chương 2. mạng lan và vấn đề lớp 1 và 2

1 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 Giới thiệu  Vị trí, chức năng của LAN trong mô hình OSI  Giao thức ở tầng liên kết dữ liệu  Vấn đề chung của mạng LAN Các cơ chế truy cập ngẫu nhiên  ALOHA  CSMA  CSMA-CD WLAN LAN khô dâ à h ẩ 802 11 b Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications  WLAN : LAN khô ng dâ y v à c h u ẩ n 802 . 11 a, b , g Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • Cấu trúc cơ bản của LAN 9 Môi trường truyền dẫn 9 Network Interface Card (NIC) Giới thiệu 2.1 9 Network Interface Card (NIC) 9 Mỗi NIC có địa chỉ vật lý duy nhất Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 Cấu trúc transceiver và magnetic Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • Open System for Interconnection (OSI) 9 Mô hình 7 tầng của International Standard Organization (ISO) 9 Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Network Layer 802.2 Logical Link Control 802 3 802 5 802 11 Other LLC IEEE 802.x Data Link Layer Network Layer OSI Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 802 . 3 CSMA-CD 802 . 5 Token Ring 802 . 11 WLAN Other LAN Various Physical Layer MAC Physical Layer Physical Layer 3 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • MAC sublayer 9 IEEE 802.1: Data Link Layer (DLL) được chia thành: o MAC sublayer Điề khiể thậ ôi t ờ  Điề u khiể n t ruy n hậ p m ôi t rư ờ ng  Cung cấp dịch vụ truyền khung không liên kết  Các trạm được phân biệt qua địa chỉ vật lý MAC  Broadcast các khung với địa chỉ MAC o Logical Link Control (LLC) sublayer  Cung cấp giao diện giữa tầng Network và MAC sublayer (OSI) Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • LLC sublayer 9 IEEE 802.2: LLC nâng cấp các dịch vụ do MAC cung cấp Unreliable Datagram Service A B Reliable Datagram Service AB LLC LLC LLC Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications MAC PHY MAC PHY MAC PHY MAC PHY MAC PHY MAC PHY 4 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • LLC Services 9 Type 1: Unacknowledged connectionless service o Unnumbered frame mode of HDLC (High-level Datalink Link Control ) ) 9 Type 2: Reliable connection-oriented service o Asynchronous balanced mode of HDLC 9 Type 3: Acknowledged connectionless service 9 Additional addressing oMột trạm có địa chỉ vật lý MAC duy nhất ấ ế Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications o Cung c ấ p các liên k ế t logic, được phân biệt bởi SAP (Service Access Point) Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • Cấu trúc của LLC Protocol Data Unit (PDU) Destination Source 1 byte 1 byte 1 hoặc 2 byte Destination SAP Address Source SAP Address Control Information I/G C/R 1 bit 7 bit 1 bit 7 bit Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications I/G: Individual or group address C/R: Command or response frame SAP address:  06: IP packet  E0: Novel IPX  FE: OSI packet  AA: Subnetwork Access Protocol (SNAP) 5 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • Đóng gói MAC frame IP IP Packet Data LLC Header MAC Header FCS Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Header Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • Vấn đề chung của mạng LAN 9 Vấn đề cơ bản: Làm sao chia sẻ được môi trường ? 9Các phương pháp chia sẻ môi trường Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 6 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9Channelization: satellite 9Channelization: cellular Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 Random access: transmit when ready, need re-transmission 9 Scheduling: polling Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 7 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 Scheduling: token passing 9 Wireless LAN: ad hoc network, random access and polling Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 Channel capture và delay-bandwidth product (a) A B t prop = d/v A truyền tại t = 0 Btruyềntrước A B A B A phát hiện xung đột tại t = 2t prop B