mạng cục bộ lan

nối với đường truyền chung bằng các giao diện phần cứng thích hợp - tap, các đơn vị điều khiển kết nối mạng cùng tham gia vào quá trình đk truy cập  Tín hiệu truyền trong toàn đoạn cáp

Truyền số liệu và Mạng máy tính

Mạng cục bộ LAN

GVC Nguyễn Đình Việt Khoa Công nghệ, ĐHQGHN

Hà nội - 2004

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.1 Định nghĩa LAN

 Local Area Network

 Đặc trưng công nghệ

– Kích thước nhỏ: thời gian truyền trong mạng bị giới hạn và phải biết

trước, nhờ đó có thể áp dụng một số cách thiết kế có hiệu quả cao đồng

thời đơn giản hoá việc quản lý mạng

– Tốc độ truyền cao, 1 Mbps – 100 Mbps

– Không có quan hệ Master-Slave, các máy tính cộng tác trong việc điều

khiển truy cập đường truyền chung

– Phương thức trao đổi: connectionless, broadcast

– Topology: bus, ring

3/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.1 Kết nối theo tuyến

 Đường truyền chung; PCs, Printers v.v nối với đường truyền chung bằng các giao diện phần cứng thích hợp - tap, các đơn vị điều khiển kết nối mạng cùng tham gia

vào quá trình đk truy cập

 Tín hiệu truyền trong toàn đoạn cáp kiểu broadcast, phải có terminator

5/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.1 Kết nối theo tuyến

Nhận xét

 Việc truyền không hướng nối (Connectionless)

 Cần có thuật toán điều khiển truy cập môi trường truyền

 Đảm bảo tính chất điện của tín hiệu (signal balancing) khi có nhiều thiết bị phát

đồng thời:

– Tín hiệu không quá lớn  gây hỏng

– Tín hiệu không quá nhỏ  không thu được

– Phân biệt giữa tín hiệu và nhiễu

– Chống nhiễu

6/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

 Các repeater nối với nhau kiểu point-to-point tạo thành 1 vòng khép kín Repeater nhận

data ở một đường truyền, sau đó phát lại nó lên đường truyền kia, từng bit một Số liệu

truyền trong ring theo một hướng (Ring không thực sự là môi trường truyền khuếch tán )

 Các thiết bị cuối kết nối với hệ thống truyền dẫn thông qua các bộ lặp (repeater) Nhiệm vụ

của bộ lặp là kết nối ES vào dòng số liệu trên hệ thống truyền dẫn để:

– thu và lặp lại số liệu (độ trễ ít nhất là 1 bit)

– phát số liệu vào dòng số liệu chuyển tiếp và loại bỏ đi sau 1 vòng chuyển tiếp

7/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

 a) C truyền 1 frame có địa chỉ

nhận là A

 b) Khi frame đi qua B, nó không

nhận vì địa chỉ nhận trong frame

không phải là cho B

 c) A copy frame vào bộ đệm và

cho frame đi tiếp trong ring

 Người gửi C thu lại frame khi nó

trở về sau khi đi 1 vòng trong

ring

8/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

 Vì nhiều trạm chia sẻ một ring, nên cần phải có sự điều khiển truy cập môi trường truyền, để xác định mỗi trạm được phép truyền frame vào

ring tại thời điểm nào  Token (thẻ bài) được sử dụng.

– Token là gói số liệu đặc biệt (một bit-pattern đặc biệt), token chạy vòng quanh

ring ngay cả khi các trạm đều rỗi

– Khi một trạm muốn truyền một frame, nó phải giữ lấy token và lấy nó ra khỏi

vòng trước khi truyền Vì chỉ có một token nên mỗi thời điểm chỉ có một trạm có thể truyền, không xảy ra xung đột

9/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

10/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

FS field: dùng để thông báo trạng thái frame

 A (Address recognized bits) = 1: thông báo địa chỉ đích của frame trùng với địa chỉ

của 1 thiết bị mạng Bên nguồn khi phát frame đặt các bit A và C bằng 0

 Bit C (Copied) =1: cho biết frame đã được copy

 Bit E (Error) =1: cho biết frame có lỗi (khi sao chép)

11/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

 Vấn đề cơ bản trong thiết kế và phân tích mạng token ring: độ dài vật lý của một bit

