zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Công nghệ thông tin

Đề tài " Điều khiển thiết bị qua mạng internet "

Chia sẻ: KTMT08 KTMT08 | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:52

Báo xấu

773
lượt xem 237
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điều khiển từ xa đã và đang là một xu hướng phát triển mang tính quy luật. Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật nói chung và ngành điện tử-viễn thông nói riêng là nền tảng cho xu hướng này. Vì sự tiện lợi của nó, điều khiển từ xa có thể được sử dụng ở bất kỳ nơi nào. Người sử dụng có thể ở bất kì đâu trên thế giới cũng có thể điều khiển được những bộ phận ngoại vi ở nhà, công sở hay ở một nơi nào đó được định sẵn….Lúc này...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài " Điều khiển thiết bị qua mạng internet "

MỤC LỤC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU Giới thiệu 1.1. Điều khiển từ xa đã và đang là một xu hướng phát triển mang tính quy luật. Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật nói chung và ngành điện tử-viễn thông nói riêng là nền tảng cho xu hướng này. Vì sự tiện lợi của nó, điều khiển từ xa có thể được sử dụng ở bất kỳ nơi nào. Người sử dụng có thể ở bất kì đâu trên thế giới cũng có thể điều khiển được những bộ phận ngoại vi ở nhà, công sở hay ở một nơi nào đó được định sẵn….Lúc này không còn giới hạn về khoảng cách nữa. Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, môi trường truyền dẫn có thể là dây dẫn điện hay không khí với tín hiệu truyền có thể là tín hiệu điện hồng ngoại hay sóng vô tuyền....Đặc biệt, kỹ thuật hồng ngoại hay vô tuyến được khai thác triệt để trong việc chế tạo các thiết bị đầu xa. Tuy nhiên kỹ thuật điều khiển dùng tia hồng ngoại và vô tuyến bị hạn chế về khoảng cách và băng thông. Để khắc phục nhược điểm trên có thể sử dùng phương pháp khác là điều khiển từ xa qua mạng ethernet, Internet hoặc LAN. Ý tưởng của nó là sử dụng mạng có sẵn để truyền tín hiệu điều khiển, nhờ đó mà vấn đề khoảng cách được khắc phục. Như ta đã biết, ngày nay mạng lưới Internet-Ethernet đã phát triển và phổ biến khắp nơi trên thế giới. Có thể xem sự bùng nổ của Internet ngày nay cũng giống như sự bùng nổ của tivi vào những năm 40-50 của thế kỉ trước. Chính điều này càng làm cho Internet ngự trị trong mọi ngóc ngách của cuộc sống, và do đó việc điều khiển từ xa qua mạng trở nên dễ dàng, thuận tiện hơn và là một nhu cầu tất y ếu c ủa cuộc sống hiện đại ngày nay. Điều khiển từ xa qua mạng có 2 ưu điểm nổi bậc:  Thứ nhất chúng ta có thể sử dụng mạng Internet có sẵn. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com  Thứ hai có thể sử dụng nhiều nơi và có nhiều ứng dụng mà con người không thể tiếp cận một cách trực tiếp được. Các thiết bị điều khiển từ xa qua mạng đang từng bước xâm nhập vào trong các sinh hoạt gia đình do tính đơn giản tiện dụng, độ tin cậy tương đối ổn định. Bộ điều khiển có thể làm một số công việc trong gia đình khi ta đang ở xa nhà như: mở máy bơm nước, tắt bếp điện, tắt mở bóng đèn... Phương án thực hiện 1.2. Thiết kế của đề tài nhằm xây dựng hệ thống điều khiển từ xa thông qua mạng internet. Mô hình của hệ thống được mô tả như hình sau. remote client Device1 Internet h t ĩn IP Switch Device 2 h IP tĩn . . IP . tĩn h Device N DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Thiết kế gồm 2 phần chính:  Phần thứ nhất: là phần giao tiếp người dùng tại máy đầu xa để điều khiển thiết bị. Trong đề tài, phần này được thiết kế là một software sẽ được cài đặt trên máy tính đầu xa (remote host) để tạo giao diện cho người dùng, truyền các lệnh điều khiển qua mạng tới thiết bị và nhận các khung dữ liệu báo trạng thái từ thiết bị đến người dùng. Phần mềm này được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic trên môi trường hệ điều hành Window, hỗ trợ lập trình mạng và giao diện đẹp. Phần thiết kế software sẽ được nói kỹ ở các chương sau.  