giao thức mạng topology

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA BÁO CÁO BÀI TIỂU LUẬN Mơn kiến trúc máy tính mạng truyền thông công nghiệp Giảng viên : Đặng Anh Việt Sinh viên thực MSSV Nguyễn Anh Vũ 17020476 Nguyễn Thành Vĩ 17020473 Mục lục I) Cấu trúc mạng – Topology 1.1) Cấu trúc bus 1.2) Câu trúc mạch vịng( tích cực) 1.3) Cấu trúc hình .5 1.4) Cấu trúc hình .6 II) Truy nhập bus 2.1) Đặt vấn đề 2.2) Master/Slave(Chủ/ tớ) .9 2.3) TDMA 10 2.4) CSMA/CD 13 2.5) CSMA/CA 15 I) Cấu trúc mạng – Topology Cấu trúc mạng liên quan tới tổ chức phương thức phối hợp hoạt động thành phần hệ thống mạng, cấu trúc mạng ảnh hưởng tới nhiều tính kỹ thuật, có độ tin cậy hệ thống Có thể phân biệt dạng cấu trúc bus, mạch vòng (tích cực) hình Một số cấu trúc phức tạp hơn, ví dụ cấu trúc cây, xây dựng sở phối hợp ba cấu trúc 1.1) Cấu trúc bus Trong cấu trúc đơn giản này, tất thành viên mạng nối trực tiếp với đường dần chung Đặc điểm bàn cùa cấu trúc bus việc sừ dụng chung đường dần cho tất trạm, vi tiết kiệm cáp dần cơng lắp đặt Có thể phân biệt ba kiểu cấu hình cấu trúc bus: daisy-chain trunkline/dropline mạch vịng khơng tích cực (Hình 1.1) Hai cấu hình đầu xếp vào kiểu cấu trúc đường thẳng, bời hai đầu đường truyền khơng khép kín Với daisy-chain, mồi trạm nối mạng trực tiếp giao lộ hai đoạn dây dần, không qua đoạn dây nối phụ Ngược lại, cấu hình trunkline/drop-line, mồi trạm nối qua đường nhánh (drop-line) để đến đường trục (trunk-line) Cịn mạch vịng khơng tích cực thực chất khác với trunkline/drop-line chỗ đường truyền khép kín Bên cạnh việc tiết kiệm dây dần thỉ tinh đơn giãn, dễ thực ưu điểm cấu trúc bus, nhờ mà cấu trúc phổ biến hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Trường hợp ưạm không làm việc (do hỏng hóc, cắt nguồn, ) khơng ảnh hưởng tới phần mạng lại Một số hệ thống cho việc tách trạm khòi mạng thay trạm cà hệ thống hoạt động bỉnh thường Tuy nhiên việc dùng chung đường dẫn đòi hỏi phương pháp phân chia thời gian sừ dụng thích hợp để tránh xung đột tín hiệu - gọi phương pháp truy’ nhập môi trường hay truy nhập bus Nguyên tắc truyền thông thực sau: thời điểm định có thành viên mạng gửi tín hiệu, cịn thành viên khác chì có quyền nhận Ngồi việc cần phài kiềm sốt truy nhập mơi trưởng, cấu trúc bus có nhược điểm sau:  Một tin hiệu gừi tới tất trạm theo trinh tự khơng kiểm sốt được, phải thực phương pháp gán địa (logic) theo kiểu thủ công cho trạm Trong thực tế, công việc gán địa gây khơng khó khăn  Tất trạm có khả phát phải luôn “nghe” đường dẫn để phát thơng tin có phải gửi cho hay không, nên phải thiết kế cho đủ tải với số trạm tối đa Đây lý phải hạn chế số trạm đoạn mạng Khi cần mờ rộng mạng, phái dùng thêm lặp Hình 1.1: Các cấu trúc dạng bus  Chiều dài dây dẫn thường tương đối dài, cấu trúc đường thẳng xảy tượng phản xạ đầu dây làm giảm chất lượng tín hiệu Để khắc phục vấn đề người ta chặn hai đầu dây hai trở đầu cuối Việc sử dụng trờ đầu cuối làm tăng tải hệ thống  Trường hợp