 Ring phải có thời gian trễ đủ chứa hết cả token chạy vòng quanh khi các trạm đều

rỗi Trễ có hai thành phần: trễ 1 bit do mỗi trạm gây ra và trễ lan truyền tín hiệu

 Thí dụ: Nếu tốc độ dữ liệu của ring là R Mbps  thời gian phát 1 bit = 1/R µs 

mỗi bit chiếm 200/R mét trong ring (vòng) Điều này có nghĩa là tại một thời điểm,

ring 1 Mb/s với chu vi 1000 m chỉ có thể chứa được 5 bit

12/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

 Sử dụng Hub/Switch hoặc Bridge

13/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

 Hub (concentrator): copy tín hiệu đến từ 1 port sang tất cả các port khác Hub hoạt

động ở tầng vật lý, giống như Repeater

− Passive hub: Chỉ thực hiện chức năng đơn giản như trên

− Active hub: Áp dụng công nghệ store & forward, nó “nhìn” vào dữ liệu trước khi gửi đi

tiếp, nhằm sửa một số lỗi của frame.

− Intelligent hub: Ngoài các đặc tính của active hub, nó được trang bị khả năng hỗ trợ việc

quản trị mạng tập trung.

14/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

 Bridges: Bridge được sử dụng để kết nối các

mạng LAN khác nhau.

 Có thể coi Bridge như "low-level router“ bởi vì,

về thực chất là thiết bị chuyển mạch gói hoạt

động ở tầng Data link (dựa trên địa chỉ MAC).

 Chức năng lọc frame

 Chức năng forward frame

 Thực hiện 2 chức năng trên dựa trên

“Bridge Table”

 Bridge làm cô lập miền xung đột giữa các LAN

 thông lượng tổng cộng của Backbone LAN

cao hơn thông lượng của 1 LAN.

 Bridge có thể kết nối các mạng LAN ở xa

(Remote Bridge), cự ly không hạn chế.

 Next slice

15/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân

cấp

 A remote bridge: kết nối 2 mạng LAN

qua 1 đường truyền dài (thường có tốc

độ thấp), thí dụ telephone line Khả năng

hoạt động thông qua đường truyền dài là

quan trọng hơn.

 Local bridge: Kết nối 2 mạng LAN cạnh

nhau Hiệu suất là vấn đề quan trọng

hơn.

16/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

 Switch

 Tương tự như Bridge, nhưng có nhiều port và có

hiệu suất cao

 Khác căn bản giữa Switch và Bridge:

 Bridge có ít cổng (2-4), còn Switch có nhiều

cổng, các cổng có thể hoạt động ở tốc độ

khác nhau.

 Bridge không có khả năng cho các kết nối

đi qua đồng thời (simultaneous

cross-segment connections), còn Switch thì có thể

17/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.3 Môi trường truyền dẫn

Các tham số đặc trưng của môi trường truyền dẫn trong mạng LAN

 Các đặc tính vật lý: vật liệu tạo thành, cấu tạo, kích thước vật lý

 Các đặc trưng truyền dẫn: dải tần, bandwidth, kỹ thuật điều chế

tín hiệu số, kỹ thuật điều chế tín hiệu tương tự.

 Kiểu kết nối: point-to-point, point-to-multipoint, broadcast

 Khoảng cách vật lý

 Độ nhiễu, độ suy giảm tín hiệu

 Giá

18/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.3.1 Cáp xoắn

 2 loại: TP (Twisted-Pair) và UTP (Unshielded Twisted-Pair)

 TP có 5 loại (Category) chính sau:

 CAT1: dây điện thoại (<1980), không dùng để truyền dữ liệu

 CAT2: dùng để truyền dữ liệu với tốc độ tới 4 Mbps Thường

dùng trong các mạng token chạy với tốc độ 4 Mbps

 CAT 3: thường được dùng trong Ethernet 10base-T LANs kiểu

cũ, chạy ở tốc độ 10 Mbps

 CAT 4: thường dùng trong các mạng token 10Base-T /

100Base-T CAT4 bao gồm 4 đôi dây được xoắn lại, chạy được ở tốc độ

16 Mbps, tốc độ truyền cao nhất là 20 Mbps

 CAT 5 : loại cáp Ethernet phổ biến nhất, có khả năng truyền 100

Mbps và sử dụng cho các mạng 100base-T and 10base-T

19/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.3.2 Cáp đồng trục

 Loại 50 Ω (3/8”): thường được dùng để truyền tín hiệu số

 Loại 75 Ω (1/2”): cáp truyền hình, dải thông rộng hơn cáp 50 Ω

 Bandwidth của cáp đồng trục phụ thuộc vào: chất lượng cáp,

chiều dài cáp, SNR (Signal to Noise Ratio) của tín hiệu số liệu.