Phần thứ hai: là Thiết bị giao tiếp mạng và điều khiển. Để giao tiếp được mạng Ethernet. Thiết bị được thiết kế gồm 1 chip Ethernet controller dùng để tạo khung Ethernet, truy xuất mạng, điều khiển thiết bị giao tiếp với chip vật lý giao tiếp mạng (ở đây ta sử dụng IC ENC28J60 của Microchip hỗ trợ chuẩn IEEE 802.3). DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT MẠNG ETHERNET Tổng quan về Ethernet 2.1. Nguồn gốc của Ethernet được phát triển từ những thí nghiệm đối với cáp đồng trục được thực hiện ở tốc độ 3 Mbps và sử dụng nghi thức CSMA/CD (carrier sense multiple access collision detect) cho mạng LAN vào năm 1970 bởi tập đoàn Xerox. Sự thành công của đề án này đã sớm gây sự chú ý và đã dẫn đ ến sự phát triển c ủa Ethernet 10 Mps bởi ba tập đoàn: Digital Equipment, Intel, Xerox. Thành ngữ Ethernet có nguồn gốc với mạng LAN ( Local-Area Network) và việc sử dụng chuẩn IEEE 802.3. Chuẩn này được biết với nghi thức CSMA/CD. Có ba tốc độ được được dùng cho mạng Ethernet với đường truyền là cáp đ ồng tr ục, cáp đôi hay sợi quang.  10Mbps—10 base-T Ethernet.  100Mbps— Ethernet tốc độ cao (Fast Ethernet).  1000Mbps—Gigabit Ethernet. Ethernet 10-Gigabit đã phát triển và được đưa ra cùng chuẩn IEEE 802.3ae cuối 2001 và đầu 2002. Nó cũng tương thích với chuẩn IEEE 802.3. Ethernet được tạo ra phần lớn từ kỹ thuật mạng LAN (hiện tại đang được sử dụng cho gần 85% cho mạng LAN để nối PC và các máy trạm-workstations). Bởi vì ghi thức của nó có một số đặc điểm sau:  Dễ dàng sử dụng, thực hiện, quản lý và bảo trì.  Cho phép thực hiện mạng tốc độ thấp.  Cung cấp rất đa dạng mô hình mạng (topology).  Bảo mật thành công việc kết nối chung. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Mô hình tham chiếu OSI 2.2. Một hình OSI (Open Systems Interconnection) là một mô hình cho phép hai hệ thống khác nhau bất kì thông tin với nhau bất chấp cấu trúc bên dưới. Mục đích của mô hình OSI là mở rộng thông tin giữa hai hệ thống khác nhau mà không cần thay đổi logic phần cứng và phần mền bên dưới của mỗi hệ thống. Mô hình OSI không phải là một nghi thức, nó chỉ là một mô hình để hiểu và thiết kế kiến trúc mạng cho linh động, vững chắc và liên thông. Mô hình OSI là cấu trúc phân lớp để thiết kế các hệ thống mạng cho phép thông tin qua tất cả các loại hệ thống máy tính. Nó bao gồm 7 lớp riêng biệt nhưng có mối liên quan với nhau, mỗi lớp định nghĩa một phân đoạn xử lý khi chuyển dịch thông tin qua mạng. Hình sau mô tả mô hình 7 lớp của OSI. Hình 2-1 mô hình OSI 7 lớp Quá trình xử lý tại lớp 7, kế tiếp chuyển tứ lớp này sang lớp khác theo thứ tự. Tại mỗi lớp (ngoại trừ lớp 7 và lớp 1), header của lớp tương ứng sẽ được cộng vào đơn vị dữ liệu trước khi chuyển xuống cho lớp dưới kế tiếp. Khi đơn vị dữ liệu được định dạng đi qua lớp vật lý, nó đổi thành tín hiệu điện từ và vận chuyển dọc theo liên kết vật lý. Khi đạt đến đích, tín hiệu đi vào lớp 1 và được đổi ngược thành bit. Các đơn vị dữ liệu kế tiếp được chuyển lên qua các lớp OSI. Khi mỗi khối dữ liệu tới lớp kế DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com cao hơn, các đầu và đuôi được gắn lúc trước sẽ được loại bỏ tại các lớp tương ứng. Khi nó đến lớp 7 thì thông điệp trở thành dạng thích hợp cho ứng dụng. Lớp vật lý (Physical Layer) 2.2.1. Chức năng lớp vật lý là truyền một dòng bit trên một môi trường vật lý. Nó liên quan đến các qui định vế điện và cơ của giao tiếp và môi trường truyền. Nó cũng định nghĩa các thủ tục và các chức năng mà các thiết bị vật lý và các giaor tiếp phải thực thi. Lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer) 2.2.2. Lớp này có nhiệm vụ chia nhỏ dữ liệu đưa xuống từ lớp mạng thành các frame dữ liệu (một frame thường dài từ vài trăm byte đến hàng ngàn byte) để truyền đi và tổ chức nhận sao cho đúng thứ tự các frame. Lớp này cũng cung cấp khả năng truyền không lỗi trên đường truyền vật lý cho các lớp cao hơn. Vấn đề đặt ra ở đây là phải xác định cơ chế để xác nhận 1 frame có truyền thành công hay không ? (Acknowledge frame) và xử lý nhiễu (truyền lại). Lớp liên kết dữ liệu liên quan đến