Ethernet là một họ lớn và đa dạng gồm các công nghệ mạng dựa khung dữ liệu (framebased) dành cho mạng LAN. Tên Ethernet xuất phát từ khái niệm Ête trong ngành vật lý học. Ethernet định nghĩa một loạt các chuẩn nối dây và phát tín hiệu cho tầng vật lý, hai phương tiện để truy nhập mạng tại phần MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn) của tầng liên kết dữ liệu, và một định dạng chung cho việc đánh địa chỉ.
I Giới thiệu Ethernet Khái niệm Ethernet Ethernet họ lớn đa dạng gồm công nghệ mạng dựa khung liệu (frame-based) dành cho mạng LAN Tên Ethernet xuất phát từ khái niệm Ête ngành vật lý học Ethernet định nghĩa loạt chuẩn nối dây phát tín hiệu cho tầng vật lý, hai phương tiện để truy nhập mạng phần MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn) tầng liên kết liệu, định dạng chung cho việc đánh địa Ethernet chuẩn hóa thành IEEE 802.3 Cấu trúc mạng hình sao, hình thức nối dây cáp xoắn (twisted pair) Ethernet trở thành công nghệ LAN sử dụng rộng rãi từ thập kỷ 1990 nay, thay chuẩn LAN cạnh tranh khác Ethernet cáp đồng trục (coaxial cable), token ring, FDDI, ARCNET Trong năm gần đây, Wi-Fi, dạng LAN không dây chuẩn hóa IEEE 802.11, sử dụng bên cạnh thay cho Ethernet nhiều cấu hình mạng Lịch sử phát triển Ethernet mạng cục công ty Xerox, Intel Digital equipment xây dựng phát triển Ethernet mạng thông dụng mạng nhỏ Ethernet LAN xây dựng theo chuẩn lớp cấu trúc mạng 1|Page ISO, mạng truyền số liệu Ethernet cho phép đưa vào mạng loại máy tính khác kể máy tính mini Các giai đoạn phát triển: • 1972 : Thí nghiệm hệ thống thực Xerox PARC Robert Metcalfe đồng nghiệp (Palo Alto Research Center ) Hệ thống mạng truyền 2,94Mbps dựa Ethernet • 1979: Xây dựng chuẩn Ethernet II, tốc độ 10Mbps • 1981: Chuẩn IEEE 802.3 thức sử dụng Digital Equipment, Intel, Xerox phát triển đưa phiên Ethernet Version 2.0, Ethernet II => chuẩn quốc tế • 1985: IEEE lấy DIX Ethernet làm tảng cho đặc tả kỹ thuật IEEE 802.3 Sau đó, IEEE mở rộng thêm ủy ban 802.3u (Fast Ethernet), 802.3z (Gigabit Ethernet over Fiber) 802.3ab (Gigabit Ethernet over UTP)… Các thành phần mạng Ethernet 2|Page Hình 1: Các thành phần mạng Ethernet • Data terminal Equipment (DTE): Các thiết bị truyền nhận liệu DTEs thường PC, File Server, Print Server, • Data Communication Equipment (DCE): Các thiết bị kết nối mạng cho phép nhận chuyển khung mạng DCE thiết bị độc lập Repeter (không Repeter), Switch, Router khối giao tiếp thông tin Card mạng, Modem, … • Interconnecting Media: Cáp dài 500m ngắn 2.5m Có thể sử dụng cáp xoắn đôi, cáp đồng trục mỏng, cáp đồng trục dày, cáp sợi quang Ethernet có đặc tính kỹ thuật sau : 3|Page • Cấu hình truyền thống : Có cấu trúc dạng tuyến phân đoạn, đường truyền dùng cáp đồng trục, nhiên thành phần cấu trúc Star (Star-wired bus) tín hiệu truyền mạng mã hóa theo kiểu đồng • 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 đoạn cáp tuyến 500m, đoạn tuyến kết nối lại cách dùng chuyển tiếp khoảng cách lớn