đồ án Tìm hiểu về Etherner

Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành MỤC LỤC SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 1 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ ETHERNET I.1. Khái niệm cơ bản về Ethernet Ethernet là công nghệ khu vực nội bộ được sử dụng để kết nối các thiết bị mạng ở khoảng cách gần, được vận hành chỉ trong một toà nhà. Ở mức tối đa, người ta có thể sử dụng hàng trăm mét để kết nối các thiết bị Ethernet. Nhưng để kết nối các thiết bị ở khoảng cách địa lý xa thì không thể. Ngày nay, nhờ những tiến bộ về mặt công nghệ, người ta có thể xem xét lại trở ngại về mặt địa lý này, cho phép mạng lưới Ethernet mở rộng đến hàng chục kilômet. Gần đây, nó đã có phiên bản 100 Mbps được gọi là Fast Ethernet và 1000 Mbps gọi là Gigabit Ethernet. I.2. Lịch sử phát triển Ethernet là mạng cục bộ do các công ty Xerox, Intel và Digital equipment xây dựng và phát triển. Ethernet là mạng thông dụng nhất đối với các mạng nhỏ hiện nay. Ethernet LAN được xây dựng theo chuẩn 7 lớp trong cấu trúc mạng của ISO, mạng truyền số liệu Ethernet cho phép đưa vào mạng các loại máy tính khác nhau kể cả máy tính mini. Các giai đoạn phát triển: • 1972  Thí nghiệm về hệ thống đầu tiên được thực hiện tại Xerox PARC bởi Robert Metcalfe và các đồng nghiệp (Palo Alto Research Center )  Hệ thống mạng truyền 2,94Mbps dựa trên Ethernet • 1979: Xây dựng chuẩn Ethernet II, tốc độ 10Mbps • 1981:  Chuẩn IEEE 802.3 được chính thức được sử dụng  Digital Equipment, Intel, và Xerox cùng phát triển và đưa ra phiên bản Ethernet Version 2.0, Ethernet II => chuẩn quốc tế • 1985: IEEE lấy DIX Ethernet làm nền tảng cho đặc tả kỹ thuật IEEE 802.3. Sau đó, IEEE mở rộng thêm các ủy ban mới là 802.3u (Fast Ethernet), 802.3z (Gigabit Ethernet over Fiber) và 802.3ab (Gigabit Ethernet over UTP)… I.3. Các thành phần mạng Ethernet • Data terminal Equipment (DTE): Các thiết bị truyền và nhận dữ liệu DTEs thường là PC, File Server, Print Server, SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 2 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành • Data Communication Equipment (DCE): Các thiết bị kết nối mạng cho phép nhận và chuyển khung trên mạng. DCE có thể là các thiết bị độc lập như Repeter (không quá 4 Repeter), Switch, Router hoặc các khối giao tiếp thông tin như Card mạng, Modem, … • Interconnecting Media: Cáp có thể dài nhất là 500m và ngắn nhất là 2.5m. Có thể sử dụng cáp xoắn đôi, cáp đồng trục mỏng, cáp đồng trục dày, cáp sợi quang. Ethernet có các đặc tính kỹ thuật sau : • Cấu hình truyền thống : Có cấu trúc dạng tuyến phân đoạn, đường truyền dùng cáp đồng trục, tuy nhiên mỗi thành phần của nó có thể là cấu trúc Star (Star-wired bus). tín hiệu truyền trên mạng được mã hóa theo kiểu đồng bộ. • Quy cách kỹ thuật 802.3 • Vận tốc truyền : 10Mbps,100Mbps,… 10Gbps • Loại cáp : Cáp đồng trục mảnh, cáp đồng trục dày, cáp xoắn đôi, cáp sợi quang • Chiều dài tối đa của một đoạn cáp tuyến là 500m, các đoạn tuyến này có thể được kết nối lại bằng cách dùng các bộ chuyển tiếp và khoảng cách lớn nhất cho phép giữa 2 nút là 2,8km. • Sử dụng tín hiệu băng tầng cơ bản, truy xuất tuyến hoặc tuyến token (token bus), giao thức là CSMA/CD, dữ liệu chuyển đi trong các gói (64 – 1518 byte). Ngày nay, khái niệm Ethernet thường được sử dụng để chỉ một mạng LAN CSMA/CD, phù hợp với tiêu chuẩn 802.3, đặc điểm : • Hoạt động ở mức liên kết dữ liệu • Theo nguyên tắc CSMA/CD cảm biến sóng mang có phát hiện đụng độ • Thành phần chính: – Phần cứng mạng : Các thiết bị nối