đường dẫn bị đứt, ngắn mạch phần kết nối bus trạm bị hỏng dần đến ngừng hoạt động hệ thống Việc định vị lỗi gập nhiều khó khăn  Cấu trúc đường thẳng, liên kết đa điểm gây khỏ khăn việc áp dụng công nghệ truyền tin hiệu sử dụng cáp quang  Một số vi dụ mạng cơng nghiệp tiêu biểu có cấu trúc bus PROFIBUS, CAN, WorldFIP, Foundation Fieldbus, LonWorks, AS-i Ethernet 1.2) Câu trúc mạch vịng( tích cực) Cấu trúc mạch vịng thiết kế cho thành viên mạng nối từ điềm đến điểm cách mạch vịng khép kín Mỗi thành viên tham gia tích cực vào việc kiểm sốt dịng tín hiệu Khác với cấu trúc đường thẳng, tín hiệu truyền theo chiều qui định Mỗi trạm nhận liệu từ trạm đứng trước chuyền tiếp sang trạm lân cận đứng sau Quá trình lặp lại tới liệu quay trở trạm gửi, hủy bò Ưu điểm mạng cấu trúc theo kiểu nút đồng thời khuếch đại, thiết kế mạng theo kiều cấu trúc vịng có thề thực với khoảng cách số trạm lớn Mỗi trạm có vừa nhận vừa phát tín hiệu lúc Bời thành viên ngăn cách mạch vòng làm hai phần, tin hiệu truyền theo chiều, nên biện pháp tránh xung đột tín hiệu thực đơn giản a)Khơng có điều khiển trung tâm b) Có điều khiển trung tâm Hình 1.2: Các cấu trúc dạng bus Trên Hình 1.2 có hai kiểu mạch vòng minh hoạ:  Với kiều mạch vịng khơng có điều khiển trung tâm, trạm bình đẳng quyền nhận phát tín hiệu Như việc kiểm sốt đường dẫn trạm tự phân chia  Với kiểu có điều khiển trung tâm, trạm chủ đảm nhiệm vai trị kiểm sốt việc truy nhập đường dẫn Cấu trúc mạch vòng thực chất dựa sở liên kết điểm-điểm, thích hợp cho việc sử dụng phương tiện truyền tín hiệu đại cáp quang, tia hồng ngoại, v.v Việc gán địa cho thành viên mạng trạm chủ thực cách hoàn toàn tự động, vào thứ tự xếp vật lý trạm mạch vòng Một ưu điểm cấu trúc mạch vòng khả xác định vị trí xảy cố, ví dụ đứt dây hay trạm ngừng làm việc Tuy nhiên, hoạt động bình thường mạng cịn trường hợp tiếp tục với đường dây dự phịng FDDI Hình 1.3 mơ tả cách giãi trường hợp cố đường dây (a) cố trạm (b) Trong trường hợp thứ nhất, trạm lân cận với điểm xảy cổ tự phát lỗi đường dây tự động chuyển mạch sang đường dây phụ, vòng qua vị trí bị lỗi (bypass) Đường cong in nét đậm biểu diễn mạch kín sau dùng biện pháp bypass Trong trường hợp thứ hai, trạm bị hỏng, hai trạm lân cận tự đấu tắt, chuyển sang cấu hình giống daisy-chain Một kỹ thuật khác áp dụng xử lý cố trạm dùng chuyển mạch by-pass tự động, minh họa Hình 1.4 Mỗi trạm thiết bị đấu với mạch vòng nhờ chuyển mạch Trong trường hợp cố xảy ra, chuyển mạch tự động phát ngắn mạch, bỏ qua thiết bị nối mạng qua cấu trúc mạch vòng sử dụng số hệ thống có độ tin cậy cao INTERBUS, Token-Ring (IBM) đặc biệt FDDI a) By-pass cố đường dây b)Đấu tắt cố trạm Hình 1.3: Xử lý cố mạch vòng đúp a) Trước xảy cố b)Sau xảy cố Hình 1.4: Sừ dụng chun mạch by-pass mạch vịng 1.3) Cấu trúc hình Cấu trúc hình cấu trúc mạng có trạm trung tâm quan trọng tất cà nút khác, nút điều khiển hoạt động truyền thơng tồn mạng Các thành viên khác kết nối gián tiếp với qua trạm trung tâm