Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Fast Ethernet, 100Base-AnyLAN và FDDI

Mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu muốn chia sẻ và dùng chung dữ liệu. Máy tính cá nhân là công cụ tuyệt vời giúp tạo dữ liệu,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Tiến Lâm NGHIÊN CỨU MỘT SỐ MẠNG LAN TỐC ĐỘ CAO FAST ETHERNET, 100BASE-ANYLAN VÀ FDDI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Tiến Lâm NGHIÊN CỨU MỘT SỐ MẠNG LAN TỐC ĐỘ CAO FAST ETHERNET, 100BASE-ANYLAN VÀ FDDI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: GVC. TS. Nguyễn Đình Việt HÀ NỘI - 2005 Lời cảm ơn Đầu tiên, em xin được cảm ơn GVC. TS. Nguyễn Đình Việt đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành khoá luận này. Em xin gửi các thầy cô đã từng dạy lớp K46CA, K46CC nói riêng, và các thầy cô trong bộ môn Mạng và truyền thông máy tính, các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Thông Tin, và các thầy cô cán bộ của Đại học công nghệ nói chung lòng biết ơn chân thành vì 4 năm học vừa qua Cuối cùng, em xin đươc cảm ơn gia đình, bạn bè người thân đã giúp đỡ em không chỉ trong khoảng thờ i gian làm luận văn này mà trong cả quá trình học tập của em. Do thời gian và trình độ có hạn nên bản khóa luận này không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các bạn cùng quan tâm đến vấn đề này. Hà nội: tháng 6 năm 2005 Tóm tắt Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận này là một số mạng LAN tốc độ cao gồm Fast Ethernet, 100Base-AnyLAN và FDDI. Chúng tôi đã nghiên cứu về kiến trúc, các đặc điểm về môi trường truyền, giao diện vật lý, phương pháp truy cập đường truyền (FDDI) và đánh giá một phần hiệu suất của mạng. Do đề tài rộng nên nhóm chúng tôi gồm hai thành viên cùng nghiên cứu chung hai chương đầu. Tuy nhiên, trong luận văn này, tôi chỉ đề cập sâu về mạng FDDI. Tôi sẽ đưa ra cái nhìn khái quát về các thành phần của chuẩn FDDI, về môi trường truyền, tầng vật lý, và giao thức điều khiển truy cập môi trường truyền của FDDI. Ngoài ra, tôi còn đưa ra các kết quả đánh giá về hiệu suất của mạng. Mục lục Mở đầu .1 Chương 1: Giới thiệu 2 1.1 Sự hình thành mạng cục bộ (Local area network – LAN) 2 1.2 Các động lực dẫn đến mạng LAN tốc độ cao 3 1.3 Các phương pháp truy cập đường truyền .4 1.3.1 Phương pháp đa truy cập cảm nhận sóng mang có dò xung đột (CSMA/CD) . 4 1.3.2 Phương pháp chuyển thẻ bài (token passing) . 5 1.3.3 Phương pháp truy cập quyền ưu tiên theo yêu cầu (Demand Priority) và chuẩn 100Base-AnyLAN 6 Chương 2: Các phương pháp mã hóa số liệu truyền trên mạng .9 2.1 Giới thiệu chung 9 2.2 Non-return-to-Zero (NRZ) .13 2.3 Nhị phân nhiều mức (Multilevel Binary) 16 2.4 Biphase .18 2.5 Các kỹ thuật xáo trộn (Scrambling Techniques) 19 2.6 Tốc độ điều biến .21 Chương 3: FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 23 3.1 Các thành phần của FDDI 23 3.2 Môi trường truyền .24 3.3 Cấu trúc mạng .25 3.4 Khả năng khắc phục hỏng hóc của mạng FDDI .28 3.4.1 Mô hình vòng kép 28 3.4.2 Công tắc chuyển quang học . 