Lớp con MAC (media access control sublayer)

Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Bởi: unknown Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Như trình bày trên, chương trình bày mạng LAN – mạng dạng truyền quảng bá giao thức truyền quảng bá Trong mạng dạng quảng bá nào, vấn đề then chốt cách thức người ta định có quyền truy cập kênh truyền thời điểm Để làm rõ vấn đề hơn, xem xét ví dụ sau: Có sáu người họp thông qua hệ thống điện thoại, người nối kết để nghe nói với người khác Khi người ngừng nói mà có hai người nhiều phát biểu tiếp tạo tình trạng lộn xộn Trong họp dạng gặp mặt trực tiếp, tình trạng lộn xộn giải cách đưa tay xin phát biểu Nhưng hệ thống hội thảo thông qua điện thoại này, mà đường truyền rảnh, việc định nói tiếp khó làm Đã có nhiều giao thức dùng giải vấn đề Và chúng nội dung trình bày phần Nói cách khác, kênh truyền dạng quảng bá gọi kênh đa truy cập (multiaccess channels) kênh truy cập ngẫu nhiên (random access channels) Các giao thức sử dụng để định có quyền truy cập đường truyền quảng bá trước gom vào lớp tầng liên kết liệu gọi lớp MAC Lớp MAC đặc biệt quan trọng mạng LAN, nhiều mạng LAN sử dụng đường truyền dạng quảng bá phương tiện truyền thông tảng Các mạng WAN, theo xu hướng ngược lại, lại dùng nối kết dạng điểm-điểm (ngoại trừ mạng dùng vệ tinh) Về bản, có ba phương pháp điều khiển truy cập đường truyền: Chia kênh, truy cập ngẫu nhiên (Random Access) phân lượt (“Taking-turns”) Giải thích cụ thể ba phương pháp điều khiển truy cập đường truyền trình bày sau 1/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Phương pháp chia kênh Ý tưởng chung phương pháp là: đường truyền chia thành nhiều kênh truyền, kênh truyền cấp phát riêng cho trạm Có ba phương pháp chia kênh chính: FDMA, TDMA, CDMA Chia tần số (FDMA – Frequency Division Multiple Access) Một phương thức truyền thống để chia sẻ kênh truyền đơn cho nhiều người dùng cạnh tranh Chia tần số (FDMA) Phổ kênh truyền chia thành nhiều băng tần (frequency bands) khác Mỗi trạm gán cho băng tần cố định Những trạm cấp băng tần mà liệu để truyền trạng thái nhàn rỗi (idle) Ví dụ: Một mạng LAN có sáu trạm, trạm 1, 3, có liệu cần truyền, trạm 2, 5, nhàn rỗi Mạng FDMA (H5.4) Nhận xét: • Do người dùng cấp băng tần riêng, nên đụng độ xảy Khi có số lượng người dùng nhỏ ổn định, người dùng cần giao tiếp nhiều FDMA chế điều khiển truy cập đường truyền hiệu • Tuy nhiên, mà lượng người gởi liệu lớn liên tục thay đổi đường truyền vượt khả phục vụ FDMA bộc lộ số vấn đề Nếu phổ đường truyền chia làm N vùng có N người dùng cần truy cập đường truyền, phần lớn phổ đường truyền bị lãng phí Ngược lại, có nhiều N người dùng có nhu cầu truyền liệu số người dùng phải bị từ chối truy cập đường truyền thiếu băng thông Tuy nhiên, lại giả sử số lượng người dùng cách giữ ổn định số N, việc chia kênh truyền thành kênh truyền tự thân không hiệu Lý là: có vài người dùng rỗi, 2/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) không truyền liệu kênh truyền cấp cho người dùng bị lãng phí • Có thể dễ dàng thấy hiệu nghèo nàn FDMA từ phép tính theo lý thuyết xếp hàng đơn giản Bắt đầu thời gian trì hoãn trung bình T kênh truyền có dung lượng C bps, với tỉ lệ đến trung bình λ khung/ giây, khung có chiều dài từ hàm phân phối mũ với giá trị trung bình 1/μ bit/khung Với tham số ta có tỉ lệ phục vụ μC khung/giây Từ lý thuyết xếp hàng ta có: Thời gian chờ đợi trung bình kênh truyền sử dụng FDMA xấu gấp N lần so với trường hợp ta xếp cho khung truyền kênh lớn Chia thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access) Trong phương pháp này, trạm xoay vòng (round) để truy cập đường truyền Vòng hiểu vòng thời gian Một vòng thời gian khoảng thời gian đủ tất trạm LAN quyền truyền liệu Qui tắc xoay vòng sau: vòng thời gian chia thành khe (slot) thời gian nhau, trạm cấp khe thời gian – đủ để truyền hết gói tin Những trạm tới lượt cấp cho khe thời gian mà liệu để truyền chiếm lấy khe thời gian đó, khoảng thời gian bị chiếm gọi