3.2.2.1. Cấu trúc khung tin Ethernet
- Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Linh trong mô hình 7 lớp OSI vì thế đơn vị dữ liệu mà các trạm trao đổi với nhau là các khung (frame). Cấu trúc khung Ethernet nh sau:
Trang 57
Các trờng quan trọng trong phần mở đầu sẽ đợc mô tả dới đây:
- Preamble: Trờng này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị 10101010. Từ nhóm này, phía bên nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz.
- SFD (Start Frame Delimiter): Trờng hợp mới thực sự xác định đợc sự bắt đầu của một khung, nó luôn luôn mang giá trị 10101011.
- Các trờng Destination và Source: Mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xác định khung gửi đợc gửi từ đâu và sẽ đợc gửi tới đâu.
- LEN: Giá trị của trờng này nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo.
- FCS mang CRC (Cyclic Redunancy Checksum): Phía bên gửi sẽ tính toán trờng này trớc khi truyền khung. Phía bên nhận tính toán lại CRC này theo cách t- ơng tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung đợc xem là nhận đóng, ngợc lại khung coi nh là lỗi và bị loại bỏ.
3.2.2.2. Cấu trúc địa chỉ Ethernet
Mỗi giao tiếp mạng Ethernet đợc định dạng duy nhất bởi 48 bit địa chỉ (6 Octet). Đây là địa chỉ đợc ấn định khi sản xuất thiết bị, gọi là địa chỉ MAC (Media Access Control Address).
Địa chỉ MAC đợc biểu diễn bởi các chữ số Hexa (Hệ số 16). Ví dụ:
00:60:97:8F:4F:86 hoặc 00:60:97:8F:4F:96
Khuôn dạng của địa chỉ MAC đợc chia làm 2 phần:
- 3 octet đầu xác định hãng sản xuất, chịu sự quản lý của tổ chức IEEE. - 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định.
Kết hợp ta sẽ có một địa chỉ MAC duy nhất cho một giao tiếp mạng Ethernet. Địa chỉ MAC đợc sử dụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong khung Ethernet.
3.2.2.3. Các loại khung Ethernet
- Các khung Unicast
Giả sử một trạm truyền khung tới trạm 2 (trên hình vẽ ).…
Khung Ethernet do trạm tạo ra có một địa chỉ: MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1 MAC đích: 00-60-08-93-AB-12
Đây là khung Unicast, khung này đợc truyền tới một trạm xác định.
- Tất cả các trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận đợc khung này nhng chỉ có trạm 2 thấy địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nên tiếp tục xử lý thông tin khác trong khung.
- Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không tiếp tục xử lý nữa.
- Các khung Broadcast
Các khung Broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 bit 1). Khi nhận đợc các khung này, mặc dù không trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nhng các trạm đều phải nhận khung và tiếp tục xử lý.
Giao thức ARP sử dụng các khung Broadcast này để tìm địa chỉ MAC tơng ứng với mỗi địa chỉ IP cho trớc.
Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng các khung Broadcast để các Router trao đổi Broadcast định tuyến.
- Các khung Multicast
Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả. Địa chỉ MAC đích của khung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ các trạm trong cùng nhóm mới chấp nhận các khung gửi tới địa chỉ này.
Note: địa chỉ MAC nguồn của khung luôn là địa chỉ MAC của giao tiếp mạng tạo ra khung trong khi đó địa chỉ MAC đích của khung thì phụ thuộc vào một trong ba loại khung nêu trên. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.2.4. Hoạt động trong Ethernet
Phơng thức điều khiển truy nhập CSMA/CD quy định hoạt động của hệ thống Ethernet: Một số khái niệm cơ bản liên quan đến quá trình truyền khung Ethernet:
- Khi tín hiệu đang đợc tuyền trên kênh truyền, kênh truyền lúc này bận và gọi trạng thái này là có sang mang Carrier.
- Khi đờng truyền rỗi không có sóng mang – Absence Carrer.
- Nếu hai trạm cùng truyền khung đồng thời thì chúng sẽ phải hiện ra sự xung đột và phải thực hiện lại quá trình truyền khung.
- Khoảng thời gian để một giao tiếp mạng khôi phục lại sau mỗi lần nhận khung đợc gọi là khoảng trống liên khung (Interframe Gap), ký hiệu là IFG. Giá trị của IFG bằng 96 lần thời gian của một bit.
- Ethernet 10 Mb/s = 9,6 us. - Ethernet 100 Mb/s = 960 ns. - Ethernet 1000 Mb/s = 96 ns.