30 3.4.3 Dual home 30 3.5 Giao diện vật lý 31 3.6 Định dạng gói tin và thẻ bài 34 3.7 Sự truyền và nhận gói tin 36 3.8 Giao thức timed token rotation 37 3.8.1 Các tham số của giao thức 38 3.8.2 Các ràng buộc và hoạt động của giao thức . 38 3.9 Hiệu suất của giao thức Timed token rotation 42 3.9.1 Lập biểu thức tính hiệu suất .42 3.9.2 Đánh giá ảnh hưởng của TTRT lên các giá trị hiệu suất 44 3.9.3 Ảnh hưởng của độ dài của cáp lên các giá trị hiệu suất 47 3.9.4 Ảnh hưởng của số lượng trạm lên các giá trị hiệu suất 48 3.9.5 Ảnh hưởng của số lượng trạm hoạt động lên các giá trị hiệu suất . 50 3.10 Dữ liệu đồng bộ 51 3.11 Các quy tắc để cài đặt TTRT 56 Kết luận 57 4.1 Tóm tắt khóa luận .57 4.2 Hướng phát triển của đề tài 57 Tài liệu tham khảo . 59 Bảng các thuật ngữ ANSI American National Standards Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ B8ZS bipolar with 8-zeros substitution backbone Network Mạng xương sống Bipolar Tín hiệu sử dụng ba mức điện áp -V, 0 và +V bipolar-AMI Bit 0 được biểu diễn bởi một tín hiệu xung 0 (không có xung), và bit 1 được biểu diễn bởi các xung dương hoặc âm xen kẽ nhau bit time Nhịp bit. CDDI Copper-Distributed Data Interface tương tự FDDI, nhưng sử dụng cáp đồng làm môi trường truyền concentrator Bộ kết nối dùng để kết nối các SAS vào trạm CRC Cyclic redundancy check CSMA/CD Phương pháp đa truy cập cảm nhận sóng mang: có dò xung đột DAS Dual Attach Station Trạm kết nối kép data rate Tốc độ truyền dữ liệu (bit/giây) Dc direct-current Thành phần một chiều demand priority Phương pháp quyền ưu tiên theo yêu cầu differential encoding Mã hóa chênh lệnh Differential Manchester Có sự chuyển tiếp ở giữa mỗi nhịp bit chỉ cung cấp cơ chế định thời gian. Việc mã hoá bit 0 được thể hiện bởi việc xuất hiện sự chuyển tiếp tại bắt đầu mỗi nhịp bit và mã hoá bit 1 được thể hiện bởi việc không xuất hiện sự chuyển tiếp tại bắt đầu mỗi nhịp bit. DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệu Dual home Một kỹ thuật khắc phục lỗi. FDDI Fiber Distributed Data Interface Là công nghệ mạng có tốc độ cao do uỷ ban X3T9.5 của ANSI phát triển HDB3 high-density bipolar- 3 zeros LLC Logical Link Control Tầng điều khiển liên kết sữ liệu MAC Media Access Control Tầng điều khiển truy cập đường truyền Manchester Có sự chuyển tiếp tại giữa mỗi nhịp bit. Sự chuyển tiếp đó vừa cung cấp cơ chế định thời gian (clocking mechanism) vừa chứa dữ liệu: chuyển tiếp điện áp thấp – cao biểu hiện cho bit 1 và chuyển tiếp điện áp cao – thấp biểu hiện cho bit 0. Mark Biểu diễn số nhị phân 1 Mode Tia ánh sáng được cho vào sợi cáp với một góc chiếu riêng modulation rate Tốc độ điều biến (baud) Multilevel Binary Mã hoá nhị phân nhiều mức, sử dụng ba mức điện áp (-V, 0, +V) multimode Một loại cáp quang cho phép nhiều tia sáng đi vào cáp cùng một lúc với nhiều góc khác nhau NRZ Non-return-to-Zero Các mã NRZ có chung một đặc điểm là chúng có mức điện áp không đổi trong một nhịp bit NRZI Non-return-to-Zero, invert on ones Chuyển tiếp điện áp khi gặp bit nhị phân 1 và không chuyển tiếp khi gặp bit nhị phân 0 NRZ-L Non-return-to-Zero- Level Điện áp âm được sử dụng để biểu diễn một giá trị nhị phân và điện áp dương được dùng để biểu diễn giá