6. Ảnh hưởng của tiếng ồn trong việc truyền thông
1.4 Lớp liên kết dữ liệu ( Datalink )
Lớp gửi khung dữ liệu ( dataframe ) từ lớp mạng sang lớp vật lý. Nó đóng gói dữ liệu thô từ lớp physical thành từng khung dữ liệu, chịu trách nhiệm truyền khung dữ liệu không lỗi từ máy tính này sang máy tính khác thông qua lớp vật lý.
Có các tiêu chuẩn cho lớp này : chuẩn 802 :
802.1 ---- Dùng cho liên mạng ( internetworking ) 802.2 ---- Điều chỉnh LLC
802.3 ---- CSMA/CD 802.4 ---- Token Bus 802.5 ---- Token Ring
802.6 ---- Dành cho mạng MAN
802.9 ---- Mạng tiếng nói/ dữ liệu tích hợp 802.11--- Mạng vô tuyến
Uỷ ban tiêu chuẩn chia lớp này thành 2 líp con:
- Líp LLC ( Logic Link Control ) : có nhiệm vụ điều khiển luồng và kiểm tra lỗi.
- Líp MAC ( Media Access Control ) : lớp này giao tiếp trực tiếp với lớp vật lý và chịu trách nhiệm chuyển giao dữ liệu không lỗi giữa 2 máy tính. 1.5 Lớp vật lý ( physical )
Đây là lớp thấp nhất trong mô hình OSI. Lớp này truyền các luồng bit dữ liệu qua các phương tiện vật lý ( nh các loại cáp mạng ), với các giao tiếp cơ khí. Lớp này định rõ việc mã hoá dữ liệu và sự đồng bộ hoá bit truyền. Ngoài ra nó còn chỉ ra kiểu thiết bị truyền cũng như các kiểu mã hoá đường truyền.
Chương VI: Mạng cục bộ 1. Mở đầu
Những năm vừa qua công nghệ mạng cục bộ LAN đã phát triển rất nhanh chóng. Sự bùng nổ của công nghệ LAN phản ánh nhu cầu thực tế của các công ty, trường học, doanh nghiệp cần kết nối các hệ thống đơn lẻ thành mạng nội bộ để tạo khả năng trao đổi thông tin, phân chia tài nguyên (phần cứng, phần mềm) đắt giá.
Mạng cục bộ LAN thường được cài đặt trong một phạm vi tương đối nhỏ, với đường kính của mạng có thể là vài chục mét cho đến vài chục Km trong điều kiện công nghệ hiện nay. Mạng LAN có tốc độ truyền thường cao hơn so với mạng diện rộng. Với công nghệ mạng hiện nay, tốc độ truyền của mạng cục bộ có thể đạt tới 100Mb/s. Mạng LAN có tỷ suất lỗi thấp hơn nhiều so với mạng diện rộng. Mạng LAN thường được sử hữu bởi một tổ chức nào đó như trường học, công ty… do vậy việc quản lý khai thác mạng hoàn toàn tập trung, thống nhất.
Với sự phát triển của công nghệ mạng, các đặc trưng nói trên cũng chỉ mang tính tương đối. Và từ những đặc trưng trên, kiến trúc mạng cục bộ cũng có những đặc thù riêng.
2 Kỹ thuật mạng cục bộ 2.1 Topology
Do đặc thù cảu mạng cục bộ nên chỉ có 3 topology thường được sử dụng, đó là : star, bus (đường trục), ring (vòng).
STAR là mạng hình sao, tất cả các trạm được nối với một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích của tín hiệu. Tuỳ theo yêu cầu truyền thông trong mạng, thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch (switch), một bộ chọn đường (router) hay đơn giản là một bộ phân kênh (hub). Vai trò thực chất của thiết bị trung tâm này chính là thực hiện việc bắt tay giữa các cặp trạm cần trao đổi thông tin với nhau, thiết lập các liên kết điểm - điểm giữa chúng. Ưu điểm của topology Star là lắp đặt đơn giản, dễ dàng cấu hình lại (thêm, bớt trạm) dễ dàng kiểm sóat và khắc
phục sự cố. Đặc điểm do sử dụng liên kết điểm - điểm nên tận dụng được tối đa tốc của đường truyền vật lý. Nhược điểm chủ yếu là độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100 mét).