Tương tự cấu trúc mạch vịng, nhận thấy kiểu liên kết mặt vật lý điểmđiểm Tuy nhiên, liên kết mặt logic nhiều điểm Nếu trạm trung tâm đóng vai trị tích cực, đảm đương nhiệm vụ kiểm sốt tồn việc truyền thơng mạng, cịn khơng chuyển mạch Một nhược điếm cấu trúc hình cố trạm trung tâm làm tê liệt toàn hoạt động truyền thơng mạng.Vì vậy, trạm trung tâm thường phải có độ tin cậy cao Người ta phân biệt hai loại trạm trung tâm: trạm tích cực trạm thụ động Một trạm thụ động có vai trị trung chuyển thơng tin, trạm tích cực kiềm sốt tồn hoạt động giao tiếp mạng Một nhược điểm cấu trúc hình tốn dây dẫn, khoảng trung bình trạm nhỏ khoảng cách từ chúng tới trạm trung tâm Đương nhiên, hệ thống viễn thông tránh khỏi phải dùng cấu trúc Đối với mạng truyền thơng cơng nghiệp, cấu trúc hình tìm thấy phạm vi nhỏ, ví dụ chia, thường dùng vào mục đích mở rộng cấu trúc khác Lưu ý rằng, nhiều trường hợp mạng cấu trúc hình mặt vật lý lại có cấu trúc logic hệ bus, trạm vần tự liên lạc khơng có tồn trạm trung tâm Chính hệ thống mạng Ethernet công nghiệp ngày sử dụng phổ biến cấu trúc kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch phương pháp truyền dẫn tốc độ cao Hình 1.5: Cấu trúc hình 1.4) Cấu trúc hình Cấu trúc thực chất cấu trúc Một mạng có cấu trúc chinh liên kết nhiều mạng có cấu trúc đường thăng, mạch vịng hình Hình 2.12 minh họa Đặc trưng cấu ưủc phân cấp đường dần Đổ chia từ đường trục đường nhánh, dùng nối tích cực (active coupler), muốn tăng số trạm phạm vi mạng đồng có thề dùng lặp (repeater) Trong ưường hợp mạng hoàn toàn khác loại thỉ phải dùng tới liên kết mạng khác bridge, router gateway Một số hệ thống cho phép xây dựng cấu trúc cho mạng đồng Lon Works, DeviceNet AS-i Hình 1.6: Cấu trúc hình II) Truy nhập bus 2.1) Đặt vấn đề Trong hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp hệ thống có cấu trúc dạng bus, hay hệ thống bus đóng vai trị quan trọng lý sau:  Chi phi cho dây dẫn  Dề thực lắp đặt  Linh hoạt  Thích hợp cho việc truyền dẫn phạm vi khoáng cách vừa nhỏ Trong mạng có cấu trúc bus, thành viên pahỉ chia thời gian sử dụng đường dần Để tránh xung đột tin hiệu gây sai lệnh thông tin, thời điểm đường dần chi điện tín phép truyền Chính mạng phải điều khiển cho thời điểm định thành viên mạng gửi thơng tin Cịn số lượng thành viên mạng muốn nhận thông tin thi không hạn chế Một vấn đề quan trọng hàng đầu ảnh hưởng tới chất lượng hệ thống bus phương pháp phân chia thời gian gửi thông tin đường dần hay phương pháp truy nhập bus Lưu ý rằng, số cấu trúc khác dạng bus, vấn đề xung đột tín hiệu xảy ra, khơng hiển nhiên cấu trúc bus Ví dụ cấu trúc mạch vịng, trạm khơng phải có khả nãng khống chế hồn tồn tín hiệu qua Hay cấu trúc hỉnh sao, trạm trung tâm khơng có vai trị chủ động, mà chia tín hiệu nên khả gây xung đột không thề tránh khỏi Trong cấu trúc ta cần biện pháp phân chia quyền truy nhập, đơn giản so với cấu trúc bus Chính thế, khái niệm truy nhập môi trường dùng thay cho truy nhập bus Tuy