20/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.3.3 Cáp quang

 Cấu tạo vật lý

 Lõi: thuỷ tinh hoặc chất dẻo

 Lớp vỏ quanh lõi tạo khúc xạ

toàn phần

 Lớp vỏ bảo vệ

 Nguồn sáng

 LED – the Light Emitting

Diode: rẻ hơn, miền nhiệt độ

làm việc rộng hơn, tuổi thọ

cao hơn.

 ILD – the Injection Laser

Diode: hiệu quả hơn, có thể

đạt tốc độ truyền cao hơn.

21/108

hiệu truyền theo nhiều

đường  cần phải giữ

khoảng cách giữa các xung

 hạn chế tốc độ.

 Graded-index

Multimode: Chỉ số khúc

xạ càng vào tâm lõi càng

cao  các tia sáng bị uốn

cong nhiều hơn ở tâm 

chiều dài đường đi ngắn

hơn so với ở Multimode.

 Single mode: Tín hiệu chỉ

đi theo 1 đường  không

bị méo dạng

22/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.3.3 Cáp quang

 Ưu điểm của cáp quang

 Dải thông lớn, có thể từ hàng 100 Mbps đến hàng Gbps

 Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ của môi trường, đảm bảo an ninh tốt Cáp quang thích hợp với

môi trường ứng dụng trong công nghiệp.

 Gọn, nhe, dễ cài đặt

Loại Đặc trưng công nghệ

Step-index

Multimode  thích hợp với các đường truyền ngắn, khoảng 1 kmdải thông tối đa: 100 Mhz

 Độ suy giảm tín hiệu: vừa, khoảng 2,5 – 3,5 dB/km (loại 850 nm)

 Chênh lệch thời gian truyền tín hiệu lớn, độ dãn xung tín hiệu lớn

graded-index

Multimode

 thích hợp với các đường truyền trung binh, khoảng 27 km

 dải thông tối đa: 1 Ghz

 Độ suy giảm tín hiệu: vừa, khoảng 2,5 – 3,5 dB/km (loại 850 nm)

 Chênh lệch thời gian truyền tín hiệu lớn, độ dãn xung tín hiệu vừa Single mode  thích hợp với các đường truyền dài, khoảng 55 km

 dải thông tối đa: 100 Ghz

 Độ suy giảm tín hiệu: nhỏ, khoảng 0,36 dB/km (loại 1300 nm)

 Không có sự chênh lệch thời gian truyền tín hiệu, không có sự dãn xung tín hiệu.

23/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ

3.2.1 Mô hình quy chiếu

lý + Liên kết

– MAC (Medium Access Control)

– và LLC (Logical Link Control)

24/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ

3.2.1 Mô hình quy chiếu

 Tầng vật lý:

– thực hiện chức năng điều chế tín hiệu số và đồng bộ để phát và nhận số liệu

nối tiếp trên kênh truyền chung một cách chính xác

– Thích ứng về cơ học đối với từng loại hệ thống truyền dẫn cụ thể: ổ cắm, loại

dây, số lượng tín hiệu v.v

 Tầng MAC

– Tạo khuôn dạng gói số liệu theo cấu trúc quy định

– Địa chỉ tầng MAC là địa chỉ của thiết bị kiết nối mạng

– Điều khiển việc truy cập vào kênh truyền chung một cách bình đẳng

– Phát hiện và giải quyết xung đột

Trong mạng cục bộ, với kênh truyền thông tin chung, không cần một “tầng

mạng” riêng nữa

25/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ

3.2.1 Mô hình quy chiếu

 Tầng LLC:

– Đảm bảo chuyển tiếp số liệu chính xác giữa các thực thể cuối của các giao

thức trao đổi số liệu và hỗ trợ ứng dụng ở các mức chức năng cao hơn trong

LAN Các giao thức đó có thể hướng nối hoặc không hướng nối Cụ thể là

 Xây dựng cấu trúc địa chỉ mức LLC thống nhất, có khả năng địa chỉ hoá lớn.