thời gian nhàn rỗi (idle time) Tập hợp tất khe thời gian vòng gọi lại khung (frame) Ví dụ: Mạng TDMA (H5.5) 3/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Mạng LAN dùng chế truy cập đường truyền TDMA có sáu trạm Các trạm 1, 3, có liệu cần truyền Các trạm 2, 5, nhàn rỗi Chúng ta áp dụng nhận xét mạng TDMA mạng FDMA Mỗi người dùng cấp phát khe thời gian Và người dùng không sử dụng khe thời gian để truyền liệu thời gian bị lãng phí Kết hợp FDMA TDMA Trong thực tế, hai kỹ thuật TDMA FDMA thường kết hợp sử dụng với nhau, ví dụ mạng điện thoại di động • Các điện thoại di động TDMA sử dụng kênh 30 KHz, kênh lại chia thành ba khe thời gian Một thiết bị cầm tay sử dụng khe thời gian cho việc gởi khe khác cho việc nhận liệu Chẳng hạn hệ thống: Cingular (Nokia 8265, TDMA 800/ 1900 MHz, AMPS 800 mHz ), AT&T Wireless • Hệ thống GSM sử dụng kênh 200 KHz chia thành khe thời gian Một thiết bị cầm tay sử dụng khe thời gian hai kênh khác để gởi nhận thông tin Các hệ thống Cingular, T-Mobile, AT&T chuyển sang dùng kỹ thuật Kết hợp TDMA FDMA (H5.6) Phân chia mã (CDMA – Code Division Multiple Access) CDMA hoàn toàn khác với FDMA TDMA Thay chia dãy tần số thành nhiều kênh truyền băng thông hẹp, CDMA cho phép trạm có quyền phát liệu lên toàn phổ tần đường truyền lớn thời điểm Các truy cập đường truyền xảy đồng thời tách biệt với kỹ thuật mã hóa CDMA xóa tan lo lắng cho khung liệu bị đụng độ đường truyền bị biến dạng Thay vào CDMA nhiều tín hiệu đồng thời cộng lại cách tuyến tính! Kỹ thuật CDMA thường sử dụng kênh truyền quảng bá không dây (mạng điện thoại di động, vệ tinh …) Trước vào mô tả giải thuật CDMA, xem xét ví dụ gần giống sau: phòng đợi sân bay có nhiều cặp hành khách chuyện trò TDM 4/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) so sánh với cảnh tượng: tất người đứng phòng, chờ đến lượt phát biểu FDM giống cảnh tượng: cặp vào ô nói chuyện riêng Còn CDMA lại giống cảnh: người đứng phòng đợi, nói chuyện đồng thời, cặp chuyện trò sử dụng ngôn ngữ riêng Cặp nói tiếng Pháp líu lo với tiếng Pháp, bỏ qua tiếng động tiếng Pháp coi tiếng ồn Vì thế, vấn đề then chốt CDMA khả rút trích tín hiệu mong muốn từ chối thứ khác coi tiếng ồn ngẫu nhiên Trong CDMA, thời gian gởi bit (bit time) lại chia thành m khoảng nhỏ hơn, gọi chip Thông thường, có 64 hay 128 chip bit, ví dụ phía dưới, dùng chip cho đơn giản Nhiều người dùng chia sẻ chung băng tần, người dùng cấp cho mã dài m bit gọi dãy chip (chip sequence) Dãy chip dùng để mã hóa giải mã liệu riêng người dùng kênh truyền chung đa người dùng Ví dụ, sau dãy chip: (11110011) Để gởi bit 1, người dùng gởi dãy chip Còn để gởi bit 0, người dùng gởi phần bù dãy chip Ví dụ với dãy chip trên, gởi bit 1, người dùng gởi 11110011; gởi bit người dùng gởi 00001100 Để tiện cho việc minh họa, sử dụng ký hiệu lưỡng cực sau: bit ký hiệu -1, bit ký hiệu +1 Cũng cần phải đưa định nghĩa mới: tích (inner product): Tích hai mã S T, ký hiệu S•T, tính trung bình tổng tích bit nội tương ứng hai mã Bây ta xem xét cách thức cấp phát chuỗi chip cho trạm, cho không gây lẫn lộn thông tin trạm với Định nghĩa: Hai mã S T có chiều dài m bits gọi trực giao khi: 5/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Nếu Di > “ngưỡng”, coi 1, ngược lại coi -1 Ví dụ: Hệ thống có người dùng A, B, C, D Các mã số tương ứng họ sau: Nếu ký hiệu theo kiểu lưỡng cực thì: 6/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Để ý mã số A, B, C, D trực giao! Có sáu ví dụ: Chỉ có người dùng C gởi bit 1: B gởi bit 1, C gởi bit A gởi bit 1, B gởi bit A, C gởi bit 1, B gởi bit A, B, C, D gởi bit A, B, D gởi bit 1, C gởi bit Ta tính toán mã tổng hợp gởi lên đường truyền sau: Bây giờ, ta tính liệu nguyên thủy người dùng trạm C, sau rút trích từ mã tổng hợp sau: Nhận xét: • Đầu tiên, phải giả sử tất dãy chip đồng hóa để gởi nhận thời điểm Nhưng thực tế, kiểu đồng hóa có Những người ta làm để đồng hóa là: người gởi người nhận đồng hóa với cách cho người gởi gởi dãy chip định nghĩa trước, dãy