RING : ở dạng vòng, tín hiệu được lưu chuyển theo một chiều duy nhất. mỗi trạm của mạng được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển đến trạm kế tiếp trên vòng. Như vậy tín hiệu được lưu truyền trên vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết điểm - điểm giữa các repeater. Để tăng độ tin cậy trên mạng, tuỳ trường hợp người ta có thể lắp dư thừa các đường truyền trên vòng, tạo thành một dạng vòng, tạo thành một dạng vòng dự phòng. Khi đường truyền trên vòng chính bị sự cố thì vòng phụ này sẽ được sử dụng, với chiều đi của tín hiệu sẽ ngược với chiều đi trên mạng chính.
Topology RING cũng có những ưu, nhược điểm tương tự như dạng STAR. Điều khác biệt quan trọng là dạng RING đòi hỏi giao thức truy nhập đường truyền khá phức tạp.
BUS :ở dạng này, tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền chính (bus). Đường truyền chính này được giới hạn hai đầu bởi một loại đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm được nối vào BUS qua một đầu nối chữ T (T-connector) hoặc một bộ thu phát (transceiver). Khi một trạm truyền dữ liệu, tín hiệu được quảng bá (broadcast) trên hai chiều Bus, có nghĩa là mọi trạm còn lại đều có thể nhận tín hiệu trực tiếp. Đối với các bus một chiều thì tín hiệu chỉ đi về một phía, lúc đó terminator phải được thiết kế sao cho các tín hiệu phải được dội lại trên bus để có thể đến được các trạm còn lại ở phía bên kia. Như vậy, với topology bus, dữ liệu được truyền dựa trên các liên kết điểm - nhiều điểm hay quảng bá.
3 Các chuẩn IEEE 802.X
phong trong lĩnh vực chuẩn hoá mạng cục bộ với đề án IEEE 802 nổi tiếng bắt đầu triển khai từ năm 1980 và kết quả là hàng loạt chuẩn thuộc họ IEEE 802.x ra đời, tạo nên một sự hội tụ quan trọng cho việc thiết kế và cài đặt các mạng cục bộ trong thời gian qua. Vị trí của họ chuẩn này càng cao hơn khi ISO đã xem xét và tiếp nhận chúng thành chuẩn quốc tế và ban hành dưới mã hiệu tương ứng là ISO 8802.x
Đến nay, họ IEEE 802.x bao gồm các chuẩn sau: IEEE 802.1 : High Level Interface
IEEE 802.2 : Logical Link Control (LLC) IEEE 802.3 : CSMA/CD
IEEE 802.4 : Token Bus IEEE 802.5 : Token Ring
IEEE 802.6 : Metropolitan Area Networks (MAN) IEEE 802.7 : Broadband Technical Advisory Group IEEE 802.8 : Fiber Optic Technical Advisory Group IEEE 802.9 : Integrated Data and Voice Networks
IEEE 802.10 : Standard for Interoperable LAN Security IEEE 802.11 : Wireless LAN
IEEE 802.12 : 100VG – anyLAN
Hiện nay thì IEEE đang hình thành tiểu ban thứ 13 để phát triển chuẩn IEEE 802.13 cho các mạng 100-BASE-X
IEEE 802.1 là chuẩn đặc tả kiến trúc mạng, kết hợp giữa các mạng và việc quản lý mạng đối với mạng cục bộ.
IEEE 802.2 là chuẩn đặc tả tầng LLC (dịch vụ, giao thức) của mạng cục bộ. Có 3 kiểu LLC chính được định nghĩa:
LLC-type 1: là giao thức kiểu “không liên kết” và không có cơ chế báo nhận (acknowledgement).