mạng – Giao thức điều khiển truy xuất đường truyền – Khung Ethernet : Đơn vị dữ liệu truyền trên mạng SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 3 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành CHƯƠNG II : CHUẨN IEEE 802 Hình 1: Các chuẩn của Ethernet II.1. IEEE 802 LAN Standard Family Hình 2: Chuẩn IEEE 802.2 II.2. Điều khiển truy cập phương tiện truyền (MAC – Địa chỉ MAC có 48bit) • Quy định việc truyền dữ liệu lên phương tiện truyền chia sẻ. • Dựng khung và đánh địa chỉ. SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 4 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành • Liên hệ với các thành phần vật lý được dùng để truyền thông tin. II.3. Kiểm soát kết nối luận lý (LLC) • Có những chức năng kiểm soát quá trình truyền thông với độ tin cậy cao • Làm cầu nối cho phép giao tiếp chung • Nhận thông tin từ tầng mạng ở bên gửi và chuyển đến cổng thích hợp của hệ thống đích. II.4. Ethernet Standards Hình 3: Chuẩn IEEE 802.2 trong mô hình TCP/IP SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 5 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành CHƯƠNG III : GIAO THỨC CSMA/CD III.1. Giới thiệu CSMD/CD Để truyền thông tin, mỗi giao tiếp mạng phải lắng nghe cho tới khi không có tín hiệu trong kênh chung, lúc này nó mới có thể truyền thông tin. Nếu một giao tiếp mạng thực hiện truyền thông tin trong kênh thì gọi là sóng và các trạm khác phải chờ đợi cho tới khi sự truyền dẫn này kết thúc. Quá trình này gọi là phát hiện sóng mạng. Mọi giao tiếp Ethernet đều có cơ hội ngang nhau trong việc truyền thông tin trong mạng (Đa truy nhập). Trong quá trình truyền từ đầu này tới đầu kia của Ethernet, những bít đầu tiên của khung cần phải đi tới mọi vùng của mạng. Tức là có thể có 2 giao tiếp mạng cùng thấy mạng rỗi và gửi đi cùng 1 lúc. Khi đó Ethernet phát hiện sự “va chạm” và dừng việc truyền và gửi lại các khung. Đó là quá trình phát hiện va chạm. Giao thức CSMA/CD được thiết kế nhằm cung cấp cơ hội ngang bằng truy nhập kênh chung cho mọi trạm trong mạng. Sau khi gói tin được gửi đi mỗi trạm trong mạng sẽ sử dụng giao thức CSMA/CD để xem trạm nào sẽ được gửi tiếp sau. III.2. Ethernet sử dụng CSMA/CD o IEEE 802.3 (CSMA/CD): tiêu chuẩn này định nghĩa các tính chất có liên quan tới tầng con MAC. Lớp con MAC sử dụng kỹ thuật CSMA/CD nhằm giải quyết sự xung đột dữ liệu khi truyền trên mạng. o Tiêu chuẩn IEEE 802.3 mô tả các phương pháp tín hiệu (trên cả băng tần cơ sở và băng tần rộng), tốc độ dữ liệu, các phương tiện và cấu trúc liên kết. Tiêu chuẩn này quy định cụ thể các phương tiện truyền dẫn vật lý như cáp xoắn, cáp đồng trục và cáp quang. o Băng tần cơ sở (baseband): dành toàn bộ băng thông cho một kênh truyền (chỉ có một tín hiệu trên đường truyền). o Băng tần rộng (broadband): cho phép nhiều kênh truyền chia sẻ một phương tiện truyền dẫn (chia sẻ băng thông), thường được sử dụng ở cáp xoắn, cáp quang để tạo ra nhiều kênh truyền dữ liệu. o Kiểm soát việc truyền và nhận khung trên mạng: Phát: • Trạm phát lắng nghe tín hiêu trên cáp bằng cách cảm biến sóng mạng, nếu đường cáp rảnh, nó sẽ phát dữ liệu SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 6 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành • Tiếp tục kiểm tra tín hiệu phát từ các trạm khác: Nếu không có thì tiếp tục phát đến hết dữ liệu và chuyển sang trạng thái lắng nghe. Nếu có đụng độ thì phát tín hiệu (Jamming) thông báo cho các trạm khác => dừng phát trong 1 khoảng thời gian, hết đụng độ, phát tiếp Nhận: các trạm đều nhận được khung dữ liệu