nhiên, giống cách dùng khái niệm chung “bus trường’’ không dừng lại hệ thống có cấu trúc bus, “truy nhập bus” thường dùng khái niệm chung Phương pháp truy nhập bus nhũng vấn đề hệ thống bus, phương pháp có ảnh hưởng khác tới tính kỹ thuật cảu hệ thống Cụ thể, ta phải quan tâm tới ba khia cạnh: độ tin cậy, tính thời gian thực hiệu suất sữ dụng đường trụyền Tính thời gian thực khả đáp ứng nhu cầu trao đồi thông tin cách kịp thời tin cậy Còn hiệu suất sử dụng đường truyền mức độ khai thác, sử dụng đường truyền Ba yếu tố liên quan tới việc đánh giá tính thời gian thực thời gian đáp ứng tối đa, chu kỳ bus độ rung (litter) Thời gian đáp ứng tối đa trạm thời gian đa mà hệ thông truyền thông cần để đáp ứng nhu cầu trao đổi liệu cảu trạm với trạm khác Rõ ràng, thời gian đáp ứng tối đa thông số cố định, mà hàm độ dài dừ liệu cần trao đổi Tuy vậy, ứng dụng cụ thể ta thường biết trước độ dài liệu tối đa độ dài liệu tiêu biểu mà trạm cần trao đồi Do vậy, bên cạnh thời gian đáp ứng tối đa người ta quan tâm tới thời gian đáp ứng tiêu biêu Do đặc trưng kỳ thuật tự động hóa, đa số hệ thong bus sử dụng lĩnh vực làm việc theo chu kỳ Chỉ số hoạt động truyền thơng xảy bất thường (ví dụ thơng tin cảnh báo, liệu tham số, ), phần lớn liệu trao đổi định kỳ theo chu kỳ tuần hồn bus Chu kỳ bus khống thời gian tối thiểu mà sau hoạt động truyền thơng lặp lại cũ Trong điều khiển tự động, chu kỳ bus ảnh hưởng tới xác chu kỳ lấy mầu tín hiệu Lưu ý khác chu kỳ bus nhịp bus Có thể dễ thấy, thời gian đáp ứng chu kỳ bus có liên quan với nhau, khơng mức độ ràng buộc Chu kỳ bus lớn thường làm tăng thời gian đáp ứng Tuy nhiên, thời gian đáp ứng tối đa nhị lớn chu kỳ bus, phụ thuộc vào phương pháp truy nhập bus Có thể phân loại cách truy nhập bus thành nhóm phương pháp tiền định nhỏm phương pháp ngẫu nhiên (Hình 2.1) Với phương pháp tiền định, trình tự truy nhập bus xác định rõ ràng Việc truy nhập bus kiểm soát chặt chẽ theo cách tập trung trạm chủ (phương pháp Master/Slave hay chủ/tớ), theo qui định trước thời gian (phương pháp TDMA) phân tán thành viên (phương pháp Token Passing) Nếu hoạt động truyền thông hạn chế khoảng thời gian độ dài liệu định, thời gian đáp ứng tối đa chu kỳ bus có thề tính tốn Các hệ thống gọi có tính thời gian thực Hình 2.1: Phân loại phương pháp truy nhập bus Ngược lại, phương pháp ngẫu nhiên trình tự truy nhập bus không quy định chặ chẽ, mà để xảy hoàn toàn theo nhu cầu trạm Mỗi thành viên mạng thử truy nhập bus để gửi thông tin úc Để loại trừ tác hại việc xung đột gây nên, có phương pháp phổ biến nhận biết xung đột gây nên, có phương pháp phổ biến nhận biêt cung đột (CSMA/CD) tránh xung đột (CSMA/CA) Nguyên tắc hoạt động cảu phương pháp có xung đột tín hiệu xảy ra, trạm phải dừng gửi chờ khoảng thời gian trước gửi lại, khả thành công kể lúc không đảm bảo Người ta thường coi hệ thông sử dụng phương pháp khơng có kha thời gian thực Tuy nhiên, tùy theo lĩnh vực ứng dụng cụ thể mà yêu cầu tính thời gian thực khác 