TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH CỤC BỘ (LAN )HIỆN HỮU

TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH CỤC BỘ (LAN )HIỆN HỮU 5.1 kiến trúc của mạng cục bộ các mạng cục bộ thường có 3 loại kiến trúc chính (hình5.1)        hình sao (star)          Hình vòng (ring)       Hình cây (tree) Bus là trường hợp đặc biệt của hình cây có một thân , không có cành ,nên ta sẽ dùng từ ghép bus/cây. Trong dạng hình sao ,một phần tử chuyển mạch trung tâm được dùng để nối với tất cả các nút trong . Một trạm muốn truyền dữ liệu cần phải gửi một yêu cầu liên kết với một trạm đích nào đó tới trạm chuyển mạch trung tâm và trạm trung tâm này sử dụng chuyển mạch kênh để thiết lập , dữ liệu được trao đổi giữa hai trạm như thể chúng được nối với nhau bởi một liên kết điểm- điểm. Dạng hình vòng bao gồm một chu trình trong đó mỗi nút được nối với một phần tử lặp .dữ liệu lưu thông quanh vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết dữ liệu điểm - điểm giữa các phần tử chuyển tiếp . Một trạm muốn truyền phải đợi đến lượt và gửi dữ liệu vào vòng dưới dạng một packet trong đó có chứa các địa chỉ của nguồn và đích cũng như dữ liệu cần chuyền . Khi packet tới , trạm đích sẽ sao dữ liệu vào bộ nhớ đệm của nó và packet tiếp tục lưu thông cho đến khi nó trở về lại nút nguồn , tạo ra một kiểu xác nhận tự nhiên. Dạng bus/cây được đặc trưng bởi việc sử dụng một phương tiện truyền tin dạng quảng bá ,đa truy nhập .Vì tất cả các thiết bị phân chia một phương tiện truyền thông chung nên ở mỗi thời điểm chỉ có một thiết bị có thể truyền và cũng giống trường hợp dạng vòng , dữ liệu được gói trong một packet có chứa các địa chỉ nguồn và đích. Mỗi trạm kiểm soát phương tiện truyền và sao cho các gói dành cho nó . 5.2 Phương tiện truyền Bảng 2.1 cho ta danh sách các phương tiện truyền thích hợp với mạng cục bộ : cặp dây xoắn ,cáp đồng trục và sợi quang .Các đặc tính được chỉ ra trong bảng cho phép so sánh hiệu quả cũng như khả năng ứng dụng của mỗi loại phương tiện . Đặc tính phương tiện Tốc độ truyền dữ liệu tối đa (Mb/s) Tầm cực đại ứng với tốc độ ( km) Số lượng thiết Bị ghép nối Cặp dây xoắn 1-2 Vài 10 Cáp đồngtrục (50Ω) 10 Vài 100 Cáp đồng trục(75Ω) 20-50 1-10 10-1000 Cáp sợi quang 10 ? 1 ? 10 ? Bảng 5.2 Các đặc tính chủ yếu của các phương tiẹn truyền dùng cho mạng cục bộ 5.3 Quan hệ giữa phương tiện truyền và kiến trúc Việc lựa chọn phương tiện truyền tin và kiến trúc cho một mạng cục bộ không thể làm độc lập với nhau .Bảng 5.3 cho các tổ hợp mong muốn . Hình dạng Phươngtiện Bus Cây Vòng Sao Cặp dây xoắn x x x Cáp đồng trục băng hẹp x Cápđồng trục băng rộng x x Cáp sợi quang x Bảng 5.3 Các quan hệ giữa truyền tin và kiến trúc Kiến trúc bus có thể được cài đặt đối với hoặc cặp dây xoắn hoặc cáp đồng trục . Kiến trúc cây có thể dùng với cáp đồng trục băng rộng . Tính chất đơn hướng của tín hiêu băng rộng cho phép xây dựng một kiến trúc cây ,còn tính chất song hướng của tín hiệu băng hẹp trên cặp