LCC-type 3 : là giao thức kiểu “không liên kết” và có cư chế báo nhận. Các giao thức này được xây dựng trên phương thức cân bằng (balanced mode) của giao thức HDLC và có các khuôn dạng dữ liệu và chức năng tương tự, đặc biệt là trong trường hợp LLC-type 2.
IEEE 802.3:
IEEE 802.3 là chuẩn đặc tả một mạng cục bộ dựa trên mạng Ethernet. Ethernet là hệ thống mạng đầu tiên được tạo ra bởi Xerox nhưng nó chỉ phát triển thật sự và được chuẩn hóa bởi các công ty lớn nh Xerox, Intel và Digital Equipment Corporation. Ethernet là mạng có tốc độ 10Mbps và sử dụng phương thức truy nhập mạng CSMA/CD. Có các loại Ethernet sau:
- 10Base-5 sử dụng cáp đồng trục dày (thickcable ) - 10Base-2 sử dụng cáp đồng trục mỏng (thincable ) - 10Base-T sử dụng cáp xoắn đôi ( Twisted Pair Cable ) - 10Base-F sử dụng cáp quang ( Fibre )
IEEE 802.3 bao gồm cả tầng vật lý và tầng con MACvới các đặc tả sau: - Đặc tả dịch vụ MAC (MAC service specification)
- Giao thức MAC (MAC protocol)
- Đặc tả vật lý độc lập với đường truyền (Medium-dependent physical specification).
Đặc tả dịch vụ MAC định nghĩa các dịch vụ mà IEEE 802.3 cung cấp cho tầng LLC hoặc người sử dụng ở tầng cao hơn khác.
Phần cốt lõi của IEEE 802.3 là giao thức MAC dựa trên phương pháp CSMA/CD.
Cấu trúc khung truyền của Ethernet 802.3 sử dụng cho tất cả các mạng Ethernet như sau:
Preamble SFD destinatio n Address Source Address LE N Data PAD FCS
Preamble : là phần đầu dùng cho người nhận biết để thiết lập sự đồng bộ bit, đồng bộ quá trình truyền giữa 2 điểm trong mạng. Nó là một dãy luân phiên các bit 1 và 0 với bit cuối cùng là 0.
SFD : Start Frame Dilimiter: là dãy số 10101011, để chỉ sự bắt đầu thực sự của frame, nó giúp cho người nhận định vị được bit đầu tiên của frame.
Destination Address : Địa chỉ nguồn phát: địa chỉ của các trạm đích của frame, nó có thể là một địa chỉ vật lý duy nhất một trạm hoặc một địa chỉ nhóm (nhiều trạm), hoặc một địa chỉ tổng thể (tất cả các trạm trên mạng). Khi cài đặt có thể lựa chọn thống ngất địa chỉ 16bit hoặc 48bit.
LEN : Độ dài của trường dữ liệu. chỉ độ dài octets của phần LLC data tiếp theo sau.
PAD : Filler Bytes. Các octets được thêm vào để đảm bảo rằng frame là đủ dài để có thể phát hiện xung đột chính xác.
FCS : Frame Check Sequence. Mã kiểm tra lỗi CRC 32bit cho tất cả các vùng, trừ Preamble, SDF và bản thân FCS.
Source address: địa chỉ của trạm nguồn gửi frame đi, độ dài của SA phải giống với độ dài của DA đã chọn.
LLC data: đơn vị dữ liệu của LLC
Tầng vật lý của IEEE 802.3 được chia làm hai phần. Phần độc lập với đường truyền đặc tả giao diện giữa các tầng MAC và vật lý (giao diện này không phỉa là yêu cầu bắt buộc của chuẩn nhưng trong nhiều trường hợp nó có ích). Phần phụ thuộc đường truyền là bắt buộc phải có và đặc tả giao diện với đường truyền cảu LAN và các tín hiệu trao đổi với đường truyền. Phần này cho nhiều khả năng chọn (option) khác nhau về kiểu đường truyền,
phương thức truyền tín hiệu (tương tự hoặc số) và tốc độ truyền.