2.2) Master/Slave(Chủ/ tớ) Trong phương pháp chủ/tớ, trạm chủ (master) có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy nhập bus cho trạm tớ (slave) Các trạm tớ đóng vai trị bị động, chi có quyền truy nhập bus gửi tín hiệu có yêu cầu Trạm chủ dùng phương pháp hỏii (polling) theo chu kỳ đề kiểm sốt tồn hoạt động giao tiếp cảu hệ thống Nhờ vậy, trạm tớ có thề gửi liệu thu thập từ trình kỹ thuật tới trạm chủ (có thể PLC, PC, v.v ) nhận thông tin điều khiển từ trạm chủ Hình 2.2: Phương pháp chủ/tớ Trong số hệ thống, chí trạm tớ khơng có quyền giao tiếp trực tiếp với nhau, mà liệu cần trao đổi phải qua trạm chủ Nếu hoạt động giao tiếp diễn theo chu kỳ, trạm chủ có trách nhiệm chủ động yêu cầu dữu liệu từ trạm tớ cần gửi sau chuyển tới trạm tớ cần nhận Trong trường hợp trạm tớ cần trao đổi liệu bất thường với trạm khác phải thông báo yêu cầu trạm chủ hỏi đến sau chờ phục vụ Trình tự tham gia giao tiếp, hay trình tự hịi trạm tớ người sử dụng qui định trước (tiền định) bang công cụ tạo lập cấu hình Trong trường hợp có trạm chủ nhất, thời gian cần cho trạm chủ hoàn thành việc hỏi vịng thời gian tối thiều chu kỳ bus Do vậy, chu kỳ bus tinh tốn trước cách tương đối chẳn Đây yếu tổ thể tính thời gian thực hệ thống Phương pháp chủ/tớ có ưu điềm việc kết nối mạng trạm tớ đơn giản, đỡ tốn gần tồn “trí tuệ” tập trung trạm chủ Một trạm chủ thường lại thiết bị điều khiển, việc tích hợp thêm chức xử lý ưuyền thơng điều khơng khó khăn Một nhược điểm phương pháp kiềm soát tập trung chủ/tớ hiệu suất trao đồi thông tin trạm tớ bị giám đoạn liệu phái qua khâu trung gian trạm chủ, dẫn đến giảm hiệu suất sử dụng đường truyền Nếu hai trạm tớ cần trao đổi biến liệu đơn giản với (một PLC trạm tớ), trường hợp xấu thời gian đáp ứng kéo dài tới chu kỳ bus Một biện pháp để cài thiện tình huổng cho phép trạm tớ trao đổi dừ liệu trực tiếp chừng mực kiềm soát, Hình 2.3 minh họa Tình trạm tớ muốn gửi dữu liệu cho trạm tớ 1, trạm tớ lại trạm chủ hỏi tới sau trạm tớ Sau trạm chủ yêu cầu trạm tớ nhận liệu (receive_re quest) trạm tớ gửi liệu (send request), trạm tớ gửi trực tiếp tới trạm tớ (send data) Nhận lệnh kết thúc từ trạm tớ (send-Completed), trạm tớ có trách nhiệm thơng báo ngược trở lại trạm chủ (receive_completed) Như vậy, việc truy nhập đường truyền không bị chồng chéo lên nhau, mà hai trạm tớ trao đổi dữu liệu nội chu kỳ bus Hình 2.3: Cải thiện trao đổi liệu hai trạm tớ Một hạn chế cảu phương pháp độ tin cậy cảu hệ thống truyền thơng phụ thuộc hồn tồn vào trạm chủ Trong trường hợp có xảy cố trạm chủ tồn hệ thống truyền thông ngừng làm việc Một cách khắc phục sử dụng trạm tớ đóng vai trị giám sát trạm chủ có khà thay trạm chủ cần thiết Chính hai lý nêu trên, phương pháp chủ/tớ dùng phổ biến hệ thống bus cấp thấp, tức bus thường hay bus thiết bị, việc trao đổi thông tin diễn trạm chủ thiết bị điều khiển trạm tớ thiết bị thường module vào/ra phân tán Trong trường hợp thiết bị tớ có nhu cầu trao đổi liệu trực tiếp, trạm chủ có vai trị phân chia quyền truy nhập bus khơng kiểm sốt hồn tồn hoạt động giao tiếp hệ thống 2.3) TDMA 10 Trong phương pháp kiểm soát truy nhập phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple Access'), trạm phân thời gian truy nhập bus định Các trạm thay gửi thơng tin khoảng thời gian cho phép - gọi khe thời gian hay lát thời gian (time slot, time slice ) - theo qui định sẵn Việc phân chia thực trước hệ thống vào hoạt động (tiền định) Khác với phương pháp chủ/tớ, có khơng có trạm chủ Trong trường hợp có trạm chủ vai trị hạn chế mức độ kiểm soát việc tuân thủ đảm bảo giữ lát thời gian trạm khác Mỗi trạm có khà đảm nhiệm vai trò chủ động giao tiếp trực tiếp với trạm khác Hình 2.4: Phương pháp TDMA Hình 2.16 minh họa cách phân chia thời gian cho trạm chu kỳ bus Ngoài lát thời gian phân chia cố định cho trạm dùng để trao đổi liệu định kỳ (đảnh số từ tới N), thường cịn có khoảng dự trữ dành cho việc trao đổi liệu bất thường theo u cầu, ví dụ gửi thơng tin cảnh báo, mệnh lệnh đặt cấu hình, liệu tham số, setpoint, Về nguyên tắc, TDMA thực theo nhiều cách khác Có thể phân chia thứ tự truy nhập bus theo vị trí xếp trạm mạng, theo thứ tự địa chỉ, theo tính chất hoạt động truyền thơng Cũng kết hợp TDMA với phương pháp chủ/tớ cho phép trạm tớ giao tiếp trực tiếp Có hệ thống lại sử dụng điện tổng hợp có cấu trúc giống sơ đồ phân chia thời gian Hình 2.4 để trạm đọc ghi liệu vào phần tương ứng Token Passing Token điện ngắn khơng mang liệu, có cấu trúc đặc biệt để phân biệt với điện mang thông tin nguồn, dùng tương tự chia khóa Một trạm quyền truy nhập bus gửi thơng tin thời gian giữ token Sau khơng có nhu cầu gửi thơng tin, trạm có token phải gửi tiếp tới trạm khác theo trình tự định Nếu trình tự với trình tự xếp vật lý mạch vịng (tích cực khơng tích cực), ta dùng khái niệm Token Ring (chuẩn IEEE 802.4) Cịn trình tự qui định có tính chat logic cấu trúc bus (ví dụ theo thứ tự địa chì), ta nói tới Token Bus (chuẩn IEEE 802.5) Trong trường hợp hình thành mạch vịng logic 11 Token Ring Token Bus Hình 2.5: Hai phương pháp Token Passing Một trạm giữ token quyền gửi thông tin đi, mà cịn có thề có vai trị kiểm sốt hoạt động số trạm khác, ví dụ kiểm tra xem có trạm xảy cố hay khơng Các trạm khơng có token có khả tham gia kiểm sốt, ví dụ sau thời gian định mà token khơng đưa tiếp, trạm giữ token có vấn đề Trong trường hợp đó, trạm có chức tạo token Chính vậy, Token Passing xếp vào phương pháp kiểm sốt phân tán Trình tự thời gian quyền giữ token, thời gian phàn ứng chu kỳ bus tối đa tính tốn trước, phương pháp truy nhập coi có tính tiền định Token Passing có thề sử dụng kết hợp với phương pháp chủ/tớ, trạm có quyền giữ token trạm chủ, hay cịn gọi trạm tích cực Phương pháp kết hợp gọi nhiều chủ (Multi-Master), tiêu biểu hệ PROFIBUS Các trạm chủ điều khiển máy tinh lập trình, cịn trạm tớ (trạm khơng tích cực) thiết bị vào/ra phân tán, thiết bị trường thông minh Mỗi trạm chủ quản lý quyền truy nhập số trạm tớ trực