dây xoắn hoặc cáp đồng trục nói chung không thích hợp với kiến trúc cây. Kiến trúc vòng đòi hỏi các liên kết điểm - điểm giữa các bộ chuyển tiếp . Cặp dây xoắn , cáp đồng trục băng hẹp và sợi quang có thể được sử dụng để cung cấp các liên kết đó . cáp đồng trục băng rộng không thích hợp với kiến trúc vòng vì mỗi bộ lặp trong trường hợp đó cần có khả năng tiếp nhận và truyền lại một cách không đồng bộ các dữ liệu trên nhiều kênh . Giá thành cao của những thiết bị như vậy sẽ được chấp nhận . Kiến trúc sao đòi hỏi một liên kết giữa mỗi trạm và trạm chuyển mạch trung tâm . cặp dây xoắn sẽ thích hợp nhất với nhiệm vụ đó . Tốc độ truyền cao của cáp đồng trục hoặc sợi quang có thể vượt quá khả năng của các bộ chuyển mạch thông thường . 5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phương tiện truyền Tất cả các mạng cục bộ đều bao gồm một tập các thiết bị cùng phân chia khả năng truyền dữ liệu của mạng . Do vậy cần phải có các phương pháp điều khiển việc truy nhập vào phương tiện truyền để cho hai thiết bị bất kỳ có thể trao đổi dữ liệu khi muốn . Hình 5.4 cho sơ đồ phân loại các giao thức điều khiển truy nhập phương tiện truyền. Điều này dẫn tới việc ghép kênh hoặc theo thời gian hoặc theo tần số . Các kỹ thuật điều khiển truy nhập có thể là đồng bộ hoặc không đồng bộ . Ghép kênh TDM FDM Đồng bộ Không đồng bộ PBX Truy nhập ngẫu nhiên Truy nhập có điều khiển CSMA CSMA/CD Vòng có khe TOKEN TOKEN Tránh BUS RING đụng độ Chèn thanh ghi Hình 5.4 Các kỹ thuật điều khiển truy nhập mạng cục bộ 5.4.1 truy nhập ngẫu nhiên CSMA/CD Trước khi xem xét giao thức CSMA/CD ta tìm hiểu phương án đơn giản của nó là CSMA/, hay còn gọi là phương pháp LBT(listen before talk - nghe trước khi nói ). Một trạm muốn truy nhập phương tiện truyền , phải nghe xem phương tiện truyền rỗi hay bận . Nếu phương tiện truyền rỗi thì trạm bắt đầu truyền packet đi . Nếu phương tiện truyền đang bận thì trạm thực hiện một trong ba giải thuật được gọi các giải thuật “kiên trì “-Persitent algorithms sau đây:  Giải thuật tạm rút lui none- persitent . Trạm tạm thời rút lui chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi bắt đầu nghe phương tiện .  Giải thuật 1- persitent : Trạm tiếp tục nghe đến khi phương tiện rỗi thì truyền dữ liệu .  Giải thuật P- persitent : trạm tiếp tục nghe đến khi phương tiện rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất P định trước nào đó . Ngược lại nó tạm rút lui chờ đợi trong một thời gian cố định rồi truyền đi với xác suất P hoặc tiếp tục chờ đợi với xác suất (1-P). Giải thuật none- Persitent có hiệu qua trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền khi thấy phương tiện truyền sẽ cùng rút lui chờ đợi trong các thời đoạn ngẫu nhiên khác nhau . Nhược điểm của nó là có khoảng thời gian chết sau mỗi cuộc truyền .ngược lại giải thuật 1- persitent cố gắng giảm thời gian chết bằng cách cho phép một trạm đợi có thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền khác kết thúc . Song nếu có nhiều hơn một trạm đang đợi thì xung đột xảy ra . Giải thuật P- persitent phức tạp hơn cốt để tối thiểu hoá cả xung đột lẫn thời gian chết vì chỉ nghe trước khi nói còn trong khi nói thì không nên mặc dù có xung đột nên các trạm không hay biết gì mà vẫn cứ tiếp tục truyền nốt các packet của mình , gây ra việc chiếm dụng vô ích phương tiện truyền . Nhược điểm rõ ràng đó của CSMA được khắc phục bởi giải thuật CSMA/CD mà người ta gọi là phương pháp LWT( listen while talk- nghe trong khi nói ), trong đó có hai qui tắc sau được bổ xung vào giao thức CSMA: * Trong khi một trạm đang truyền nó vẫn tiếp tục nghe trên phương tiện truyền . Nếu phát hiện thấy có xung đột thì nó ngừng việc truyền và tiếp tục gửi tín hiệu thêm một thời gian nữa để đảm bảo tất cả các trạm đều nghe được sự kiện xung đột đó.  Sau đó trạm tạm chờ đợi trong một thời đoạn ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại bằng cách sử dụng CSMA. 5.4.2 token bus (bus dùng thẻ bài) Token Bus là kỹ thuật trong đó các trạm Bus (hoặc cây ) tạo nên một vòng logic : Đó là các trạm được xác định theo dãy thứ tự mà trạm cuối cùng của dãy sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiên . Mỗi trạm được biết địa chỉ của trạm kề trước và sau nó .Hình 5.5 Một packet điều khiển mà ta gọi là thẻ bài ( token) được dùng để cấp phát quyền truy nhập phương tiện truyền , nó được chạy trên vòng logíc này . Khi một trạm nhận được Token thì nó được trao quyền sử dụng phương tiện trong một thời đoạn xác định , trong thời đoạn đó nó có thể truyền một hoặc nhiều packet dữ liệu . Khi công việc đã song hoặc đã hết thời hạn cho phép , trạm sẽ chuyển Token đến trạm kế tiếp trong vòng logíc . Các trạm không sử dụng Token vẫn có thể có mặt trên Bus nhưng chúng chỉ có thể trả lời cho các yêu cầu xác nhận ( nếu chúng là đích của packet nào đó) . Trạm A Trạm C Trước= C Trước = B Sau = B Sau = A Trạm B Trạm D Trước= D Trước = A Sau = C Sau = B Hình 5.5: Token Bus Cần nhấn mạnh rằng thứ tự vật lý của các trạm trên BUS là không quan trọng và độc lập với thứ tự Logíc . Phương pháp này đòi hỏi một công việc khó khăn : đó là việc duy trì vòng logic . Tối thiểu cần phải thực hiện các chức năng sau :  cần bổ xung trạm vào vòng logic : Các trạm không tham dự cần được xem xét định kì để được chấp nhận bổ xung vào vòng logic.  Loại bỏ trạm khỏi vòng logic : Một trạm có thể tách ra khỏi vòng bằng các nối trạm trước và trạm sau nó với nhau .  Quản lý sai sót: Một số sai sót có thể xảy ra . Chẳng hạn : địa chỉ trùng ( hai trạm đều nghĩ đến lượt mình) ,và“gãy vòng“(không trạm nào nghĩ tớilượt mình) . Khởi tạo vòng logic : Khi thiết đặt mạng hoặc sau khi vòng logic bị gãy , cần phải tái tạo lại vòng .Cần có một giải thuật phân tán nào đó để vào trạm đầu , trạm nào thứ hai … Nhược điểm của Token Bus là quản lý phức tạp ,nhưng nó có ưu điểm là điều hoà lưu thông , thích hợp khi lưu lượng lớn. 5.4.3 Token ring – Truy nhập có điều khiển Phương pháp Token