sự truyền, kiểm tra lỗi và điều khiển luồng dữ liệu. Chức năng chính của lớp liên kết dữ liệu họat động như một lưới chắn bảo vệ cho các lớp cao hơn, điều khiển quá trình truyền và nhận. Kiểm tra l ỗi và điều khiển lớp vật lý như là chức năng chính để đảm bảo các lớp trên nhận dữ liệu từ lớp mạng không có lỗi. Chuẩn IEEE 802 chia lớp lien kết dữ liệu thành hai l ớp con là: Logical Link Control (LLC) và Media Access Control (MAC). Lớp con Logical Link Control (LLC) có nhiệm vụ bảo vệ lớp trên từ bất cứ phương pháp truy cập cụ thể nào hoặc truy cập đường truyền cụ thể nào. Các lớp trên không lo lắng về cách kết nối của chúng tới mạng Ethernet bởi vì LLC điều khiển giao diện này. Lớp con Media Acess Control (MAC) có nhiệm vụ cho một vài họat động. Trên đường truyền lớp con MAC có trách nhiệm trong việc nhận dữ liệu từ lớp lớp con Logical Link Control và đóng các gói sẵn sàng cho việc truyền. Lớp MAC xác đ ịnh DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com các kênh đường truyền rảnh. Nếu đường truyền rảnh MAC sẽ truyền dữ liệu trên cáp và luôn giám sát trạng thái của lớp vật lý cho việc báo hiệu có xung đột. Nếu có xung đột, MAC cũng điều khiển quá trình thu hồi dữ liệu và truy ền lại. MAC giải quyết tranh chấp cho môi trường dung chung. Nó bao gồm các quy định đ ồng bộ, cờ và kiểm soát lỗi cần thiết để truyền thông tin từ vị trí này đến vị trí khác, cũng nh ư các địa chỉ vật lý của trạm nhận. Các nghi thức MAC được dung cụ thể với từng LAN (Ethernet, Token ring, Token bus). Lớp mạng (Network Layer) 2.2.3. Điều khiển hoạt động của các subnet, tức là tìm đường cho một packet đi từ nguồn đến đích (truyền dữ liệu giữa 2 máy bất kì trong mạng). Vấn đề lớn nhất của lớp này là tìm đường (Routing), giải quyết xung đột (Collsision Detect), giải quyết vấn đề địa chỉ (Addressing), vấn đề tính chi phí (Accounting). Lớp mạng đảm nhận dữ liệu từ lớp giao vận và thêm các thông tin phù hợp cho gói và cung cấp đường truyền phù hợp cũng như những mức kiểm tra lỗi. Dữ liệu được định dạng cho phù hợp với đường truyền. Lớp giao vận (Transport Layer) 2.2.4. Chức năng cơ bản của lớp này là chia nhỏ gói dữ liệu được đưa từ lớp bên trên xuống thành những đơn vị nhỏ hơn để truyền qua mạng với sự đảm bảo là dữ liệu sẽ tới nơi một cách chính xác (kiểm tra số sepuence, error detection – phát hiện lỗi, flow control – điều khiển luồng). Lớp này cung cấp cho các lớp bên trên phương tiện truyền các message độc lập với các lớp bên dưới (end to end – hai hệ thống thực s ự kết nối với nhau). Lớp giao vận đảm bảo sự tối ưu cho việc truyền dữ liệu từ nguồn đến đích bằng cách điều khiển luồng dữ liệu của mạng và thực hiện sự yêu cầu đ ảm bảo dịch vụ cho lớp phiên. Lớp giao vận xác định kích cở của gói dựa trên số lượng dữ liệu được gởi và kích thướt gói lớn nhất cho phép truyền trên đường truyền. Nếu dữ DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com liệu gởi lớn hớn gói có kích thướt tối đa, nó sẽ thực hiện chia dữ liệu thành các thích thướt phù hợp một cách tuần tự. Nó đồng thời thêm các thông tin như điều khiển lỗi để phù hợp với tỉ lệ dữ liệu của một gói. Khi nhận dữ liệu từ lớp mạng, lớp giao vận sẽ đảm bảo rằng dữ liệu nhận được đúng thứ tự và kiểm tra lặp và mất khung. Lớp phiên (Session Layer) 2.2.5. Cung cấp những phương tiện cho phép 2 thực thể của lớp ứng dụng có thể tổ chức và đồng bộ cuộc đối thoại và quản lý sự trao đổi thiông tin giữa chúng (các dịch vụ để các quá trình có thể trao đổi với nhau, tạo và kết thúc kết nối giữa các quá trình trên các máy khác nhau). Lớp phiên liên quan đến sự giao tiếp giữa hai thiết bị viễn thông. Lớp này tạo ra những qui luật cho việc khởi động và kết thúc giao tiếp giữa hai thiết bị, cũng như sự phục hồi lỗi. Nếu có lỗi và sự giao tiếp lỗi được phát hiện, lớp phiên sẽ truyền lại dữ liệu để hoàn thành quá trình giao tiếp. Lớp phiên yêu cầu một sự phục vụ tốt từ lớp giao vận để không yêu cầu truyền lại, hoặc truyền hai hướng, yêu cầu nhiều sự giám sát (monitoring) và