Bài giảng Lý thuyết mạng máy tính - Chương 3: Mạng cục bộ LAN

Bài giảng Lý thuyết mạng máy tính - Chương 3: Mạng cục bộ LAN trình bày khái niệm về mạng cục bộ LAN; mạng hình sao star; mạng hình tuyến bus; mạng hình vòng ring; các giao thức điều khiển truy nhập đường truyền; giao thức truy nhập có điều khiển...

10/30/2012 CHƢƠNG 3: MẠNG CỤC BỘ LAN Thời lƣợng: GV giảng: tiết; Thảo luận: tiết; Thực hành: tiết; Bài tập: tiết; Tự học: 15 tiết Mục đích, yêu cầu:  Mục đích: Giúp sinh viên nắm đƣợc kiến thức mạng LAN Nắm đƣợc ý nghĩa thực tế, mơ hình kiến trúc thành phần mạng Hiểu đƣợc cách thức điều khiển truy nhập đƣờng truyền: Token bus, Token Ring, CSMA, Ethenet  Yêu cầu: • Học viên tham gia học tập đầy đủ • Nghiên cứu trƣớc nội dung có liên quan đến giảng (đã có http://http:/fit.mta.edu.vn/~thiennd/) • Làm tập thực hành MẠNG CỤC BỘ LAN Giới thiệu ? Topology Đường truyền2 Thiết bị kết nối Các giao thức điều khiển truy cập đường truyền 10/30/2012 Khái niệm chung  Mạng cục LAN  Đặc điểm: 1) Tốc độ truyền liệu cao 10Mbps  10 Gbps, tỉ lệ lỗi chi phí thấp 2) Phạm vi, qui mô nhỏ 3) Sử dụng kỹ thuật đơn giản 4) Mơ hình: Client/Server Peer-to-Peer TOPOLOGY 2.1 MẠNG HÌNH SAO STAR • Bao gồm thiết bị đầu cuối (terminator) nối vào trung tâm điều khiển, theo mơ hình Client/Server • Thiết bị trung tâm thực việc bắt tay cặp trạm cần trao đổi thông tin với nhau, thiết lập liên kết điểm - điểm (point to point), xử lý q trình trao đổi thơng tin 10/30/2012  Ưu điểm: Lắp đặt đơn giản, dễ dàng cấu hình lại Dễ dàng kiểm sốt khắc phục cố Ít xảy va chạm, xung đột đường truyền Đạt tốc độ cao  Nhược điểm: Khoảng cách mạng hạn chế 10/30/2012 2.2.MẠNG HÌNH TUYẾN BUS 10/30/2012 Point to multipoint; Peer-to-Peer; Ưu điểm: – Bán kính khơng bị hạn chế, chi phí lắp đặt thấp, tốc độ truyền cao Nhược điểm: – Cần giao thức điều khiển truy cập đường truyền – Khi có cố khó kiểm sốt khắc phục, dễ gây ảnh hưởng tới toàn mạng mạng star – Dễ xảy va chạm, xung đột đường truyền 2.3 Mạng hình vịng Ring  Đƣờng cáp làm thành vịng khép kín  Các thiết bị đầu cuối đƣợc nối với vịng thơng qua Repeater có nhiệm vụ nhận tín hiệu chuyển tới trạm vịng  Tín hiệu đƣợc truyền cho theo chiều, thời điểm trạm đƣợc truyền  Mỗi trạm nhận đƣợc gói liệu nhận chuyển tiếp 10 10/30/2012 11  Giao thức Token  Ưu điểm: Nới rộng vòng xa Tổng đƣờng dây cần thiết so với kiểu  Nhược điểm: Đƣờng dây phải khép kín, bị ngắt nơi hệ thống bị ngƣng Các giao thức điều khiển truyền liệu phức tạp 12 10/30/2012 Topo hỗn hợp • Kết hợp loại Topo 13 Mối trường truyền tin A - Cáp dây xoắn (Twisted Pair) - Truyền liệu cự li ngắn khoảng 100m - Gồm sợi chia làm cặp, lý thuyết 500Mb/s, thực tế 100Mb/s 14 10/30/2012 b- Cáp đồng trục Tốc độ cáp đồng trục lên tới 35 Mbit/s băng thơng cáp đạt gần đạt đến GHz, dùng mạng LAN với khoảng cách 200m, thường dùng mạng hình Bus 15 c- Cáp quang(Fiber Optics) Cáp sợi quang bao gồm sợi thuỷ tinh cực mảnh(core), bên lớp thuỷ tinh đồng tâm