cho phép nút 2,8km • Sử dụng tín hiệu băng tầng bản, truy xuất tuyến tuyến token (token bus), giao thức CSMA/CD, liệu chuyển gói (64 – 1518 byte) Ngày nay, khái niệm Ethernet thường sử dụng để mạng LAN CSMA/CD, phù hợp với tiêu chuẩn 802.3, đặc điểm : • Hoạt động mức liên kết liệu • Theo nguyên tắc CSMA/CD cảm biến sóng mang có phát đụng độ • Thành phần chính: 4|Page - Phần cứng mạng : Các thiết bị nối mạng - Giao thức điều khiển truy xuất đường truyền - Khung Ethernet : Đơn vị liệu truyền mạng II Các chuẩn tốc độ Ethernet Hình 2: Cách miêu tả tên Ethernet Hệ thống Ethernet 10Mb/s 5|Page - 10Base5: Đây chuẩn ehternet đầu tiên, dựa đồng trục loại dày Tốc độ đạt 10Mb.s, sử dụng bang tần sở , chiều dài cáp tối đa cho phân đoạn mạng 500m - Hình 3: 10BASE5 transceivers, cables and tapping tool - Hình 4: Ethernet trunk cable 802.3 style 1478 12 FT 10Base5 6|Page - 10Base2 : Có tên khác “thin Ethernet” Dựa hệ thống cáp đồng trục mỏng với tốc độ 10Mb/s, chiều dài tối đa phân đoạn 185m ( IEE làm tròn 200m) - 10BaseT: chữ T viết tắt twisted( cáp xoắn cặp), hoạt động tốc độ 10Mb/s dựa hệ thống cắp xoắn cặp Cat trở lên 7|Page - 10BaseF: F viết tắt Fiber optic ( sợi quang), chuẩn ethernet dung cho sợi quang hoạt động tốt tốc độ 10Mb/s, đời năm 1993 Hệ thống Ethernet 100Mb/s ( Fast Ethernet ) - 100BaseT: Cuẩn Ehternet hoạt động với tốc độ 100Mb/s cáp xoắn cạp lẫn cáp sợi quang - 100BaseX: Chữ X nói lên đặc tính mã hóa đường truyền hệ thống ( sử dụng phương pháp mã hóa 4B/5B chuẩn FĐI), bao gồm hai chuẩn 100BaseFX ( sử dụng cáp sợi quang mode) 100BaseTX ( sử dụng cáp xoắn cặp) 8|Page Hình 3: Mô hình mạng 100BaseTX Hình 4: Mô hình mạng 100BaseFX Hệ thống Giga Ethernet - 1000BaseX gồm loại: • 1000Base-SX: sử dụng sợi quang với sóng ngắn 9|Page • 1000Base-LX: sử dụng sợi quang với song dài Hình 5: Mô hình 1000BaseSX_LX • 1000Base-CX: sử dụng cáp đồng 10 | P a g e - 1000BaseT: Hoạt động tốc độ Gigabit, bang tần sở cáp xoắn cặp Cat trở lên Sử dụng kiểu mã hóa đường truyền riêng để đạt tốc độ cao loại cáp III Hoạt động Ethernet Mỗi máy Ethernet, hay gọi máy trạm , hoạt động độc lập với tất trạmkhác mạng , trạm điều khiển trung tâm.Mọi trạm kết nối vớiEthernet thông qua đường truyền tín hiệu chung gọi đuờng trung gian.Tín hiệu Ethernet gửi theo chuỗi , bit , qua đường trung gian tới tấtcả trạm thành viên Để gửi liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh córỗi không , rỗi gửi gói ( liệu) Cơ hội để tham gia vào truyền trạm Tức sựưu tiên Sự thâm nhập vào kênh chung dịnh nhóm điều khiển truynhập trung gian ( Medium Access Control -MAC) đặt trạm MAC thực thi dựa sở phát va chạm sóng mang ( CSMA/CD) -Giao thức CSMA/CD -Xung đột -Truyền liệu 11 | P a g e Hình 6: Hoạt động Ethernet IV Chuẩn Ethernet 10 Gigabit (chuẩn IEEE 802.3) Sơ lược chuẩn Ethernet 10 Gigabit Chuẩn IEEE 802.3 phần họ chuẩn cho mạng cục metropolitan Mối quan hệ thành viên chuẩn trình bày bên 12 | P a g e Hình 9: Họ chuẩn mạng cục IEEE 802.3ae* 