Hiện tại có các phương án sau cho tầng vật lý của IEEE 802.3, với các đặt tên quy ước theo bộ 3:
-Tốc độ truyền tín hiệu (1, 10 hoặc 100 Mb/s)
- BASE (nếu là Baseband) hoặc BROAD (nếu là Broadband) - Chỉ định đặc trưng đường truyền.
* 1BASE5: Tốc độ 1Mb/s dựng cỏp UTP với phạm vi tín hiệu lên tới 500m (250 m/segment, topo hình sao)
* 10BASE5 : dựng cáp đồng trục đường kính lớn (10mm) với trở kháng 50ohm, tốc độ 10Mb/s, phạm vi tín hiệu 500m/segmemt, bus.
(phương án này còn gọi là Thick Ethernet hay thicknet)
* 10BASE2 : tương tự thicknet nhưng dựng cáp đồng trục nhỏ, có thể chạy với khoảng cách tới 185m (xấp xỉ 200m vì thế có số 2 chỉ định phạm vi cáp trong tên của phương án). Tốc độ 10Mb/s, bus. Trong cấu hình mạng Bus, đầu cuối Bus trung tâm thường phải dùng một thiết bị gọi là terminator dể phối hợp trở kháng, ngăn không cho tín hiệu dội trong cáp. Có thể kéo dài cáp thông qua bộ nối trúc tròn ( Barrel Connect ).
(phương án này còn gọi là Thin Ethernet hoặc Thinnet)
* 10BASE-F : Dùng cáp quang, tốc độ 10Mb/s, phạm vi cấp 4Km. Được phân thành 3 phương án con :
10BASE-FL (Fiber Link ) 10BASE-FB (Fiber Backbone) 10BASE-FP (Fiber Passive)
* 10BROAD36 :dùng Broadband, tốc độ 10Mb/s, cáp đồng trục 75Ohm, phạm vi cấp 1800m (lên tới 3600m trong một cấu hình cáp đôi – dual cable), bus.
* 10BASE-T ; dựng cỏp xoắn đôi, topo hình sao, có tốc độ 10Mb/s. Trong cấu trúc mạng sao, các máy tính được nối vào một bộ phận gọi là Hub (
đầu nối trung tâm ). Khoảng cách từ HUB tới trạm tối đa là 100m.
Hub : là phần tử trung tâm trong cấu hình mạng sao. Nó giúp việc theo dõi lưu lượng và hoạt động của mạng một cách tập trung. Nó có thể mở rộng mạng như một Repeat. Có các loại Hub sau :
-Hub chủ động : loại này có khả năng nhận và truyền lại tín hiệu hay còn gọi là bộ chuyển tiếp đa cổng. Loại này cần cung cấp nguồn để hoạt động. -Hub thụ động : nó chỉ đóng vai trò như một điểm nối kết, không khuếch đại hay tái tạo lại tín hiệu. Loại này không cần nguồn để hoạt động.
-Hub lai ( Hybid Hub ) : Hub lai là loại cải tiến dùng cho nhiều loại cáp khác nhau, loại này dùng để mở rộng mạng bằng cách kết nối thêm nhiều Hub tạo thành Star Bus hay Star Ring.
* 100BASE-T : tương tự 10BASE-T nhưng với tốc độ cao hơn: 100Mb/s.
(Phương án này gọi là Fast Ethernet).
IEEE 802.4 : là chuẩn đặc tả mạng cục bộ với topo mạng dạng Bus sử dụng thẻ bài để điều khiển truy nhập đường truyền. IEEE 802.4 cũng bao gồm cả tầng vật lý và tầng con MAC với các đặc tả sau:
- Đặc tả dịch vụ MAC (MAC service specification) - Giao thức MAC (MAC protocol)
- Đặc tả dịch vụ tầng vật lý (Physical layer service specification) - Đặc tả thực thể tầng vật lý (physical layer entity speaification) - Đặc tả đường truyền (Medium specification)
Đặc tả dịch vụ MAC định nghĩa các dịch vụ mà IEEE 802.4 cung cấp cho tầng con LLC hoặc cho người sử dụng tầng cao hơn khác. Giao thức MAC là phần quan trọng nhất của IEEE 802.4, sử dụng phương pháp thẻ bài (tolen Bus) để điều khiển truy nhập đường truyền.