 Đóng gói số liệu theo khuôn dạng qui định.

 Thực hiện các biện pháp điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn

 Phát hiện lỗi và sửa lỗi.

– Về thực chất, lớp con LLC thực hiện phần lớn chức năng của tầng transport  mạng LAN đảm bảo được sự vận chuyển số liệu tin cậy giữa các ứng dụng

trên mạng

26/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ

3.2.2 Cấu trúc địa chỉ

Địa chỉ trong mạng cục bộ LAN được chia thành 2 loại:

 Địa chỉ MAC

– Khuôn dạng gói số liệu MAC có thể hơi khác nhau trong các giao thức MAC khác nhau.

– Loại địa chỉ MAC dài 48 bit được sử dụng phổ biến nhất, thường được gán cứng trong

NIC; được quản lý, cấp phát và xác định trên toàn thế giới.

 Địa chỉ LLC, 8 bit, được sử dụng để địa chỉ hoá các điểm truy cập dịch vụ

27/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ

3.2.2 Cấu trúc địa chỉ

 Giao thức SNAP (SubNetwork Access Protocol).

– Nhằm mở rộng khả năng địa chỉ hoá của các thực thể giao thức trên mức LLC.

– Gói số liệu SNAP chính là gói LLC, với các trường của header DSAP = SSAP = 0AAH, Control = 03H

– Một phần của trường số liệu dùng để chứa: 1/ OUI (Organizationally Unique Identifier) - từ (3 byte) định danh tổ chức quản lý và sử dụng giao thức này 2/ PID (Protocol ID) - từ (2 byte) định danh thực thể giao thức trao đổi số liệu và hỗ trợ ứng dụng

28/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ

3.2.2 Cấu trúc địa chỉ

29/108

3.2.3 Điều khiển kết nối logic LLC

3.2.3.1 Dịch vụ điều khiển kết nối

Có 3 loại (type) dịch vụ điều khiển kết nối LLC:

 type 1: unacknowledged connectionless-mode

(không kết nối, không biên nhận)

 type 2: connection-mode

(kết nối)

 type 3: and acknowledged connectionless-mode

(không kết nối, có biên nhận)

30/108

3.2.3 Điều khiển kết nối logic LLC

3.2.3.1 Dịch vụ điều khiển kết nối

Type 1 (unacknowledged connectionless-mode):

 Không: kết nối, biên nhận, flow control, error recovery.

 Có: 1 TEST function và 1 Exchange Identification (XID) function, tạo ra khả năng:

– Kiểm tra chức năng của đường truyền thông giữa 2 trạm

– Phát hiện sự tồn tại của 1 trạm khác

– Phát hiện các khả năng của tầng LLC trên các trạm khác.

 Yêu cầu gửi số liệu DL.UNIT_DAT.Request Các thông tin điều khiển chính bao gồm: SSAP, DSAP, số liệu cần truyền và độ ưu tiên.

 Thông báo về gói số liệu đã nhận DL.UNIT_DAT.Indication được chuyển cho thực thể nhận, bên trên mức

LLC.

31/108

3.2.3 Điều khiển kết nối logic LLC

3.2.3.1 Dịch vụ điều khiển kết nối

Type 2 (connection-mode):

 Cần kết nối / giải phóng kết trước / sau khi có yêu cầu trao dổi số liệu, có biên nhận (bằng frame

biên nhận, hoặc piggyback).

 Sử dụng số tuần tự (0 127), điều khiển lưu lượng để thích ứng tốc độ 2 bên, sử dụng cơ chế

timeout để khắc phục lỗi.

  dịch vụ loại này là tin cậy, chính xác.

 Trao đổi dữ liệu hướng kết nối có 3 giai đoạn:

– Thiết lập kết nối

– Truyền số liệu

– Giải phóng kết nối

32/108

3.2.3 Điều khiển kết nối logic LLC

3.2.3.1 Dịch vụ điều khiển kết nối

Type 2 (connection-mode):

33/108

3.2.3 Điều khiển kết nối logic LLC

3.2.3.1 Dịch vụ điều khiển kết nối

Type 3 (acknowledged connectionless-mode):

 Không cần thiết lập kết nối, tuy nhiên có sử dụng biên nhận để có thể

khắc phục lỗi và sắp xếp đúng thứ tự bản tin.

 Ngoài ra còn cho phép một trạm hỏi (poll) trạm khác có truyền dữ liệu

không.

  hữu ích trong trường hợp 1 thiết bị trung tâm phải trao đổi 1 lượng nhỏ

số liệu với một số lượng lớn thiết bị nằm phân tán trong một phạm vi địa

lý tương đối lớn (thí dụ hệ thống giám sát trong một dây chuyền điều

khiển tự động trong công nghiệp).

34/108

3.2.3 Điều khiển kết nối logic LLC

Type 3:

 The DL-DATA-ACK.Request primitive is passed to the LLC sublayer to request that an LSDU be

sent to a remote LLC using acknowledged connectionless-mode data unit transmission procedures.

 The DL-DATA-ACK.Indication primitive is passed from the LLC sublayer to indicate the arrival

of a command PDU except in the case where this PDU is used only for resynchronization

 The DL-DATA-ACK-STATUS.indication primitive is passed from the LLC sublayer to convey the

results of the previous associated DL-DATA-ACK request primitive.

35/108

3.2.3 Điều khiển kết nối logic LLC

Type 3:

 The DL-REPLY.Request primitive is passed to the LLC sublayer to request that an LSDU be

returned from a remote station or that LSDUs be exchanged between stations using acknowledged connectionless-mode data unit exchange procedures.

 The DL-REPLY.Indication primitive is passed from the LLC sublayer to indicate the arrival of a

command PDU

 The DL-REPLY-STATUS.Indication primitive is passed from the LLC sublayer to convey the

results of the previous associated DL-REPLY request primitive.

36/108

3.2.3.2 Cấu trúc gói số liệu LLC

 Tương tự cấu trúc gói số liệu HDLC

 Người ta phân biệt gói số liệu I-frame và gói số liệu điều

khiển: S-frame và U-frame

 I-frame ↓

37/108

3.2.3.2 Cấu trúc gói số liệu LLC

 Các gói điều khiển S-frame & U-frame, thực chất là các lệnh

 Thí dụ: RR, RNR, REJ, SABME, v.v.

38/108

3.2.3.2 Cấu trúc gói số liệu LLC

 Cú pháp chung của các lệnh: địa chỉ đích, loại

lệnh/frame, một số tham số

 U, B, SABME (Set Asynchronous Balanced Mode

Extended): U-frame gửi cho B, yêu cầu thiết lập kết

nối.

 A, U, UA: U-frame gửi cho A, đồng ý kết nối  kết

nối được thiết lập

 B, I, N(S)=0, N(R)=0: gói số liệu số 0 gửi cho B,

đồng thời A báo cho B là nó sẵn sàng nhận gói số

liệu số 0 từ B

 B, I, N(S)=1, N(R)=0: như trên

 A, I, N(S)=0, N(R)=2: gói số liệu số 0 gửi cho A,

đồng thời B báo cho A là nó sẵn sàng nhận gói số

liệu số 2 (biên nhận đã nhận đúng đến gói số 1)

 A, I, N(S)=1, N(R)=2: như trên

 B, RR, N(R)=2: biên nhận gói số 1, A gửi cho B, A

không có số liệu để gửi nên không piggybacking.

 A, NRN, N(S)=0, N(R)=2: B không sẵn sàng nhận

gói số 2.

 A, U, DISC: B yêu cầu kết thúc kết nối

 B, U, UA: A báo cho B là nó đồng ý kết thúc kết nối

39/108

3.3 Một số phương pháp điều khiển truy nhập mạng

Đặc trưng công nghệ của mạng cục bộ

 Sử dụng chung hệ thống truyền dẫn

 Các thiết bị mạng hoạt động độc lập, bình đẳng

 Điều khiển truy nhập (phát hiện, giảm, loại trừ xung đột v.v.) đóng

vai trò quyết định hiệu suất mạng.

40/108