thuộc, trạm chủ quyền truy nhập bus phân chia theo cách chuyển token Tuy nhiên, trạm đóng vai trị chủ khơng bắt buộc phải có trạm tớ trực thuộc 12 Hình 2.6: Truy nhập bus kết hợp nhiều chủ(Mutil-Master) 2.4) CSMA/CD CSMA/CD( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) phương pháp tiếng với mạng Ethernet(IEEE 802.3) Nguyên tắc làm việc Theo phương pháp CSMA/CD, trạm có quyền truy nhập bus mà khơng cần kiểm sốt Phương pháp tiến hành sau:  Mỗi trạm phải tự nghe đường dẫn (carrier sense), đường dẫn (khơng có tín hiệu) phát  Do việc lan truyền tín hiệu cần thời gian đó, nên có khả hai trạm phát tín hiệu lên đường dẫn Chính vậy, phát trạm phải nghe đường dẫn để so sánh tín hiệu phát với tín hiệu nhận xem có xảy xung đột hay không (collision detection)  Trong trường hợp xảy xung đột, trạm phải hủy bỏ điện mình, chờ thời gian ngẫu nhiên thử gửi lại 13 Hình 2.7: Minh họa phương pháp CSMA/CD Một tình xảy xung đột tiêu biểu cách khắc phục minh họa Hình 2.7 Trạm A C nghe đường dẫn Đường dẫn rỗi nên A gửi trước Trong tín hiệu từ trạm A gửi chưa kịp tới nên trạm C không hay biết gửi, gây xung đột thời điểm gần C A C nhận tin hiệu phản hồi , so sánh với tín hiệu gửi đi, phát xung đột Cả hai trạm phải hủy điện gửi cách không phát điện không hợp lệ A C gửi tín hiệu “jam” đặc biệt để báo cho trạm cần nhận biết Sau trạm chờ ngẫu nhiên nhiên phải tính theo thuật tốn cho thời gian chờ ngắn cách hợp lý không giống chờ Thông thường thời gian chờ bội số hai lần thời gian lan truyền tín hiệu Ts Ưu điểm CSMA/CD tính chất đơn giản, linh hoạt Khác với phương pháp tiền định, việc ghép thêm hay bỏ trạm mạng khơng ánh hường tới hoạt động cảu hệ thống Chính vậy, phương pháp áp dụng rộng rãi mạng Ethernet Nhược điểm CSMA/CD tính bất định thời gian phản ứng Các trạm bình đẳng nên trình chờ trạm lặp lặp lại, khơng xác định tương đối xác thời gian Hiệu suất sử dụng đường truyền thấp Rõ ràng, không kết hợp thêm với kỹ thuật khác phương pháp khơng thích hợp với cấp thấp, đòi hỏi trao đổi liệu định kỳ, thời gian thực Điều kiện ràng buộc 14 Khả thực phương pháp CSMA/CD bị hạn chế điều kiện ràng buộc chiều dài dây dẫn, tốc độ truyền thông chiều dài điện Chỉ trạm phát xung đột xảy điện chưa gửi xong có khả hủy bỏ điện (có thể đơn giản cách khơng gửi tiếp cờ hiệu kết thúc) Cịn điện gửi xong phát xảy xung đột muộn, trạm khác nhận xử lý điện với nội dung sai lệch Trong trường hợp xấu hai trạm gửi thơng tin hai đầu cảu dây dẫn, trạm thứ hai gửi điện trước tín hiệu từ trạm thứ tới chút Tín hiệu bị xung đột xảy phải thêm khoảng thời gian thời gian lan truyền tín hiệu Ts quay trở lại tới trạm thứ Như điều kiện thực phương pháp CSMA/CD thời gian gửi điện phải lớn hai lần thời gian lan truyền tín hiệu, tức: (Chiều dài điện n / Tốc độ truyền v) > 2Ts n/v> 2l/(0,66*300.000.000), với l chiều dài dây dần hệ số k = 0,67 lv < 100.000.000n Đây điều kiện ràng buộc việc nâng cao tốc độ tăng chiều dài dây dẫn Ví dụ mạng Fast Ethernet (100Mbit/s) có