Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng máy tính cục bộ

Chia sẻ: Nguyen Quang Ha | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

172
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các mạng số liệu cục bộ thường được gọi đơn giản là mạng cục bộ và gọi tắt là LAN. Chúng thường được dùng để liên kết các đầu cuối thông tin phân bố trong một tòa nhà hay một cụm công sở nàođó. Thí dụ có thểdùng LAN liên kết các máy trạm phân bố ở các văn phòng trong một cao ốc hay trong khuôn viên của trường đại học, cũng có thể liên kết các trang thiết bị mà nền tảng cấu tạo của chúng là máy tính phân bố xung quanh một nhà máy hay một...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng máy tính cục bộ

Trường Đại học Khoa học – Huế Khoa Công nghệ thông tin Bộ môn: Kỹ thuật truyền số liệu Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng máy tính cục bộ Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Trần Quốc Huy Võ Thanh Tú Võ Thế Vân Hiếu Mai Anh Tuấn Hồ Sỹ Tú Lê Đăng Việt
Huế, 11-2011 Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN 2 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú Mục Lục 3 Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN
Tổng quan Các mạng số liệu cục bộ thường được gọi đơn giản là mạng cục bộ và gọi tắt là LAN. Chúng thường được dùng để liên kết các đầu cuối thông tin phân bố trong một tòa nhà hay một cụm công sở nàođó. Thí dụ có thểdùng LAN liên kết các máy trạm phân bố ở các văn phòng trong một cao ốc hay trong khuôn viên của trường đại học, cũng có thể liên kết các trang thiết bị mà nền tảng cấu tạo của chúng là máy tính phân b ố xung quanh một nhà máy hay một bệnh viện. Vì tất cả các thiết bị đều được lắp đặt trong một phạm vi hẹp nên các LAN thường được xây dựng và quản lý bởi một tổ ch ức nào đó. Chính vì lý do này mà các LAN được xem là các mạng dữ liệu tư nhân. Điểm khác biệt chủ yếu giữa một đườ ng truyền thông tin được thiết lập bằng LAN và một cầu nối được thực hiện thông qua mạng số liệu công cộng là một LAN Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN thường cho tốc độ truyền số liệu nhanh hơn do đặc trưng phân cách về mặt địa lý và cự ly ngắn. Trong ngữ cảnh của mô hình tham chiếu OSI thì khác biệt này chỉ tự biểu lộ tại các lớp phụ thuộc mạng. Trong nhiều trường hợp các lớp giao thức cấp cao hơn trong mô hình tham chiếu giống nhau trong cả LAN và mạng số liệu công cộng. Có hai loại LAN hoàn toàn khác nhau: LAN nối dây và LAN không dây (wireless LAN) như bao hàm trong tên của từng loại , LAN nối dây dùng các dây nối cố đ ịnh thực như cáp xoán, cápđồng trục để làm môi tr ườ ng truyền dẫn trong khiđó các LAN không dây dùng sóng vô tuyến hay sóng ánh sáng để làm môi tr ườ ng truyền dẫn, cách tiếp cận với hai loại là khác nhau. Các mạng LAN nối dây 1. Trước khi nghiên cứu cấu trúc và hoạt động của các kiểu LAN nối dây cần nhận diện một vài yếu tố cần chọn lựa trong xây dựng LAN. 1.1 Các topo Hầu hết các mạng diện rộng WAN thí dụ như mạng điện thoại công cộng PSTN (publicswitching telephone network), dùng topo dạng lưới, tuy nhiên do đặc thù phạm vi vật lý giới hạn của các thuê bao (DTE ) trên LAN nên cho phép dùng các topo đ ơn gi ản hơn. Có 4 topo thông dụng là Bus, Ring, Star, Hub/Tree. Hình 1.1.1: Topo dạng Bus Hình 1.1.2: Topo dạng Ring 4 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Hình 1.1.3: Topo dạng Star Hình 1.1.4: Topo dạng Hub/Tree Tổng đài PABX (Pritvate Automatic Branch eXchange) là một dạng Star Topo. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Một cầu nối đượ c thiết lập xuyên qua một tổng đài PABX Analog truyền thống bằng nhiều phương pháp giống với một cầu nối được thực hiện qua mạng PSTN Analog, trong đó tất cả các con đường xuyên qua mạng đều được thiết kế chỉ để mang tín hiệu thoại có băng thông giới hạn. Do đó muốn truyền số liệu phải dùng các modem, tuy nhiên hầu hết các PABX hiện đại dùng kỹ thuật chuyển mạch số và do đó cũng đ ược gọi là tổng đài số cá nhân PDX (Pritvate Digital eXchange). Với sự xuất hiện các IC giá rẻ thực hiện các chức năng chuyển đổi analog digital và ngược lại, làm cho việc mở rộng chế độ làm việc digital thuê bao nhanh chóng trở thành hiện thực. Điều này có nghĩa những đường chuyển mạch 64 Kbps thường được dùng cho, điện thoại số sẽ luôn có sẵn tại mỗi kết cuối thuê bao, do đó có thể được dùng cho cả thoại và số li ệu. Tuy nhiên ứng dụng chủ yếu của PDX là cung cấp một đường truyền dẫn chuyển mạch cho phiên thông tin cục bộ giữa các đầu cuối tích hợp thoại và số liệu, phục vụ trao đổi thư điện tử, truyền tập tin… Hơn thế nữa, kỹ thuật số trong PDX cho phép cung cấp các dịch vụ như voice store and forward và teleconferencing (nhiều thuê bao tham gia vào cuộc gọi đơn). Các topo thích hợp hơn với các LAN đã được thiết kế để thực hiện chức năng của các mạng truyền số liệu nhỏ nhằm liên kết với máy tính cục bộ, đó là topo dạng Bus và dạng Ring, thông thường trong topo dạng Bus cáp mạng được dẫn qua các vị trí có DTE cần nối vào trong mạng, và một kết nối vật lý được thực hiện tại đó để cho phép các DTE truy xuất các dịch vụ mạng. Tiếp đó là một mạch điều khiển truy xuất và các giải thuật được dùng để chia sẻ băng thông truy ền dẫn có sẵn cho nhóm DTE được nối vào mạng. Với topo Ring cáp mạng đi từ một DTE đến một DTE khác cho đến khi các DTE được nối thành với nhau thành một vòng. Đặc trưng của Ring là một liên kết điểm nối điểm trực tiếp với mỗi DTE láng giềng hoạt động theo một chiều. Cần một giải thuật thích hợp làm nhiệm vụ chia sẻ việc sử dụng Ring giữa các user trong nhóm. Tốc độ truyền dữ liệumđược dùng trong Bus và Ring vào khoảng từ 1đến 100 Mbps, điều đó khá phù hợp với việc liên kết nhóm các thiết bị cục bộ dựa trên nền máy tính chẳng hạn như các Workstation trong các văn phòng hay các bộ điều khiển thông minh xung quanh một hệ xử lý nào đó. Một dạng topo khác được gọi là hub/tree. Mặc dù các mạng này giống như mạng star nhưng hub chỉ đơn giản là kết nối dạng bus hay ring được tập trung lại tại một đơn 5 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
vị trung tâm. Các dây dẫn dùng để kết nối mỗi DTE vào bus hay ring được mở rộng ra từ hub. Do đó, không giống như PDX, hub không thực hiện bất kỳ hoạt động chuyển mạch nào, nó chỉ làm chức năng của một tập các bộ lặp truyền lại tất cả các tín hi ệu nh ận được từ các DTE đến các DTE khác theo phương pháp như trong các mạng bus và ring. Hub cũng có thể kết nối theo dạng phân cấp hình cây. 1.2 Môi trường truyền dẫn Môi trường truyền dẫn để tạo ra các đường liên kết vật lý các nút mạng có thể là cáp đồng trục, cáp sợi quang, cáp xoắn đôi, radio. Mỗi loại môi trường truyền dẫn đều chỉ phù hợp với tình trạng kết nối mạng và yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu giữa các nút mạng. Cáp xoắn, cáp đồng trục và cáp quang là môi trường truyền dẫn chủ yếu của mạng LAN. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN 1.2.1. Cáp xoắn đôi (Twisted-pair Cable) Loại cáp này gồm 2 đường dây dẫn đồng trục được xoắn vào nhau nhằm giảm nhiễu điện từ gây ra bởi môi trường xung quanh và gây ra bởi bản thân chúng với nhau. Có loại cáp xoắn đôi được dùng là cáp có vỏ bọc kim STP (Shield Twisted Pair) và cáp không có vỏ bọc kim UTP. Hình 1.2.1: Cáp STP và UTP STP: Lớp bọc kim bên ngoài cáp xoắn đôi có tác dụng chống nhiễu điện từ. Có nhiều loại chỉ gồm 1 đôi dây xoắn ở trong vỏ bọc kim, nhưng cũng có loại gồm nhiều đôi dây xoắn. Tốc độ truyền trên cáp này là 155 Mbps, khoảng cách là 100m. UTP: Tính năng tương tự như STP chỉ kém về khả năng chống nhiễu và suy hao do không có vỏ bọc kim loại. Có 5 lọa thường dùng là: - UTP loại 1 và 2: sử dụng thích hợp cho truyền thoại và số liệu tốc dộ thấp (duwos 4 Mbps). - UTP loại 3: thích hợp cho việc truyền tốc độ lên đến 16 Mbps. - UTP loại 4: thích hợp cho việc truyền tốc độ lên