phải đủ dài bên nhận theo kịp bên gởi Tất truyền nhận khác xem nhiễu ngẫu nhiên Người ta chứng minh rằng, chuỗi chip dài xác suất 7/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) phát chuỗi cách xác cao với diện nhiễu • Cũng cần phải giả thiết rằng: bên nhận biết xác bên gởi Tuy thực tế, cần phải trung thực mà nói rằng: đặt giả thiết dễ làm Nhưng tin tưởng CDMA có nhiều chi tiết phức tạp thông minh để làm chuyện Phương pháp truy cập đường truyền ngẫu nhiên (Random Access) Trong phương pháp này, người ta trạm tự tranh chấp đường truyền chung để truyền khung liệu Nếu trạm cần gởi khung, gởi khung toàn dải thông kênh truyền Sẽ phối hợp trình tự trạm Nếu có hai trạm phát lúc, “đụng độ” (collision) xảy ra, khung bị đụng độ bị hư hại Giao thức truy cập đường truyền ngẫu nhiên dùng để xác định: • Làm để phát đụng độ • Làm để phục hồi sau đụng độ Ví dụ giao thức truy cập ngẫu nhiên: slotted ALOHA pure ALOHA, CSMA CSMA/CD, CSMA/CA ALOHA Vào năm 1970, Norman Abramson đồng Đại học Hawaii phát minh phương pháp ưu hạng dùng để giải toán cấp phát kênh truyền Sau công việc họ tiếp tục mở rộng nhiều nhà nghiên cứu khác Mặc dù công trình Abramson, gọi hệ thống ALOHA, sử dụng hệ thống truyền quảng bá sóng radio mặt đất, ý tưởng sở áp dụng cho hệ thống người dùng phối hợp với tranh chấp sử dụng đường truyền chung Ở đây, thảo luận hai phiên ALOHA: pure (thuần túy) slotted (được chia khe) Slotted ALOHA Thời gian chia thành nhiều slot có kích cỡ (bằng thời gian truyền khung) Một trạm muốn truyền khung phải đợi đến đầu slot thời gian truyền Dĩ nhiên xảy đụng độ khung bị đụng độ bị hư Tuy nhiên, dựa tính phản hồi việc truyền quảng bá, trạm phát theo dõi xem khung phát có bị hủy hoại hay không cách lắng nghe kênh truyền Những trạm khác làm theo cách tương tự Trong trường hợp lý mà trạm 8/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) dùng chế lắng nghe đường truyền, hệ thống cần yêu cầu bên nhận trả lời khung báo nhận (acknowledgement) cho bên phát Nếu phát sinh đụng độ, trạm phát gởi lại khung đầu slot với xác suất p thành công Ví dụ minh họa: Có trạm muốn truyền khung thông tin Minh họa giao thức Slotted ALOHA (H5.7) Do có đụng độ mà khung thông tin, câu hỏi đặt là: đâu tỉ suất truyền khung thành công trạm mạng? Giả sử có N trạm muốn truyền liệu, trạm truyền khung thông tin slot với xác suất p Xác suất để trạm N trạm truyền thành công S(p) tính sau: Pure ALOHA Kỹ thuật Pure ALOHA đơn giản Slotted ALOHA đồng hóa trạm Mỗi muốn truyền khung thông tin, trạm truyền mà không cần đợi đến đầu slot thời gian Vì xác xuất bị đụng độ tăng thêm! Nghĩa khung thông tin gởi thời điểm t0 đụng độ với khung gởi khoảng thời gian [t0-1, t0+1] 9/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Minh họa giao thức Pure ALOHA (H5.8) Gọi P xác xuất kiện đó, ta có phân tích sau: P(nút i truyền thành công) = P(để nút i truyền) × P(không có nút khác truyền khoảng [t0-1,t0]) × P(không có nút khác truyền khoảng [t0, t0+1]) Những phân tích vừa nêu giả sử có thường trực N trạm mạng Và trường hợp tối ưu, trạm thử truyền vơi xác suất 1/N Trong thực tế, số lượng trạm thường trực mạng thay đổi Giả sử có tổng cộng m trạm làm việc n trạm thường trực mạng, trạm thường trực mạng cố gởi khung thông tin với xác suất cố định p m-n trạm lại không thường trực, chúng gởi khung thông tin với xác suất pa, với pa nhỏ p Nhận xét chung ALOHA: • Hiệu thấp thăm dò đường truyền trước gởi khung, dẫn đến việc nhiều thời gian cho việc phát đụng độ phục hồi sau đụng độ • Hoạt động theo kiểu ALOHA có khả dẫn đến việc hệ thống bị “chết đứng” nỗ lực gởi gói tin tất trạm bị đụng độ Slotted ALOHA trở nên quan trọng với lý không rành mạch Nó đời vào năm 1970, sử dụng số hệ thống thí nghiệm thời đó, bị lãng quên Và công nghệ truy cập Internet không qua cable phát minh, lại phát sinh vấn đề để cấp phát đường truyền chia sẻ cho nhiều người dùng cạnh tranh, Slotted ALOHA lại lôi từ thùng rác để cứu rỗi đời Vẫn thường có chuyện giao thức hợp lý cách