hồi tiếp (feedback). Lớp trình bày (Presentation Layer) 2.2.6. Lớp này biểu diễn những thông tin được truyền (được hiểu là cú pháp và ngữ nghĩa). Nó đồng nhất các thông tin giữa các hệ thống với nhau. Lớp trình bày giải quyết các vấn đề liên quan đến thông dịch dữ liệu và thay đổi mã giữa các thiết bị, mà chúng định dạng dữ liệu khác nhau. Ngoài ra, lớp này cũng điều khiển sự thông dịch sự khác nhau giữa các thiết bị và các tập tin định dạng (file formats), cũng như cung cấp dịch vụ thao tác trên dữ liệu như nén và mã hóa (compression & cryptography). Lớp ứng dụng (Application Layer) 2.2.7. Đưa các ứng dụng thiết thực cho người sử dụng, ứng với mỗi ứng dụng có một nghi thức khác nhau. Lớp ứng dụng là lớp giao tiếp giữa người dùng và mạng. Lớp này ảnh hưởng trực tiếp đến những chương trình ứng dụng dành cho người sử dụng DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com (user application programs) để cung cấp cách thức truy cập mạng. Lớp ứng dụng thường liên quan với các ứng dụng như: FTP (truyền nhận file), Telnet (giải quyết sự khác nhau phần cứng cũng như phần lõi giữa các terminal), e-mail (truyền nhận mail), file sharing… Sơ lược về chuẩn IEEE 802.3 2.3. Chuẩn IEEE 802.3 là một phần của họ chuẩn cho mạng cục bộ và metropolitan. Mối quan hệ giữa các thành viên của chuẩn được trình bày bên dưới. Hình 2-2 Họ chuẩn của mạng cục bộ. Các chuẩn này liên quan đến lớp vật lý và lớp data link được định nghĩa bởi International Organization Standardization (ISO). Cấu trúc khung Ethernet IEEE 802.3 2.4. Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa một khung định dạng dữ liệu cơ bản cho tất cả công việc mà MAC thực hiện. Thêm vào đó, một vài chức năng lựa chọn đ ược thêm vào cho khung dữ liệu. Một khung dữ liệu gồm có 7 trường như hình vẽ. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Hình 2-3 Cấu trúc Frame Ethernet Phần đầu khung Preamble  Preamble chỉ ra sự bắt đầu của một khung truyền. Nó gồm một dãy các giá trị bit 0 và 1 xen kẽ nhau để báo hiệu cho trạm nhận (receiving stations) r ằng có khung đang tới. Và nó cũng cung cấp một phương tiện để đồng bộ hóa những phần khung nhận của lớp vật lý nhận với một luồng bits vào. Preamble bao gồm 7 bytes như sau: 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 Start Frame Delimiter (DFD)  SFD là một chuỗi 8 bit (1 byte) 10101011. Nó theo sau Preamble và chỉ ra sự bắt đầu của chuỗi thông tin với hai bit cuối là 11. Sau byte này chính là địa chỉ. Destination Address (DA) – Địa chỉ đích  Địa chỉ đích bao gồm 6 bytes để xác nhận trạm sẽ nhận khung. Nó chứa địa chỉ vật lý (physical address) của đích sắp đến của gói. Địa chỉ vật lý của hệ thống là một mẫu bit được mã hóa trên NIC (Network Interface Card). Nếu gói phải đi qua mạng LAN này đến mạng LAN khác để đến đích của nó, trường DA chứa đ ịa chỉ vật lý của router nối mạng LAN hiện hành và mạng LAN kế. Khi gói đạt đ ến mạng đích, trường DA chứa đại chỉ vật lý của thiết bị đích. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Trong chuỗi bits này, bit phía bên trái của trường DA chỉ ra địa chỉ đơn (individual address) nếu là bit 0 hoặc địa chỉ nhóm (group address) nếu là bit 1. Bit thứ hai bên trái chỉ ra DA được quản lý cục bộ hay quản lý toàn cục. Những bit còn lại được gán để xác nhận một trạm đơn, nhóm trạm hoặc tất cả trạm trên mạng (network). Source Address (SA) – Địa chỉ nguồn  Địa chỉ nguồn bao gồm 6 bytes chứa địa chỉ vật lý của thiết bị cuối cùng chuyển tiếp gói. Thiết bị đó có thể là trạm đang gởi hoặc router mới xảy ra nhất để nhận và chuyển tiếp gói. Địa chỉ nguồn thì luôn luôn là địa chỉ đơn và bit phía trái thì luôn là bit 0. Length/type of PDU field  Lengh/type field gồm 2 bytes. Chỉ ra số byte trong PDU (Protocol Data Unit) đang đến. Nếu chiều dài của PDU là cố định, trường này được dung chỉ ra loại hoặc nền của các giao thức khác. Ví dụ, Novel và Internet dùng nó để làm rõ nghi thức mạng đang dung PDU. Data field – Trường dữ liệu (802.2 frame)  Trường dữ liệu gồm tuần tự n bytes. Chiều dài tối thiểu và lớn nhất của dữ liệu là từ 46 bytes đến 1500 bytes. Dữ liệu được gởi qua lớp mạng với một vài thông tin điều khiển. Nếu dữ liệu có chiều dài ít hơn 46 byte trong một gói, một cơ chế đặt biệt sẽ đệm để đủ tối thiểu 46 bytes. PDU được tạo ra bởi lớp phụ ở trên (LLC) rồi lien kết đến khung 802.3. Frame Check Sequence (CRC)  Frame Check Sequence bao gồm 4 bytes. Một vùng chứa 32 bits mã kiểm tra lổi và phát hiện sai theo mã CRC-32 và tính trên tất cả các trường (fields) ngoại trừ Preamble, SFD, FCS. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Lớp con MAC và phương thức truy cập CSMA/CD 2.5. 2.5.1. Media Access Control (MAC) Lớp con MAC nằm ở lớp 2 trong mô hình OSI. Có chức năng là giải quyết tranh chấp cho môi trường dùng chung. Nó bao gồm các quy định đồng bộ, kiểm soát lỗi cần thiết để chuyển thông tin từ vị trí này đến vị trí khác, cũng như các địa chỉ vật lý của trạm để đảm bảo khung dữ liệu được truyền nhận đúng trạm. Hình 2-4 Vị trí lớp con MAC trong mô hình OSI MAC Control là 1 lớp con (sublayer) tùy chọn nằm trong lớp Data link (trong mô hình 7 lớp của OSI). Nó được sử dụng chung với lớp con CSMA/CD MAC. MAC Control cung cấp khả năng điều khiển thời gian thực và thao tác hoạt động của l ớp con MAC. Lớp con MAC Control sử dụng các dịch vụ không kết nối (connectionless) của lớp con MAC ở phía dưới để truyền khung điều khiển và khung dữ liệu. MAC Control không cung cấp bất kỳ cơ chế nào để đảm bảo khung truyền không bị mất mát. Các cơ chế để đảm bảo truyền khung không bị mất mát, như truyền lại các khung bị lỗi, bị hủy bỏ…, sẽ được MAC Control Client (Logic link control…) hổ trợ. Vì hoạt động của MAC Control là tùy chọn, nên MAC Control Client không thể nhận biết được sự tồn tại của thực thể MAC Control trong một trạm. Hoạt động của lớp con MAC control trong suốt đối với CSMA/CD MAC. Ở mạng Ethernet lớp con MAC sử dụng phương thức truy cập CSMA/CD (Carrier DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Sense multiple access with collision detect) để truy cập kênh truyền với 2 chế độ truyền là: song công (full duplex) và bán song công (half duplex). Phương thức truy cập CSMA/CD 2.5.2. Khi có nhiều người sử dụng cùng truy cập 1 kênh truyền dùng chung mà không có quy luật thì sẽ dẫn đến xung đột. Điều này sẽ dẫn đến dữ liệu sẽ bị sai và trở thành nhiễu. Do đó một mạng LAN cần có một cơ chế để quản lý l ưu l ượng, tối thiểu hóa các xung đột và cực đại hóa các khung được phân phối thành công. Cơ chế truy cập được dùng trong mạng Ethernet theo chuẩn IEEE-802.3 là Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (CSMD/CD), tạm dịch là “Đa truy cập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột”. Thiết kế ban đầu là phương thức đa truy cập (Multiple Access - MA) trong đó mỗi trạm truy cập đến một liên kết là ngang bằng nhau và bình quy ền. Với MA thì không có quản lý lưu lượng, bất cứ trạm nào muốn truyền thì sẽ truy ền và dựa vào xác nhận để kiểm tra khung đã truyền là thành công hay không. Trong một hệ thống CSMA, bất cứ trạm nào muốn truyền trước tiên phải lắng nghe sóng mang bằng cách kiểm tra điện áp. Nếu không có điện áp trên đường truyền thì đường truyền xem như là rảnh và nó có thể bắt đầu truyền. CSMA có thể giảm thiểu số xung đột nhưng tất nhiên không thể loại bỏ chúng một cách hoàn toàn. Xung đột vẫn xảy ra nếu một trạm chưa cảm nhận được tín hiệu sóng mang từ một trạm khác nào đó trên đường truyền do hiện tượng trễ của truyền sóng. Để khắc phục tình trạng như trên cần phải có bộ phát hiện xung đột Collision Detect – CD. Trong CSMA/CD một trạm muốn phát thì phải chắc chắn là đường truyền rảnh, rồi mới truyền dữ liệu. Trong lúc truyền dữ liệu, trạm luôn kiểm tra xem có điện áp cao vượt trội hay không, nếu có tức là có xung đột xảy ra. Nếu phát hiện có xung đột, trạm sẽ ngưng truyền và đợi một lượng thời gian ngẫu nhiên nếu đường truyền rảnh nó sẽ thực hiện truyền lại. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Chế độ bán song công (Half Duplex Ethernet) 2.5.3. Half – Duplex Ethernet là mô hình truyền thống của Ethernet sử dụng giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect). Với CSMA/CD hay nhiều hơn các trạm chia sẽ một đường truyền chung. Để truyền một frame, một trạm phải chờ cho một khoảng thời gian rảnh trên đường truyền khi không có một trạm khác đang truyền. Sau đó nó truyền frame bằng cách thông báo (broadcast) nó trên đường truyền để mà nó nghe tất cả các trạm trên mạng. Nếu một trạm khác cố gắng truyền để truyền dữ liệu tại cùng một thời điểm, một đụng độ xuất hiện. Trạm truyền sau đó cố ý truyền một Jam để bảo đảm tất cả các trạm đ ược thông báo frame truyền bị lỗi vì một đụng độ. Trạm sau đó giữ cho một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi nổ lực để truyền lại. Tiến trình được lặp lại cho đến khi frame truyền thành công. Các nguyên tắc cơ bản cho việc truyền một frame: Mạng được quan sát bởi một “carrier”, hoặc sự hiện diện của một trạm  truyền. Tiến trình này thì được biết như “carrier sense”. Nếu một carrier tích cực được phát hiện, sau đó đường truyền được trì hoãn.  Trạm tiếp tục quan sát mạng cho đến khi carrier ngừng. Nếu một carrier không được phát hiện, và khoảng không có carrier thì bằng  hoặc lớn hơn khỏang thời gian chung giữa hai khung dữ liệu (interframe gap), sau đó trạm lặp tức bắt đầu truyền lại frame. Trong khi trạm đang truyền frame, nó quan sát đường truyền có đụng độ hay  không. Nếu một đụng độ được phát hiện, trạm truyền ngừng gửi khung dữ liệu  (frame data) và gửi một chuỗi jame 32 bits. Nếu đụng độ được phát hiện rất sớm trong lúc truyền frame, thì trạm truyền sẽ hoàn thành việc truyền preamble của frame trước khi bắt đầu truyền chuỗi jame. Chuỗi jame được phát đi để đảm bảo chiều dài của đụng độ đủ để thông báo tới các trạm khác. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com Sau khi gửi chuỗi jame, trạm truyền chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên  được chọn từ bộ phát random number trước khi bắt đầu tiến trình truyền lại. Tiến trình này gọi là “backoff”. Có thể một đụng độ được lặp lại bị giảm đi do trạm đang đụng độ chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi truyền lại. Nếu đụng độ xuất hiện lại, thì việc truyền được lặp lại, nhưng thời gian trì  hoãn ngẫu nhiên được tăng với mỗi nỗ lực truyền lại. Điều này làm giảm khả năng đụng độ của trạm khác. Tiến trình này lặp lại đến khi một trạm truyền một frame không có đụng độ.  Ngay khi một trạm thành công truyền một frame, nó sẽ reset lại collision counter nó sử dụng để tăng thời gian backoff sau mỗi lần đụng độ đã lặp lại.  Slot Time Slot time là một thông số cho mạng hoạt động half – duplex Ethernet. Nó đ ược xác định là 512 bits time cho mạng Ethernet hoạt động tại 10 và 100 Mb/s, và 4096 bit time cho Gigabit Ethernet. Để mà cho mỗi nơi truyền tin cậy trong việc phát hiện đụng độ, thời gian truyền nhỏ nhất cho một frame phải ít nhất là một slot time, và thời gian yêu cầu cho đụng độ để truyền đến tất cả các trạm trên mạng phải nhỏ hơn một slot time. Vì thế, một trạm không thể hoàn thành truyền frame trước khi phát hiện rằng một đụng độ đã xuất hiện. Các tín hiệu đã truyền bởi các khoảng trì hoãn đụng độ các trạm Ethernet khi chúng truyền suốt trên mạng. Các khoảng truyền bao gồm thời gian yêu cầu cho tín hiệu truyền qua các phần cáp, và thời gian trì hoãn đụng độ logic khi các tín hiệu chuyển qua các thành phần điện trong Network Interface Cards (NICs) và các hub. Đối với các phần cáp dài hơn và nhiều hub trên trạm, nó cho tín hiệu truyền từ một mạng cuối đến mạng khác. Thời gian một tín hiệu truyền giữa hai trạm có khoảng cách xa nhất trong mạng được biết như là “propagation delay” lớn nhất của mạng. Một trạm phát hiện rằng frame mà nó đang truyền đã bắt gặp một đụng độ, các tín hiệu của nó phải truyền qua mạng đến trạm khác phát hiện các đụng độ. Trạm DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com này phải truyền một chuỗi jame để chỉ một đụng độ đã được phát hiện. Chuỗi jame này phải truyền qua lại mạng trước khi được phát hiện bởi trạm đang truy ền. Tổng một vòng truyền tối đa (“round trip propagation delay) và thời gian yêu cầu để truyền một chuỗi jame là các thành phần xác định chiều dài của Ethernet slot time. Slot time là một thông số quan trọng vì: bits slot time thiết lập kích cỡ nhỏ nhất của một Ethernet frame là 64  512 bytes. (4096 bits slot time cho Gigabit Ethernet yêu cầu một vùng mở rộng được thêm vào frame để kích cỡ truyền nhỏ nhất là 512 bytes). Bất kỳ frame có chiều dài ít hơn 64 bytes thì được xem như là một “collision fragment” hay “runt frame”, và tự động được bỏ ra bởi trạm nhận. time thiết lập một giới hạn kích cỡ của một mạng trong giới hạn phần  Slot chiều dài cáp tối đa và số lần lặp lại có thể trên đường dẫn. Nếu kích cỡ của mạng quá lớn, một hiện tượng được biết như “late collisions” có thể xuất hiện. Đụng độ trễ được xem như một lỗi trong mạng bởi vì đụng độ đến quá trễ trong việc truyền frame tự động đối xử bởi chức năng điều khiển truy cập đường truyền Ethernet. Frame đang được truyền sẽ bị bỏ, yêu cầu một phần mềm ứng dụng phát hiện mất và bắt đầu truyền lại. time đảm bảo nếu có một đụng độ sắp xuất hiện, nó sẽ được phát  Slot hiện trong 512 bits đầu tiên (4096 cho Gigabit Ethernet) của frame truyền. Một phần cứng Ethernet đơn giản giữ frame truyền lại sau một đụng độ. Đối với Gigabit Ethernet, slot time phải được tăng từ 512 đến 4096 bits time. Vì Gigabit Ethernet có tốc độ data cao hơn, tín hiệu truyền chỉ cho một khoảng cách rất nhỏ trong phạm vi 512 bits time. Tại tốc độ một slot time 512 bits s ẽ đ ược hỗ tr ợ một mạng kích cỡ tối đa khoảng 20 mét. Một mạng nhỏ là không thực tế, vì thế chấp nhận của việc mở rộng một sóng mang được giới thiệu tăng slot time đến 4096 bits. Việc tăng kích cỡ của slot time và việc giới hạn số lần lặp lại trong một mạng, kích cỡ một mạng 200 mét có thể được hỗ trợ bởi Gigabit Ethernet. DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com  Backoff Backoff là quá trình xử lý một trạm đang truyền tính toán chờ bao lâu sau một đụng độ trước khi nỗ lực truyền lại frame. Nếu tất cả các trạm đã chờ cùng khoảng thời gian trước khi truyền lại, sau đó đụng độ khác sẽ chắc chắn xuất hiện. Điều này được tránh bằng cách mỗi trạm phát một số ngẫu nhiên đ ể tín khoảng thời gian nó phải chờ trước khi kiểm tra sóng mang. Khoảng thời gian này được biết như là “backoff delay” của trạm. Thuật backoff thực hiện trong Ethernet là “truncated binary exponential backoff”. Sau một đụng độ, mỗi trạm phát một số ngẫu nhiên nằm trong tầm chỉ rõ của giá trị. Sau đó nó chờ số slot time trước khi nỗ lực truyền lại. Tầm giá trị tăng theo số mũ sau mỗi lần truyền lại bị hỏng. Nỗ lực lần đầu có tầm là 0 đến 1, lần thứ hai là 0 đến 3, lần ba là 0 đến 7 và cứ thế tiếp tục. Nếu đụng độ lặp lại, thì tầm tiếp tục mở rộng đến 10 nỗ lực khi nó đi từ 0 đến 1023. Sau đó tầm của giá trị nằm giữa từ 0 đến 1023. Nếu một trạm không thành công trong việc truyền sau 16 lần nỗ lực, thì MAC thông báo “excessive collision error”. Frame được truyền lại sau đó bị bỏ đi, ta cần phần mềm ứng dụng phát hiện mất frame và bắt đầu một sự truyền lại. Các kết quả binary exponential backoff trong khoảng trì hoãn nhỏ nhất trước khi truyền lại khi lưu lượng trên LAN là thấp. Khi lưu lượng cao, đụng độ l ặp l ại là nguyên nhân làm tầm tăng lên, vì thế làm giảm cơ hội đụng độ sau đó. Trong một mạng, nơi mà lưu lượng có mức độ cao, đụng độ lặp lại sẽ bắt đầu gây ra l ỗi quá đụng độ (excessive collision error) được phát đi. Lỗi quá đụng độ để chỉ ra rằng lưu lượng tải đã tăng đến điểm mà nó không thể có khả năng được giữ trên một mạng Ethernet đơn lẻ.  