ring dựa trên việc lưu chuyển trong vòng một Packet Token nhỏ . Trong Packet có một bit biểu diễn trạng thái sử dụng của nó ( bận hoặc rỗi -Busy or free). Khi tất cả các trạm đều rỗi thì Token được đặt ở vị trạng thái Free ( rỗi ). Một trạm muốn truyền số liệu phải đợi đến khi Token đi qua , thay bit trạng thái của Token từ Free thành Busy và truyền một gói dữ liệu đi cùng với token đó . Lúc này không còn Token Free trên vòng nữa và do vậy các trạm cần truyền phải đợi . Gói dữ liệu được truyền đi một vòng và được trạm đích ( có địa chỉ ghi trong gói dữ liệu ) sao lại rồi đi tiếp cho đến khi quay về trạm phát . trạm phát sẽ xoá bỏ gói dữ liệu , thay đổi Token sang trạng thái Free và gửi nó vào vòng để các trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu trên mạng. B A Free Token C D Hình 5.6: Token ring Kỹ tuật Token ring cũng có một số ưu điểm giống như kỹ thuật Token Bus . Các ưu điểm chính là khả năng điều hoà lưu thông . Nhược điểm chủ yếu là các yêu cầu để duy trì Token:  Việc mất thẻ bài làm cho trên vòng không còn thẻ bài lưu chuyển nữa.  Một thẻ bài bận lưu chuyển không dừng trên vòng . Đối với vấn đề mất thẻ bài , có qui định trước một trạm điều khiển chủ động . Trạm này sẽ phát hiện tình trạng mất thẻ bài bằng cách dùng chế độ ngưỡng thời gian và phục hồi bằng cách phát đi một thẻ bài “ rỗi” mới. Đối với vấn đề thẻ bài lưu chuyển không dừng , trạm monitor sử dụng một bit trên thẻ bài ( gọi là monitor bit) để “đánh dâú” ( đặt giá trị 1) khi gặp một thẻ bài “bận “ đi qua nó . Nếu nó gặp lại một thẻ bài” Kiến bận” với bit đã đánh dấu đó thì có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài 155Mbps 155 Mb/s 10- Mb/s Ethernet Tới mạng ATM Công cộng 155 Mb/s 100Mb/s bận cứ quay vòng mãi . Lúc đó ,trạm monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành “ rỗi “ và chuyển tiếp trên vòng . Các trạm còn lại trên vòng sẽ có vai trò bị động : chúng theo dõi phát hiện tình trạng sự cố của trạm monitor chủ động và thay tế vai trò đó . Cần có một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm monitor hỏng. 5.5 .ATM- LAN 5.5.1 Kiến trúc ATM – LAN Có ba thế hệ của LAN :  thế hệ thứ nhất : Được đặc trưng bởi CSMA /CD và token ring .Nó cung cấp nối kết từ đầu cuối tới host và hỗ trợ cho kiến trúc khách - chủ .  Thế hệ thứ hai : Được đặc trưng bởi FDDI . Nó đáp ứng cho nhu cầu trục xương sống ( backbone ) của LAN và hỗ trợ cho các trạm làm việc ở tốc độ cao . 1. Thế hệ thứ ba : Được đặc trưng bởi ATM- LAN . Nó được thiết kế để cung cấp thông lượng số liệu tổng (aggregate throungput) và bảo đảm truyền theo thời gian thực , được dùng trong ứng dụng đa phươngtiện. ATM rất thích hợp cho việc đáp ứng các yêu cầu hỗ trợ đa dịch vụ bảo vệ các lớp ứng dụng video thời gian thực,tiện lợi cho hoạt động giữacông nghệ LAN và WAN,cung cấp thông lượng lớn. Bằng cách sử dụng đường dẫn ảo , kênh ảo , có thể dễ dàng tạo ra các lớp dịch vụ ATM ,dễ dàng phân cấp bằng cách bổ xung thêm nút (node) chuyển mạch ATM và sử dụng tốc độ dữ liệu cao hơn ( hoặc thấp hơn ) trong trường hợp nối thêm các thiết bị . Thuật ngữ ATM - LAN được dùng bởi các nhà cung cấp và nghiên cứu ứng dụg cho cấu hình khác nhau .ATM - LAN là một cách sử dụng đơn giản của việc sử dụng ATM như là một giao thức truyền số liệu .   