nó chỉ duy nhất đối với kênh vật lý mà nó thuộc về mà thôi. Do đó thiết bị ở đầu bên kia có thể sử dụng một chỉ số khác để quy ước cho cùng một kết nối ảo VC. Hình 1.13. Chỉ số DLCI ( Data Link Connection Identifier ) Đóng gói Frame Relay Đóng gói Frame Relay thực hiện theo phân lớp như sau: + Nhận đóng gói dữ liệu từ lớp Mạng, ví dụ: gói IP hay IPX. + Đóng gói thành frame của Frame Relay. + Chuyển frame xuống lớp vật lý để truyền xuống đường truyền. Lớp vật lý thường là EIA/TIA-232, 449 hay 530, V.35, X.21. Frame của Frame Relay sử dụng một phần định dạng của frame HDLC. Do đó cũng có phần cờ 01111110. Phần FCS được sử dụng để kiểm tra lỗi của frame. Giá trị FCS được tính ra trước khi truyền frame đi và được ghi vào phần FCS của frame. Thiết bị nhận frame cũng tính lại giá trị FCS và so sánh với giá trị ghi trong frame nhận được. Nếu hai giá trị giống nhau thì frame được tiếp xúc xử lý. Nếu hai giá trị khác nhau thì có nghĩa frame đó bị lỗi, lập tức frame bị hủy bỏ và không hề thông báo lại cho thiết bị nguồn. Việc kiểm soát lỗi được giao cho các lớp trên mô hình OSI đảm trách. Hình 1.14. Đóng gói Frame Relay trong mô hình OSI Băng thông và điều khiển luồng trong Frame Relay Tốc độ đường truyền nối tiếp trong mạng Frame Relay chính là tốc độ truy cập hay tốc độ port. Tốc độ port thường nằm trong khoảng từ 64kb/s đến 4Mb/s. Một số nhà cung cấp dịch vụ còn cung cấp tốc độ đạt tới 45Mb/s. Trên một đường truyền vật lý hoạt động đồng thời có nhiều kết nối ảo PVC, mỗi PVC có một lượng băng thông riêng nhất định. Băng thông này chính là băng thông cam kết của nhà cung cấp dịch vụ, gọi là CIR. Nhà cung cấp dịch vụ đồng ý chấp nhận lượng bit này trên mỗi VC. Mỗi CIR có giá trị nhỏ hơn tốc độ port. Nhưng tổng các CIR trên một port lại lớn hơn tốc độ port, thường là lớn hơn khoảng 2 hay 3 lần, vì các kênh ảo hoạt động với dung lượng khác nhau tại mỗi thời điểm và không đồng thời sử dụng tối đa băng thông của mình. Khi truyền frame, mỗi bit được phát đi với tốc độ port. Do đó nếu lượng bit trung bình trên VC đã bằng CIR thì sẽ phải có khoảng thời gian nghỉ giữa 2 frame. Frame Relay switch cũng chấp nhận frame được gửi đi từ DTE với tốc độ cao hơn CIR. Như vậy mỗi VC có thể sử dụng băng thông theo nhu cầu lên đến mức tối đa là tốc độ port. Một số nhà cung cấp có thể quy ước mức độ tối đa này thấp hơn tốc độ port. Mức chênh lệch giữa CIR và mức độ tối đa gọi là ERI. Khoảng thời gian để tính tốc độ được gọi là Tc. Số lượng bít trong 1 chu kì được gọi là Bc. Số lượng bít chênh lệch giữa Bc và mức tối đa (là tốc độ vật lý của đường truyền) được gọi là Be. Mặc dù switch vẫn chấp nhận các frame được truyền với tốc độ cao vượt quá CIR, nhưng mỗi frame vượt tiêu chuẩn này được switch đánh đấu bằng cách đặt bít DE của frame lên 1. Switch có 1 đồng hồ đếm bít tương ứng với mỗi VC. Khi switch nhận vào, nếu frame này vượt quá số lượng Bc thì frame sẽ được đánh dấu bít DE. Khi frame nhận vào sẽ bị hủy bỏ số lượng bit vượt quá Bc + Be. Cuối mỗi chu kì Tc switch sẽ khởi động lại đồng hồ đếm bit. Frame sau khi nhận vào switch sẽ được xếp hàng đợi chuyển ra. Tuy nhiên nếu số lượng frame quá nhiều sẽ làm tràn hàng đợi, thời gian trễ sẽ tăng lên. Một số giao thức lớp trên có yêu cầu truyền lại khi không nhận được dữ liệu sau 1 thời gian nhất định. Nhưng do thời gian trễ quá lớn, yêu cầu truyền lại không thể thực hiện được. Trường hợp này sẽ làm tụt giảm