2002 (chuẩn Ethernet 10 Gigabit) khác biệt với chuẩn Ethernet trước số điểm thực cáp sợi quang hoạt động chế độ song công toàn phần (fullduplex mode) Với Ethernet 10 Gigabit, giao thức phát xung đột không cần thiết Hiện nay, Ethernet xử lý 10 Gbit/s bảo đảm trì thuộc tính Ethernet định dạng gói tin khả có dễ dàng chuyển sang chuẩn Chuẩn Ethernet 10 Gigabit mở rộng giao thức chuẩn IEEE 802.3ae* lên tới tốc độ đường truyền 10 Gbit/s mở rộng phạm vi ứng dụng Ethernet bao gồm liên kết tương thích WAN Chuẩn Ethernet 10 Gigabit cho phép tăng băng thông đáng kể trì khả tương thích tối ưu với tảng 13 | P a g e cài đặt giao diện chuẩn 802.3, bảo toàn vốn đầu tư trước nghiên cứu, phát triển trì nguyên tắc tồn hoạt động quản lý mạng Trong mô hình OSI (Open Systems Interconnection), Ethernet nằm giao thức lớp lớp Ethernet 10 Gigabit giữ lại kiến trúc Ethernet bản, bao gồm giao thức MAC , định dạng khung Ethernet kích thước tối thiểu tối đa khung Đúng Ethernet Gigabit, 1000BASE-X 1000BASE-T , tiếp nối mô hình Ethernet chuẩn, Ethernet 10 Gigabit tiếp tục cách mạng Ethernet mặt tốc độ khoảng cách, giữ lại kiến trúc Ethernet sử dụng đặc tả Ethernet khác Từ Ethernet 10 Gigabit công nghệ chạy full-duplex (song công toàn phần), không cần đến giao thức CSMA/CD sử dụng công nghệ Ethernet trước (ở vài khía cạch đó, Ethernet 10 Gigabit tương xứng với mô hình Ethernet nguyên thuỷ) Hình 10: Chuẩn IEEE 802.3 mô hình TCP/IP 14 | P a g e Tại lớp vật lý (lớp mô hình OSI), thiết bị lớp vật lý Ethernet (PHY) kết nối môi trường truyền cáp quang hay cáp đồng với lớp MAC thông qua công nghệ ghép nối Ngoài ra, kiến trúc Ethernet chia lớp vật lý thành ba lớp PMD (Physical Medium Dependent), PMA (Physical Medium Attachment) PCS (Physical Coding Sublayer) Các PMD cung cấp kết nối vật lý báo hiệu cho môi trường truyền; ví dụ máy thu phát quang (optical transceiver) PMD PCS bao gồm mã hoá (ví dụ 64B/66B) serializer hay multiplexor (bộ dồn kênh) Chuẩn IEEE 802.3ae* định nghĩa hai kiểu PHY: PHY LAN PHY WAN Chúng cung cấp chức hoạt động, ngoại trừ PHY WAN có tập tính mở rộng PCS cho phép kết nối với số mạng khác Hình 11: Chuẩn IEEE 802.3 Các Ứng dụng Chuẩn Ethernet 10 Gigabit Các nhà cung cấp người dùng cho chi phí cho Ethernet không đắt, hiểu rộng có nghĩa việc triển khai rộng khắp tương thích với thứ có mạng LAN Ngày gói tin rời khỏi máy chủ 15 | P a g e cổng Ethernet Gigabit, truyền phạm vi quốc gia qua mạng DWDM (Dense-Wave Division Multiplexing)[5] tìm thấy đường đến PC gắn vào cổng cáp đồng Gigabit, tất không cần phải đóng gói lại hay chuyển đổi giao thức Ethernet theo nghĩa đen có nghĩa khắp nơi Ethernet 10 Gigabit trì chuyển giao liên tục mặt chức cho ứng dụng mà Ethernet áp dụng vào Ethernet 10 Gigabit sử dụng cho mạng máy chủ (server area network) hay mạng vùng lưu giữ (storage area network), theo truyền thống vùng mạng chuyên dụng giữ độc quyền với tảng người dùng tương đối nhỏ so sánh với Ethernet Các mạng vùng máy chủ cho