Dạng hình sao thì tất cả các trạm đợc nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiêụ từ các trạm truyền nguồn và chuyển đến trạm đích. Phụ thuộc vào yêu cầu truyền thông mà thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch, một bộ phận kênh, một bộ chọn đờng. Chức năng của thiết bị trung tâm chính là nối kết các cặp trạm cần trao đổi thông tin với nhau, thiết lập các liên kết giữa chúng.
Hình 1.5 Topology hình sao với Hub là thiết bị trung gian.
Ưu điểm của Topology dạng này là lắp đặt đơn giản, dễ dàng cấu hình lại có thể bớt
trạm, dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố. Tốc độ của đờng truyền vật lí sẽ đợc tận dụng tối đa do sử dụng liên kết điểm.
Nhợc điểm là hạn chế độ dài đờng truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm.
1.2.2 Topo dạng vòng ( ring).
Dạng vòng thì mỗi trạm của mạng đợc nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp, bộ
Reoeater
hiệu đợc lu chuyển trên vòng theo một chiều duy nhất giữa các repeater. Cần phải có một giao thức điều khiển việc trao quyền đợc truyền dữ liệu trên vòng cho các trạm có nhu cầu.
Hình 1.6 Topology Ring.
Ưu và nhợc điểm của Ring tơng tự nh hình sao nhng dạng này có giao thức truy cập đờng truyền khá phức tạp.
1.2.3 Topo dạng Bus.
Dạng Bus tất cả các trạm đợc phân chia một đờng truyền chính (Bus). Đờng truyền này đợc giới hạn hai đầu bởi một loại đầu mối đặc biệt gọi là Terminato, các trạm đợc nối vào Bus thông qua một đầu nối chữ T hay một thiết bị thu phát.
Khi một trạm truyền dữ liệu, tín hiệu đợc quảng bá trên hai chiều của Bus, mọi trạm còn lại đều đợc nhận tín hiệu trực tiếp. Nếu BUS là một chiều tín hiệu chỉ đi về một phía thì terminator có tác dụng dội ngợc tín hiệu trở lại để tín hiệu có thể đi đến các trạm còn lại của mạng. Việc truyền dữ liệu trong Topology dạng này dựa vào liên kết điểm- nhiều điểm hay quảng bá.
Bus
Hình1.7 Topology Bus.
Trờng hợp này cũng phải có một giao thức để quản lí việc truy cập đờng truyền. Có thể truy cập đờng truyền theo phơng pháp truy cập ngẫu nhiên hay truy cập có điều khiển.
Trên đây là 3 kiểu Topology cơ bản nhất. Trong thực tế tuỳ thuộc vào địa hình mà ta có thể phối hợp các kiểu cơ bản trên thành Topology lai ví dụ nh :
-Topology vòng đấu sao :
Hình 1.8 Topology lai dạng vòng đấu sao.
MAU : hộp xử lí đa trạm
-Topology bus dạng sao :
MAU
Hình 1.9 Topology dạng bus - Sao.
1.2.4 Topo kết nối hỗn hợp.
Là sự phối hợp các kiểu kết nối khác nhau ví du hình cây là cấu trúc phân tầng của kiểu hình sao hay các HUB có thể đợc nối với nhau theo kiểu bus còn từ các HUB nối với các máy theo hình sao.