thông lượng mạng nghiêm trọng. Để tránh sự cố này, Frame Relay switch có chính sách hủy bớt frame trong hàng đợi để giữ hàng đợi không quá dài. Những frame nào có bit DE sẽ được đặt lên hủy bỏ trước tiên. Khi switch nhận hàng đợi của nó đang tăng lên thì nó sẽ cố gắng tìm cách làm giảm dòng truyền frame từ DTE tới nó. Switch thực hiện đặt bit báo nghẽn ECN vào phần địa chỉ của frame mà switch sẽ truyền lại cho DTE. Bit FECN được cài đặt vào mỗi frame mà switch sẽ gửi ra đường truyền đang bị nghẽn để thông báo nghẽn cho các thiết bị kế tiếp. Bit BECN được cài đặt trong mỗi frame mà switch sẽ gửi ngược lại cho thiết bị trước nó. DTE sẽ nhận được các frame có bit ECN được cài đặt trong đó và sau đó giảm dòng truyền frame lại cho đến khi không còn nghẽn mạch nữa. Nếu nghẽn mạch xảy ra trên đường kết nối giữa các switch thì DTE bên dưới cũng có thể nhận được thông báo nghẽn mạch mặc dù nó không phải là thiết bị gây ra nghẽn mạch. Các bit DEM, FECN, BECN là những bit nằm trong phần địa chỉ của frame LAPP. Hình 1.15. Điều khiển băng thông trong Frame Relay Ánh xạ địa chỉ và mô hình mạng trong Frame Relay Khi chúng ta cần liên kết nhiều mạng với nhau thì chúng ta cần quan tâm đến mô hình kết nối giữa các mạng. Nếu chúng ta chỉ cần kết nối hai mạng với nhau bằng kết nối điểm – nối – điểm thì lợi thế chi phí thấp của Frame Relay không đáng kể. Frame Relay sẽ có lợi về mặt chi phí nếu chúng ta liên kết nhiều mạng với nhau. WAN thường được liên kết với nhau theo cấu trúc hình sao. Dịch vụ chính được đặt ở một mạng trung tâm và mỗi mạng ở xa cần truy cập dịch vụ thì kết nối vào mạng trung tâm. Với cách kết nối hình sao như vậy cho đường thuê riêng, chi phí sẽ được giảm tối đa. Hình 1.16. Mô hình Frame Relay Hub and Spoke Topology Nếu chúng ta kết nối mạng hình sao cho Frame Relay, mỗi mạng ở xa sẽ có một kết nối đám mây Frame Relay với một kết nối VC. Mạng trung tâm cũng có một kết nối vào đám mây Frame Relay nhưng trên đó có nhiều VC kết nối đến các mạng xa. Tiền cước của mạng Frame Relay không tính theo khoảng cách kéo cáp nên vị trí địa lý của mạng trung tâm không nhất thiết phải đặt ở giữa. Hình 1.17. Mô hình Frame Relay Full Mesh Topology Chúng ta nên chọn mô hình mạng hình lưới nếu các điểm truy cập dịch vụ bị phân tán về mặt địa lý và đường truy cập có yêu cầu cao về độ tin cậy. Với mạng lưới, mỗi mạng lưới phải có đường kết nối tới tất cả các mạng còn lại. Tuy nhiên, không giống như đường truyền thuê riêng, chúng ta có thể triển khai mạng hình lưới trong Frame Relay mà không cần phải tăng thêm nhiều VC trên một đường truyền vật lý và có thể nâng cấp mạng hình sao thành mạng hình lưới. Khi ghép nhiều kênh VC vào một đường truyền, chúng ta cũng tận dụng băng thông đường truyền tốt hơn so với việc chỉ cấu hình một VC. Frame Relay LMI Frame Relay được thiết kế để truyền dữ liệu chuyển mạch gói với thời gian trễ tối thiểu. Bất kỳ yếu tố nào góp phần vào thời gian trễ đều được bỏ qua. Nhưng khi các hãng muốn triển khai Frame Relay như là một công nghệ độc lập chứ không còn là một thành phần của ISDN nữa, thì nó quyết định rằng DTE cần được cung cấp thông tin động về trạng thái hoạt động của mạng. Cơ chế này không có trong thiết kế ban đầu của Frame Relay và LMI đã được thêm vào sau này để truyền thông tin về trạng thái hoạt động của mạng. Phần DLCI 10bit cho phép xác định VC từ 0 đến 1023. Trong đó có dành riêng lại một số chỉ số là._.