- Khi phát hiện đờng truyền rỗi, máy trạm sẽ đợi thêm một khoảng thời gian bằng IFG, sau đó nó thực hiện ngay việc truyền khung. Nếu truyền nhiều khung thì giữa các khung phải cách nhau khoảng IFG.
- Trong trờng hợp đờng truyền bận, máy trạm sẽ liên tục lắng nghe đờng truyền cho đến khi đờng truyền rỗi thì thực hiện lại 1.
- Trờng hợp khi quá trình truyền khung đang diễn ra thì máy trạm phát hiện thấy sự xung đột, máy trạm sẽ tiếp tục truyền 32 bit dữ liệu. Nếu sự xung đột đợc phát hiện ngay khi mới bắt đầu truyền khung thì máy trạm sẽ phải truyền hết đờng Preamble và thêm 32 bit nữa, việc truyền nốt các bit này đảm bảo tín hiệu sẽ tồn tại trên đờng truyền đủ lâu cho phép các trạm khác nhận ra đợc sự xung đột và xử lý:
- Sau khi truyền hết các bit báo hiệu tắc nghẽn, máy trạm sẽ đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên hy vọng sau đó sẽ không gặp xung đột và thực hiện lại việc truyền khung nh bớc 1.
- Trong lần truyền khung tiếp theo này mà vẫn gặp xung đột, máy trạm buộc phải đợi thêm lần nữa với khoảng thời gian ngẫu nhiên nhng dài hơn.
- Khi một trạm truyền thành công 512 bit (không tính trờng Preamble), ta xem nh kênh truyền đã bị chiếm. Điều này cũng có nghĩa là không thể có xung đột xảy ra nữa. Khoảng thời gian ứng với thời gian của 521 bit đợc gọi là SlotTime. Đây là tham số quan trọng quyết định nhiều tới việc thiết kế.
Do bản chất cùng chia sẻ kênh truyền, tại một thời điểm chỉ có một trạm đợc phép truyền khung. Càng có nhiều trạm trong phân đoạn mạng thì sự xung đột càng
xảy ra nhiều, khi đó tốc độ truyền bị giảm xuống. Sự xung đột là hiện tợng xảy ra bình thờng trong hoạt động của mạng Ethernet (từ xung đột dễ gây hiểu nhầm là mạng bị sự cố hay là hoạt động sai, hỏng hóc).
- Khái niệm SlotTime
Trong ví dụ này, trạm 1 và trạm 2 đợc xem nh là hai trạm ở hai phía xa nhất của mạng. Trạm 1 truyền khung tới trạm 2, ngay trớc khi khung này tới trạm 2, trạm 2 cũng quyết định truyền khung (vì nó thấy đờng truyền rỗi).
Để mạng Ethernet hoạt động đúng, mỗi máy trạm phải phát hiện và thông báo sự xung đột tới trạm xa nhất trong mạng trớc khi một trạm nguồn hoàn thành việc truyền khung.
Khung Ethernet kích cỡ nhỏ nhất là 512 bit (64 octet), do đó khoảng thời gian nhỏ nhất để phát hiện và thông báo xung đột là 521 lần thời gian một bit.
- Ethernet 10 Mb/s: SlotTime = 51,2 us. - Ethernet 100 Mb/s: SlotTime = 5,12 us - Ethernet 1000 Mb/s: SlotTime = 512 ns
Trong trờng hợp phạm vi thời gian SlotTime, mạng Ethernet sẽ hoạt động không đúng nữa. Mỗi lần truyền khung, máy trạm sẽ lu khung cần truyền trong bộ đệm chi đến khi nó truyền thành công. Giả sử mạng không đáp ứng đúng tham số SlotTime. Trạm 1 truyền 512 bit thành công không hề bị xung đột, lúc này khung đợc xem là truyền thành công và bị xoá khỏi bộ đệm. Do sự phát hiện sự xung đột quả trễ, trạm 1 lúc này muốn truyền lại khung cũng không đợc nữa vì khung đã bị xoá khỏi bộ đệm rồi, mạng sẽ không hoạt động đúng.
Trang 61
Một mạng Ethernet đợc thiết kế đúng phải thoả mãn điều kiện sau: “Thời điểm trễ tổng cộng lớn nhất để truyền khung Ethernet từ trạm này tới trạm khác trên mạng phải nhỏ hơn một nửa SlotTime”.
Thời gian trể tổng cộng nói tới ở đây bao gồm trễ qua các thành phần truyền khung: Trễ truyền tín hiệu trên cáp nối, trễ qua bộ Repeater. Thời gian trễ của từng thành phần phụ thuộc vào đặc tính riêng của chúng. Các nhà sản xuất thiết bị ghi rõ và khi thiết kế cần lựa chọn và tính toán để thoả mãn điều kiện hoạt động đúng của mạng Ethernet.