hay gọi lớp phủ (cladding) có số khúc xạ thấp Tiếp đến lớp nhựa mỏng bảo vệ bên 16 10/30/2012 Có hai chế độ hoạt động: – Single-mode: Chỉ có đƣờng dẫn quang – Multi-mode: Có nhiều đƣờng dẫn quang Tốc độ đạt đến hàng Gb/s, khoảng cách hàng km truyền đồng thời nhiều tín hiệu với bƣớc sóng ánh sáng khác 17 d - Sóng Radio Radio chiếm giải tần từ 10KHz đến GHz, băng tần quen thuộc : – Sóng ngắn – VHF(Very High Frequency) : truyền hình FM – UHF(Ultra High Frequency) : truyền hình  Có phương thức truyền theo tần số Radio: - Công suất thấp, tần số đơn : từ - 10 Mb/s Độ suy hao có đỡ nhƣng khả chống nhiễu - Trải phố : từ – Mb/s tần số 900MHz Công suất thấp nên độ suy hao lớn 18 10/30/2012 E - Sóng Viba – Có dạng: mặt đất vệ tinh – Các hệ thống viba mặt đất thƣờng hoạt động băng tần 4-6 GHz 21-23 GHz, tốc độ từ – 10 Mb/s F - Các Hệ Thống Hồng ngoại Điểm - điểm quảng bá – Các mạng điểm - điểm: giải tần từ 100 GHz 1000 THz, tốc độ 100 Kb/s đến 16 Mb/s – Các mạng quảng bá: giải tần từ 100 GHz - 1000 THz, nhƣng tốc độ dƣới Mb/s 19 Các giao thức điều khiển truy nhập đường truyền Các giao thức truy nhập ngẫu nhiên truy cập phương tiện truyền theo ý muốn, lúc : CSMA, CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detect) (dùng cho đƣờng bus) Truy nhập có điều khiển phương pháp điều khiển tranh chấp: Token Bus, Token Ring giao thức thích hợp cho mạng cục 20 10 10/30/2012 5.1 Giao thức truy nhập ngẫu nhiên Giao thức đƣờng dây đa truy cập với cảm nhận va chạm: Một trạm kiểm tra đƣờng truyền trƣớc gửi gói liệu Giao thức phải phát đƣợc xung đột trạm phải ngƣng truy nhập, chờ sau thời gian ngẫu nhiên khác truy cập lại 21 a CSMA (PP đường dây đa truy cập - LBT ) Khi truyền liệu trƣớc hết phải kiểm tra xem phƣơng tiện truyền có rảnh khơng Nếu rảnh bắt đầu truyền, bận thực giải thuật sau: 1) Tạm thời rút lui chờ khoảng thời gian ngẫu nhiên lại bắt đầu nghe đƣờng truyền Giải thuật tránh xung đột nhƣng lại có thời gian chết 2) Tiếp tục kiểm tra đƣờng truyền đến đƣờng truyền rảnh truyền liệu Giảm đƣợc thời gian chết nhƣng nhiều trạm chờ xảy xung đột 22 11 10/30/2012 3) Tiếp tục kiểm tra đƣờng truyền đến đƣờng truyền rảnh truyền liệu với xác suất p < Giải thuật giảm đƣợc xung đột thời gian chết Khơng có khả phát xung đột q trình truyền, dẫn đến lãng phí đƣờng truyền Khắc phục phƣơng pháp CSMA/CD 23 b CSMA/CD (Đƣờng dây đa truy cập với cảm nhận va chạm - LWT) Trong truy nhập, máy trạm tiếp tục kiểm tra Phƣơng pháp nhƣ CSMA cịn có chức tránh xung đột mạng qui tắc sau:  Khi truyền tiếp tục kiểm tra đƣờng truyền  Nếu phát có xung đột ngừng truyền tiếp tục gửi thông báo cho trạm biết kiện xung đột 24 12 10/30/2012  Sau chờ thời gian ngẫu nhiên trạm thử truyền lại cách sử dụng phƣơng pháp CSMA Với mạng sử dụng giao thức thời gian chiếm dụng đƣờng truyền giảm xuống giảm đƣợc tối đa xung đột 25 5.2 Giao thức truy nhập có điều khiển • Các phƣơng pháp chủ yếu dùng kỹ thuật chuyển thẻ để cấp phát quyền truy nhập