đến 20 Mbps. - UTP loại 5: thích hợp cho việc truyền tốc độ lên đến 100 Mbps. Trên phần lớn các tuyến thuê bao, cáp đôi được dùng một cách phổ biến vì dễ dàng và kinh tế, những cáp đôi này được cách điện cẩn thận băng Polivinyl hoặc Poliethylene, được xoắn vào một sợi cáp, PVC hoặc PVC được dùng và sau đó l ớp bọc cáp sẽ được phủ bên ngoài dây cáp. Để tránh hư hỏng vì bị ẩm hở/ngắt mạch điện người ta dùng băng nhôm hoặc đồng vào giữa các vỏ. Một cách tổng quát với các loại cáp địa phương các dây điên có lõi đường kính 0.4, 0.5, 0.65 và 0.9 đ ược s ử dụng một cách rộng rãi. 6 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
1.2.2 Cáp đồng trục (Coaxial Cable) Cáp đồng trục được chế tạp bằng một sợi dây dẫn đồng nhất đ ược bao quanh bằng một dây trung tính gồm nhiều sợi nhỏ bện lại, giữa 2 dây này có một lớp cách ly bên ngoài có một lớp vỏ bảo vệ. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Hình 1.2.2: Cáp đồng trục Có 2 hệ thống truyền khác nhau được dùng với cáp đồng trục: Băng tần cơ sở (Baseband): Hệ truyền trên băng tần cơ sở nhận tín - hiệu số đến từ máy tính và truyền trực tiếp tín hiệu ấy qua cáp đến trạm thu, truyền đơn kênh, tốc độ truyền đạt 10 Mbps, khảng cách truyền tối đa là 4000m. Băng tần rộng (Broadband): Hệ truyền băng rộng đổi tín hiệu số thành - tín hiệu tương tự có tần số vô tuyến (RF) và truyền nó đến tramk thu, tại đó tín hiệu có tần sô vô tuyến được đổi lại thành tín hiệu sô. Một bộ giải điều biến đảm nhận việc đó, mỗi trạm phải có một modem riêng để dùng với băng tần rộng. Cáp đồng tr ục băng tần rộng là môi trường truyền đa kênh, tốc độ truyền tối đa 5 Mbps, khoảng cách truyền là 50 Km. Các loại cáp đồng trục được hay dùng: RG-8, RG-11, RG-59, RG-62… 1.2.3 Cáp sợi quang (Fiber Optic Cable) Cáp sợi quang là công nghệ mới nhất được dùng trong các mạng. Một chùm tia sáng được rọi xuyên suốt sợi thủy tinh luồn dọc theo dây cáp, bộ phân điều biến sẽ điều khiển tia sáng ấy để thành tín hiệu. Do chùm tia sáng để truyền tin nên hệ thống này chống được nhiễu điện từ bên ngoài, bản thân cáp không tự gây nhiễu nên có thể truyền với tốc độ cục nhanh và không hề sai sót. Cáp sợi quang cũng là môi trường truyền đa kênh (multichannel medium). THông lượng của sợi quang rất lớn. Dùng sợi quang có những khó khăn: đắt tiền, khó hàn nối, khó mắc rẽ nhánh vào các trạm bổ xung. 7 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Hình 1.2.3: Cáp quang Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Cáp sợi quang có thể hoạt động một trong hai chế độ: single mode (chỉ một đường dẫn quang duy nhất) hoặc multi mode (có nhiều đường dẫn quang). Hình 1.2.4: Single mode và multi mode Căn cứ vào đường kính lõi sợi quang, đường kính lớp áo bọc và chế độ hoạt động hiện nay có 4 loại cáp sợi quang hay được dùng đó là: Cáp có đường kính sợi lõi 8.3 micro/đường kính lớp áo 125 micro/single - mode. Cáp có đường kính sợi lõi 50 micro/đường kính lớp áo 125 micro/single - mode Cáp có đường kính sợi lõi 62.5 micro/đường kính lớp áo 125 - micro/single mode Cáp có đường kính sợi lõi 100 micro/đường kính lớp áo 125 micro/single - mode Ta thấy đường kính sợi lõi rất nhỏ nên rất khó khăn khi phải đấu nối cáp sợi quang, cần phải có công nghệ đặc biệt đòi hỏi chi phí cao/ Giải thông cho cáp sơi quang có thể đạt tới 2 Gbps. Độ suy hao trong cáp sợi quang là rất thấp. Tín hiệu truyền trên cáp sợi quang không bị phat hiện và thu tr ộm, an toàn thông tin trên mạng được đảm bảo. 8 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