hoàn hảo lại không sử dụng lý trị, nhiều năm sau đó, số người thông thái lại nhận giao thức bỏ từ lâu lại giúp họ giải vấn đề Với lý vậy, chương này, nghiên cứu số giao thức ưu hạng không sử dụng rộng rãi sử dụng dễ 10/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) dàng ứng dụng tương lai Dĩ nhiên nghiên cứu nhiều giao thức sử dụng rộng rãi CSMA – Carrier Sense Multiple Access Giao thức ALOHA chạy được, điều đáng ngạc nhiên người ta lại trạm làm việc tự gởi thông tin lên đường truyền mà chẳng cần quan tâm đến việc tìm hiểu xem trạm khác làm Và điều dẫn đến nhiều vụ đụng độ tín hiệu Tuy nhiên, mạng LAN, người ta thiết kế trạm làm việc cho chúng điều tra xem trạm khác làm tự điều chỉnh hành vi cách tương ứng Làm giúp cho hiệu mạng đạt cao CSMA giao thức vậy! Các giao thức mà trạm làm việc lắng nghe đường truyền trước đưa định phải làm tương ứng với trạng thái đường truyền gọi giao thức có “cảm nhận” đường truyền (carrier sense protocol) Cách thức hoạt động CSMA sau: lắng nghe kênh truyền, thấy kênh truyền rỗi bắt đầu truyền khung, thấy đường truyền bận trì hoãn lại việc gởi khung Thế trì hoãn việc gởi khung nào? Có ba giải pháp: • Theo dõi không kiên trì (Non-persistent CSMA): Nếu đường truyền bận, đợi khoảng thời gian ngẫu nhiên tiếp tục nghe lại đường truyền • Theo dõi kiên trì (persistent CSMA): Nếu đường truyền bận, tiếp tục nghe đến đường truyền rỗi truyền gói tin với xác suất • Theo dõi kiên trì với xác suất p (P-persistent CSMA): Nếu đường truyền bận, tiếp tục nghe đến đường truyền rỗi truyền gói tin với xác suất p Dễ thấy giao thức CSMA cho dù theo dõi đường truyền kiên trì hay không kiên trì khả tránh đụng độ tốt ALOHA Tuy thế, đụng độ xảy CSMA! Tình phát sinh sau: trạm vừa phát xong trạm khác phát sinh yêu cầu phát khung bắt đầu nghe đường truyền Nếu tín hiệu trạm thứ chưa đến trạm thứ hai, trạm thứ hai cho đường truyền rảnh bắt đầu phát khung Như đụng độ xảy 11/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Mô tả không gian thời gian diễn đụng độ (H5.9) Hậu đụng độ là: khung bị toàn thời gian từ lúc đụng độ xảy phát xong khung lãng phí! Bây phát sinh vấn đề mới: trạm có quan tâm theo dõi xem có đụng độ xảy không đụng độ xảy trạm làm gi? CSMA với chế theo dõi đụng độ (CSMA/CD – CSMA with Collision Detection) CSMA/CD giống CSMA: lắng nghe trước truyền Tuy nhiên CSMA/CD có hai cải tiến quan trọng là: phát đụng độ làm lại sau đụng độ Phát đụng độ: Trạm vừa truyền vừa tiếp tục dò xét đường truyền Ngay sau đụng độ phát trạm ngưng truyền, phát thêm dãy nhồi (dãy nhồi có tác dụng làm tăng cường thêm va chạm tín hiệu, giúp cho tất trạm khác mạng thấy đụng độ), bắt đầu làm lại sau đụng độ CSMA/CD, giống giao thức LAN khác, sử dụng mô hình quan niệm hình sau: 12/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) CSMA/CD ba trạng thái: tranh chấp, truyền, rảnh (H5.10) Tại thời điểm t0, trạm phát xong khung Bất kỳ trạm khác có khung cần truyền cố truyền thử Nếu hai nhiều trạm làm lúc xảy đụng độ Đụng độ phát cách theo dõi lượng hay độ rộng xung tín hiệu nhận đem so sánh với độ rộng xung vừa truyền Bây ta đặt câu hỏi: Sau truyền xong khung (hết giai đoạn truyền), trạm bỏ thời gian tối đa để biết khung bị đụng độ truyền thành công? Gọi thời gian “cửa sổ va chạm” ký hiệu Tw Phân tích sau cho câu trả lời Hình sau mô chi tiết thời gian phát khung hai trạm A B hai đầu mút xa đường truyền tải Thời gian cần thiết để truyền khung (H5.11) Đặt Tprop thời gian lan truyền tín hiệu hai đầu mút xa đường truyền tải • Tại thời điểm t, A bắt đầu phát khung liệu 13/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) • Tại t+Tprop-ε, B phát kênh truyền rảnh phát khung liệu • Tại t+ Tprop, B phát đụng độ • Tại t+2Tprop-ε, A phát đụng độ Theo phân tích trên, Tw = 2Tprop Phát đụng độ truyền tin (H5.12) Việc hủy bỏ truyền khung phát có đụng độ giúp tiết kiệm thời gian băng thông, tiếp tục truyền khung nữa, khung hư phải bị hủy bỏ Xử lý khu đụng độ (H5.13) Thuật toán back-off hoạt động sau: 