truyền trước t = t prop và phát hiện xung đột ot = 2t prop : Thời gian cần thiết capture channel oX = L/R: Thời g ian tru y ền khun g có đ ộ dài L với tốc đ ộ tru y ền R Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications gy g ộ ộ y o Thông lượng tối đa: o Thông lượng chuẩn hóa: X t a ,R 2a1 1 R L R2t 1 1 2tL/R L R prop prop prop Eff = + = + = + = 2a1 1 R R ρ Eff max + == 8 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • ALOHA 9 Giới thiệu o Xuất phát từ ĐH Hawaii kếtnốicáckhuvựctrường nằmtrêncác Các cơ chế truy cập ngẫu nhiên 2.2 o Xuất phát từ ĐH Hawaii , kết nối các khu vực trường nằm trên các hòn đảo vào máy chủ đặt tại khu vực trung tâm oSử dụng re-transmission nếu xảy ra xung đột (coi như lỗi truyền tin) oNếu các trạm gửi lại frame với cùng cơ chế và tham số, khả năng xung đột vẫn có thể xảy ra Î Backoff algorithm oMáy trạm gửi lại frame sau t Backoff (xác định ngẫu nhiên) Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 ALOHA model o X - Transmission time ( X= L/R) o S – Throughput (số frame truyền thành công trong X sec.) o G – Load (số yêu cầu truyền trung bình trong X sec.) oP success : xác suất truyền khung thành công oS = GP success oBắt đầu truyền khung trong X sec. sẽ có khả năng bị xung đột, ngược lại sẽ thành công nếu bắt đầu truyền sau 2X sec. Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 9 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 Thông lượng của ALOHA oS = GP success = G o Thông lượng tối đa: G e 2− %)4.18(~)2/(1 max e = ρ oNếu G nhỏ, S ≈ G; nếu G lớn, S → 0 o Xung đột có thể giảm thông lượng về 0 9 Slotted ALOHA o Mô hình ALOHA có thể giảm xác suất xung đột khung oTạo các khe thời gian rộng X sec. o Các trạm chỉ được phép gửi khung khi bắt đầu một khe thời gian Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications o Backoff time là số nguyên lần khe thời gian Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 Thông lượng của slotted ALOHA oS = GP success = GP[0 khung xuất hiện trong X sec.] = GP[0 khung xuất hiện trong n khoảng] n ⎞ ⎛ o Thông lượng tối đa: () G n n Ge n G 1Gp1G − → ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −=−= 9 Ví dụ o BW = 9600 bps o 1 Frame = 120 bit %)8.36(~/1 max e = ρ Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications oHệ thống truyền 9600 x 1frame/120 = 80 frames/sec. o Thông lượng của ALOHA: 80 x 18.4% = 15 frames/sec. o Thông lượng của slotted ALOHA: 80 x 36.8% = 30 frames/sec. 10 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2  Carrier Sense Multiple Access (CSMA) 9 Máy trạm ‘nghe’ trạng thái đường truyền gian ngẫu nhiên hoặc t backoff trước khi truyền o Nếubận: Đợi trong khoảng thời đã đượcthiếtlập o Nếu bận: Đợi trong khoảng thời đã được thiết lập oNếu rỗi: Bắt đầu truyền ot prop : Thời gian truyền dẫn (do hiệu ứng capture channel) oNếu t prop > X (a>1), hiệu quả như ALOHA và slotted ALOHA Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 9 1-persistent CSMA throghput oBắt đầu truyền mỗi khi ‘nghe’ thấy đường truyền rỗi o Thông lượng cao hơn ALOHA và slotted ALOHA nếu a nhỏ và ngượclại ngược lại oTrễ nhỏ, hiệu quả thấp Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications [...]... Telecommunications 27 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Hanoi University of Technology Chng 2 Faculty of Electronics and Telecommunications Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 Mt s tiờu chun 8 02 .1 1 Protocol Release Date Frequency IEEE 8 02 .1 1 1997 2. 4 GHz IEEE 8 02 .1 1a 19 99 5 GHz IEEE 8 02 .1 1b 19 99 2. 4 GHz IEEE 8 02 .1 1g 20 03 2. 4 GHz IEEE 8 02 .1 1n 20 07 2. 4 GHz Range (Indoor) 1, 2 Mbps ~30 meters ( ~10 0 feet) 6, 9, 12 , 18 , 24 ,... Telecommunications 11 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 CSMA-CD model o Xung t cú th phỏt hin v gii quyt sau 2tprop o To cỏc khe thi gian vi di 2tprop trong khong thi gian tranh chp ca cỏc trm cựng cú yờu cu truyn o Xỏc sut truyn thnh cụng ca 1 trong n trm: Psuccess= np (1- p)n -1 max o Ly o hm 2 v: Psuccess = n 1 1 1 n n n 1 1 = 1 n n 1 1/ e khi n = 1/ p max o 1/ Psuccess = e = 2. 