3.2.3. Các loại mạng Ethernet
IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại mạng Ethernet. Mỗi loại mạng đợc mô tả dựa theo 3 yếu tố: tốc độ, phơng thức tín hiệu sử dụng và đặc tính đờng truyền vật lý.
Các hệ thống Ethernet 10 Mb/s
- 10 Base5: đây là chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa trên cáp đồng trục loại dày. Tốc độ đạt đợc 10 Mb/s, sử dụng băng tần cơ sở, chiều dài cáp tối đa cho một đoạn mạng là 500 m.
- 10 Base2: Có tên khác là “Thin Ethernet”, dựa trên hệ thống cáp đồng trục mỏng với tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185 m (IEEE làm tròn thành 200 m).
- 10 BaseT: chữ T viết tắt của “Twisted”, cáp xoắn cặp 10 BaseT hoạt động tốc độ 10 Mb/s dựa trên hệ thống cáp xoắn Cat 3 trở lên. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- 10 BaseF: Chữ F viết tắt của “Fiber Optic” (sợi quang). Đây là chuẩn Ethernet dùng cho sợi quang hoạt động ở tốc độ 10 Mb/s, ra đời nămạng 1993.
Các hệ thống Ethernet 100 Mb/s Ethernet cao tốc (Fast Ethernet)–
- 100 BaseT: chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s trên cả cắp xoắn cặp lẫn cáp sợi quang.
- 100 BaseX: chữ X nói lên đặc tính mã hoá đờng truyền của hệ thống này. Sử dụng phơng pháp mã hoá 4B/5B của chuẩn FDDI. Bao gồm 2 chuẩn:
- 100 BaseFX và 100 BaseTX.
- 00 BaseFX: Tốc độ 100 Mb/s, sử dụng cáp sợi quang đa Mode - 100 BaseTX: Tốc độ 100 Mb/s, sử dụng cáp xoắn cặp.
- 100 BaseT2 và 100 BaseT4. Các chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặp cáp xoắn Cat 3 trở lên, tuy nhiên hiện nay 2 chuẩn này ít đợc sử dụng.
Các hệ thống Giga Ethernet
- 1000 BaseX: Chữ X nói lên đặc tính mã hoá đờng truyền (chuẩn này dựa trên kiểu mã hoá 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel đợc phát triển bởi ANSI). Chuẩn 1000 BaseX gồm 3 loại:
- 1000 Base - SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn. - 1000 Base - LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài. - 1000 Base - CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng.
- 1000 BaseT: Hoạt động ở tốc độ Gigabit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên. Sử dụng kiểu mã hoá đờng truyền riêng để đạt đợc tốc độ cao trên loại cáp này.
3.2.4. Thiết kế mạng Ethernet
Kiến trúc mạng LAN phổ biến nhất hiện nay là Ethernet. Chi phí triển khai rẻ, dễ dàng cài đặt là những yếu tố làm cho Ethernet trở thành một lựa chọn hoàn hảo cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Chuẩn Ethernet đã liên tục đợc phát triển trong những năm qua, với nhiều thay đổi mới về phơng tiện truyền dẫn và thiết bị kết nối. Có nhiều loại mạng Ethernet khác nhau, phân biệt bởi đờng truyền dữ liệu, loại cáp nối, chiều dài tối đa cáp nối. Tuy nhiên, tất cả các mạng Ethernet đều có một điểm chung, chúng đều sử dụng phơng pháp truy nhập đờng truyền gọi là CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acess / Collision Detection) tức Đa truy nhập nhận biết sóng mang có phát hiện xung đột.
Thiết kế cụ thể một mạng Ethernet phụ thuộc vào loại cáp nối đợc sử dụng. Chuẩn Ethernet thông dụng nhất là 10BaseT. Mạng 10BaseT hoạt động ở tốc độ 10 Mbit/giây, sử dụng tín hiệu dải tần cơ sở truyền qua đôi xoắn.
Hình dới là hình ví dụ của một mạng Ethernet theo chuẩn 10BaseT. Mỗi máy tính đợc nối với một bộ chuyển tiếp hay Hub. Mỗi cáp nối có chiều dài tối đa là 100 mét.
- Máy tính (Node).