14/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA GIAO THỨC CSMA/CD: Gọi: P kích thước khung, ví dụ 1000 bits C dung lượng đường truyền, ví dụ 10 Mbps Ta có thời gian phát hết khung thông tin P/C giây Trung bình, thử e lần trước truyền thành công khung Vì vậy, với lần phát thành công khung (tốn P/C giây), ta tổng cộng 2eTprop (»5Tprop) đụng độ Thành thử hiệu giao thức (tỉ lệ thời gian hoạt động hữu ích tổng thời gian hoạt động) là: Giá trị a đóng vai trò quan trọng đến hiệu suất hoạt động mạng kiểu CSMA/ CD Phương pháp phân lượt truy cập đường truyền Bây thử nhìn lại hai phương pháp điều khiển truy cập đường truyền “chia kênh” “truy cập ngẫu nhiên”, ta thấy chúng có điểm hay hạn chế: • Trong giao thức dạng chia kênh, kênh truyền phân chia cách hiệu công tải trọng đường truyền lớn Tuy nhiên chúng không hiệu tải trọng đường truyền nhỏ: có độ trì hoãn truy cập kênh truyền, 1/N băng thông cấp cho người dùng có người dùng diện hệ thống 15/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) • Các giao thức dạng truy cập ngẫu nhiên lại hoạt động hiệu tải trọng đường truyền thấp Nhưng tải trọng đường truyền cao phải tốn nhiều chi phí cho việc xử lý đụng độ Các giao thức dạng “phân lượt” để ý đến việc tận dụng mặt mạnh hai dạng nói Ý tưởng giao thức dạng “phân lượt” không đụng độ xảy cách cho trạm truy cập đường truyền cách Về bản, có hai cách thức để “phân lượt” sử dụng đường truyền: • Thăm dò (polling): Trạm chủ (master) mời trạm tớ (slave) truyền đến lượt Lượt truyền cấp phát cho trạm tớ cách: trạm chủ dành phần cho trạm tớ trạm tớ yêu cầu trạm chủ đáp ứng Tuy nhiên thấy vấn đề gặp phải giải pháp là: chi phí cho việc thăm dò, độ trễ phải chờ phân lượt truyền, hệ thống rối loạn trạm chủ gặp cố • Chuyền thẻ (token passing): Thẻ điều khiển chuyển từ trạm qua trạm Trạm có tay thẻ quyền truyền, truyền xong phải chuyền thẻ qua trạm Những vấn đề cần phải quan tâm: chi phí quản lý thẻ bài, độ trễ phải chờ thẻ bài, khó khăn thẻ bị Ví dụ phương pháp thăm dò: Thăm dò phân tán (Distributed Polling) Thời gian chia thành “khe” (slot) Giả sử hệ thống có N trạm làm việc Một chu kỳ hoạt động hệ thống bắt đầu N khe thời gian ngắn dùng để đặt chỗ (reservation slot) Khe thời gian dùng để đặt chỗ với thời gian lan truyền tín hiệu hai đầu mút xa đường truyền Tới khe đặt chỗ thứ i, trạm thứ i muốn truyền liệu phát tín hiệu đặt chỗ lên kênh truyền, tín hiệu nhìn thấy tất trạm khác mạng Sau thời gian đặt chỗ, trạm bắt đầu việc truyền liệu theo trình tự đăng ký Mô tả chu kỳ hoạt động hệ thống Thăm dò phân tán (H5.14) Ví dụ phương pháp chuyển thẻ bài: Token Ring Giao thức sử dụng mạng kiểu hình vòng, dùng thẻ để cấp quyền sử dụng đường truyền Mạng token ring bao gồm tập hợp trạm nối với thành vòng 16/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Mô hình hoạt động mạng Token Ring (H5.15) Dữ liệu chạy theo hướng vòng quanh vòng Mỗi trạm nhận khung từ trạm phía chuyển khung đến trạm phía Thẻ công cụ để định có quyền truyền thời điểm Cách thức hoạt động mạng token ring sau: thẻ bài, thực chất dãy bit, chạy vòng quanh vòng; nút nhận thẻ lại chuyển tiếp thẻ Khi trạm có khung cần truyền lúc thấy có thẻ tới, liền lấy thẻ khỏi vòng (nghĩa chuyển tiếp chuỗi bit đặc biệt lên vòng nữa), thay vào đó, truyền khung liệu Khi khung liệu vòng quay lại, trạm phát rút khung chèn lại thẻ vào vòng Hoạt động xoay vòng Card mạng dùng cho token ring có nhận, phát đệm dùng chứa liệu Khi trạm vòng có liệu để truyền, thẻ lưu chuyển vòng quanh Nếu trạm có liệu cần truyền có thẻ bài, có quyền truyền nhiều khung liệu tùy theo qui định hệ thống Mỗi khung liệu phát có phần thông tin chứa địa đích trạm bên nhận; chứa địa muticast broadcast tùy theo việc bên gởi muốn gởi khung cho nhóm người nhận hay tất người vòng Khi khung thông tin chạy qua trạm vòng, trạm nhìn vào địa đích khung để biết xem có phải đích đến khung không Nếu phải, trạm chép nội dung khung vào đệm nó, chép không xóa khung khỏi vòng Một vấn đề cần phải quan tâm đến trạm giữ thẻ có quyền truyền liệu, hay nói cách khác trạm cho thời gian để truyền liệu? Chúng ta gọi thời gian thời gian giữ thẻ – THT (Token Holding Time) Trong trường hợp vòng có trạm cần truyền liệu trạm khác không 17/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) có nhu cầu truyền, ta cấp THT cho trạm có nhu cầu lâu tốt Điều làm tăng hiệu suất sử dụng hệ thống cách đáng kể Bởi thật ngớ ngẩn bắt trạm ngừng, chờ thẻ chạy hết vòng, lại truyền tiếp Tuy nhiên, giải pháp không hoạt động tốt có nhiều trạm vòng cần gởi liệu THT dài thích hợp cho trạm cần truyền nhiều liệu, lại không phù hợp với trạm có thông điệp cần gởi thông điệp tối quan trọng Điều giống tình mà bạn xếp hàng để sử dụng máy ATM sau anh chàng định rút 10 triệu đồng, bạn cần vào để kiểm tra tài khoản tiền! Trong mạng 802.5, THT mặc định 10 ms Từ thời gian giữ thẻ bài, lại nghĩ số đo quan trọng khác: Thời gian xoay vòng thẻ – TRT (Token rotation time), nghĩa lượng thời gian bỏ để thẻ hết vòng Dễ nhận thấy rằng: TRT ≤ Số nút hoạt động × THT + Độ trễ vòng Với “Độ trễ vòng” tổng thời gian để thẻ hết vòng vòng trạm cần truyền liệu, “Số nút hoạt động” ám số trạm có liệu cần truyền Giao thức 802.5 cung cấp phương thức truyền liệu tin cậy cách sử dụng hai bit A C đuôi khung liệu Hai bit bày ban đầu nhận giá trị Khi trạm nhận đích đến khung liệu, đặt bit A khung lên Khi trạm chép khung vào nhớ đệm nó, đặt bit C lên Khi trạm gởi thấy khung quay lại với bit A 0, biết trạm đích bị hư hỏng mặt Nếu bit A 1, bit C 0, điều ám trạm đích có mặt lý trạm đích nhận khung (ví dụ thiếu đệm chẳng hạn) Vì khung truyền lại sau với hy vọng trạm đích tiếp nhận Chi tiết cuối cần phải xem xét là: xác trạm nhả thẻ ra? Có hai đề nghị: a) nhả thẻ sau trạm vừa truyền khung xong (RAT); b) nhả thẻ sau trạm nhận lại khung vừa phát (RAR) 18/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Nhả token: a)RAT b)RAR (H5.16) Quản lý hoạt động mạng Token Ring Cần thiết phải đề cử trạm làm nhiệm vụ quản lý mạng token ring gọi monitor Công việc monitor đảm bảo sức khỏe cho toàn vòng Bất kỳ trạm trở thành monitor Thủ tục bầu chọn monitor diễn vòng vừa tạo monitor vòng bị cố Một monitor mạnh khỏe định kỳ thông báo diện cho toàn vòng biết thông điệp đặc biệt Nếu trạm không nhận thông báo diện monitor khoảng thời gian đó, coi monitor bị hỏng cố trở thành monitor Khi trạm định cần phải có monitor mới, gởi thông điệp thỉnh cầu, thông báo ý định trở thành monitor Nếu thông điệp chạy vòng lại trạm, trạm cho người đồng ý vị trí monitor Còn đồng thời có nhiều trạm gởi thông điệp thỉnh cầu, chúng phải áp dụng luật lựa chọn đó, chẳng hạn “ai có địa cao thắng cử” Nhiệm vụ đáng ý monitor phải đảm bảo luôn có diện thẻ vòng, di chuyển hay bị giữ trạm Rõ ràng thẻ bị biến lý chẳng hạn lỗi bit, trạm giữ bị hư hỏng Để phát việc thẻ bị mất, thẻ chạy ngang qua monitor, bật đếm thời gian để tính Bộ đếm có giá trị tối đa là: Số lượng trạm × THT + Độ trễ vòng Trong “Số lượng trạm” số trạm làm việc diện vòng, “độ trễ vòng” tổng thời gian lan truyền tín hiệu vòng Nếu đếm đạt đến giá trị tối đa mà monitor không thấy thẻ chạy qua tạo thẻ Monitor phải kiểm tra xem có khung bị hỏng vô thừa nhận hay không Một khung có lỗi checksum khuôn dạng không hợp lệ chạy cách vô định vòng Monitor thu khung lại trước chèn lại thẻ vào vòng Một khung vô thừa nhận khung mà chèn thành công vào vòng, cha bị chết, nghĩa trạm gởi gởi lên vòng, chưa kịp thu lại bị chết (down) Những khung bị phát cách thêm vào bit điều khiển gọi monitor bit Khi phát lần đầu tiên, monitor bit khung nhận giá trị Khi khung ngang qua monitor, monitor đặt monitor bit lên Nếu monitor thấy khung lại chạy qua với monitor bit 1, rút khung khỏi vòng Một chức quản lý vòng khác phát trạm bị chết Nếu trạm vòng bị chết, làm đứt vòng Để tránh tình trạng người ta thêm vào trạm rờ-le điện tử (relay) Khi trạm mạnh khỏe, rờ-le mở trạm nối với vành, 19/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) trạm bị chết ngưng không cung cấp lượng cho rờ-le, rờ-le tự động đóng mạch bỏ qua trạm Sử dụng relay để tránh đứt vòng (H5.17) Khi monitor nghi ngờ trạm bị chết, gởi đến trạm khung đặc biệt gọi khung beacon Nếu không nhận trả lời thích đáng, monitor coi trạm chết ĐÁNH GIÁ VỀ MẠNG TOKEN RING: Ta khảo sát hai kiểu chuyển thẻ bài: Release After Reception (RAR) Release After Transmisions (RAT) RAR: Nhả thẻ sau nhận lại liệu Sau trạm phát khung liệu nó, trạm chờ đến khung quay trở lại chuyền thẻ cho trạm Mạng IEEE 802.5 Token Ring (16Mbps) sử dụng chế Mô chế chuyền thẻ RAR (H5.18) Ta gọi hiệu suất truyền khung hRAR Mạng kiểu RAR đạt hiệu suất tối đa trạm phát liên tục 20/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Đặt: Tprop thời gian lan truyền tín hiệu hai đầu mút xa đường truyền tải Ttran thời gian để phát hết khung liệu lên đường truyền P kích thước khung liệu, ví dụ 1000 bits C dung lượng đường truyền, ví dụ 10 Mbps Sau biểu đồ mô mối liên quan thời gian phát khung thời gian truyền tín hiệu: Thời gian lan truyền phát khung với RAR (H5.19) Trong trường hợp trạm phải nhường token sau token hết vòng quay trở lại trạng phân bổ thời gian vẽ đây: 21/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Các khoảng thời gian trạm phải trải qua gởi liệu chuyền thẻ (H5.20) Giả sử token có kích thước nhỏ để coi thời gian phát không, mạng có N trạm làm việc khoảng cách trạm Vì vậy, thời gian lan truyền tín hiệu từ trạm đến trạm liền kề Tprop/N Có thể nhận thấy thời gian để token chuyển từ trạm sang trạm kề Tprop/N Vì vậy: RAT: Nhả thẻ sau truyền liệu Với kỹ thuật RAT, trạm chuyền thẻ điều khiển cho trạm sau vừa phát song khung liệu Ví dụ mạng FDDI (Fiber Distributed Data Interface 100Mbps) sử dụng kỹ thuật 22/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Mô kỹ thuật RAT (H5.21) Gọi hiệu suất truyền khung ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** Với kỹ thuật RAT, hiệu suất đạt tối đa trạm liên tục truyền khung Sau biểu đồ thời gian mô phỏng: Thời gian phát lan truyền khung (H5.22) Tuy nhiên trạm buộc phải nhả token sau vừa phát liệu xong, biểu đồ thời gian có khác: 23/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Khi trạm phải nhả token sau vừa phát liệu (H5.23) Ta tính lại hiệu suất sau: Ví dụ phương pháp chuyền thẻ bài: Token Bus Sơ đồ mạng Token Bus (H5.24) Kỹ thuật Token Bus chất sử dụng mạng hình bus Tuy nhiên người ta muốn thiết lập vòng ảo để hoạt động giống Token Ring Nguyên tắc hoạt 24/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) động sau: trạm có nhu cầu truyền liệu tham gia vào vòng ảo, ngược lại nằm nghe thôi! Giải thuật bổ sung trạm vào vòng: • Mỗi trạm vòng có trách nhiệm định kỳ tạo điều kiện cho trạm khác tham gia vào vòng • Trước chuyển thẻ đi, trạm gởi thông báo “tìm trạm đứng sau” (có địa trạm đứng liền kề tại) • Nếu sau thời gian xác định mà yêu cầu gia nhập nào, trạm chuyển thẻ đến trạm thường lệ • Nếu có yêu cầu gia nhập vòng, trạm ghi nhận trạm yêu cầu trạm chuyển thẻ tới trạm kế Giải thuật rút lui khỏi vòng: • Khi muốn rút khỏi vòng, trạm chờ đến có token, sau gởi yêu cầu “nối trạm đứng sau” tới trạm đứng trước nó, yêu cầu trạm đứng trước nối trực tiếp với trạm đứng liền sau Ngoài phải quan tâm đến tình trạng thẻ bài, trạm thành viên vòng bị hư hỏng 25/25 [...]... 23/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) Khi một trạm phải nhả token ngay sau khi nó vừa phát dữ liệu (H5.23) Ta tính lại hiệu suất như sau: Ví dụ về phương pháp chuyền thẻ bài: Token Bus Sơ đồ mạng Token Bus (H5.24) Kỹ thuật Token Bus về bản chất là sử dụng mạng hình bus Tuy nhiên người ta muốn thiết lập một vòng ảo trên đó để nó hoạt động giống như Token Ring Nguyên tắc hoạt 24/25 Lớp con MAC. .. mạnh khỏe, rờ-le sẽ mở và trạm được nối với vành, 19/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) khi trạm bị chết và ngưng không cung cấp năng lượng cho rờ-le, rờ-le sẽ tự động đóng mạch và bỏ qua trạm này Sử dụng relay để tránh đứt vòng (H5.17) Khi monitor nghi ngờ một trạm bị chết, nó sẽ gởi đến trạm đó một khung đặc biệt gọi là khung beacon Nếu không nhận được trả lời thích đáng, monitor sẽ coi.. .Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) dàng trong các ứng dụng ở tương lai Dĩ nhiên là chúng ta cũng sẽ nghiên cứu nhiều giao thức đang được sử dụng rộng rãi hiện nay CSMA – Carrier Sense Multiple Access Giao thức ALOHA mặc dù đã chạy được, nhưng một điều đáng ngạc nhiên là người ta lại để cho các... truyền một khung (H5.11) Đặt Tprop là thời gian lan truyền tín hiệu giữa hai đầu mút xa nhau nhất trên đường truyền tải • Tại thời điểm t, A bắt đầu phát đi khung dữ liệu của nó 13/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) • Tại t+Tprop-ε, B phát hiện kênh truyền rảnh và phát đi khung dữ liệu của nó • Tại t+ Tprop, B phát hiện sự đụng độ • Tại t+2Tprop-ε, A phát hiện sự đụng độ Theo phân tích trên,... tiết kiệm thời gian và băng thông, vì nếu cứ tiếp tục truyền khung đi nữa, khung đó vẫn hư và vẫn phải bị hủy bỏ Xử lý khu đụng độ (H5.13) Thuật toán back-off hoạt động như sau: 14/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA GIAO THỨC CSMA/CD: Gọi: P là kích thước của khung, ví dụ như 1000 bits C là dung lượng của đường truyền, ví dụ như 10 Mbps Ta có thời gian phát hết một... trọng của đường truyền là nhỏ: có độ trì hoãn khi truy cập kênh truyền, chỉ 1/N băng thông được cấp cho người dùng ngay cả khi chỉ có duy nhất người dùng đó hiện diện trong hệ thống 15/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) • Các giao thức dạng truy cập ngẫu nhiên thì lại hoạt động hiệu quả khi tải trọng của đường truyền thấp Nhưng khi tải trọng đường truyền cao thì phải tốn nhiều chi phí cho việc... Token Ring Giao thức này sử dụng mạng kiểu hình vòng, dùng thẻ bài để cấp quyền sử dụng đường truyền Mạng token ring bao gồm một tập hợp các trạm được nối với nhau thành một vòng 16/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) Mô hình hoạt động của mạng Token Ring (H5.15) Dữ liệu luôn chạy theo một hướng vòng quanh vòng Mỗi trạm nhận khung từ trạm phía trên của nó và rồi chuyển khung đến trạm phía... truyền dữ liệu? Chúng ta gọi thời gian này là thời gian giữ thẻ bài – THT (Token Holding Time) Trong trường hợp trong vòng chỉ có một trạm cần truyền dữ liệu và các trạm khác không 17/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) có nhu cầu truyền, thì ta có thể cấp THT cho trạm có nhu cầu càng lâu càng tốt Điều này sẽ làm tăng hiệu suất sử dụng hệ thống một cách đáng kể Bởi vì sẽ thật là ngớ ngẩn nếu... thì trạm sẽ nhả thẻ bài ra? Có hai đề nghị: a) nhả thẻ bài ra ngay sau khi trạm vừa truyền khung xong (RAT); b) nhả thẻ bài ra ngay sau khi trạm nhận lại khung vừa phát ra (RAR) 18/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) Nhả token: a)RAT b)RAR (H5.16) Quản lý hoạt động của mạng Token Ring Cần thiết phải đề cử ra một trạm làm nhiệm vụ quản lý mạng token ring gọi là monitor Công việc của monitor... và bắt đầu nghe đường truyền Nếu tín hiệu của trạm thứ nhất chưa đến trạm thứ hai, trạm thứ hai sẽ cho rằng đường truyền đang rảnh và bắt đầu phát khung Như vậy đụng độ sẽ xảy ra 11/25 Lớp con MAC (Media Access Control Sublayer) Mô tả không gian và thời gian diễn ra đụng độ (H5.9) Hậu quả của đụng độ là: khung bị mất và toàn bộ thời gian từ lúc đụng độ xảy ra cho đến khi phát xong khung là lãng phí! ... rộng rãi sử dụng dễ 10/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) dàng ứng dụng tương lai Dĩ nhiên nghiên cứu nhiều giao thức sử dụng rộng rãi CSMA – Carrier Sense Multiple Access Giao thức ALOHA... kênh truyền thành kênh truyền tự thân không hiệu Lý là: có vài người dùng rỗi, 2/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) không truyền liệu kênh truyền cấp cho người dùng bị lãng phí • Có thể dễ... Tập hợp tất khe thời gian vòng gọi lại khung (frame) Ví dụ: Mạng TDMA (H5.5) 3/25 Lớp MAC (Media Access Control Sublayer) Mạng LAN dùng chế truy cập đường truyền TDMA có sáu trạm Các trạm 1, 3,