1.3 Các phương pháp điều khiển truy xuất môi trường Khi một đường thông tin được thiết lập giữa hai DTE qua một mạng star, phần tử điều khiển trung tâm đảm bảo rằng đương truyền giữa hai DTE đ ược giữ vững trong suốt cuộc gọi. Tuy nhiên đối với topo dạng bus và ring, chỉ có một đ ương dẫn luận lí liên kết tất cả các DTE. Do đó, tất cả các DTE trên mạng phải tuân thủ một quy tắc nhất định để đảm bảo môi trường truyền được truy xuất và được dùng theo phương pháp tối ưu. Có hai ký thuật được chấp nhận và được công bố trong nhiều văn bản khác nhau đó là: đa truy xuất cảm nhận sóng mang có phát hiện đụng độ CSMA/CD (Carier Sense Multiple-Access With Collision Detection) dùng cho topo dạng bus và thẻ điều khiển (control token) cho mạng bus hoặc ring. Một phương pháp truy xuất khác dựa trên một vòng phân khe (slotted ring) cũng được dùng rộng rãi với mạng ring. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN 1.3.1 Đa truy xuất cảm nhận sóng mang có phát hiện đụng độ CSMA/CD Phương pháp CSMA/CD chỉ được dùng cho topo dạng bus. Với cấu hình mạng này tất cả các DTE được nối một cách trực tiếp vào cùng một cáp, cáp này được truyền tất cả số liệu cho bất kỳ một cạp DTE nào trên mạng. Tổ chức hoạt động như vậy của cáp được gọi là làm việc theo chế độ đa truy xuất (multiple access mode). Để truyền số liệu, DTE truyền trước hết phải đóng gói số liệu thành một frame với địa chỉ DTE đích được đặt tại đầu frame. Sau đó farme này được truyền trên cáp, thao tác truyền này mang tính quảng bá (broadcast). Tất cả các DTE trên mạng đều phát hiện được frame bất cứ khi nào nó được truyền trên cáp. Khi DTE đích phát hiện được frame hiện hành đang được truyền có địa chỉ ở đầu frame trùng với địa chỉ của nó, nó tiếp tục đọc số liệu chứa trong frame và đáp ứng tùy vào giao thức liên kết định nghĩa. Địa chỉ DTE nguồn là một phần trong header của frame, nhờ đó DTE đích có thể đáp ứng trực tiếp với DTE nguồn này. Hình 1.3.1: Cơ chế hoạt đông của phương pháp CSMA/CD 9 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Với cơ chế hoạt động này hai DTE có thể cùng nỗ lực truyền một frame lên cáp cùng lúc vào bất cứ thời điểm nào, khiến cho số liệu từ hai nguồn va chạm nhau gây hư hỏng. Để giảm thiểu khả năng này, trước khi DTE nguồn truyền một frame nó phải lắng nghe xem trên cáp có một farm nào đạng đươc truyền hay không. Nếu có một tín hiệu sóng mang được cảm nhận CS (carier sense), thì DTE sẽ dừng quá trình truyền của nó cho đến khi frame được truyền xong, và chỉ nổ lực truyền frame vào thời điểm sau đó. Ngay cả như vậy, cũng có hai DTE muốn truyền frame cũng đồng thời xác định không có hoạt động nào trên bus và cả hai sẽ bắt đầu truyền farm một cách đồng thời. Một đ ụng độ sẽ xảy ra, nội dung của cả hai frame sẽ va chạm nhau và hư hỏng. 1.3.2 Token (thẻ) điều khiển Một phương pháp khác nhằm truy xuất vào môi trường chia sẻ là phương pháp Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN dùng token điều khiển. Token này được chuyển từ một DTE này sang một DTE khác tùy vào quy tắc được định nghĩa, được tất cả DTE nối vào môi trường hiểu và tuân theo. Một DTE có thể truyền một frame chỉ khi nó ở trong trạng thái sở hữu token, sau khi đã truyền frame, nó chuyển token đi tiếp để cho phép DTE khác truy cập vào môt tr ường truyền. Tuần tự hoạt động có thể tóm tắt như sau: Trước hết một vòng luân lí được thiết lập để liên kết tất cả các DTE - nối vào môi trường vật lí này và một token điều khiển được tạo ra. Token được chuyển từ DTE này sang DTE khác xung quanh vòng luân lí - cho đến khi nó được tiếp nhận bởi một DTE đang đợi truyền frame. Sau đó DTE đang đợi truyền, truyền các frame của nó qua môi trương - vật lí này, sau khi kết thúc truyền nó sẽ chuyển token điểu khiển cho DTE kế trong vòng luân lí. Hình 1.3.1: Token điều khiển Môi trường vật lý không nhất thiết phải là topo dạng ring, một token có thể được dùng để điều khiển truy xuât vào một mạng bus. Đối với vòng vật lý thì cấu trúc vòng chuyển token giống với cấu trúc vòng vật lý, với thứ tự chuyển token trùng với thứ tự vật lý của các DTE nối trong ring. Tuy nhiên, với mạng bus thứ tự của vòng luận lý hoàn toàn không giống với thứ tự của các DTE trên cáp. Hơn nữa, với phương pháp truy xuất token tren một mạng bus, tất cả các DTE không cần nối vào vòng luận lý. 10 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Hình 1.3.2: Sơ đồ mạng token bus Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Một đặc tính khác của phương pháp điều khiển truy xuất băng token điều khiển là có thể phối hợp token với mức ưu tiên, do đó cho phép các frame có tính ưu tiên cao hơn được truyền trước. 