Hình 1.10 Kết cấu hổn hợp
1.3 Card giao tiếp mạng.
Một card giao tiếp mạng đợc cắm vào một khe mở rộng trên bo mạch hệ thống và cung cấp một số cổng phía sau dành để kết nối tới một mạng. Card mạng xử lí việc
Hub Hub
Hìn h
trao đổi thông tin giữa các máy tính trên mạng theo chồng các giao thức và qui tắc truy xuất các cáp định đợc card đó dùng. Một card đợc thiết kế phù hợp với tính chất cơ bản và hỗ trợ cho các loại mạng khác nhau nh- Ethernet, Token Ring, ARCnet hoặc FDDI. Các loại card này không đa ra những tính năng đặc biệt để cải thiện hiệu năng làm việc của máy trên mạng. Tuy nhiên nó có thể đợc thiết kế để quản lý nhiều hơn hệ thống dây cáp, có những tính năng thực sự độc đáo nh làm chủ bus, có vùng đệm lớn, có cả chíp vi xử lý gắn trên card. Card mạng và trình điều khiển nó là những thành phần trong máy biết rõ về kiểu mạng đang đợc sử dụng. Nói cách khác, kiểu mạng đang đợc sử dụng là vô hình đối với phần mềm ứng dụng đang sử dụng mạng. Giai đoạn chuẩn bị cho việc truyền dữ liệu, một quá trình bắt tay nhau (handshaking) diễn ra giữa hai trạm làm việc. Quá trình này thiết lập những thông số liên lạc giữa hai trạm làm việc. Quá trình này thiết lập những thông số liên lạc chẳng hạn nh tốc độ truyền, kích thớc gói dữ liệu, thông số hết giờ truyền và kích thớc vùng đệm. Việc bắt tay đặc biệt quan trọng khi hai card có liên quan trong phiên truyền dữ liệu đó có thiết kế phần cứng hoặc đặc tính kỹ thuật hơi khác nhau. Khi các thông số liên lạc đợc thiết lập thì việc chuyển giao các gói dữ liệu mới bắt đầu. Một card mạng sẽ gửi và tiếp nhận các dữ liệu tới từ bus hệ thống theo kiểu song song, gởi và tiếp nhận các dữ liệu tới tử mạng theo kiểu tuần tự nghĩa là một sự biến đổi từ song song ra nối tiếp làm biến chất dữ liệu dữ liệu để vận chuyển đi dới dạng một dòng bit tín hiệu điện trên cáp. Sau đó dữ liệu thờng đợc mã hoá và nén lại để tăng tốc độ truyền. Ngoài ra card mạng còn có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu và nó đang truyền tải thành một tín hiệu vốn mang một dạng thức thích hợp với mạng. Trên card mạng thành phần có trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu đợc gọi là bộ phận thu. Có những loại card có nhiều hơn một bộ phận thu phát, mỗi bộ cung cấp các cổng phía sau card để thích nghi với các phơng tiện dây card khác nhau. kiểu card này gọi là một card kết hợp. Sự khác biệt trong thiết kê phần cứng giữa các NIC trên một mạng có thể làm hạn
các card 8 bit để tạm giữ lại những tín hiệu đợc máy khác đa đến. Điều này cho phép các card hoàn tất việc truyền dữ liệu của chúng nhanh hơn nhiều. Tuy nhiên tình trạng này cũng hay xảy ra khi di chuyển thông tin từ vùng đệm của card mạng và bộ nhớ. Để khắc phục điều đó có 4 phơng pháp hữu hiệu sau.
- Truy xuất bộ nhớ trực tiếp (DMA: Direct Memory Access) - một bộ điều khiển trên máy tính sẽ nắm quyền điều khiển bus và chuyển dữ liệu từ vùng đệm của card mạng thẳng vào vùng nhớ đã đăng ký trên máy.
Chia sẻ dùng chung bộ nhớ card, các card để bộ xử lý của máy truy xuất trực tiếp bộ nhớ riêng của nó.
- Chia sẻ dùng chung bộ nhớ hệ thống. Bộ nhớ hệ thống sẽ chia một khối nhớ cho bộ xử lý đặc biệt trên card mạng xử lý nó. Card mạng sẽ chuyển dữ liệu từ vùng đệm của nó vào vùng nhớ này nơi bộ xử lý cả máy có thể truy xuất trực tiếp.
- Làm chủ bus- với phơng pháp này, card mạng có thể chuyển thông tin trực tiếp vào bộ nhớ hệ thống mà không ngắt quá trình xử lý của CPU. Nh vậy card mạng cung cấp một kỹ thuật DMA tăng cờng bằng cách chiếm lấy quyền điều khiển bus hệ thống. Tất cả card mạng đều đợc bán kèm theo một đĩa mềm drive để cài đặt nó vào máy và làm cho hệ điều hành mạng có thể nhận biết đợc nó.
Các mạng khác nhau sử dụng các cách khác nhau để nhận diện trên mỗi nút mạng. Việc định địa chỉ trên toàn cầu này đảm bảo mỗi card mạng đều có một địa chỉ nút duy nhất để nhận diện. Các card Ethernet và Token ring đợc hãng sản xuất khắc mã các địa chỉ duy nhất ngay trên card đợc gọi là các địa chỉ MAC (kiểm soát truy xuất đờng truyền) hay địa chỉ điều hợp.