Đây là những máy tính đợc nối mạng, có thể là máy chủ hay máy trạm. Mỗi náy tính yêu cầu phải có một bộ tiếp hợp mạng (Card mạng) hỗ trợ chuẩn 10BaseT cho phép 1 Hub có thể kết nối với tối đa 512 máy tính (tuy nhiên phần lớn Hub không có nhiều cổng RJ-45 đến thế). Tổng số các node trên một mạng 10BaseT không đợc vợt quá 1024.
- Cáp nối (máy tính với Hub).
Cáp nối trong chuẩn 10BaseT là cáp đôi xoắn, không bọc kim loại (loại Cat3, Cat4 hay Cat5). Mỗi đầu của cáp có một đầu nối RJ – 45. Điện trở của cáp nối nằm trong khoảng 85 – 100 ôm. Chiều dài của cáp từ 0,6 mét đến 100 mét.
10BaseT sử dụng 2 cặp cáp đôi xoắn (có tất cả 8 dây nhng chỉ sử dụng 4 dây). Mỗi cặp dùng để truyền dữ liệu và cặp kia để nhận dữ liệu. Các dây cáp trên thực tế th- ờng có nhiều hơn 2 cặp cáp đôi xoắn nhng cũng sử dụng hai cặp. Khi đầu nối, cần kiểm tra các đầu dây đợc đa đúng vị trí chân cắm trong đầu nối RJ-45.
- Hub nối máy (Populated Hub).
Với Ethernet 10BaseT, các kết nối mạng đợc tập hợp vào một đơn vị trung tâm gọi là Hub. Bởi vì Hub có nhiệm vụ tái tạo các tín hiệu điện tử, ta có thể xem nó nh một bộ chuyển tiếp (Repeater). Với 10BaseT, tín hiệu phải đợc tái tạo với khoảng cách xa nhất là100 mét. Hơn nữa, mỗi mạng 10BaseT phải có ít nhất một Hub. Số lợng Hub và các bộ nhắc tín hiệu ở giữa các máy tính là một yếu tố rất quan trọng trong mạng Erthernet 10BaseT. Hub có máy tính kết nối tới gọi là Hub nối máy (Populated Hub). Hub bên trái hình là một Hub nối máy bởi vì có máy tính kết nối tới Hub này.
- Hub không nối máy (Unpopulated Hub).
Cứ 100 mét, tín hiệu cần phải đợc tái tạo. Hub không có máy tính nào kết nối vào mà chỉ sử dụng để tái tạo tín hiệu, gọi là Hub không nối máy. Hub bên phải hình trên là một Hub không nối máy. Số lợng các Hub hay các bộ chuyển tiếp giữa các máy tính là một yếu tố quan trọng trong mạng Ethernet 10BaseT.
- Cáp đấu chéo
Cáp đấu chéo kết nối Hub với một Hub hay bộ chuyển tiếp khác. Các thông số kỹ thuật của cáp đấu chéo cũng giống nh cáp nối thông thờng. Khi đầu nối 2 đầu cáp với đầu nối RJ-45, chúng ta cần lu ý trật tự các đầu dây đợc nối vào các chân của đầu nối RJ-45 không giống nhau.
Chúng ta có thể sử dụng Hub hoặc bộ chuyển tiếp để tạo thành mạng hình sao xếp chồng. Tuy nhiên, cần phải chú ý giới hạn về số đoạn cáp và số bộ chuyển tiếp trong các kết nối này theo quy tắc 5-4-3.
- Quy tắc 5-4-3.
Mạng Ethernet sử dụng cáp đôi xoắn phải tuân thủ nguyên tắc sau: + Mạng chỉ có thể “dài” tối đa 5 đoạn (cáp nối giữa hai Hub bất kỳ). + Các thiết bị trên mạng không cách nhau quá 4 thiết bị lặp tín hiệu. Chú ý:
Không có yếu tố “3” đợc nêu trong quy tắc 5-4-3 trên. Đầu tiên, quy tắc 5-4-3 đợc áp dụng cho cáp đồng trục và gồm cả yếu tố “3”. Sau đó quy tắc đợc mở rộng phạm vi áp dụng cho mạng sử dụng cáp đôi xoắn. Nó còn đợc gọi là quy tắc 5-4 cho cáp đôi xoắn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3. Các kỹ thuật chuyển mạch trong LAN3.3.1. Phân đoạn mạng trong LAN 3.3.1. Phân đoạn mạng trong LAN
3.3.1.1 Mục đích của phân đoạn mạng
Mục đích là phân chia băng thông hợp lý đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng trong mạng. Đồng thời tận dụng hiệu quả nhất băng thông đang có. Để thực hiện tốt điều này cần hiểu rõ khái niệm: Miền sung đột (Collision Domain) miền quảng bá