đƣờng truyền Thẻ đơn vị liệu đặc biệt, có kích thƣớc nội dung đƣợc qui định riêng cho phƣơng pháp Ta xét hai phƣơng pháp tiêu biểu : Token bus, Token Ring 26 13 10/30/2012 a Token Bus Đây giao thức truy nhập có điều khiển để cấp phát quyền truy nhập đƣờng truyền cho trạm có nhu cầu truyền liệu  Đầu tiên trạm bus tạo nên vòng logic, vị trí đuợc xác định theo thứ tự Mỗi trạm đƣợc biết địa trạm kề sau trƣớc nú 27 Cỏc Token bus đ-ợc l-u chuyển vòng logic Token bus đ-ợc chuyển cho trạm vòng logic truyền xong hết thời hạn Các chức năng: a) Khởi tạo vòng logic b) Bổ sung loại bỏ trạm khỏi vòng logic c) Quản lý lỗi: trùng địa chỉ, thẻ dẫn đến treo, rơi vào trang thái chờ lẫn 28 14 10/30/2012 • Giải thuật cho chức trên: – Bổ sung trạm vào vòng logic – Loại bỏ trạm khỏi vòng logic – Quản lý lỗi – Khởi tạo lại vòng logic 29 Ưu nhược điểm:  Token Bus quản lý phức tạp so với CSMA/CD, trƣờng hợp tải nhẹ không hiệu CSMA/CD (do thẻ phải chuyển qua nhiều trạm)  Có hiệu trƣờng hợp tải nặng, dễ điều hồ khơng có xung đột 30 15 10/30/2012 b Token Ring • Trong Token ring có bit biểu diễn trạng thái sử dụng Một trạm muốn truyền liệu phải đợi đến nhận thẻ “rỗi” • Khi trạm đổi bit trạng thái thành “bận” truyền đơn vị liệu với thẻ theo chiều vịng • Dữ liệu đến trạm đích lại, sau với thẻ tiếp đến trạm nguồn • Trạm nguồn xoá liệu, bit trạng thái -> rỗi cho lưu chuyển vòng để trạm khác nhận quyền truyền liệu 31 Mơ hình phân phối thẻ cho mạng ring 32 16 10/30/2012 • Hai vấn đề dẫn đến phá vỡ hệ thống: – Việc thẻ : giải pháp sử dụng trạm Active monitor time out để phục hồi thẻ rỗi – Một thẻ “bận” lưu chuyển không ngừng: trạm monitor sử dụng monitor bit để “đánh dấu” ( ) gặp thẻ “bận” qua Nếu gặp lại thẻ “bận” với bit đánh dấu chứng tỏ có thẻ “bận” quay vòng mãi, monitor đổi bit trạng thái thành “rỗi’ chuyển tiếp vòng Các trạm lại theo dõi monitor sẳn sàng thay gặp cố 33 •Ưu nhược điểm:  Hiệu tải nặng tránh đƣợc xung đột  Việc truyền Token khơng thực đƣợc xoay vịng bị đứt đoạn  Phải có chế kiểm tra Token để kiểm tra khôi phục Token bị 34 17 10/30/2012 CSMA/CD Tokens Các phƣơng pháp dùng thẻ phức tạp so với CSMA/CD Hiệu khơng cao điều kiện tải nhẹ: trạm phải đợi lâu đến lƣợt Ƣu điểm phƣơng pháp dùng thẻ bài: khả điều hồ lƣu thơng mạng, lập chế độ ƣu tiên cấp pháp thẻ cho trạm cho trƣớc Đặc biệt hiệu trƣờng hợp tải nặng 35 18 ... băng tần 4-6 GHz 2 1-2 3 GHz, tốc độ từ – 10 Mb/s F - Các Hệ Thống Hồng ngoại Điểm - điểm quảng bá – Các mạng điểm - điểm: giải tần từ 100 GHz 1000 THz, tốc độ 100 Kb/s đến 16 Mb/s – Các mạng quảng... 13 Mối trường truyền tin A - Cáp dây xoắn (Twisted Pair) - Truyền liệu cự li ngắn khoảng 100m - Gồm sợi chia làm cặp, lý thuyết 500Mb/s, thực tế 100Mb/s 14 10/30/2012 b- Cáp đồng trục Tốc độ cáp... chung  Mạng cục LAN  Đặc điểm: 1) Tốc độ truyền liệu cao 10Mbps  10 Gbps, tỉ lệ lỗi chi phí thấp 2) Phạm vi, qui mô nhỏ 3) Sử dụng kỹ thuật đơn giản 4) Mơ hình: Client/Server Peer-to-Peer TOPOLOGY