Tiểu luận Kiến trúc mạng máy tính và truyền thông trong công nghiệp: Cấu trúc mạng – Topology

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐHQGHN KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA BÁO CÁO TIỂU LUẬN Kiến trúc mạng máy tính truyền thơng cơng nghiệp Giảng viên: Đặng Anh Việt Nhóm thực hiện: Nguyễn Huy Tùng MSSV: 17020462 Phan Văn Tùng MSSV: 17020466 Đề tài: Cấu trúc mạng – Topology Cấu trúc mạng liên quan tới tổ chức phương thức phối hợp hoạt động thành phần hệ thống mạng Cấu trúc mạng ảnh hưởng tới nhiều tính kỹ thuật, có độ tin cậy hệ thống Có thể phân biệt dạng cấu trúc bus, mạch vịng (tích cực) hình Một số cấu trúc phức tạp hơn, ví dụ cấu trúc cây, xây dựng sở phối hợp ba cấu trúc Cấu trúc bus Trong cấu trúc đơn giản này, tất thành viên mạng nối trực tiếp với đường dẫn chung Đặc điểm cấu trúc bus việc sử dụng chung đường dẫn cho tất trạm, tiết kiệm cáp dẫn cơng lắp đặt | Có thể phân biệt ba kiểu cấu hình cấu trúc bus: daisy-chain trunk-line/dropline mạch vịng khơng tích cực (Hình 2.7) Hai cấu hình đầu xếp vào kiểu cấu trúc đường thẳng, hai đầu đường truyền khơng khép kín Với daisy-chain, trạm nối mạng trực tiếp giao lộ hai đoạn dây dẫn, không qua đoạn dây nối phụ Ngược lại, cấu hình trunkline/drop-line, trạm nối qua đường nhánh (drop-line) để đến đường trục (trunk-line) Còn mạch vịng khơng tích cực thực chất khác với trunkline/drop-line chỗ đường | truyền khép kín Bên cạnh việc tiết kiệm dây dẫn tính đơn giản, dễ thực ưu điểm cấu trúc bus, nhờ mà cấu trúc phổ biến hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Trường hợp trạm khơng làm việc (do hỏng hóc, cắt nguồn, ) khơng ảnh hưởng tới phần mạng cịn lại Một số hệ thống cho việc tách trạm khỏi mạng thay trạm hệ thống hoạt động bình thường Tuy nhiên việc dùng chung đường dẫn đòi hỏi phương pháp phân chia thời gian sử dụng thích hợp để tránh xung đột tín hiệu - gọi phương pháp truy nhập môi trường hay truy nhập bus Nguyên tắc truyền thông thực sau: thời điểm định có thành viên mạng gửi tín hiệu, cịn thành viên khác có quyền nhận Ngồi việc cần phải kiểm sốt truy nhập mơi trường, cấu trúc bus có nhược điểm sau: • Một tín hiệu gửi tới tất trạm theo trình tự khơng kiểm sốt được, phải thực phương pháp gán địa (logic) theo kiểu thủ công cho trạm Trong thực tế, công việc gán địa gây khơng khó khăn • Tất trạm có khả phát phải ln “nghe” đường dẫn để phát thông tin có phải gửi cho hay khơng, nên phải thiết kế cho đủ tải với số trạm tối đa Đây lý phải hạn chế số trạm đoạn mạng Khi cần mở rộng mạng, phải dùng thêm lặp • Chiều dài dây dẫn thường tương đối dài, cấu trúc đường thẳng xảy tượng phản xạ đầu dây làm giảm chất lượng tín hiệu Để khắc phục vấn đề người ta chặn hai đầu dây hai trở đầu cuối Việc sử dụng trở đầu cuối làm tăng tải hệ thống • Trường hợp đường dẫn bị đứt, ngắn mạch phần kết nối bus trạm bị hỏng dẫn đến ngừng hoạt động hệ thống Việc định vị lỗi gặp nhiều khó khăn • Cấu trúc đường thẳng, liên kết đa điểm gây khó khăn việc áp dụng cơng nghệ truyền tín hiệu sử dụng cáp quang Một số ví dụ mạng cơng nghiệp tiêu biểu có cấu trúc bus PROFIBUS, CAN, WorldFIP, Foundation Fieldbus, LonWorks, AS-i Ethernet Cấu trúc mạch vòng (tích cực) Cấu trúc mạch vịng thiết kế cho thành viên mạng nối từ điểm đến điểm cách mạch vịng khép kín Mỗi thành viên tham gia tích cực vào việc kiểm sốt dịng tín hiệu Khác với cấu trúc đường thẳng, tín hiệu truyền theo chiều qui định Mỗi trạm nhận liệu từ trạm đứng trước chuyển tiếp sang trạm lân cận đứng sau Quá trình lặp lại tới liệu quay trở trạm gửi, hủy bỏ Trên Hình 2.8 có hai kiểu mạch vịng minh hoạ : • Với kiểu mạch vịng khơng có điều khiển trung tâm, trạm bình đẳng quyền nhận phát tín hiệu Như việc kiểm sốt đường dẫn trạm tự phân