băng thông tuyệt vời mạng phạm vi nhỏ (thường nhỏ 20 m) Tuy vậy, chúng mạng giữ độc quyền khó triển khai bảo trì Mạng dung lượng nhỏ dẫn đến chi phí cao cho tiếp hợp máy chủ chuyển mạch Như với giải pháp giữ độc quyền nào, chúng hoạt động với công nghệ khác mà không cần đến định tuyến thiết bị chuyển mạch thích hợp Trong mạng vùng lưu trữ, việc thiếu chuẩn số vấn đề khả hoạt động gây khó khăn triển khai Fibre Channel ban đầu Tuy nhiên, công nghệ gặp phải số vấn đề tương tự xảy mạng vùng máy chủ giữ độc quyền thiếu đầu tư Tóm lại, Ethernet 10 16 | P a g e Gigabit sử dụng để thay công nghệ độc quyền hệ liên kết mạng vùng máy chủ lưu trữ với vài lý do: - Ethernet - Hợp 10 Gigabit máy chủ cho dẫn đến băng thông thiết tiét kiệm giá yếu thành - Sự tăng trưởng có kế hoạch tính mạng 10 Gigabit Ngoài ra, việc triển khai toàn công nghệ TOE (TCP/IP Offload Engine) chờ đợi adapter Ethernet 10 Gigabit làm cho đặc biệt hiệu hệ thống máy chủ với việc tận dụng CPU mong muốn thấy hệ thống thời triển khai Ethernet Gigabit Do tốc độ thoả thuận phạm vi rộng Ethernet, công nghệ TOE trở thành vô hiệu giá thành so sánh với mạng dung lượng thấp V Cấu trúc khung Ethernet IEEE 802.3 17 | P a g e Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa khung định dạng liệu cho tất công việc mà MAC thực Thêm vào đó, vài chức lựa chọn thêm vào cho khung liệu Một khung liệu gồm có trường hình vẽ Hình 12 Cấu trúc Frame Ethernet Phần đầu khung Preamble Preamble bắt đầu khung truyền Nó gồm dãy giá trị bit xen kẽ để báo hiệu cho trạm nhận (receiving stations) có khung tới Và cung cấp phương tiện để đồng hóa phần khung nhận lớp vật lý nhận với luồng bits vào Preamble bao gồm bytes sau: 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 Start Frame Delimiter (DFD) SFD chuỗi bit (1 byte) 10101011 Nó theo sau Preamble bắt đầu chuỗi thông tin với hai bit cuối 11 Sau byte địa 18 | P a g e Destination Address (DA) – Địa đích Địa đích bao gồm bytes để xác nhận trạm nhận khung Nó chứa địa vật lý (physical address) đích đến gói Địa vật lý hệ thống mẫu bit mã hóa NIC (Network Interface Card) Nếu gói phải qua mạng LAN đến mạng LAN khác để đến đích nó, trường DA chứa địa vật lý router nối mạng LAN hành mạng LAN kế Khi gói đạt đến mạng đích, trường DA chứa đại vật lý thiết bị đích Trong chuỗi bits này, bit phía bên trái trường DA địa đơn (individual address) bit địa nhóm (group address) bit Bit thứ hai bên trái DA quản lý cục hay quản lý toàn cục Những bit lại gán để xác nhận trạm đơn, nhóm trạm tất trạm mạng (network) Source Address (SA) – Địa nguồn Địa nguồn bao gồm bytes chứa địa vật lý thiết bị cuối chuyển tiếp gói Thiết bị trạm gởi router xảy để nhận chuyển tiếp gói Địa nguồn luôn địa đơn bit phía trái bit Length/type of PDU field Lengh/type field gồm bytes Chỉ số byte PDU (Protocol Data Unit) đến Nếu chiều dài PDU cố định, trường dung loại 19 | P a g e giao thức khác Ví dụ, Novel Internet dùng để làm rõ nghi thức mạng dung PDU Data field – Trường liệu (802.2 frame) Trường liệu gồm n bytes Chiều dài tối thiểu lớn liệu từ 46 bytes đến 1500 bytes Dữ liệu gởi qua lớp mạng với vài thông tin điều khiển Nếu liệu có chiều dài 46 byte gói, chế đặt biệt đệm để đủ tối thiểu 46 bytes PDU tạo lớp phụ (LLC) lien kết đến khung 802.3 Frame Check Sequence (CRC) Frame Check Sequence bao gồm bytes Một vùng chứa 32 bits mã kiểm tra lổi phát sai theo mã CRC-32 tính tất trường (fields) ngoại trừ Preamble, SFD, FCS VI Giao thức CSMA/CD va chạm Giao thức CSMA/CD Để truyền thông tin, giao tiếp mạng phải lắng nghe tínhiệu kênh chung , lúc truyền thông tin Nếu giao tiếpmạng thực truyền thông tin kênh gọi sóng trạm khác phảichờ đợi truyền dẫn kết thúc Quá trình gọi phát song mang Mọi giao tiếp Ethernet có hội ngang việc truyền thông tin mạng (Đa truy nhập ) Trong trình truyền từ đầu tới đầu 20 | P a g e Ethernet ,những bít khung cần phải tới vùng mạng Tức có2 giao tiếp mạng thấy mạng rỗi gửi lúc Khi Ethernet phát “ va chạm “ dừng việc truyền gửi lại khung ĐÓ trình phát va chạm Giao thức CSMA/CD thiết kế nhằm cung cấp hội ngang truy nhậpkênh chung cho trạm mạng Sau gói tin gửi trạm mạng sủ dụng giao thức CSMA/CD để xem trạm gửi tiếp sau Hình 7: Giao thức CSMA/CD Va chạm 21 | P a g e Nếu có có trạm gửi thông tin lúc tín hiệu nói đangva chạm , Các trạm nhận biến cố dừng việc truyền thuật toán backoff Sau trạm chọn thời gian ngẫu nhiên sau để truyền tiếp Thông thường khoảng thời gian trễ ngắn khoảng phần nghìn phần triệu giây Nếu sau lại có va chạm lại phải truyền lại Nếu saumột số lần liên tiếp va chạm hệ thống truyền gói tin ,thường Ethernet chọn 16 lần để hảy bỏ truyền gói tin Nếu mạng lớn nhiều trạm khả huỷ bỏ lớn Hình 8: Mô hình va chạm 22 | P a g e [...]... (Open Systems Interconnection), về cơ bản Ethernet nằm ở giao thức lớp 1 và lớp 2 Ethernet 10 Gigabit vẫn giữ lại kiến trúc Ethernet cơ bản, bao gồm giao thức MAC , định dạng khung Ethernet và kích thước tối thiểu và tối đa của khung Đúng như Ethernet Gigabit, 1000BASE-X và 1000BASE-T , tiếp nối mô hình Ethernet chuẩn, Ethernet 10 Gigabit tiếp tục cuộc cách mạng Ethernet về mặt tốc độ và khoảng cách,... độ và khoảng cách, trong khi vẫn giữ lại kiến trúc Ethernet đã được sử dụng trong các đặc tả Ethernet khác Từ khi Ethernet 10 Gigabit là công nghệ chỉ chạy full-duplex (song công toàn phần), nó không cần đến giao thức CSMA/CD được sử dụng trong những công nghệ Ethernet trước đó (ở một vài khía cạch nào đó, Ethernet 10 Gigabit tương xứng với mô hình Ethernet nguyên thuỷ) Hình 10: Chuẩn IEEE 802.3 trong... đã thấy trên các hệ thống hiện thời đang triển khai Ethernet Gigabit Do tốc độ thoả thuận trong phạm vi rộng của Ethernet, công nghệ TOE sẽ trở thành vô cùng hiệu quả về giá thành khi so sánh với các mạng dung lượng thấp hơn V Cấu trúc khung Ethernet IEEE 802.3 17 | P a g e Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa một khung định dạng dữ liệu cơ bản cho tất cả công việc mà MAC thực hiện Thêm vào đó, một vài chức... vùng lưu trữ, việc thiếu các chuẩn và một số vấn đề về khả năng hoạt động cùng nhau gây khó khăn khi triển khai Fibre Channel ban đầu Tuy nhiên, những công nghệ này cũng gặp phải một số vấn đề tương tự như đã xảy ra trong các mạng vùng máy chủ giữ độc quyền do thiếu đầu tư Tóm lại, Ethernet 10 16 | P a g e Gigabit được sử dụng để thay thế các công nghệ độc quyền và như một thế hệ kế tiếp liên kết các... e Hình 6: Hoạt động của Ethernet IV Chuẩn Ethernet 10 Gigabit (chuẩn IEEE 802.3) 1 Sơ lược về chuẩn Ethernet 10 Gigabit Chuẩn IEEE 802.3 là một phần của họ chuẩn cho mạng cục bộ và metropolitan Mối quan hệ giữa các thành viên của chuẩn được trình bày bên dưới 12 | P a g e Hình 9: Họ chuẩn của mạng cục bộ IEEE 802.3ae* 2002 (chuẩn Ethernet 10 Gigabit) khác biệt với các chuẩn Ethernet trước đây ở một... của nó đến một PC được gắn vào một cổng cáp đồng Gigabit, tất cả không cần phải đóng gói lại hay chuyển đổi giao thức Ethernet theo nghĩa đen có nghĩa ở khắp mọi nơi và Ethernet 10 Gigabit duy trì sự chuyển giao liên tục về mặt chức năng cho bất cứ ứng dụng nào mà Ethernet áp dụng vào Ethernet 10 Gigabit được sử dụng cho các mạng máy chủ (server area network) hay các mạng vùng lưu giữ (storage area network),... sợi quang và chỉ hoạt động trong chế độ song công toàn phần (fullduplex mode) Với Ethernet 10 Gigabit, các giao thức phát hiện xung đột là không cần thiết Hiện nay, Ethernet có thể xử lý cho đến 10 Gbit/s trong khi vẫn bảo đảm duy trì các thuộc tính Ethernet cơ bản như định dạng gói tin và các khả năng hiện có và có thể dễ dàng chuyển sang chuẩn mới Chuẩn Ethernet 10 Gigabit mở rộng các giao thức chuẩn... Chuẩn Ethernet 10 Gigabit Các nhà cung cấp và người dùng đều cho rằng chi phí cho Ethernet là không đắt, hiểu rộng ra có nghĩa việc triển khai rộng khắp tương thích với những thứ đã có trong các mạng LAN hiện tại Ngày nay một gói tin khi rời khỏi một máy chủ 15 | P a g e trên một cổng Ethernet Gigabit, được truyền đi trong phạm vi quốc gia qua một mạng DWDM (Dense-Wave Division Multiplexing)[5] và tìm. .. truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại cáp này III Hoạt động của Ethernet Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm , hoạt động độc lập với tất cả các trạmkhác trên mạng , không có một trạm điều khiển trung tâm.Mọi trạm đều kết nối vớiEthernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung còn gọi là đuờng trung gian.Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi , từng bit một , qua đường trung gian tới tấtcả... liên kết các mạng vùng máy chủ và lưu trữ với nhau do một vài lý do: - Ethernet - Hợp 10 nhất Gigabit máy chủ cho dẫn một đến băng thông thiết tiét kiệm giá yếu thành - Sự tăng trưởng có kế hoạch của các tính năng mạng 10 Gigabit Ngoài ra, việc triển khai toàn bộ công nghệ TOE (TCP/IP Offload Engine) được chờ đợi trong các adapter Ethernet 10 Gigabit có thể làm cho nó đặc biệt hiệu quả trên các hệ thống