trị còn lại Optical bypass switch Công tắc chuyển quang học Patch panel Một trong những thiết bị nhằm xây dựng lên mạng FDDI, trong mô hình logic, nó tương tự như hub trong mo hình hub/tree PHY Physical Layer Protocol Giao thức tầng vật lý PMD Physical-Medium Dependent Tầng phụ thuộc môi trường truyền Polar Tín hiệu có dử dụng hai mức điện áp âm (-V) và dương (+V) pseudoternary Bit 1 được biểu diễn bởi một tín hiệu xung 0 (không có xung), và bit 0 được biểu diễn bởi các xung dương hoặc âm xen kẽ nhau SAS Single Attach Station Trạm kết nối đơn Single-mode Một loại cáp quang chỉ cho phép một tia sang lan truyền trong cáp SMT Station Management Tầng quản lý trạm Space Biểu diễn số nhị phân 0 THT Token Holding timer Thời gian nắm thẻ bài timed token rotation protocol Giao thức điều khiển truy cập đường truyền của FDDI Token passing Phương pháp chuyển thẻ bài TRT Token Rotation timer Thời gian quay thẻ bài TTRT target token rotation time Tham số chính cho giao thức điều khiển truy cập đường truyền của FDDI unipolar Tín hiệu đơn cực Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 1 Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Mở đầu Ngày nay máy tính điện tử đã được sử dụng phổ biến, việc kết nối máy tính với các mạng là xu hướng tất yếu, không chỉ trong lĩnh vực nghiên cứu thuần túy mà cả trong hầu hết mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Trong lịch sử phát triển loại người, thế kỉ 20 được đánh dấu bởi cuộc cách mạng về thông tin bao gồm các vấn đề thu thập, xử lý và phân phối thông tin. Điều đặc biệt là khi khả năng thu thập, xử lý và phân phối thông tin của con người tăng lên thì nhu cầu của chính con người về truyền thông đã tăng nhanh. Đúng như với định luật nổi tiếng của Parkinson: “Công việc sẽ phình ra chiếm hết cả thời gian còn có để hoàn thành nó”. Trong truyền thông điều này có nghĩa là dữ liệu dường như được mở rộ ng để chiếm hết phần băng thông còn lại để truyền, ví dụ như sự xuất hiện của các dịch vụ như xem phim, nghe nhạc trực tuyến đòi hỏi cần có băng thông lớn, tốc độ truyền dữ liệu cao. Vì thế nhu cầu nâng cao tốc độ truyền thông là một nhu cầu tất yếu để đáp ứng những đòi hỏi không giới hạn của con ngườ i. Để đáp ứng nhu cầu thực tế đó, các chuẩn mạng tốc độ cao đã được ra đời như: Fast Ethernet, 100Base-AnyLAN và FDDI. Theo xu hướng hiện nay thì các chuẩn này sẽ là một trong các công nghệ chính của tương lai, vì thế việc nghiên cứu để hiểu và áp dụng chúng vào thực tế là điều cần thiết. Vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Fast Ethernet, 100Base-AnyLAN và FDDI”. Trong phạm vi luận v ăn này, tôi xin đề cập trọng tâm về chuẩn FDDI, một chuẩn cáp quang có cấu trúc mạng vòng. Chuẩn này không chỉ áp dụng cho các mạng LAN, MAN mà đặc biệt hơn nó còn là một mô hình lý tưởng cho mạng xương sống nhờ vào các đặc điểm về phạm vi hỗ trợ, số trạm tối đa trên vòng, tốc độ truyền thông và quan trọng nhất là hiệu suất cao của nó. Trong luận văn, tôi sẽ lần lượt đề cậ p đến các đặc điểm, các giao thức của chuẩn FDDI và đánh giá một phần hiệu suất của nó. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 2 Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Chương 1: Giới thiệu 1.1 Sự hình thành mạng cục bộ (Local area network – LAN) Ở mức độ cơ bản nhất, mạng bao gồm hai máy tính nối với nhau bằng cáp sao cho chúng có thể dùng chung dữ liệu. Mọi mạng máy tính cho dù phức tạp đến đâu chăng nữa, cũng đều bắt nguồn từ hệ thống đơn giản đó. Mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu muốn chia sẻ và dùng chung dữ liệu. Máy tính cá nhân là công cụ tuyệt vời giúp tạo dữ liệu, hình ảnh và nhiều dạng thông tin khác, nh ưng không cho phép bạn nhanh chóng chia sẻ dữ liệu bạn đã tạo ra. Các máy tính cấu thành mạng có thể dùng chung dữ liệu, thông điệp, hình ảnh, máy fax, modem, và các tài nguyên phần cứng khác. Hình 1.1: Một hệ thống mạng đơn giản Kiểu mạng máy tính trong phạm vi một khu vực giới hạn được gọi là mạng cục bộ. Mạng khởi đầu với qui mô rất nhỏ, với khoảng 10 máy tính dùng nối với nhau và nối với một máy in. Công nghệ tin học đã hạn chế qui mô mạng, bao gồm số lượng máy tính nối kết với nhau, cũng như khoảng cách vật lý mạ ng có thể bao phủ. Ví dụ ở đầu những năm thập kỷ 80, phương pháp lắp đặt cáp phổ biến nhất cũng chỉ cho phép chừng 30 máy với chiều dài cáp tối đa xấp xỉ 183m. Mạng máy tính như thế phủ vừa đủ trong một phạm vi một tầng hoặc một công ty. Hiện nay, đối với những công ty rất nhỏ, cấu hình này vẫn còn thích hợp. Các mạng cục bộ ở thời kỳ đầu không thể hỗ trợ thoả đáng nhu cầu mạng của một doanh nghiệp lớn đặt văn phòng ở nhiều vùng khác nhau. Khi những chiếc máy tính đã đi vào cuộc sống và có rất nhiều ứng dụng được thiết kế cho môi trường mạng, thì các doanh nghiệp lại muốn mở rộng hệ thống mạng để duy trì sức cạnh tranh trên thị trường. Ngày nay, mạng c ục bộ đã trở thành hệ thống lớn hơn bao phủ nhiều toà nhà. [...]... luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao D = Tốc độ điều biến (baud) R = Tốc độ dữ liệu (bps) L = Số lượng các tín hiệu nguyên tố khác nhau b = số lượng bit cho mỗi tín hiệu nguyên tố Nguyễn Tiến Lâm 22 Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Chương 3: FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Chuẩn mạng LAN FDDI được phát triển bởi viện tiêu... đối cao xung quanh vùng tần số bằng 1 nửa tốc độ dữ liệu Do vậy, các loại mã này phù hợp tốt với truyền thông tốc độ cao 2.6 Tốc độ điều biến Khi mà các kỹ thuật mã hoá tín hiệu được sử dụng, thì xuất hiện nhu cầu so sánh giữa tốc độ dữ liệu (bit/giây) và tốc độ điều biến (baud) Tốc độ dữ liệu hay còn được gọi là tốc độ bit được tính bằng 1/t B trong đó t B là nhịp bit Tốc độ điều biến là tốc độ phát.. .Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Hầu hết các tập đoàn, doanh nghiệp, trường học lớn lưu trữ và chia sẻ lượg dự liệu khổng lồ trong môi trường mạng, đó là lý do vì sao mạng máy tính đang đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với các cá nhân, trường học, bệnh viên, doanh nghiệp và các lĩnh vực liên quan 1.2 Các động lực dẫn đến mạng LAN tốc độ cao Vào thời kỳ đầu, tốc độ mạng là 10 Mbps... nghiệp - 2005 – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Hình 