Liên kết FDDI 100Mb/s 622Mbps ATMLAN khác     Hình 5.6 Cấu hình của ATM-LAN 5.5.2 Các dạng của ATM – LAN Bao gồm các dạng sau :  Cổng nối tới ATM - WAN : Chuyển mạch ATM hoạt động như một Router và bộ tập trung lưu lượng để nối kết toàn mạng tới ATM- WAN.  Chuyển mạch ATM xương sống ( backbone) : Hoặc là chuyển mạch ATM đơn hoặc là chuyển mạch ATM-LAN nối tới các LAN khác.  Nhóm làm việc ATM : Các trạm làm việc đa phương tiện tốc độ cao và hệ thống đầu cuối khác nối trực tiếp tới chuyển mạch ATM . Trong thực tế việc trộn lẫn 2 hoặc 3 kiểu trên đây của mạng để tạo ra ATM- LAN. Hình 5.7 cho thấy ATM - LAN backbone ( xương sống ) bao gồm nối kết ra mạng bên ngoài . Trong hình này ATM - LAN có 4 chuyển mạch nối với nhau theo phương thức điẻm - điểm ( point- to-point) tốc độ cao với tốc độ ATM chuẩn từ 155Mbps và 622Mbps . Với giả thiết này , có 3 LAN khác , mỗi cái nối với một trong các chuyển mạch ATM , Tốc dộ dữ liệu từ chuyển mạch ATM tới LAN nối kết phù hợp với tốc độ dữ liệu của LAN đó . Ví dụ nối kết tới FDDI là 100Mbps . Do chuyển mạch phải bao gồm một vài bộ đệm và khả năng chuyển đổi tốc độ tới bản đồ tốc độ dữ liệu từ LAN nối kết tới tốc độ dữ liệu ATM . Chuyển mạch ATM cũng thực hiện vài loại chuyển đổi giao thức từ giao thức MAC ( Media access control) sử dụng cho LAN trở thành dòng các tế bào ATM dùng trên mạng ATM ( Đó là cầu nối và định tuyến ) . phương pháp đơn giản này được dùng cho mỗi chuyển mạch ATM gắn vào LAN để thực hiện chức nâng định tuyến hoặc cầu nối . ATM - LAN trong hình 5.7 cho thấy phương pháp chèn trục xương sống tốc độ cao vào môi trường nội hạt . Khi nhu cầu trên phát triển , chỉ đơn giản là phát triển dung lượng của trục xương sống bằng cách đưa thêm chuyển mạch , phát triển thông lượng chuyển mạch , phát triển tốc độ dữ liệu của trung kế giữa các chuyển mạch . Với các chiến lược này ,tải của LAN riêng biệt với giả thiết có thể phát triển và só lượng LAN cũng có thể phát triển. Tuy nhiên với trục chính ATM đơn giản không thể đáp ứng tất cả nhu cầu của LAN . Trong cấu hình này , hệ thống đầu cuối dùng chung phương tiện và dùng chung môi trường có hạn chế tộc độ dữ liệu . Cách tiếp cận thuận tiện và hiệu qủa là sử dụng công nghệ ATM với Hub. Hình 5.8 đưa ra một cấu hình có thể của phương pháp này .Mõi ATM – Hub gồm có một số các cổng hoạt động với các tốc độ dữ liệu và giao thức khác nhau . Mỗi Hub nhỏ bao gồm một số lượng module và mỗi module chứa cổng với dữ liệu và gíao thức đã cho . Sự khác nhau chủ yếu giữa ATM - Hub (trong hình 5.8) và nút ATM (trong hình 5.6) là cách thức điều khiển hệ thống đầu cuối khác nhau . Trong ATM - Hub mỗi hệ Chuyển mạch ATM