1.3.3 Vòng được chia khe (slotted ring) Vòng phân khe được dùng chủ yếu cho truy xuất vào một mạng ring. Trước hết ring được tạo bởi một node đặc biệt để chứa một số không đổi các bit, node đặc biệt này được gọi là bộ giám sát (monitor). Luồng bit chạy liên tục trên vòng từ DTE này đến DTE khác. Sau đó, khi mỗi bit được nhận bởi một DTE, giao tiếp DTE kiểm tra bit này và chuyển sang DTE kế trong ring và cứ thế. Monitor đảm bảo rằng luôn có số bit không đổi chạy vòng trên ring, bất chấp số DTE tạp nên ring. Ring hoàn chỉnh được bố trí chứa một số không đổi các khe, mỗi khe hình thành một tập các bit và có khả năng mang một frame thông tin có kích thước cố định. Hình 1.3.4: Slotted ring 11 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Khởi đầu, tất cả các khe được đánh dấu rỗng khi bộ giám sát đặt bit đầy/rỗng tại đầu mỗi khe ở trạng thái rỗng. Khi một DTE muốn chuyển một frame, nó đợi cho đ ến khi phát hiện một khe rỗng. Sau đó DTE đánh dấu khe này đầy và chèn nội dung frame vào khe cùng địa chỉ DTE nguồn yêu cầu, địa chỉ DTE đích tại đầu frame và cả 2 bit đáp ứng ở cuối frame lúc này được thiết lập là 1. Khe chứa frame này sau đó chạy vòng trên ring vật lí từ DTE này đến DTE khác. Mỗi DTE trong ring kiểm tra đ ịa chỉ đích t ại đ ầu của các khe được đánh dấu là đầy. Nếu phát hiện thấy trùng địa chỉ với nó và giả sử nó sẵn sàng tiếp nhận, nội dung frame được đọc vào từ khe, cùng thời điểm này nó vẫn tiếp tục lặp lại nội dung của các frame khác (không sửa chữa) lên ring. Sau khi đọc nội dung frame, DTE đích sử dụng cặp bit cuối khe để chỉ ra rằng nội dung khe đã được đọc hoặc DTE đích đang bận hay không ở trạng thái hoạt động, các bit được đánh dấu tùy theo đó hoặc để nguyên. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Hình 1.3.5: Định nghĩa bit của mỗi khe Đối với DTE nguồn, sau khi khởi động truyền một frame, đợi cho đến khi frame chạy vòng trên ring băng cách đếm số khe đã được lặp lại tại giao tiếp vòng. Khi tiếp nhận bit đầu tiên của khe dùng để truyền frame này, nó lại đánh dấu khe là rỗng đợi đọc bit đáp ứng từ đuôi khe của khe này để xác định hành động tiếp theo. Bit giám sát được dùng bởi bộ giám sát để phát hiện xem một DTE có hỏng hay không để giải phóng khe sau khi nó được truyển. Bit này được reset bởi Dte nguồn khi nó truyền một frame lên ring. Sau đó bộ giám sát sẽ set bit này cho mỗi khe đầy khi được lặp tại giao tiếp trong vòng của nó. 1.4 Hệ thống Ethernet và Fast Ethernet (CSMA/CD) 1.4.1Điều khiển truy xuất IEEE 802.3 Như đã đề cập ở phần phương pháp truy xuất môi trường CSMA/CD, CSMA/CD chỉ được dùng cho mạng bus. Vì các lí do lịch sử, một mạng bus CSMA/CD cũng còn gọi là mạng Erthernet. Về nguyên tắc của CSMA/CD có thể tóm tắt lại như sau: Bước 1: Nếu môi trường nhàn rỗi thì truyền, ngược lại đến bước 2. Bước 2: Nếu môi trường là bận thì tiếp tục lắng nghe cho đ ến khi kênh r ảnh thì truyền. Bước 3: Nếu phát hiện đụng độ trong quá trình truyền, truyền một tính hiệu nhồi để đảm bảo tất cả các trạm khác biết được đụng độ này và ngừng ngay công vi ệc truyền chúng. 12 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Bước 4: Sau khi truyền tín hiệu nhồi, đợi trong một thời gian ngẫu nhiên sau khoảng thời gian đợi này thì tiến hành truyền lại. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Hình 1.4.1: Hoạt động của CSMA/CD Một nguyên tắc quan trọng trong hầu hết các hệ thống CSMA/CD và bao gồm các chuẩn IEEE là các frame phải đủ dài để đụng độ được phát hiện trước khi hết thúc việc truyền. Nếu chiều dài frame ngắn hơn, không thể phát hiện ra đụng độ và chất lượng của CSMA/CD kém như trường hợp giao thức CSMA (đa truy xuất cảm nhận phát hiện sóng mạng không phát hiện đụng độ). Mặc dù triển khai CSMA/CD về cơ bản giống nhau trong băng cơ bản và băng rộng, vẫn có vài điểm khác nhau. Một trong những khác nhau là các phương tiện cảm nhận sóng mang, trong hệ thống băng cơ bản điều này được thức hiện bằng cách phát hiện một chuỗi xung điện áp, trong các hệ thống băng rộng là phát hiện sóng mang RF. Phát hiện đụng độ cũng khác nhau trong cả hai hệ thống. Trong hệ thông băng cơ bản, một đụng độ về căn bản tạo ra một chuỗi điện áp cao hơn điện áp được tạo ra bởi bộ truyền. Tùy vào tiêu chuẩn IEEE mà bộ truyền sẽ phát hiện được một đụng độ khi tín hiệu trên cáp tại thời điểm nối mạch phát vượt qua giá trị tối đa mà mạch phát có thể tạo ra. Một lược đồ phát hiện đụng độ đơn giản hơn có thể dùng với cấu hình mạng star dùng cáp xoắn đôi. Trong trường hợp này, việc phát hiện đụng độ mang tính luận lý thay vì dựa vào sự cảm nhận độ lớn của điện áp. Trong bất cứ trường hợp nào, n ếu có tín hiệu tích cực trên nhiều hơn một cổng, coi như có đụng độ xảy ra. Một tín hiệu đặc 13 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
biệt được phát lên đặc biệt được phát lên tất cả các cổng. Tín hiệu này đ ược các mode dịch ra là đang có đụng độ xảy ra. 1.4.2 Hệ thống CSMA/CD Mặc dù mạng CSMA/CD có thể dùng trong các môi trường khác nhau nhưng tất cả đều hoạt động theo cùng phương pháp MAC (media access control: kiểm soát truy cập môi trường). Đối với cáp đồng trục dạng thin-wire và thick-wire, khác nhau chủ yếu là vị trí của mạch thu phát. Trong trường hợp thick-wire mạch này được đặt tại bộ nối rẽ cáp, do đó còn được gọi là transceiver. Đối với thin-wire cáp nối trực tiếp vào card giao ti ếp trong DTE, do đó transceiver được tich hợp trong card giao tiếp. Transceiver chứa các mạch điện cần thiết để thực hiện các chức năng sau đây: Truyền và nhận số liệu đi và đến từ cáp. - Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Phát hiện đụng độ trên môi trường cáp. - Tạo nên một ngăn cách về điện giữa cáp đồng trục và các mạch điện - giao tiếp trong cáp. Bảo vệ cáp tránh những tác động xấu bởi hỏng hóc trên transceiver hay - DTE được nối vào. 1.4.3 Cấu trúc frame và các tham số hoạt động Khuôn dạng của một frame theo giao thức IEEE 802.3 bao gồm các field (là một phân vùng chứ một số bit trong frame) sau: Preamble: Một mẫu gồm 7 octet, mỗi octet có dạng 10101010 được - dùng bởi máy thu để thiết lập đồng bộ bit. SED (start frame delimiter): là tuần tự 10101011, chỉ ra điểm bắt đầu thực - sự của frame và cho phép máy thu định vị được bit đầu tiên của phần còn lịa của frame. DA (destination address): chỉ định trạm (hay nhiều trạm) mà frame - hướng đến. Nó có thể là một địa chỉ vật lý duy nhất, một địa chỉ nhóm hay một đ ịa ch ỉ quảng bá. Việc chọn chiều dài địa chỉ này là 16 hay 48 bit là một quyết đ ịnh trong quá trình hiện thực, và phải thống nhất trên tất cả các trạm trên LAN. SA (source address): chỉ đích trạm đã truyền frame. - Length: Chỉ ra chiều dài field chứa số liệu (LLC data). - Data: Vùng chứa số liệu được cung cấp bởi LLC (tối thiểu 46 byte, tối - đa 1500 byte). - Pad: Các byte thêm vào để đảm bảo đủ chiều tối thiểu cho hoạt động phát hiện đụng độ (CD). - FCS (frame check sequence: frame kiểm tra trình tự): Một vùng 32 bit chứa mã kiểm tra CRC. Hình 1.4.2: Cấu trúc frame 14 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Tất cả các frame được truyền trên cáp dùng mã đường dây Manchester. Bảng tham số hoạt động của frame trong mạng bus CSMA/CD: Tham số Tốc độ 10Mbps(Manchester encoded) Khe thời gian Giới hạn truyền lại 16 Giới hạn quay lui 10 Kích thước nhồi 32 bit Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Kích thước frame tối đa 1518 octets Kích thước frame tối thiểu 512 octets 1.4.4 Hoạt động truyền frame Khi một frame được truyền, nội dung của frame được đóng gói bởi đơn