như nhau • Kiểm tra kích thước khung phải lớn hơn kích thước tối thiểu (64byte) • Kiểm tra địa chỉ của trạm khớp với địa chỉ đích trên khung • Mã CRC (cyclic redundancy check) trong khung hợp lệ • Sau khi kiểm tra các điều kiện, dữ liệu của khung sẽ được chuyển cho chương trình ứng dụng ở mức trên Hình 4: Các trạm truy nhập kênh - Một card mạng có thể bắt đầu truyền tại bất kỳ thời điểm nào. Nhưng nó không truyền nếu cảm nhận được rằng một (số) card khác đang truyền đó là cảm nhận sóng mạng. - Card mạng đang truyền sẽ hủy bỏ ngay việc truyền dữ liệu khi nó cảm nhận được một card khác đang truyền đó là sự phát hiện xung đột. - Trước khi cố gắng truyền lại, card mạng đợi một thời đoạn ngẫu nhiên đó là truy cập ngẫu nhiên. III.3. Giải thuật CSMA/CD trong Ethernet • Bước 1: Card mạng nhận gam dữ liệu từ tầng mạng và tạo frame. SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 7 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành • Bước 2:Nếu cảm nhận thấy kênh truyền rỗi, nó sẽ bắt đầu truyền frame đi. Nếu cảm nhận thấy kênh truyền bận, nó đợi khi kênh truyền rỗi và truyền dữ liệu. • Bước 3: Nếu card mạng truyền xong toàn bộ frame mà không phát hiện thấy việc truyền dữ liệu khác nào, nó xem như việc truyền frame đó đã hoàn thành. • Bước 4:Nếu card mạng phát hiện thấy có sự truyền dữ liệu khác, nó sẽ hủy bỏ việc truyền dữ liệu và gởi tín hiệu bồi. • Bước 5: Sau khi hủy bỏ việc truyền, card mạng bước vào vãn hồi theo luật số mũ: sau lần xung đột thứ m, card mạng chọn giá trị K ngẫu nhiên từ ( 0,1,2………,2m-1). Card mạng đợi K*512 bit times và trở lại bước 2  Trong đó: + Tín hiệu bồi: để đảm bảo rằng tất cả các trạm đang truyền biết được xung đột đang xảy ra; 48 bit. + Bit time: 1 microsec cho 10 Mbps Ethernet;với K =1023, thời gian đợi vào khoảng 50msec + Vãn hồi theo luật số mũ: Mục tiêu : thích ứng các nổ lực truyền lại với tải trọng hiện tại được ước lượng + Tải nặng: thời gian đợi ngẫu nhiên sẽ là dài hơn + Xung đột đầu tiên : chọn K từ (0,1), độ trễ là K*512 bit times + Sau xung đột thứ 2 : chọn K từ (0,1,2,3… ) + Sau xung đột thứ 10 : chọn K từ (0,1,2,3….,1023) SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 8 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành CHƯƠNG IV : CẤU TRÚC KHUNG Bộ thích ứng mạng bao gồm các gói dữ liệu IP (hoặc gói dữ liệu giao thức tầng mạng khác) trong khung Ethernet. Hình 5: Frame Preamble ( Phần mở đầu): - 7 bytes với mẫu bit 10101010 được nối tiếp bởi một byte với mẫu bit 10101011. - Được sử dụng để đồng bộ nhịp đồng hồ giữa bên gởi và bên nhận Addresses (địa chỉ): 6 bytes. - Nếu bộ thích ứng mạng nhận được một frame có địa chỉ đích trùng với địa chỉ vật lý của nó, hoặc địa chỉ đích là địa chỉ quảng bá, nó sẽ đưa dữ liệu lên cho giao thức (được chỉ) tại tầng mạng. Nếu không nó sẽ loại bỏ khung đó. Type : chỉ giao thức ở tầng trên (network layer), phần lớn là IP nhưng những giao thức khác cũng có thể được hỗ trợ như Novell IPX và Apple Talk; cũng có thể kết hợp là Length <1536. CRC (Cyclic Redundancy Check- Kiểm dư vòng): được kiểm tra tại bên nhận, nếu phát hiện có lỗi, khung đó bị bỏ Ethernet-II( DIX 2.0) 7+1 6 6 2 46-1500 4 Preamble Dest. Address Source Address Type Data FCS IEEE 802.3 7 1 6 6 2 64-1500 4 Preamble StartFrame Delimiter Dest. Address Source Address Length 802.2 Header & Data FCS SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 9 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Preamble 64bit Đồng bộ. Giúp xác định nơi bắt đầu khung Dest.Address 48bit Địa chỉ vật lý máy sẽ nhận khung dữ liệu Src.Address 48bit Địa chỉ vật lý máy phát khung dữ liệu Type 16bit Xác định loại dữ liệu sử dụng ở giao thức trên Data Dữ liệu từ giao thức mức trên. Tối đa1500byte CRC, FCS 32bit Mã phát hiện lỗi trong khung dữ liệu IV.1. Khuôn dạng khung Ethernet Có bốn kiểu khuôn dạng dữ liệu khác nhau được sử dụng trong mạng Ethernet bao gồm Ethernet 802.2, Ethernet 802.3, Ethernet II, và Ethernet SNAP. Mỗi kiểu khuôn dạng có phần khác nhau và chúng đều có bốn trường chung: địa chỉ nguồn (source addres), địa chỉ đích (destination address), dữ liệu (data) và trường kiểm tra lỗi (error-checking). Các kiểu khuôn dạng Ethernet được sử dụng thông thường nhất là Ethernet 802.2 và Ethernet 802.3. Các khuôn dạng Ethernet có kích thước biến đổi từ tối thiểu 64 byte tới tối đa 1518 byte. (Mỗi khuôn dạng chứa thông tin header kích thước 14 byte cộng với trường Frame Check Sequence chiều dài 4 byte. Phần dữ liệu của khuôn dạng có kích thước biến đổi từ 46 byte tới tối đa 1500 byte. Kích thước tổng cộng của frame được tính toán đơn giản bằng cách cộng kích thước của tất cả các trường – Nếu trường dữ liệu của frame nhỏ hơn 46 byte, frame sẽ được đệm thêm trường pad để kích thước tối thiểu của nó là 46 byte. IV.1.1. Ethernet 802.2 Khuôn dạng Ethernet 802.2 là khuôn dạng mặc định được sử dụng cho mạng Novell Netware 4.x và hệ điều hành mạng cao hơn. Khuôn dạng này hỗ trợ giao thức IPX/SPX cũng như giao thức TCP/IP và là khuôn dạng Ethernet thông thường nhất được sử dụng ngày nay. Các khuôn dạng này chứa một điểm truy nhập dịch vụ đích (Destination Service Access Point - DSAP) và một điểm truy nhập dịch vụ nguồn (Source Service Access Point - SSAP). Một điểm truy nhập dịch vụ (Service Access Point - SAP) định danh một nút hoặc quá trình bên trong, mà quá trình này sử dụng tầng con Logical Link Control của tầng Data Link. Mỗi quá trình xảy ra giữa nút nguồn và nút đích trên mạng có một SAP duy nhất. SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 10 [...]... Tranceiver cho phép gắn Tranceiver vào trục cáp chính V.2.1 Cáp đồng trục cứng RG-8 Hình 10 : Cáp đồng trục cứng RG-8 - Tranceiver SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 16 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Hình 11 : Tranceiver V.2.2 Mô hình mạng 10Base-5 Hình 12 : Mô hình mạng 10Base-5 SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 17 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành V.3 Mạng 10Base-2(độ dài một... đầu BNC-T của 2 card mạng cuối cùng V.3.1 Cáp đồng trục mềm lõi nhiều sợi (RG-58A/U) hoặc 1 lõi (RG-58/U) Hình 13 : Cấu tạo của cáp đồng trục RG-58 SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 18 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành V.3.2 Card mạng Hình 14 : Card mạng V.3.3 Đầu nối BNC Hình 15 : Đầu nối BNC SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 19 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành V.3.4 Đầu nối... đó, collision xảy ra SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 13 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Collision sẽ dẫn đến các lỗi bit và mất frame (bit error) Đặc tả của Ethernet định nghĩa thuật toán CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) để giải quyết những collisions không thể tránh khỏi CSMA/CD sẽ giúp giảm thiểu số collisions nhưng khi nó xảy ra, CSMA/CD sẽ chỉ ra việc... (Thicknet) - Thông số kỹ thuật: Cáp Đồng trục cứng (10mm) Tốc độ truyền tối đa 10Mbps Chiều dài tối đa 1 segment 500 m SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 15 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Khoảng cách tối thiểu giữa 2 trạm 2,5m Cấu hình lớn nhât 2500 m (5 đoạn, 4 repeater) Số trạm làm việc tối đa 1000 (200 trạm/segment)x 5 seg -Thiết bị kết nối: + Cáp đồng trục cứng (RG-8) + Cáp AUI (Attachment... chứng nhận mới được sử dụng cho trường hợp này Các thông số kỹ thuật sau đây về môi trường và về độ tin cậy cần được xem xét : • Dải nhiệt độ hoạt động từ -40 ° đến 80 ° C • 200g sốc • 50g rung • Chống quá áp ESD16 KV • Thời gian trung bình giữa 2 sự cố (MTBF) 1.000.000 giờ SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 32 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành VI.1.5 Ứng dụng cho trạm cấp cứu Thiết bị chuyển... nhân trên khắp khuôn viên trường và giám sát tài sản thông qua camera IP SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 29 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Hình 24 : Cấu trúc liên kết dạng vòng VI.1.2 Cấu trúc liên kết vòng Vòng liên kết quang gigabit đảm bảo sự cách điện giữa các tòa nhà đồng thời mang đến băng thông thích hợp để hỗ trợ camera và các điểm truy cập wireless Cấu trúc liên kết vòng cũng... SCADA Một ví vụ điển hình có thể được thấy trong hình 26 SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 31 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Hình 26: Giám sát chuyển mạch SCADA sử dụng N-Tron, N-View OPC VI.1.4 Thông số kỹ thuật chuyển mạch Chuyển mạch trong các ứng dụng này được ưu tiên cho những yêu cầu về môi trường mà không thể có trong các thiết bị IT thông thường Chúng thường tiếp xúc với điều... SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 12 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành theo thể thức mà con người có thể đọc được: một dãy gồm 6 bytes được viết dưới dạng thập lục phân, cách nhau bởi dấu hai chấm “:” Ví dụ, 80:be:b2 là cách biểu diễn dễ đọc của địa chỉ Ethernet sau : 00001000 00000000 10110001 11100100 10110001 00000010 Để đảm bảo rằng mọi card mạng được gán một địa chỉ duy nhất, mỗi nhà sản... giao tiếp 2 chiều khẩn cấp với nhân viên an ninh o Camera IP để giám sát khu vực SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 33 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành o Truy cập không dây IEEE 802.11 a, b, d, n cung cấp dịch vụ không dây cho khu vực xung quanh o Đèn LED được sử dụng để làm sáng trạm cấp cứu o Đèn báo động sử dụng để cảnh báo khẩn cấp o Nút ấn báo động gửi tín hiệu tới nhân viên anh ninh khi... bốn vòng liên kết N-Ring tốc độ cao được gắn vào một mạng trung tâm điều khiển tập trung chạy RSTP SVTH: Nhóm 4 Lớp HP: MANTT_02 Trang 34 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Hình 28: Mạng 4 vòng liên kết N-Ring Loại cấu trúc liên kết này phải được tính toán cẩn thận do toàn bộ các thiết bị liên quan tới một hệ thống Hai yếu tố quan trọng cần thiết để hoàn thành hệ thống này là băng thông tương . Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành MỤC LỤC SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 1 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ ETHERNET I.1 thuật: Cáp Đồng trục cứng (10mm) Tốc độ truyền tối đa 10Mbps Chiều dài tối đa 1 segment 500 m SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 15 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Khoảng cách tối thiểu. Tranceiver vào trục cáp chính V.2.1 Cáp đồng trục cứng RG-8 Hình 10 : Cáp đồng trục cứng RG-8 - Tranceiver SVTH: Nhóm 4 Trang Lớp HP: MANTT_02 16 Tìm hiểu về Etherner GVHD: Đặng Trung Thành Hình