CổngATM Cổng nối TiếpCổngEthernet Cổng token ring Cổng FDDI Cổng Ethernet Server 100MbpsEthernet ATM Hub 155Mbps 155Mbps WAN line 100MbpsEthernet 16MbpsToken ring 100Mbps FDDI thống đầu cuối có một nối kết điểm - điểm tới Hub . Mỗi hệ thống đầu cuối bao gồm phần cứng và phần mền truyền thông để giao tiếp với các kiểu riêng biệt của LAN , trong mỗi trường hợp LAN chỉ có hai kiểu thiết bị hệ thống đầu cuối và Hub. Ví dụ : Mỗi thiết bị nối kết tới cổng Ethernet 10Mbps dẫn ra giao thức CSMA/CD với 10Mbps . Tuy nhiên mỗi hệ thống đầu cuối đều có đường riêng của mình tác dụng của nó là cung cấp 10Mbps . Do đó mỗi hệ thống có thể hoạt động gần với tốc độ dữ liệu tối đa 10Mbps.  Bộ điều khiển module chuỷên mạch Giao diện cổng Giao diện cổng 155Mbps Tầng chuyển mạchMa trận chuyển mạch Phần tử chuyển mạch        Hình 5.7 : Cấu hình của ATM- LAN- Hub Sử dụng cấu hình nay như trong hình 5.6 và 5.7 có thuận lợi là việc cài đặt LAN đang tồn tại và phần cứng của LAN,có thể được sử dụng lại với công nghệ ATM . Điều bất lợi là việc sử dụng môi trường trộn lẫn các giao thức yêu cầu phải cài đặt một vài loại chuyển đổi giao thức . Phương pháp đơn giản hơn là yêu cầu hệ thống đầu cuối phải được tổ chức với khả năng của ATM và đây gọi là ATM- LAN thuần tuý . Hình 5.8 Biểu diễn cấu hình một nút đơn trong ATM - LAN thuần tuý và cũng đưa ra ý nghĩa của việc cài đặt chuyển mạch ATM, ở đây mỗi hệ thống đầu cuối nối trực tiếp tới chuyển mạch ATM với tốc độ dữ liệu chuẩn (155Mbps). Ma trận chuyển mạch trong hình 5.8 là một nhómcác phần tử chuyển mạch .Khi tín hiệu truyền tới phần dầu của thiết bị , phần tử chuyển mạch chọn ngẫu nhiên để chuyển nó tới một trong hai đầu ra . Đầu ra của tầng đầu là đầu vào của tầng tiếp theo , cứ tiếp tục như vậy . Xử lý này đảm bảo việc truyền xuyên qua ma trận chuyển mạch , giảm tắc nghẽn .   [...]... dữ liệu lớn hơn 100Mbps Điểm mạnh của ATM- LAN là tốc độ cao , thời gian phân bố và tích hợp với mạng ATM- WAN Điểm mạnh của kênh thông tin quang là tốc độ cao , truyền dữ liệu và khối lượng lớn có hiệu quả , tích hợp kênh I/O và hỗ trợ mạng 5.6 Kết kuận Trong chương này ta tìm hiểu sơ bộ về mạng cục bộ ,phương tiện truyền ,đồng thời xem xét các giao thức điều kiển truy nhập phương tiện truyền và... đều có bộ đệm đủ lớn để giữ một vài tế bao ATM Các tế bào được giữ lại để tránh tắc nghẽn và được nhân lên cho việc thực hiện đa phân phát Trong trường đa phân phát , phần tử chuyển mạch kiểm tra để xem nó cần phải copy hay không Nếu vậy phần tử chuyển mạch chuyển tế bào copy qua cả hai cổng ra Lưu ý có phần gối lên nhau của các ứng dụng ATM - LAN và kênh thông tin quang Cả hai đều dùng sợi quang . TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH CỤC BỘ (LAN )HIỆN HỮU 5.1 kiến trúc của mạng cục bộ các mạng cục bộ thường có 3 loại kiến trúc. 20-50 1-10 10-1000 Cáp sợi quang 10 ? 1 ? 10 ? Bảng 5.2 Các đặc tính chủ yếu của các phương tiẹn truyền dùng cho mạng cục bộ 5.3 Quan hệ giữa phương tiện