Capture Effect Khi mạng đang hoạt động dưới một tải lớn, thuật toán binary exponential backoff có thể trình bày một sự không công bằng được biết như “capture effect”. Vấn đề nảy sinh từ việc nắm giữ của collision counter. Mỗi trạm sẽ cập nhật bộ đếm đụng độ một cách độc lập của nó và chỉ sau một nỗ lực truyền lại. Chỉ có thành công DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com bộ đếm đụng độ trở về zero sau khi phát một gói thành công. Điều này cho thuận lợi một trạm đơn bật cho phép nó “capture” mạng được một khoảng thời gian mở rộng. Một ví dụ của hiệu ứng bắt gồm hai trạm có nhiều data để gửi và có thể gửi data nhanh như được cho phép. Cả hai đụng độ với nỗ lực truyền lại đầu tiên và chọn backoff là 0 hoặc 1. Trạm A chọn 0, và trạm B chọn 1. Trạm A truyền lại trong lúc trạm B chờ một slot time. Sau khi trạm A hoàn thành việc truyền của nó và hết khoảng interframe gap, cả hai trạm sẵn sàng truyền lại và đụng độ xuất hiện. Đây là đụng độ đầu tiên của trạm A đối với frame này, vì thế nó chọn một backoff là 0 hoặc 1. Tuy nhiên, đây là đụng độ lần thứ hai của trạm B cho frame này, vì thế nó chọn một backoff giữa 0 và 3. Vì vậy trạm A có khả năng truyền cao hơn trong lúc trạm B chờ lại. Nếu điều này xảy ra thì lấy số giống như vậy và lại đụng độ, cho nên l ấy các số lẻ cho trạm B (lấy số chẵn thì xấu hơn). Một kịch bản giống như vậy có thể lặp đi lặp lại chỉ có thể kết thúc khi hàng của trạm A là nỗ lực cuối cùng hoặc khi trạm cuối cùng trạm B tiến tới n ỗ l ực th ứ 16. Sau 16 lần nỗ lực trạm B sẽ reset lại bộ đếm đụng độ của nó cho phép nó trở lại cạnh tranh nhiều hơn. Nhưng nó cũng bỏ ra frame nó đã nỗ lực truyền lại, yêu cầu nó xếp hàng frame cho việc truyền lại bằng phần mềm. Vào năm 1994 một thuật toán backoff mới được gọi là “binary logarithm arbitration method” (BLAM) được đưa ra để làm giảm vấn đề hiệu ứng bắt. Một nhóm làm việc IEEE 802.3w được tạo ra để thêm BLAM như một đặc điểm không bắt buộc cho chuẩn Ethernet. Mặc dù kết quả mô phỏng chứng minh rằng BLAM đưa ra một cải tiến xác định trên thuật toán binary exponential backoff, công việc đ ể kết hợp nó vào trong chuẩn Ethernet không bao giờ được hoàn thành vì một thay đổi (dịch) trong rõ nét ở full – duplex Ethernet và thiếu sự chú ý cập nhật phần cứng half – duplex. Chế độ song công Ethernet (Full – Duplex) 2.5.4. Tiêu chuẩn IEEE 802.3x xác định một mode thứ hai của hoạt động Ethernet, được gọi là “full – duplex”, bỏ qua nghi thức CSMA/CD. Nghi thức CSMA/CD là DK Thiet bi qua mang Internet
www.elabvn.com “half – duplex”. Điều này chỉ rõ rằng một trạm có thể truyền data hay nhận data, nhưng không cùng một lúc. Mode full – duplex cho phép hai trạm đồng thời chuyển data trên một liên kết điểm điểm cung cấp đường truyền và nhận độc lập. Từ đó mỗi trạm có thể truyền và nhận data cùng một lúc, thông lượng của liên kết đ ược gấp đôi lên. Một trạm 10 Mb/s hoạt động ở mode full – duplex cung cấp băng thông tối đa 20 Mb/s. Một trạm 100 Mb/s cung cấp băng thông 200 Mb/s. Hoạt động full – duplex bị giới hạn đến chuẩn sau:  Đường truyền vật lý phải là cáp hỗ trợ truyền và nhận đồng thời mà không nhiễu. Các phương tiện truyền chỉ rõ gặp yêu cầu này là: 10-Base- T, 10Base-FL, 100Base-TX, 100Base-FX, 100Base-T2, 1000Base-CX, 1000Base-SX, 1000Base-LS, và 1000Base-T. Phương tiện truyền không thể hỗ trợ full – duplex: 10Base5, 10Base2, 10Base-FP, 10Base-FB và 100Base-T4.  Hoạt động full – duplex bị giới hạn liên kết điểm--điểm nối chính xác hai trạm. Từ đó không có sự cạnh trạnh cho việc chia sẽ đường truy ền, đụng độ không có thể xuất hiện và nghi thức CSMA/CD là không cần thiết. Frame có thể được truyền, giới hạn chỉ bởi yêu cầu khoảng cách giữa nhỏ nhất giữa các frame liên tiếp.  Cả hai trạm trên lên kết phải có khả năng và cấu hình cho hoạt động full – duplex.  Hoạt động full – duplex có một vài thuận lợi:  Thông lượng là gấp đôi cho phép truyền và nhận đồng thời.  Hiệu suất của liên kết tăng bởi sự loại bỏ khả năng đụng độ.  Các phân đoạn chiều dài thì không giới hạn hơn bởi sự yêu cầu half – duplex Ethernet đảm bảo đụng độ được truyền đến tất cả các trạm trong khoảng yêu cầu 512 bits time. Ví dụ, 100Base-FX được giới hạn DK Thiet bi qua mang Internet

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.