vị MAC theo khuôn ở trên. Để tránh đụng độ với các cuộc truyền khác trên môi trường, phần MAC của đơn vị MAC trước hết giám sát tín hiệu cảm nhận sóng mang và nếu cần dừng ngay mọi hoạt động truyền. Sau một khoảng thời gian ngắn chờ cho frame đang chuyển đã đến DTE đích và được xử lý, lúc đó mới khởi động truyền frame. Khi luồng bit được truyền, transceiver giám sát đồng thời tín hiệu nhận để xem có đụng độ xảy ra hay không. Giả sử không có đụng độ, frame hoàn chỉnh được truyền sau khi FCS đã được gửi, đơn vị MAC đợi frame mới đến từ cáp hay bộ xử lý điều khiển. Nếu có đụng độ xảy ra, transceiver lập tức phát hiện đụng độ. Đến lượt đơn vị MAC nhận biết và tăng cường mức đụng độ này bằng cách gửi tuần tự nhồi cho các DTE liên quan đến đụng độ này cùng nhận biết. Sau khi tuần tự nhồi được gửi đi, đơn vị MAC kết thúc việc truyền và lập lịch truyền lại sau một khoảng thời gian ngắn ngẫu nhiên. 1.4.5 Tiếp nhận frame Tại mỗi DTE tích cực kết nối vào mạng, trước hết đơn vị MAC phát hiện các tín hiệu từ các transceiver và phát tín hiệu cảm nhận sóng mang để ngăn cản các hoạt động truyền mới từ DTE này. Tuần tự (preamble) đến được dùng để đồng bộ bit và sau đó luồng dữ liệu đã được mã hóa theo mã Manchester được dịch ngược lại thành bit nhị phân thông thường và được xử lí ngay sau đó. Việc xử lí như sau : Trước hết các bit của preamble bị hủy bỏ cùng với SFD. Trường địa chỉ đích được xử lí để xác định nơi nhận frame. Nếu đã xác định là của chính DTE liên quan, nội dung frame bao gồm địa chỉ đích, địa chỉ nguồn và số liệu được nạp vào bộ đệm để xử lí tiếp. nội dung của FCS sẽ được so sánh với kết quả được tính toán bởi đơn vị MAC trong quá trình tiếp nhận frame, nếu bằng nhau thì địa chỉ đầu tiên của bộ đệm chứa frame được chuyển cho lớp giao thức cao cấp hơn kế tiếp để xử lí. Việc kiểm tra về tính hợp lệ cũng được thực hiện trên frame ở các công đoạn tiếp theo bao gồm bảo đảm 15 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
frame chứa số nguyên lần byte và nó không quá ngắn, không quá dài. Nếu 1 trong các điều kiện này bị lỗi thì frame sẽ bị hủy bỏ và trạng thái lỗi được nâng lên mức cao hơn. Khởi đầuluồng bit truyền xuất phát từ một đụng độ được tiếp nhận bởi DTE đang ở trạng thái tích cực theo phương thức như một frame hợp lệ. Sau khi các DTE liên quan đến đụng độ phát hiện đụng độ này và truyền dãy nhồi(jam sequense) chúng ngừng truyền. Các mảnh của frame được tiếp nhận theo cơ chế nà vì có kích thước nhỏ hơn so với kích thước giới hạn nhỏ nhất của frame nên chúng bị hủy bỏ bởi các DTE tiếp nhận. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Hình 1.16: Hoạt động nhận frame 1.4.6 Các đặc tả IEEE 802.3 có băng thông 10Mbps. Để phân biệt các ứng dụng thực tế khác nhau, tổ chức IEEE đã công bố các kí hiệu ngắn theo qui tắc : . Với các kiểu có sẵn là 10BASE2, 10BASE5, 10BASE-T, 10BROAD 36, 10BASE-F. 1.4.6.1 Đặc tả môi trường 10BASE5 - Dùng cho topo dạng BUS - Cáp đồng trục béo trở kháng 50Ω (cáp vàng), AUI connector(Attachement unit Interface) trên mỗi doạn cáp có thể có tối đa 100 AUI và khoảng cách giữa 2 AUI là 2.5m. - Số 5 trong kí hiệu tên 10BASE5 là khoảng cách tối đa giữa 2 AUI trên cáp là 500m. -Quy tắc 5-4-3cho chuẩn 10BASE5 dùng repeater là : + Không được có quá 5 đoạn mạng + Không được có quá 4 repeater giữa 2 trạm bất kì 16 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
+ Không được có quá 3 đoạn mạng có trạm làm việc. Các đoạn mạng không có trạm làm việc gọi là các đoạn lien kết. Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Hình 1.4.3 : Mở rộng chuẩn 10BASE5 bằng repeater Hình 1.4.4 : Mô tả quy tắc 5-4-3 của chuẩn 10BASE5 1.4.6.2 Đặc tả môi trường 10BASE2 - Dùng cho topo dạng BUS 17 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