7 18 :s khe thi gian... truyn li: Gii hn giỏ tr Backoff: 10 Kớch thc tớn hiu jam: 32 bits Kớch thc khung ti a: 15 18 bytes Kớch thc khung ti thiu: 5 12 bits (64 bytes) o IEEE 8 02. 3 MAC Frame Preamble: ng b, 7 bytes of 10 1 010 10 Start of Frame Delimiter (SFD): 10 1 010 11 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 14 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 o Khung IEEE 8 02. 3 MAC o a ch ớch n (Single)... CCITT- 32 CRC, c tớnh toỏn da trờn trng a ch, di thụng tin v trng p g g pad - NIC hu cỏc khung vi di sai hoc FCS sai Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 15 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 o Original Ethernet v thụng s Tc truyn: 10 Mbps Khung ti thiu: 5 12 bits = 64 bytes Slot time: 5 12 bit / 10 Mbps = 51 2 àsec Sl t ti bits Mb 51. 2 - 51. 2 àsec x 2 x 10 5 km/sec... 4 2 or 6 Source Address Starting delimiter Chng 2 FF frame type ZZZZZZ control bit l bi I E intermediate-frame bit error-detection bit A address-recognized bit xx undefined C frame-copied bit Faculty of Electronics and Telecommunications Fi Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 6 61 Chng 2 ng dng: Token-passing rings o Poll = Free token (th bi) o Frame delimiter chớnh l token Free = 011 111 10 Busy = 011 111 11. .. Electronics and Telecommunications 12 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 ng dng ca CSMA-CD trong Ethernet LAN o 1- persistent CSMA o R = 10 Mbps o 2tprop = 51. 2 microsec Mt khe thi gian: 5 12 bits = 64 byte Cung cp trong khong cỏch 2. 5 km s dng 4 repeater o Truncated Binary Exponential Backoff (TBEB) Sau xung t th n, chn tbackoff trong khong {0, 1, , 2k 1} trong ú k = min(n 10 ) min(n, Mc u tiờn khi thm... ( ~10 0 feet) 6, 9, 12 , 18 , 24 , 36, 48, 54 Mbps ~30 meters ( ~10 0 feet) 5.5, 11 Mbps ~30 meters ( ~10 0 feet) Hanoi University of Technology Bandwidth 6, 9 12 , 18 24 6 9, 12 18 , 24 , 36, 48, 54 Mbps ~50 meters ( ~16 0 feet) 540 Mbps Faculty of Electronics and Telecommunications 28 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 Ti sao CSMA-CD khụng th ỏp dng cho WLAN? o Khú phỏt hin xung t trong mụi trng vụ tuyn o T Transmitted... phỏt u bit Vớ d vi chun 8 02 .1 1 2, 4GHz Phm vi tn s s dng 2, 402GHz - >24 80 GHz g , Dóy tn s ú c chia lm 79 bng con gi l cỏc kờnh.Cỏc kờnh cỏch nhau 1MHz Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 32 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Hanoi University of Technology Chng 2 Faculty of Electronics and Telecommunications Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 DSSS(Direct sequence)... Backoff time = (0, 2min(k, 10 ) -1) khe thi gian Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 13 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 o Lu Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 o IEEE 8 02. 3 Ethernet v thụng s hot ng Slot time: 5 12 bits times InterFrameGap: 96 àsec Gii h s l t l i 16 hn ln truyn... WLAN di t mó l 11 chip Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 33 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Hanoi University of Technology Chng 2 Chng 2 Faculty of Electronics and Telecommunications 34 Chng 2 Mng LAN v vn lp 1 v 2 Chng 2 Mt s mụ hỡnh phỏt trin mng WLAN . Telecommunications  Preamble: đồng bộ, 7 bytes of 10 1 010 10  Start of Frame Delimiter (SFD): 10 1 010 11 15 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 o Khung IEEE 8 02. 3 MAC o Địa chỉ đích  Đơn (Single) . Thông lượng chuẩn hóa: X t a ,R 2a1 1 R L R2t 1 1 2tL/R L R prop prop prop Eff = + = + = + = 2a1 1 R R ρ Eff max + == 8 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 • ALOHA 9 Giới thiệu o Xuất. FCS sai 16 Chương 2 Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2 o Original Ethernet và thông số  Tốc độ truyền: 10 Mbps  Khung tối thiểu: 5 12 bits = 64 bytes Sl t ti 5 12 bit / 10 Mb 51 2  Sl o t