Các card mạng đòi hỏi một IRQ, một địa chỉ I/O, đối với DOS và chế độ thực của Windows 9x. Chúng cũng có thể đòi hỏi các địa chỉ bộ nhớ trên. Nếu card mạng nằm trên bus PCI, bộ kiểm soát bus PCI sẽ quản lý các yêu cầu IRQ và địa chỉ I/O. Khi lựa chọn một card mạng bạn phải chú ý đến kiểu của mạng mà bạn sẽ nối vào máy
tính của mình, kiểu phơng tiện truyền thông mà mạng đó đang sử dụng, và kiểu của bus I/O mà bạn đang sử dụng cho mạng.
Chơng II
Các phơng pháp truy cập đờng truyền vật lý
Trong mạng cục bộ, tất cả các trạm kết nối trực tiếp vào đờng truyền chung. Vì vậy tín hiệu từ một trạm đa lên đờng truyền sẽ đợc các trạm khác “nghe thấy”. Một vấn đề khác là, nếu nhiều trạm cùng gửi tín hiệu lên đờng truyền đồng thời thì tín hiệu sẽ chồng lên nhau và bị hỏng. Vì vậy cần phải có một phơng pháp tổ chức chia sẻ đờng truyền để việc truyền thông đựơc đúng đắn.
Có hai phơng pháp chia sẻ đờng truyền chung thờng đợc dùng trong các mạng cục bộ:
Truy nhập đờng truyền một cách ngẫu nhiên, theo yêu cầu. Đơng nhiên phải có tính đến việc sử dụng luân phiên và nếu trong trờng hợp do có nhiều trạm cùng truyền tin dẫn đến tín hiệu bị trùm lên nhau thì phải truyền lại.
Có cơ chế trọng tài để cấp quyền truy nhập đờng truyền sao cho không xảy ra xung đột
2.1 Phơng pháp đa truy nhập sử dụng sóng mang có pháp hiện xung đột CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Giao thức CSMA (Carrier Sense Multiple Access) - đa truy nhập có cảm nhận sóng mang đợc sử dụng rất phổ biến trong các mạng cục bộ. Giao thức này sử dụng phơng pháp thời gian chia ngăn theo đó thời gian đợc chia thành các khoảng thời gian đều đặn và các trạm chỉ phát lên đờng truyền tại thời điểm đầu ngăn.
Mỗi trạm có thiết bị nghe tín hiệu trên đờng truyền (tức là cảm nhận sóng mang). Trớc khi truyền cần phải biết đờng truyền có rỗi không. Nếu rỗi thi mới đợc truyền. Phơng pháp này gọi là LBT (Listening before talking). Khi phát hiện xung đột, các trạm sẽ phải phát lại. Có một số chiến lợc phát lại nh sau:
Giao thức CSMA 1-kiên trì. Khi trạm phát hiện kênh rỗi trạm truyền ngay. Nhng nếu có xung đột, trạm đợi khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi truyền lại. Do vậy xác suất truyền khi kênh rỗi là 1. Chính vì thế mà giao thức có tên là CSMA 1-kiên trì. (1)
Giao thức CSMA không kiên trì khác một chút.Trạm nghe đờng, nếu kênh rỗi thì truyền, nếu không thì ngừng nghe một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi mới thực hiện lại thủ tục. Cách này có hiệu suất dùng kênh cao hơn. (2)
Giao thức CSMA p-kiên trì. Khi đã sẵn sàng truyền, trạm cảm nhận đờng, nếu đờng rỗi thì thực hiện việc truyền với xác suất là p < 1 (tức là ngay cả khi đờng rỗi cũng không hẳn đã truyền mà đợi khoảng thời gian tiếp theo lại tiếp tục thực hiện việc truyền với xác suất còn lại q=1-p. (3)
Ta thấy giải thuật (1) có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền thấy đờng truyền bận sẽ cùng rút lui chở trong những khoảng thời gian ngẫu nhiên khác nhau sẽ quay lại tiếp tục nghe đờng truyền. Nhợc điểm của nó là có thể có thời gian không sử dụng đờng truyền sau mỗi cuộc gọi.
Giải thuật (2) cố gắng làm giảm thời gian "chết" bằng cách cho phép một trạm có thể đợc truyền dữ liệu ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc. Tuy nhiên nếu lúc đó lại có nhiều trạm đang đợi để truyền dữ liệu thì khả năng xẩy ra xung đột sẽ rất lớn.
Giải thuật (3) với giá trị p đợc họn hợp lý có thể tối thiểu hoá đợc cả khả năng xung đột lẫn thời gian "chết" của đờng truyền.
Xẩy ra xung đột thờng là do độ trễ truyền dẫn, mấu chốt của vấn đề là : các trạm chỉ "nghe" trớc khi truyền dữ liệu mà không "nghe" trong khi truyền, cho nên thực tế có xung đột thế nhng các trạm không biết do đó vẫn truyền dữ liệu.