chia • Với kiểu có điều khiển trung tâm, trạm chủ đảm nhiệm vai trị kiểm sốt việc truy nhập đường dẫn Cấu trúc mạch vòng thực chất dựa sở liên kết điểm-điểm, thích hợp cho việc sử dụng phương tiện truyền tín hiệu đại cáp quang, tia hồng ngoại, vv Việc gán địa cho thành viên mạng trạm chủ thực cách hoàn toàn tự động, vào thứ tự xếp vật lý trạm mạch vòng Một ưu điểm cấu trúc mạch vòng khả xác định vị trí xảy cố, ví dụ đứt dây hay trạm ngừng làm việc Tuy nhiên, hoạt động bình thường mạng cịn trường hợp tiếp tục với đường dây dự phịng FDDI Hình 2.9 mơ tả cách giải trường hợp cố đường dây (a) cố trạm (b) Trong trường hợp thứ nhất, trạm lân cận với điểm xảy cố tự phát lỗi đường dây tự động chuyển mạch sang đường dây phụ, vòng qua vị trí bị lỗi (bypass) Đường cong in nét đậm biểu diễn mạch kín sau dùng biện pháp by-pass Trong trường hợp thứ hai, trạm bị hỏng, hai trạm lân cận tự đấu tắt, chuyển sang cấu hình giống daisy-chain Một kỹ thuật khác áp dụng xử lý cố trạm dùng chuyển mạch by-pass tự động, minh họa Hình 2.10 Mỗi trạm thiết bị đấu với mạch vòng nhờ chuyển mạch Trong trường hợp cố xảy ra, chuyển mạch tự động phát ngắn mạch, bỏ qua thiết bị nối mạng qua Cấu trúc mạch vịng sử dụng số hệ thống có độ tin cậy cao INTERBUS, Token-Ring (IBM) đặc biệt FDDI 3 Cấu trúc hình Cấu trúc hình cấu trúc mạng có trạm trung tâm quan trọng tất nút khác, nút điều khiển hoạt động truyền thông toàn mạng Các thành viên khác kết nối gián tiếp với qua trạm trung tâm Tương tự cấu trúc mạch vịng, nhận thấy kiểu liên kết mặt vật lý điểmđiểm Tuy nhiên, liên kết mặt logic nhiều điểm Nếu trạm trung tâm đóng vai trị tích cực, đảm đương nhiệm vụ kiểm sốt tồn việc truyền thơng mạng, cịn khơng chuyển mạch Một nhược điểm cấu trúc hình cố trạm trung tâm làm tê liệt toàn hoạt động truyền thơng mạng Vì vậy, trạm trung tâm thường phải có độ tin cậy cao Người ta phân biệt hai loại trạm trung tâm: trạm tích cực trạm thụ động Một trạm thụ động có vai trị trung chuyển thơng tin, trạm tích cực kiểm sốt tồn hoạt động giao tiếp mạng Một nhược điểm cấu trúc hình tốn dây dẫn, khoảng trung bình trạm nhỏ khoảng cách từ chúng tới trạm trung tâm Đương nhiên, hệ thống viễn thông tránh khỏi phải dùng cấu trúc Đối với mạng truyền thông công nghiệp, cấu trúc hình tìm thấy phạm vi nhỏ, ví dụ chia, thường dùng vào mục đích mở rộng cấu trúc khác Lưu ý rằng, nhiều trường hợp mạng cấu trúc hình mặt vật lý lại có cấu trúc logic hệ bus, trạm tự liên lạc khơng có tồn trạm trung tâm Chính hệ thống mạng Ethernet cơng nghiệp ngày sử dụng phổ biến cấu trúc kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch phương pháp truyền dẫn tốc độ cao Cấu trúc Cấu trúc thực chất cấu trúc Một mạng có cấu trúc liên kết nhiều mạng có cấu trúc đường thẳng, mạch vịng hình Hình 2.12 minh họa Đặc trưng cấu trúc phân cấp đường dẫn Để chia từ đường trục đường nhánh, dùng nối tích cực (active coupler), muốn tăng số trạm phạm vi mạng đồng dùng lặp (repeater) Trong trường hợp mạng hồn tồn khác loại phải dùng tới liên kết mạng khác bridge, router gateway Một số hệ thống cho phép xây dựng cấu trúc cho mạng đồng LonWorks, DeviceNet AS-i  ... dạng cấu trúc bus, mạch vịng (tích cực) hình Một số cấu trúc phức tạp hơn, ví dụ cấu trúc cây, xây dựng sở phối hợp ba cấu trúc Cấu trúc bus Trong cấu trúc đơn giản này, tất thành viên mạng nối... hệ thống mạng Ethernet công nghiệp ngày sử dụng phổ biến cấu trúc kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch phương pháp truyền dẫn tốc độ cao Cấu trúc Cấu trúc thực chất cấu trúc Một mạng có cấu trúc liên...Đề tài: Cấu trúc mạng – Topology Cấu trúc mạng liên quan tới tổ chức phương thức phối hợp hoạt động thành phần hệ thống mạng Cấu trúc mạng ảnh hưởng tới nhiều tính kỹ thuật, có độ