chiều dài 100m điện ngắn 100 bit Hệ điều kiện ràng buộc hiệu suất truyền thông thấp liệu cần trao đồi không lớn Một lần nữa, ta thấy phương pháp khơng thích hợp cho hệ thống mạng cấp thấp 2.5) CSMA/CA Nguyên tắc làm việc CSMA/CA thuật ngữ viết tắt từ Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Tương tự CSMA/CD, trạm phải nghe đường dẫn trước gửi sau gửi thông tin Tuy nhiên, phương pháp mã hóa bit thích hợp sử dụng để trường hợp xảy xung đột, tín hiệu lấn áp tín hiệu Ví dụ tương ứng với bit mức điện áp cao lấn áp mức điện áp thấp bit 15 Hình 2.8: Minh họa phương pháp CSMA/CA Một tình tiêu biểu minh họa hình 2.8 T1 thơng tin trạm gửi R1 thông ti ntrạm nghe phàn hồi từ đường dẫn, T2 thông tin trạm phát R2 thông tin trạm nghe Khi hai điện khác bít đó, trạm thứ hai phát xung đột ngừng phát, cịn trạm thứ có mức tín hiệu lấn át nên coi khơng có chuyện gi xảy tiếp tục phát Trạm thứ chờ thời gian ngẫu nhiên, chờ đường dẫn trở lại gửi Điều kiện ràng buộc Điều kiện đề thực theo chế trạm phài nhận tín hiệu phản hồi tương ứng với bit vừa gửi, trước gửi bít tiếp theo, có khả dừng lại kịp thời xảy xung đột để bit không bị ảnh hưởng Như vậy, thời gian bit phài lớn hai lần thời gian lan truyền tín hiệu Ts, hay là: l/v > 2Ts, với v tốc độ truyền l/v> 2l/(0,67*300.000.000) lv < 100.000.000 với l chiều dài dây dẫn hệ số k = 0,67 Ví dụ, với tốc độ truyền 1Mbit/s chiều dài dây dần phải nhỏ 100m Rõ ràng, điều kiện ràng buộc ngặt nghèo so với phương pháp CSMA/CD, không liên quan đến chiều dài tối thiểu điện Qui định mức ưu tiên Mỗi điện bắt đầu dãy bit đặc biệt gọi cờ hiệu, sau tới phần khác thơng tin kiểm sốt, địa chỉ, Đổi với phương pháp CSMA/CA, sử dụng mức ưu tiên cho trạm (hoặc theo loại thông tin) gắn mã ưu tiên (001, 010, v.v ) vào phần sau cờ hiệu điện Bức điện có mức ưu tiên cao (tức mã số ưu tiên thấp hơn) lấn át điện 16 khác Trong trường hợp sử dụng mức ưu tiên theo trạm, lấy địa trạm làm mã số ưu tiên Cùng kết hợp phương pháp định mức ưu tiên theo loại thơng tin theo địa Một điện có mức ưu tiên cao xét trước hết theo loại thông tin sau đo theo địa trạm Nhờ có phương pháp sử dụng mức ưu tiên mà tính thời gian thực hệ thống cải thiện Có thể thấy rõ, bị hạn chế tốc độ truyền chiều dài dây dẫn, hiệu suất sử dụng đường truyền phương pháp cao Các trạm gửi thơng tin có nhu cầu xảy xung đột hai điện tiếp tục gửi End 17 ... 2.5) CSMA/CA 15 I) Cấu trúc mạng – Topology Cấu trúc mạng liên quan tới tổ chức phương thức phối hợp hoạt động thành phần hệ thống mạng, cấu trúc mạng ảnh hưởng tới nhiều tính kỹ thuật,... vi mạng đồng có thề dùng lặp (repeater) Trong ưường hợp mạng hoàn toàn khác loại thỉ phải dùng tới liên kết mạng khác bridge, router gateway Một số hệ thống cho phép xây dựng cấu trúc cho mạng. .. biến hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Trường hợp ưạm khơng làm việc (do hỏng hóc, cắt nguồn, ) khơng ảnh hưởng tới phần mạng cịn lại Một số hệ thống cho việc tách trạm khòi mạng thay trạm