- Dùng cáp đồng trục mỏng trở kháng 50Ω đường kính 5mm, T-connector, BNC connector. - Trên mỗi đoạn cáp có thể tối đa 30 trạm làm việc, khoảng cách tối thiểu giữa 2 trạm là 0,5m, tối đa là 185m. - Việc lien kết các máy tính và mạng được thực hiện bởi T-connector và BNC connector. - Số 2 trong tên gọi chỉ khoảng cách tối đa giữa 2 trạm là 185( gần bằng 200). - Quy tắc 5-4-3 tương tự như đối với chuẩn 10BASE5 Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Hình 1.4.5: Chuẩn 10BASE2 18 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
Hình 1.4.6 : Mở rộng chuẩn 10BASE2 bằng repeater 1.4.6.3 Đặc tả môi trường 10BASE-T - Dùng cáp xoắn đôi UTP, RJ45 connector và một số thiết bị trung tâm (Hub), mỗi HUB có thể có từ 4 đến 24 cổng RJ45, các trạm làm việc được kết nối từ NIC tới cổng HUB bằng cáp UTP với 2 đầu RJ45. Khoảng cách tối đa từ HUB đến NIC là 100m. - Dùng cho topo mạng hình sao(star) - Chữ T trong tên gọi là từ Twisted pair cable(cáp đôi dây xoắn) Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN Hình 1.4.7 : Chuẩn 10BASE-T 1.4.6.4 Đặc tả môi trường 10BROAD36 - Là đặc tả cho 802.3 cho băng thông rộng, dùng cáp đồng trục CATV trở kháng 75Ω. - chiều dài tối đa của một segment đơn là 180m, chiều dài điểm nối điểm là 3600m. - Sử dụng phương thức báo hiêu DPSK (differential shift keying) 1.4.6.5 Đặc tả môi trường 10BASE-F - dùng cho topo hình sao - dùng cáp quang nối các thiết bị xa nhau tạo thành đường trục để nối các mạng LAN xa nhau(2-10km) - Dùng lược đồ mã hóa đường dây Manchester - Từ F trong tên gọi có nghĩa là Fiber cab (cáp quang) - Chuẩn này có 3 đặc tả chính : + 10BASE-FP (passive) : một cấu hình passive-star để liên kết các máy trạm và repeater với 1km trên 1 segment + 10BASE-FL (link) : định nghĩa một lien kết điểm nối điểm có thể nối các máy trạm và các repeater cách nhau đến 2km + 10BASE-FB (backone) : định nghĩa một lien kết điểm nối điểm cps thể két nối các repeater cách xa nhau đến 2km 19 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú
1.4.7 Các đặc tả IEEE 802.3 có băng thông 100Mbps Fast Ethernet là đặc tả được phát triển bởi IEEE 802.3 để cung cấp cho các LAN tương thích với Ethernet hoạt động với tốc độ 100Mbps. Tất cả các tùy chọn 100BASE- T đều dùng giao thức và khuôn dạng của IEEE 802.3 MAC, ta có bảng tóm tắt sau : 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 Môi trường 2 đôi UTP loại 4 đôi UTP loại 2 đôi STP 2 cáp quang truyền 5 3,4 hay 5 Kĩ thuật báo 4B5B, NRZI 4B5B, NRZI 4B5B, NRZI 8B6T,NRZ Đề tài: Kỹ thuật truyền số liệu trong mạng LAN hiệu Tốc độ dữ 100Mbps 100Mbps 100Mbps 100Mbps liệu Chiều dài 100m 100m 100m 100m segment tối đa Mở rộng 200m 200m 400m 200m mạng Hình 1.4.8 : Các tùy chọn của 100BASE-T 1.4.7.1 100BASE-X Đặc tả 100BASE-X có các kiểu thiết kế với các tiêu chuẩn BASE-TX và Cả 2 loại này đều dùng kĩ thuật báo hiệu là 4B5B, NRZI. 100BASE-FX. Thiết kế 100BASE-TX dùng 2 cặp cáp xoắn một cho truyền và một cho nhận (có thể STP hay LTP loại 5). Nó dùng lược đồ bó hiệu MTL-3.Thiết kế 100BASE-FX dùng 2 cáp quang một cho truyền và một cho nhận, đối với kiểu này thì cần dùng một thiết bị để chuyển đổi luồng mã hóa 4B5B-NRZI thành các tín hiệu quang. Sử dụng kĩ thuật điều chế cường độ. 1.4.7.2 100BASE-T4 Sử dụng cáp xoắn chất lượng thấp loại 3 hoặc loại cáp chất lượng cao loại 5. 100BASE-T4 không truyền tín hiệu một cách liên tục giữa các gói. Sử dụng lược đồ mã hóa NRZ 8B6T. 1.5 Hệ thống Token ring và FDDI 1.5.1 Điều khiển truy xuất môi trường trong IEEE 802.5 Chuẩn Token ring hay còn gọi là IBM Token ring được phát triển bởi IBM với tốc độ truyền 4Mbps hay 16Mbps, nó có mã chuẩn hóa là 802.5.Dùng topo hình vòng bằng các MAU(multistation Access Unit) và cáp STP để liên kết các MAU thành một vòng tròn khép kín.Các trạm làm việc được liên kết vào mạng bằng cáp STP nối từ cổng MAU tới NIC, chiều dài đoạn cáp quy định < 10m, số lượng tối đa các trạm làm việc trên một ring là 72(4Mbps) và 260(16Mbps), khoảng cách tối đa giữa 2 trạm là 770(4Mbps) và 20 Giảng Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú