TRUYỀN THÔNG GIỮA HAI MÁY TÍNH SỬ DỤNG GIAO THỨC HDLC

Mục lục1.CHUẨN GIAO TIẾP RS23231.1.Định dạng của khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS232 như sau:31.2.Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS232 như sau:31.3.Cổng COM41.4.Đầu nối DB9 mô tả như bảng sau :51.5.Truyền thông nối tiếp giữa 2 nút61.6.IC MAX 23272.CHUẨN GIAO TIẾP SPI83.GIAO THỨC HDLC (HighLevel Data Control):133.1.Các đặc tính của giao thức HDLC :133.2.Cấu trúc khung :143.3.Một vài kịch bản về giao thức HDLC :15

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MẠNG MÁY TÍNH ĐỀ TÀI : TRUYỀN THƠNG GIỮA HAI MÁY TÍNH SỬ DỤNG GIAO THỨC HDLC Giáo viên hướng : TS NGUYỄN TÀI HƯNG dẫn Sinh viên thực : Trần Trung Đức Nguyễn Thị Vân Anh Phạm Thị Huế 20115444 20115597 Hà Nội- 5/2014 Mục lục CHUẨN GIAO TIẾP RS-232 1.1 Định dạng khung truyền liệu theo chuẩn RS-232 sau: .3 1.2 Các đặc tính kỹ thuật chuẩn RS-232 sau: 1.3 Cổng COM 1.4 Đầu nối DB9 mô tả bảng sau : 1.5 Truyền thông nối tiếp nút 1.6 IC MAX 232 CHUẨN GIAO TIẾP SPI .8 GIAO THỨC HDLC (High-Level Data Control): 13 3.1 Các đặc tính giao thức HDLC : .13 3.2 Cấu trúc khung : 14 3.3 Một vài kịch giao thức HDLC : 15 CHUẨN GIAO TIẾP RS-232 Chuẩn RS-232 từ năm 1969 chấp nhận chuyên dùng cho truyền số liệu đường kiểm tra terminal moderm, tốc độ cực đại 20Kbps, với khoảng cách tối đa không 15m Chuẩn RS-232 quy định mức logic1 ứng với điện áp từ -3V đến -15V (mark), mức logic ứng với điện áp từ 3V đến 15V(space) có khả cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA Ngồi ra, tất ngõ có đặc tính chống chập mạch 1.1 Định dạng khung truyền liệu theo chuẩn RS-232 sau: Star D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P Stop Hình 1.1.a : Khung truyền liệu RS232 Khi không truyền liệu, đường truyền trạng thái mark (điện áp -10V) Khi bắt đầu truyền, DTE (Data Terminal Equipment) đưa xung Start (space: 10V) sau truyền từ D0 đến D7và Parity, cuối xung Stop (mark: -10V) để khôi phục trạng thái đường truyền Dạng tín hiệu truyền mơ tả sau (truyền ký tự A): Hình 1.1.b : Truyền kí tự A theo chuẩn RS232 1.2 Các đặc tính kỹ thuật chuẩn RS-232 sau: Chiều dài cable cực đại Tốc độ liệu cực đại Điện áp ngõ cực đại Điện áp ngõ có tải Trở kháng tải Điện áp ngõ vào Độ nhạy ngõ vào Trở kháng ngõ 15m 20 Kbps ±25V ±5V đến ±15V 3K đến 7K ±15V ±3V 3K đến 7K Các tốc độ truyền liệu thông dụng cổng nối tiếp là: 1200 bps, 4800 bps, 9600 bps 19200 bps 1.3 Cổng COM Cổng COM gọi cổng nối chuẩn RS-232.Cổng COM sử dụng phổ biến liệu cổng COM thuộc liệu dạng nối tiếp Cổng nối tiếp sử dụng để truyền liệu hai chiều máy tính ngoại vi, có ưu điểm sau:        Khoảng cách truyền xa truyền song song Số dây kết nối Có thể truyền khơng dây dùng hồng ngoại Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device) Cho phép nối mạng Có thể tháo lắp thiết bị lúc máy tính làm việc Có thể cung cấp nguồn cho mạch điện đơn giản Các thiết bị ghép nối chia thành loại: DTE (Data Terminal Equipment) DCE (Data Communication Equipment) DCE thiết bị trung gian MODEM DTE thiết bị tiếp nhận hay truyền liệu máy tính, PLC, vi điều khiển… Việc trao đổi tín hiệu thơng thường qua chân RxD (nhận) TxD (truyền) Các tín hiệu lại có chức hỗ trợ để thiết lập điều khiển q trình truyền, gọi tín hiệu bắt tay (handshake) Ưu điểm trình truyền dùng tín hiệu bắt tay kiểm sốt đường truyền.Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 EIA (Electronics Industry Associations) Các phương thức nối DTE DCE:  Đơn công (simplex connection): liệu truyền theo hướng  Bán song công ( half-duplex): liệu truyền theo hướng, thời điểm  Chỉ truyền theo hướng  Song công (full-duplex): số liệu truyền đồng thời theo hướng Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) đầu nối DB9 (9 chân) Hình 1.3.a : Đầu nối DB25 DB9 Hình 1.3.b: cổng DB9 máy tính 1.4 Đầu nối DB9 mô tả bảng sau : D9 Tín hiệu Hướng truyền DCD DCE → DTE RxD TxD DTR DCE → DTE DTE →DCE DTE →DCE GND DSR DCE → DTE RTS DTE →DCE Mô tả Data carier detect: DCE phát sóng mang Received data: liệu nhận Transmitted data: liệu truyền Data terminal ready: DTE sẵn sàng làm việc Ground: nối đất (0V) Data set ready: DCE sẵn sàng làm việc Request to send: DTE yêu cầu truyền liệu CTS DCE →DTE RI RI DCE →DTE 1.5 Clear to send: DCE sẵn sàng nhận liệu Ring indicator: báo chuông Truyền thông nối tiếp nút Các sơ đồ kết nối dùng cổng nối tiếp: Hình 1.5.a : Kết nối đơn giản truyền thông nối tiếp Khi thực kết nối trên, trình truyền phải bảo đảm tốc độ đầu phát thu giống Khi có liệu đến DTE, liệu đưa vào đệm tạo ngắt Ngoài ra, thực kết nối hai DTE, ta dùng sơ đồ sau Hình 1.5.b : Kết nối truyền thơng nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay Khi DTE1 cần truyền liệu cho DTR tích cực, tác động lên DSR DTE2 cho biết sẵn sàng nhận liệu cho biết nhận sóng mang MODEM (ảo) Sau đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS DTE2 cho biết DTE1 nhận liệu Khi thực kết nối DTE DCE, tốc độ truyền khác nên phải thực điều khiển lưu lượng Quá trình điều khiển thực phần mềm hay phần cứng Quá trình điều khiển phần mềm thực hai ký tự Xon Xoff Ký tự Xon DCE gởi rảnh (có thể nhận liệu) Nếu DCE bận gởi ký tự Xoff Quá trình điều khiển phần cứng dùng hai chân RTS CTS Nếu DTE muốn truyền liệu gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE có khả nhận liệu (đang rảnh) gởi lại CTS 1.6 IC MAX 232 Hình 1.6.a: MAX 232 SMD sơ đồ chân IC MAX 232 IC chuyên dụng giao tiếp nối tiếp với máy tính Nhiệm vụ MAX 232 chuyển đổi mức điện áp logic TTL ngõ vào thành mức +10, -10 phía nhận mức +3V…+15V -3V…-15V thành mức TTL phía nhận Một số đặc điểm IC MAX 232:      Hoạt động từ nguồn 5V với tụ nạp 1uF Hoạt động lên tới 120Kbps Mức ngõ vào ±30V Có Driver/Receiver Dòng cung cấp thấp 8mA Hình 1.6.b: Sơ đồ yêu cầu kết nối MAX232 CHUẨN GIAO TIẾP SPI SPI (Serial Peripheral Bus) chuẩn truyền thông nối tiếp đồng tốc độ cao hãng Motorola đề xuất Đây kiểu truyền thơng Master-Slave, có chip Master điều phối q trình truyền thơng chip Slaves điều khiển Master, truyền thơng xảy Master Slave SPI cách truyền song cơng (full duplex) thời điểm q trình truyền nhận xảy đồng thời Một liên kết SPI chip Master Slave thực thơng qua đường: SCK: Đóng vai trò xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI Mỗi nhịp chân SCK báo bit liệu đến Sự tồn chân SCK giúp trình truyền bị lỗi tốc độ truyền SPI đạt cao Xung nhịp tạo chip Master MISO – Master Input/Slave Output: Nếu chip Master đường Input, chip Slave MISO lại Output MISO Master Slave nối trực tiếp với MOSI – Master Output/Slave Input: Nếu chip Master đường Output, chip Slave đường Input MOSI Master Slaves nối trực tiếp với SS – Slave Select: SS đường chọn Slave cần giao tiếp Trong trường hợp Master giao tiếp với nhiều Slave SS đường chọn Slave cần giao tiếp Nếu chip Master kéo đường SS Slave xuống mức thấp việc giao tiếp xảy Master Slave Chỉ có đường SS Slave có nhiều đường điều khiển SS Master Hoạt động: Mỗi chip Master hay Slave có ghi liệu bit Cứ xung nhip Master tạo đường giữ nhịp SCK, bit nghi liệu Master chuyển qua Slave đường MOSI, đồng thời bit ghi liệu chip Slave truyền qua Master đường MISO Hình sau mơ tả q trình truyền gói liệu thực module SPI AVR Hình 2.1: Quá trình truyền liệu module SPI Giao tiếp SPI AVR Vi điều khiển ATmega128 giao tiếp với thẻ nhớ micro SD Card thông qua chuẩn giao tiếp SPI thực thông qua module SPI chip ATmega128 Trên chip ATmega128 chân dùng cho giao tiếp SPI sau: SCK: PB1 (chân 11) MISO: PB3 (chân 13) MOSI: PB2 (chân 12) SS: PB0 (chân 10) Khi giao tiếp với thẻ nhớ ATmega128 đóng vai trò Master micro SD Card Slave, cần set chân: SCK output, MOSI output, MISO input     Module SPI AVR vận hành ghi: SPCR, SPSR, SPDR SPCR (SPI Control Register): ghi bit điều khiển tất hoạt động SPI Hình 2.2: Thanh ghi SPCR  Bit – SPIE (SPI Interupt Enable): bit cho phép ngắt SPI Nếu bit set bit I ghi trạng thái sét (sei), ngắt xảy sau gói liệu truyền nhận  Bit – SPE (SPI Enable): sét bit lên phép SPI hoạt động Nếu SPE = module SPI dừng hoạt động  Bit – DORD (Data Order): bit định thứ tự liệu bit truyền nhận đường MISO MOSI Khi DORD = bit có trọng số lớn (MSB) liệu truyền trước Ngược lại, DORD = bít có trọng số nhỏ (LSB) truyền trước  Bit – MSTR (Master/Slave Select): bit dùng để nhận diện xem Master hoạt động chế độ Master hay Slave Nếu MSTR = chip nhận diện Master Ngược lại, MSTR = chip Slave  Bit – CPOL CPHA: bit xác lập cực xung giữ nhịp cạnh sample liệu Với bit CPOL, trạng thái nghỉ, chân SCK mức cao (CPOL = 1) thấp (CPOL = 0) Với bit CPHA, dùng để cách mà liệu lấy mẫu (sample) theo xung giữ nhịp Dữ liệu lấy mẫu cạnh lên SCK (nếu CPHA = 0) cạnh xuống (Nếu CPHA = 1) Hình sau mơ tả cách sample liệu chế độ SPI AVR 10 Hình 2.3: Cách lấy mẫu liệu Sự kết hợp CPOL CPHA làm nên chế độ hoạt động SPI  Bit – CPR1:0: hai bit kết hợp với bit SPI2X ghi SPSR cho phép chọ tốc độ giao tiếp SPI Tốc độ xác lập dựa tốc độ nguồn xung clock chia cho hệ số chia Bảng sau mô tả chi tiết tốc độ SPI 11 Hình 2.4: Bảng tần số sample liệu  SPSR (SPI Status Register): ghi trạng thái moude SPI Hình 2.5: Thanh ghi SPSR Trong ghi này, có bit sử dụng Bit – SPIF: cờ báo SPI, gói liệu truyền nhận từ SPI, bit SPIF tự động set lên Bit – WCOL: bi báo va chạm liệu Bit AVR set lên cố tình viết gói liệu vào ghi liệu SPDR trình truyền nhận trước chưa kết thúc Bit – SPI2X: bit nhân đôi tốc độ truyền, bit kết hợp với bit SPR1:0 ghi điều khiển SPCR xác lập tốc độ cho SPI  SPDR (SPI Data Register): ghi liệu SPI Trên chip Master, ghi giá trị vào ghi SPDR kích q trình truyền thơng SPI Trên chip Slave, liệu nhận từ Master lưu ghi SPDR, liệu lưu sẵn SPRD truyền cho Master 12 GIAO THỨC HDLC (High-Level Data Control): Giao thức điều khiển liên kết liệu quan HDLC Không phải sử dụng rộng rãi mà sở cho nhiều giao thức điều khiển liên kết liệu khác Các đặc tính giao thức HDLC: Giao thức HDLC định nghĩa loại máy trạm, hai cấu hình đường nối kết chế độ điều khiển truyền tải a/- Ba loại trạm HDLC : • Trạm (Primary Station): Có trách nhiệm điều khiển thao thác đường truyền Các khung gởi từ trạm gọi lệnh Command) • Trạm phụ (Secondary Station): Hoạt động kiểm soát trạm Khung gởi từ trạm phụ gọi trả lời Trạm trì nhiều đường nối kết luận lý đến trạm phụ đường truyền • Trạm hỗn hợp (Combined Station): Bao gồm đặc điểm trạm trạm phụ Một trạm hỗn hợp gởi lệnh trả lời b/- Hai cấu hình đường nối kết : • Cấu hình khơng cân (Unbalanced Configuration): Gồm máy trạm (Primary Station) nhiều máy trạm phụ (Secondary station) hỗ trợ chế độ truyền song công bán song cơng • Cấu hình cân (Balanced Configuration): Bao gồm máy trạm hỗn hợp, hỗ trợ chế độ truyền song công bán song cơng c/- Có chế độ truyền tải : • Chế độ trả lời bình thường (NRM- Normal Response Mode), sử dụng với cấu hình đường nối kết khơng cân Máy khởi động truyền tải liệu cho máy phụ Nhưng máy phụ thực việc truyền liệu cho máy trả lời cho u cầu máy • Chế độ cân bất đồng (ABM - Asynchronous Response Mode): Được sử dụng với cấu hình nối kết cân Cả hai máy có quyền khởi động truyền tải liệu mà không cần cho phép máy 13 • Chế độ trả lời bất đồng (ARM-Asynchronous Response Mode): Sử dụng cấu hình khơng cân Một máy phụ khởi động truyền tải không cần cho phép tường minh máy Máy đảm trách vai trò bảo trì đường truyền bao gồm việc khởi động, phục hồi lỗi xóa nối kết Chế độ NRM đòi hỏi phải có nhiều đường dây để nối máy với nhiều thiết bị đầu cuối Chế độ ABM sử dụng nhiều chế độ, cho phép sử dụng hiệu đường truyền Chế độ ARM dùng đến Cấu trúc khung: HDLC sử dụng chế độ truyền tải đồng bộ, bits liệu truyền gói vào khung sử dụng cấu trúc khung cho tất loại liệu thông tin điều khiển Khung giao thức HDLC có cấu trúc sau: Bits 8 ≥0 16 011111110 Address Control Data Checksum 01111110 Cấu trúc khung HDLC Flag(8 bit) Address(8bit) Control(8bit) Ìnormation(128 -1024 bytes) FCS(Frame Check Sequence-8bit) Lá cờ dùng để xác định điểm bắt đầu kết thúc khung, giá trị 01111110 HDLC sử dụng kỹ thuật bit độn để laoị trừ xuất cờ liệu Vùng ghi địa để xác định máy phụ phép truyền hay nhận khung Được dùng để xá định loại khung Mỗi loại có thơgn tin điều khiển khác Có loại khung: Thông tin(I), điều khiển (S) không đánh số(U) Vùng chứa liệu cần truyền Vùng chứa mã kiểm soát lỗi, dùng phương pháp đa thức CRC CCITT = X16 + X12 +X5 +1 14 Bits 3 Khung I Seq P/F Next Khung S Type P/F Next Khung U 1 Type P/F Modifier Cấu trúc trường điều khiển khung HDLC Giao thức HDLC sử dụng cửa sổ trượt với số thứ tự khung bit Trường seq khung I để số thứ tự khung thông tin Trường Next để số thứ tự khung thơng tin mà bên gởi chờ nhận (thay khung nhận tốt giao thứ cửa sổ trượt giới thiệu phần trước) Bit P/F có ý nghĩa Poll/Final, tức chọn kết thúc Khi máy tính mời máy phụ truyền tin, bit đặt lên có ý nghĩa P (Poll, chọn) Ngược lại thông tin truyền từ máy phụ lên máy đặt xuống 0, để báo với máy máy phụ liệu để gởi Khi máy phụ gởi khung cuối cùng, bit đặt lên 1, có ý nghĩa F (Final, kết thúc), để báo cho máy biết hồn thành việc truyền tải thông tin Khung S (Supervisory Frame) khung điều khiển, dùng để kiểm soát lỗi luồng liệu trình truyền tin Khung S có kiểu xác định tổ hợp giá trị bit trường Type SS=00 SS=01 SS=10 SS=11 RR (Receive Ready) khung báo nhận, thông báo sẵn sàng nhận liệu, nhận tốt đến khung Next-1, đợi nhận khung Next Được dùng đến khơng liệu gửi từ chiều ngược lại để vừa làm báo nhận (figgyback) REJ(Reject): khung báo khôgn nhận (negative acknowledge), yêu cầu gửi lại khung, từ khung Next RNR (Receive Not Ready): thông báo không sẵn sàng nhận tin, nhận đến đến khung thứ Next-1, chưa sẵn sàng nhận khung Next SREJ (Selective Reject): yêu cầu gửi lại khung có số thứ tự Next 15 Khung U (Unnumbered Frame) thường sử dụng cho mục đích điều khiển đường truyền, dùng để gởi liệu dịch vụ không nối kết Các lệnh khung U mô tả sau: 1111P100 1100P001 1111P000 1100P010 1100F110 1100F001 Lệnh dùng để thiết lập chế độ truyền tải SABM (Set Asynchronous Balanced Mode) Lệnh dùng để thiết lập chế độ truyền tải SNRM (Set Normal Response Mode) Lệnh dùng để thiết lập chế độ truyền tải SARM (Set Asynchronous Response Mode) Lệnh để yêu cầu xóa nối kết DISC (Disconnect) UA (Unumbered Acknowledgment) dùng trạm phụ để báo với trạm chấp nhận lênh loại U CMDR/FRMR (Command Reject/Frame Reject) dùng trạm phụ để báo khơng chấp nhận lệnh mà nhận xác Một vài kịch giao thức HDLC: Kịch (a) mô tả khung liên quan q trình thiết lập xóa nối kết Đầu tiên hai bên giao tiếp gởi khung SABM sang bên thiết lập đếm thời gian Bên phía lại nhận khung SABM trả lời khung UA Bên yêu cầu nối kết nhận khung UA xóa bỏ đếm thời gian Nối kết hình thành hai bên truyền khung qua lại cho Nối kết xóa hai bên giao tiếp gởi khung DISC Trong trường hợp khác, sau khoảng thời gian trôi qua, bên yêu cầu nối kết không nhận khung UA, cố gắng gởi lại khung SABM số lần qui định Nếu không nhận khung UA, bên yêu cầu nối kết thông báo lỗi lên tầng cao 16 Một vài kịch HDLC Kịch (b) mơ tả tiến trình trao đổi khung I hai bên Ta thấy bên A gởi liên tiếp khung (I,1,1 I,2,1) mà khơng nhận khung báo nhận số thứ 17 tự khung chờ nhận không thay đổi, trường hợp Ngược lại bên B nhận liên tiếp khung (I,1,1 I,2,1) mà không gởi khung đi, khung chờ nhận khung thông tin truyền phải số khung vừa nhận, Trong kịch (c) máy A xử lý kịp khung B gởi đến gởi khung RNR để yêu cầu B tạm dừng việc việc truyền tải Bên B định kỳ gởi thăm dò bên A cách gởi khung RR với bit P đặt lên Nếu bên A chưa thể nhận thông tin từ bên B trả lời khung RNR, ngược lại A sẵn sàng trả lời khung RR Trong kịch (d), bên A gởi sang B ba khung thông tin 3,4 Khung bị hoàn toàn đường truyền Khi bên B nhận khung 5, bỏ qua khung sai thứ tự khung B gởi REJ với trường Next để yêu cầu A gởi lại tất khung từ khung số Kịch (e) minh họa cách thức phục hồi lỗi dựa vào thời gian (timeout) Khung số bị lỗi B bỏ B khơng thể gởi khung REJ khơng thể xác định có phải khung I hay khơng Bên A sau khoảng thời gian trôi qua không thấy khung trả lời từ B, gởi khung RR với bit P=1 để kiểm tra trạng thái bên Bên B đáp lại khung RR với trường Next để báo hiệu khung số Sau A truyền lại khung số 18 ... liệu lưu sẵn SPRD truyền cho Master 12 GIAO THỨC HDLC (High-Level Data Control): Giao thức điều khiển liên kết liệu quan HDLC Khơng phải sử dụng rộng rãi mà sở cho nhiều giao thức điều khiển liên... khiển liên kết liệu khác Các đặc tính giao thức HDLC: Giao thức HDLC định nghĩa loại máy trạm, hai cấu hình đường nối kết chế độ điều khiển truyền tải a/- Ba loại trạm HDLC : • Trạm (Primary Station):... Chế độ ABM sử dụng nhiều chế độ, cho phép sử dụng hiệu đường truyền Chế độ ARM dùng đến Cấu trúc khung: HDLC sử dụng chế độ truyền tải đồng bộ, bits liệu truyền gói vào khung sử dụng cấu trúc