Mục lục bài họcĐang ở d10-b2
Modern networks, protocols and the internet of things
Circuit switching and packet switching, compared properly
Circuit switching reserves a dedicated path for the whole conversation: guaranteed bandwidth and constant delay, but the path is wasted during silences and a broken link ends the call. Packet switching sends packets independently: efficient use of the network and survives a failed link, but packets can arrive out of order and delay varies. That is why voice traffic once used circuits and now uses packets with extra protocols to manage the variation.
Bit streaming
Real-time streaming sends live content with no stored copy — a broadcast. On-demand streaming plays a stored file, so it can buffer ahead. A buffer stores a few seconds of content before playback starts, so a brief drop in speed does not interrupt the viewer. Streaming needs sufficient bit rate, and the required bit rate rises with resolution.
Client-server, peer-to-peer and the cloud
These are three ways of deciding where processing and storage happen. The exam question is almost always which suits a described organisation, and the deciding factors are who must control the data, how reliable the connection is, and whether demand varies.
The internet of things
Everyday devices with sensors and network connections — meters, thermostats, vehicles, factory machines. The benefits are automation, real-time monitoring and data for optimisation. The problems are serious: many devices ship with default passwords and are never updated, so they are recruited into botnets; they collect data about behaviour inside homes; and a device with a ten-year life outlives the manufacturer's support.
Judging a network design
Ask four questions: what bandwidth does the traffic need, what happens when the connection fails, who is allowed to see the data, and what does it cost to run. Answers that list technologies without applying these four rarely reach the top band.
Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, so cho đúng
Chuyển mạch kênh giữ riêng một đường truyền cho suốt cuộc liên lạc: băng thông được bảo đảm và độ trễ ổn định, nhưng đường truyền bị lãng phí trong lúc im lặng và một liên kết đứt là kết thúc cuộc gọi. Chuyển mạch gói gửi từng gói độc lập: dùng mạng hiệu quả và sống sót khi một liên kết hỏng, nhưng gói có thể tới không đúng thứ tự và độ trễ thay đổi. Đó là lý do lưu lượng thoại trước đây dùng chuyển mạch kênh còn nay dùng chuyển mạch gói kèm các giao thức bổ sung để xử lý sự dao động đó.
Truyền dòng bit
Truyền dòng thời gian thực gửi nội dung trực tiếp và không có bản lưu — một buổi phát sóng. Truyền dòng theo yêu cầu phát một tệp đã lưu sẵn, nên có thể nạp trước. Bộ đệm chứa sẵn vài giây nội dung trước khi bắt đầu phát, nhờ đó một lần tụt tốc độ ngắn không làm gián đoạn người xem. Truyền dòng cần đủ tốc độ bit, và tốc độ bit cần thiết tăng theo độ phân giải.
Khách–chủ, ngang hàng và đám mây
Đây là ba cách quyết định việc xử lý và lưu trữ diễn ra ở đâu. Câu hỏi thi gần như luôn là cái nào hợp với một tổ chức được mô tả, và các yếu tố quyết định là: ai bắt buộc phải kiểm soát dữ liệu, đường truyền đáng tin tới đâu, và nhu cầu có dao động không.
Internet vạn vật
Các thiết bị đời thường có cảm biến và kết nối mạng — công tơ, điều nhiệt, xe cộ, máy móc nhà xưởng. Lợi ích là tự động hoá, giám sát theo thời gian thực và dữ liệu để tối ưu. Vấn đề thì nghiêm trọng: nhiều thiết bị xuất xưởng với mật khẩu mặc định và không bao giờ được cập nhật, nên bị thu nạp vào mạng máy tính ma; chúng thu thập dữ liệu về hành vi bên trong nhà; và một thiết bị có tuổi thọ mười năm sẽ sống lâu hơn thời gian nhà sản xuất còn hỗ trợ.
Đánh giá một thiết kế mạng
Hỏi bốn câu: lưu lượng cần bao nhiêu băng thông, chuyện gì xảy ra khi mất kết nối, ai được phép xem dữ liệu, và vận hành tốn bao nhiêu. Bài chỉ liệt kê công nghệ mà không áp bốn câu này hiếm khi lên được thang điểm cao.
Một nhà máy lắp $400$ cảm biến giám sát nhiệt độ và độ rung của máy móc, gửi dữ liệu mỗi $10$ giây. Nhà máy muốn phát hiện sớm máy sắp hỏng, và có một đường internet duy nhất.
Thiết kế hạ tầng xử lý dữ liệu và nêu các rủi ro.
Bước 1 — ước lượng lưu lượng trước khi thiết kế. $400$ cảm biến gửi mỗi $10$ giây là $40$ bản ghi mỗi giây, tức khoảng $3{,}5$ triệu bản ghi mỗi ngày. Mỗi bản ghi nhỏ, nên băng thông không phải vấn đề — nhưng khối lượng lưu trữ và xử lý thì có.
Bước 2 — không nên đẩy hết lên đám mây, và đây là điểm quyết định. Nhà máy chỉ có MỘT đường internet. Nếu toàn bộ xử lý nằm trên đám mây thì mất internet nghĩa là mất luôn khả năng phát hiện máy sắp hỏng — đúng lúc hệ thống cần hoạt động nhất.
Bước 3 — thiết kế lai.
• Xử lý tại chỗ một máy chủ trong nhà máy chạy các quy tắc cảnh báo tức thời: nhiệt độ hoặc độ rung vượt ngưỡng thì báo động ngay. Phần này phải chạy được khi mất internet.
• Đám mây nhận dữ liệu tổng hợp theo giờ để phân tích xu hướng dài hạn và huấn luyện mô hình dự báo hỏng hóc — việc này không cần thời gian thực nên chịu được gián đoạn.
• Mạng nội bộ dùng switch riêng cho hệ thống cảm biến, tách khỏi mạng văn phòng, để lưu lượng cảm biến không cạnh tranh với công việc hằng ngày và để giới hạn phạm vi nếu một thiết bị bị xâm nhập.
Rủi ro và biện pháp.
$1.$ Mật khẩu mặc định trên $400$ thiết bị. Đây là rủi ro lớn nhất của internet vạn vật: mỗi cảm biến là một cửa vào mạng nhà máy. Bắt buộc đổi mật khẩu toàn bộ khi lắp đặt và đặt chúng trong một phân đoạn mạng riêng.
$2.$ Thiết bị không được cập nhật. Cảm biến công nghiệp có tuổi thọ nhiều năm nhưng nhà sản xuất thường ngừng hỗ trợ sớm hơn. Cần kế hoạch thay thế và một tường lửa chặn thiết bị cũ kết nối ra ngoài.
$3.$ Điểm chết đơn ở máy chủ tại chỗ. Nếu máy chủ hỏng thì mất cảnh báo; cần máy dự phòng hoặc ít nhất một cơ chế cảnh báo tối thiểu chạy độc lập.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Advanced Architecture, Networks and Computational Thinking gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.