Để có thể phát hiện xung đột, CSMA/CD đã bổ xung thêm các quy tắc sau đây :
♦ Khi một trạm truyền dữ liệu, nó vẫn tiếp tục "nghe" đờng truyền . Nếu phát hiện xung đột thì nó ngừng ngay việc truyền, nhờ đó mà tiết kiệm đợc thời gian và giải thông, nh- ng nó vẫn tiếp tục gửi tín hiệu thêm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả các trạm trên mạng đều "nghe" đợc sự kiện này.(nh vậy phải tiếp tục nghe đờng truyền trong khi truyền để phát hiện đụng độ (Listening While Talking))
♦ Sau đó trạm sẽ chờ trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo quy tắc CSMA.
Giao thức này gọi là CSMA có phát hiện xung đột (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection viết tắt là CSMA/CD), dùng rộng rãi trong LAN và MAN.
2.2. Phơng pháp Token Bus .
Nguyên lý chung của phơng pháp này là để cấp phát quyền truy nhập đ- ờng truyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu, một thẻ bài đợc lu
chuyển trên một vòng logic đợc thiết lập bởi các trạm đó. Khi một trạm nhận đợc thẻ bài thì sẽ đợc phép sử dụng đờng truyền trong một thời gian nhất định. Trong khoảng thời gian đó nó có thể truyền một hay nhiều đơn vị dữ liệu. Khi đã truyền xong dữ liệu hoặc thời gian đã hết thì trạm đó phải chuyển thẻ bài cho trạm tiếp theo. Nh vậy, công việc đầu tiên là thiết lập vòng logic (hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu đợc xác định vị trí theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cuối cùng của chuỗi sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiên. Mỗi trạm sẽ biết địa chỉ của trạm liền trớc và kề sau nó. Thứ tự của các trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý. Các trạm không hoặc cha có nhu cầu truyền dữ liệu không đợc vào trong vòng logic.
Đờng truyền vật lý Vòng logic
Hình 2.1 về vòng Logic
Trong ví dụ trên, các trạm A, E nằm ngoài vòng logic do đó chỉ có thể tiếp nhận đợc
A B C D
Việc thiết lập vòng logic không khó nhng việc duy trì nó theo trạng thái thực tế của mạng mới là khó. Cụ thể phải thực hiện các chức năng sau:
a) Bổ xung một trạm vào vòng logic : các trạm nằm ngoài vòng logic cần đợc xem xét một cách định kỳ để nếu có nhu cầu truyền dữ liệu thì đợc bổ xung vào vòng logic. b) Loại bỏ một vòng khỏi vòng logic : khi một trạm không có nhu cầu truyền dữ liệu thì cần loại bỏ nó ra khỏi vòng logic để tối u hoá việc truyền dữ liệu bằng thẻ bài. c) Quản lý lỗi : một số lỗi có thể xẩy ra nh trùng hợp địa, hoặc đứt vòng logic.
d) Khởi taọ vòng logic : khi khởi tạo mạng hoặc khi đứt vòng logic cần phải khởi tạo lại vòng logic.
2.3 Phơng pháp Token Ring.
Phơng pháp này cũng dựa trên nguyên tắc dùng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập đờng truyền. Nhng ở đây thẻ bài lu chuyển theo theo vòng vật lý chứ không theo vòng logic nh dối với phơng pháp token bus.
Thẻ bài là một đơn vị truyền dữ liệu đặc biệt trong đó có một bit biểu diễn trạng thái của rhẻ (bận hay rỗi). Một trạm muốn truyền dữ liệu phải chờ cho tới khi nhận đợc thẻ bài "rỗi". Khi đó trạm sẽ đổi bit trạng thái thành "bận" và truyền một đơn vị dữ liệu đi cùng với thẻ bài đi theo chiều của vòng. Lúc này không còn thẻ bài "rỗi " nữa do đó các trạm muốn truyền dữ liệu phải đợi. Dữ liệu tới trạm đích đợc sao chép lại, sau đó cùng với thẻ bài trở về trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu đổi bit trạng thái thành "rỗi" và cho lu chuyển thẻ trên vòng để các trạm khác có nhu cầu truyền dữ liệu đợc phép truyền .
D
A
B
Hinh 2.2 Thẻ bài trong mạng
Sự quay trở lại trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo khả năng báo nhận tự