3.5 Cấu trúc hub/tree của FDDI Hình 3.6 Trung tâm máy tính của FDDI Mặc dù cấu trúc logic là mạng vòng, nhưng thông thường cấu trúc vật lý của FDDI thì giống như dạng cấu trúc hub/tree Hình 3.5 đưa ra ví dụ trong trường hợp này Nguyễn Tiến Lâm 27 Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Để chắc chắn rằng... nghiệp - 2005 – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Chương 2: Các phương pháp mã hóa số liệu truyền trên mạng 2.1 Giới thiệu chung Một tín hiệu số là một chuỗi các xung điện không liên tục và rời rạc Mỗi một xung là một tín hiệu nguyên tố Dữ liệu nhị phân được truyền bằng việc mã hóa mỗi một dữ liệu bit sang tín hiệu nguyên tố Trong trường hợp đơn giản nhất, quan hệ giữa bit và tín hiệu nguyên... hai mạng LAN dùng cáp quang dựa trên kiến trúc vòng mới: FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Fiber Channel Nhưng với cả hai chuẩn mới này, việc quản lý các máy trên mạng là quá phức tạp và dẫn đến chi phí cao Chính vì điều này bắt đầu từ năm 1992, một số loại mạng LAN tốc độ cao đã được phát triển và gồm có: Fast Ethernet 100BaseT 100Base-AnyLAN – IEEE 802.12 Fiber Distributed Data Interface – FDDI. .. – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Với các chuẩn mạng LAN tốc độ cao nêu trên, trước khi tìm hiểu từng chuẩn chúng ta sẽ tìm hiểu về các phương pháp truy cập đường truyền, các phương pháp này được dùng trong từng chuẩn do các đặc điểm của mình Với Fast Ethernet thì phương pháp nổi tiếng được biết đến là CSMA/CD, phương pháp quyền ưu tiên theo yêu cầu được dùng trong 100Base-AnyLAN, và với... Tốc độ dữ liệu Đơn vị Bit bit/giây (bps) Tín hiệu nguyên tố Digital: một xung điện của biên độ không đổi; Analog: một xung của tần số, pha, và biên độ không đổi Tốc độ điều biến Tính hiệu nguyên tố/giây (baud) Nguyễn Tiến Lâm 9 Định nghĩa Một bit nhị phân 1 hoặc 0 Tốc độ mà các dữ liệu nguyên tố được truyền Một phần của tín hiệu chiếm giữ khoảng thời gian ngắn nhất của mã chuyển bằng tín hiệu Tốc độ. .. 0 được thay thế bởi một xâu có một lỗi mã Nguyễn Tiến Lâm 11 Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Hình 2.2: Định dạng các loại mã hoá tín hiệu số Trước khi mô tả các kỹ thuật này, chúng ta hãy xem các cách đánh giá hoặc so sánh các công nghệ khác nhau này Phổ tín hiệu: Một số khía cạnh của phổ tín hiệu là quan trọng Nếu thiếu thành phần tần số cao sẽ dẫn đến việc... nghiệp - 2005 – ĐHCN Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao hiện lỗi Bất kỳ một lỗi tách biệt nào, cho dù là lỗi thêm vào hay xoá đi một xung, thì đều vi phạm thuộc tính xen kẽ xung đó Hình 2.6: Các loại mã hoá nhị phân nhiều mức Trong trường hợp pseudoternary, bit 1 biểu diễn cho một tín hiệu xung 0 (không có xung), và bit 0 biểu diễn cho các xung dương hoặc âm xen kẽ nhau Không có một ưu điểm cụ thể . Ethernet, 100Base- AnyLAN v FDDI . Trong ph m vi lu n v n này, t i xin đề c p tr ng t m v chu n FDDI, m t chu n c p quang c c u tr c m ng v ng. Chu n này. c ng trở l n phổ bi n, m t l n nữa y u c u t ng khả n ng truy n th ng c a m ng LAN l n. Để n ng cao t c độ truy n, c c nh m nhà c ng nghi p kh c nhau