Octets>=1 1 1 2/6 2/6 >=0 4 1
Khuôn dạng tổng quát của IEEE 802.4 frame
Trong đó:
Preamble : phần đầu (1 hoặc nhiều octets) dùng cho người nhận để thiết lập sự đồng bộ bit.
SD (Start Delimiter) : Bắt đầu của frame, có dạng : NN0NN000 trong đó N là ký hiệu phi dữ liệu (nondata symbol) được chọn tùy theo việc mã hoá tín hiệu trên đường truyền.
FC (Frame control) : chỉ rằng frame này có chứa LLC data hay không, hoặc nó là một frame điều khiển. IEEE 802.4 sử dụng 8 loại frame là : Claim – token, Solicit – successor-1, solicit-successor-2, ưho-follows, Revolve- contention, token, Set-successor, LLC data.
Destination Address : chỉ trạm đích của frame. Nó có thể là một địa chỉ vật lý duy nhất, một địa chỉ nhóm, hoặc một địa chỉ tổng thể. Có thể chọn cài đặt địa chỉ 16 hoặc 48 bits thống nhất cho tất cả các trạm của mạng.
Source Address : địa chỉ của trạm nguồn gửi frame đi. độ dài của SA phải bằng độ dài chọn của DA.
Data Unit : chứa LLC data hoặc thông tin điều khiển.
FCS (frame check sequence) : mã kiểm soát lỗi CRC 32 bits cho tất cả các vùng, trừ Preamble, SD, ED, và bản thân FCS.
Đặc tả dịch vụ tầng vật lý của IEEE 802.4 định nghĩa các dịch vụ mà tầng vật lý cung cấp cho tầng MAC, nó là độc lập với đường truyền. Đối với mỗi đường truyền có hai đặc tả : đặc tả thực thể tầng vật lý và đặc tả đường truyền. Mỗi đặc tả thực thể tầng vật lý bao gồm các đặc trưng cơ, điện, chức năng cần thiết để truyền và nhận tín hiệu trên một đường truyền cụ thể. Đặc tả đường truyền tương ứng chỉ ra các đặc trưng của đường truyền và các loại đầu nối và cáp nối các trạm với đường truyền.
IEEE 802.4 được thiết kế để ứng dụng không chỉ trong các văn phòng mà còn trong các môi trường công nghiệp và quân sự.
Token Ring 802.5
Cấu hình mạng Ring nối các máy tính trên một vòng cáp. Tín hiệu được truyền theo một chiều và đi qua tất cả các máy tính. ở đây mỗi máy tính đóng vai trò như một bộ chuyển tiếp, khuếch đại tín hiệu và gửi nó đến máy tính tiếp theo. Nhược điểm của mạng này là sự hỏng hóc của một máy tính sẽ ảnh hưởng đến toàn mạng. Nguyên tắc hoạt động của mạng là dùng phương thức truy nhập bằng thẻ bài. Trong hệ thống có một gói tin gọi là thẻ bài, thẻ bài được chuyển từ máy tính này sang máy tính khác. khi có máy tính nào yêu cầu thông tin nó sẽ chiếm lấy thẻ bài, đưa địa chỉ đích lên gói dữ liệu và gửi đi qua mạng. Dữ liệu sẽ chuyển qua từng máy tính cho đến khi tìm được máy tính có địa chỉ trùng với địa chỉ trên dữ liệu,máy tính nhận gửi thông điệp xác nhận đến máy tính gửt. Nếu không có ai nhận thì dữ liệu sẽ về lại trạm đã gửi.
Cấu trúc khung truyền và thẻ bài của mạng Token Ring: