1. Mạng thụng tin và ứng dụng
6.2. Tỡm hiểu định chuẩn Ethernet
6.2.1. Giới thiệu
Ngày nay, Ethernet đó trở thành cụng nghệ mạng cục bộ được sử dụng rộng rói. Sau 30 năm ra đời, cụng nghệ Ethernet vẫn đang được tiếp tục phỏt triển những khả năng mới đỏp ứng những nhu cầu mới và trở thành cụng nghệ mạng phổ biến và tiện dụng. Ngày 22 thỏng 5 năm 1973, Robert Metcalfe thuộc Trung tõm Nghiờn cứu Palto
Alto của hóng Xerox – PARC, bang California, đó đưa ra ý tưởng hệ thống kết nối mạng mỏy tớnh cho phộp cỏc mỏy tớnh cú thể truyền dữ liệu với nhau và với mỏy in lazer. Lỳc này, cỏc hệ thống tớnh toỏn lớn đều được thiết kế dựa trờn cỏc mỏy tớnh trung tõm đắt tiền (mainframe). Điểm khỏc biệt lớn mà Ethernet mang lại là cỏc mỏy tớnh cú thể trao đổi thụng tin trực tiếp với nhau mà khụng cần qua mỏy tớnh trung tõm. Mụ hỡnh mới này làm thay đổi thế giới cụng nghệ truyền thụng.
Chuẩn Ethernet 10Mbps đầu tiờn được xuất bản năm 1980 bởi sự phối hợp phỏt triển của 3 hóng : DEC, Intel và Xerox. Chuẩn này cú tờn DIX Ethernet ( lấy tờn theo 3 chữ cỏi đầu của tờn cỏc hóng).
Uỷ ban 802.3 của IEEE đó lấy DIX Ethernet làm nền tảng để phỏt triển. Năm 1985, chuẩn 802.3 đầu tiờn đó ra đời với tờn IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collition Detection (CSMA/CD) Access Method vesus Physical Layer Specification. Mặc dự khụng sử dụng tờn Ethernet nhưng hầu hết mọi người đều hiểu đú là chuẩn của cụng nghệ Ethernet. Ngày nay chuẩn IEEE 802.3 là chuẩn chớnh thức của Ethernet. IEEE đó phỏt triển chuẩn Ethernet trờn nhiều cụng nghệ truyền dẫn khỏc nhau vỡ thế cú nhiều loại mạng Ethernet.
6.2.2. Cỏc đặc tớnh chung của Ethernet
a. Cấu trỳc khung tin Ethernet
Cỏc chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mụ hỡnh 7 lớp OSI vỡ thế đơn vị dữ liệu mà cỏc trạm trao đổi với nhau là cỏc khung (frame). Cấu trỳc khung Ethernet như sau:
Hỡnh 6-1: Cấu trỳc khung tin Ethernet
• preamble: trường này đỏnh dấu sự xuất hiện của khung bit, nú luụn mang giỏ trị 10101010. Từ nhúm bit này, phớa nhận cú thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz.
• SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xỏc định sự bắt đầu của 1 khung. Nú luụn mang giỏ trị 10101011.
• Cỏc trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của cỏc trạm nhận và gửi khung, xỏc định khung được gửi từ đõu và sẽ được gửi tới đõu.
• LEN: giỏ trị của trường núi lờn độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo.
• FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phớa gửi sẽ tớnh toỏn trường này trước khi truyền khung. Phớa nhận tớnh toỏn lại CRC này theo cỏch tương tự. Nếu hai kết quả trựng nhau, khung được xem là nhận đỳng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ.
b. Cấu trỳc địa chỉ Ethernet
Mỗi giao tiếp mạng Ethernet được định danh duy nhất bởi 48 bit địa chỉ (6 octet). Đõy là địa chỉ được ấn định khi sản xuất thiết bị, gọi là địa chỉ MAC ( Media Access Control Address ).
Địa chỉ MAC được biểu diễn bởi cỏc chữ số hexa ( hệ cơ số 16 ). Vớ dụ : 00:60:97:8F:4F:86 hoặc 00-60-97-8F-4F-86.
Khuụn dạng địa chỉ MAC được chia làm 2 phần:
− 3 octet đầu xỏc định hóng sản xuất, chịu sự quản lý của tổ chức IEEE. − 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định.
Kết hợp ta sẽ cú một địa chỉ MAC duy nhất cho một giao tiếp mạng Ethernet. Địa chỉ MAC được sử dụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đớch trong khung Ethernet.
c. Cỏc loại khung Ethernet
• Cỏc khung unicast
Giả sử trạm 1 cần truyền khung tới trạm 2 (trờn hỡnh vẽ ...)
Khung Ethernet do trạm 1 tạo ra cú địa chỉ: MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1
MAC đớch: 00-60-08-93-AB-12
Đõy là khung unicast. Khung này được truyền tới một trạm xỏc định. + Tất cả cỏc trạm trong phõn đoạn mạng trờn sẽ đều nhận được khung này nhưng:
+ Chỉ cú trạm 2 thấy địa chỉ MAC đớch của khung trựng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mỡnh nờn tiếp tục xử lý cỏc thụng tin khỏc trong khung.
+ Cỏc trạm khỏc sau khi so sỏnh địa chỉ sẽ bỏ qua khụng tiếp tục xử lý khung nữa.
• Cỏc khung broadcast
Cỏc khung broadcast cú địa chỉ MAC đớch là FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 bit 1). Khi nhận được cỏc khung này, mặc dự khụng trựng với địa chỉ MAC của giao tiếp
mạng của mỡnh nhưng cỏc trạm đều phải nhận khung và tiếp tục xử lý. Giao thức ARP sử dụng cỏc khung broadcast này để tỡm địa chỉ MAC tương ứng với một địa chỉ IP cho trước.
Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng cỏc khung broadcast để cỏc router trao đổi bảng định tuyến.
• Cỏc khung multicast
Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ khụng phải là tất cả. Địa chỉ MAC đớch của khung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ cỏc trạm trong cựng nhúm mới chấp nhận cỏc khung gửi tới địa chỉ này.
Note: Địa chỉ MAC nguồn của khung luụn là địa chỉ MAC của giao tiếp mạng tạo ra khung. Trong khi đú địa chỉ MAC đớch của khung thỡ phụ thuộc vào một trong ba loại khung nờu trờn.
d. Hoạt động của Ethernet
Phương thức điều khiển truy nhập CSMA/CD quy định hoạt động của hệ thống Ethernet.
Một số khỏi niệm cơ bản liờn quan đến quỏ trỡnh truyền khung Ethernet: • Khi tớn hiệu đang được truyền trờn kờnh truyền, kờnh truyền lỳc này bận và
ta gọi trạng thỏi này là cú súng mang – carrier.
• Khi đường truyền rỗi: khụng cú súng mang – absence carrier.
• Nếu hai trạm cựng truyền khung đồng thời thỡ chỳng sẽ phỏt hiện ra sự xung đột và phải thực hiện lại quỏ trỡnh truyền khung.
• Khoảng thời gian để một giao tiếp mạng khụi phục lại sau mỗi lần nhận khung được gọi là khoảng trống liờn khung ( interframe gap) – ký hiệu IFG. Giỏ trị của IFG bằng 96 lần thời gian của một bit.
Ethernet 10Mb/s: IFG = 9,6 us Ethernet 100Mb/s: IFG = 960 ns
Ethernet 1000Mb/s: IFG = 96 ns
+ 1. Khi phỏt hiện đường truyền rỗi, mỏy trạm sẽ đợi thờm một khoảng thời gian bằng IFG, sau đú nú thực hiện ngay việc truyền khung. Nếu truyền nhiều khung thỡ giữa cỏc khung phải cỏch nhau khoảng IFG.
+ 2. Trong trường hợp đường truyền bận, mỏy trạm sẽ tiếp tục lắng nghe đường truyền cho đến khi đường truyền rỗi thỡ thực hiện lại 1.
+ 3. Trường hợp khi quỏ trỡnh truyền khung đang diễn ra thỡ mỏy trạm phỏt hiện thấy sự xung đột, mỏy trạm sẽ phải tiếp tục truyền 32 bit dữ liệu. Nếu sự xung đột được phỏt hiện ngay khi mới bắt đầu truyền khung thỡ mỏy trạm sẽ phải truyền hết trường preamble và thờm 32 bit nữa , việc truyền nốt cỏc bit này (ta xem như là cỏc bit bỏo hiệu tắc nghẽn) đảm bảo tớn hiệu sẽ tồn tại trờn đường truyền đủ lõu cho phộp cỏc trạm khỏc ( trong cỏc trạm gõy ra xung đột) nhận ra được sự xung đột và xử lý :
− Sau khi truyền hết cỏc bit bỏo hiệu tắc nghẽn, mỏy trạm sẽ đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiờn hy vọng sau đú sẽ khụng gặp xung đột và thực hiện lại việc truyền khung như bước 1.
− Trong lần truyền khung tiếp theo này mà vẫn gặp xung đột, mỏy trạm buộc phải đợi thờm lần nữa với khoảng thời gian ngẫu nhiờn nhưng dài hơn.
+ 4. Khi một trạm truyền thành cụng 512 bit (khụng tớnh trường preamble), ta xem như kờnh truyền đó bị chiếm. Điều này cũng cú nghĩa là khụng thể cú xung đột xảy ra nữa. Khoảng thời gian ứng với thời gian của 512 bit được gọi là slotTime. Đõy là tham số quan trọng quyết định nhiều tới việc thiết kế.
Do bản chất cựng chia sẻ kờnh truyền, tại một thời điểm chỉ cú một trạm được phộp truyền khung. Càng cú nhiều trạm trong phõn đoạn mạng thỡ sự xung đột càng xảy ra nhiều, khi đú tốc độ truyền bị giảm xuống. Sự xung đột là hiện tượng xảy ra bỡnh thường trong hoạt động của mạng Ethernet ( từ xung đột dễ gõy hiểu nhầm là mạng bị sự cố hay là hoạt động sai, hỏng húc).
Khỏi niệm slotTime
Trong vớ dụ này, trạm 1 và trạm 2 được xem như hai trạm ở hai phớa xa nhất của mạng. Trạm 1 truyền khung tới trạm 2, ngay trước khi khung này tới trạm 2, trạm 2 cũng quyết định truyền khung ( vỡ nú thấy đường truyền rỗi).
Để mạng Ethernet hoạt động đỳng, mỗi mỏy trạm phải phỏt hiện và thụng bỏo sự xung đột tới trạm xa nhất trong mạng trước khi một trạm nguồn hoàn thành việc truyền khung. Khung Ethernet kớch cỡ nhỏ nhất là 512 bit (64 octet), do đú khoảng thời gian nhỏ nhất để phỏt hiện và thụng bỏo xung đột là 512 lần thời gian một bit.
Ethernet 10Mb/s : slot Time = 51,2 us Ethernet 100Mb/s : slot Time = 5,12 us Ethernet 1000Mb/s : slot Time = 512 ns
Trường hợp vi phạm thời gian slotTime, mạng Ethernet sẽ hoạt động khụng đỳng nữa. Mỗi lần truyền khung, mỏy trạm sẽ lưu khung cần truyền trong bộ đệm cho đến khi nú truyền thành cụng. Giả sử mạng khụng đỏp ứng đỳng tham số slotTime. Trạm 1 truyền 512 bit thành cụng khụng hề bị xung đột, lỳc này khung được xem là truyền thành cụng và bị xoỏ khỏi bộ đệm. Do sự phỏt hiện xung đột bị trễ, trạm 1 lỳc này muốn truyền lại khung cũng khụng được nữa vỡ khung đó bị xoỏ khỏi bộ đệm rồi. Mạng sẽ khụng hoạt động đỳng. Một mạng Ethernet được thiết kế đỳng phải thoả món điều kiện sau:
“ Thời gian trễ tổng cộng lớn nhất để truyền khung Ethernet từ trạm này tới trạm khỏc trờn mạng phải nhỏ hơn một nửa slotTime”.
Thời gian trễ tổng cộng núi tới ở đõy bao gồm trễ qua cỏc thành phần truyền khung: trễ truyền tớn hiệu trờn cỏp nối, trễ qua bộ repeater. Thời gian trễ của từng thành phần phụ thuộc vào đặc tớnh riờng của chỳng. Cỏc nhà sản xuất thiết bị ghi rừ và khi thiết kế cần lựa chọn và tớnh toỏn để thoả món điều kiện hoạt động đỳng của mạng Ethernet.
6.2.3. Cỏc loại mạng Ethernet
IEEE đó phỏt triển chuẩn Ethernet trờn nhiều cụng nghệ truyền dẫn khỏc nhau vỡ thế cú nhiều loại mạng Ethernet. Mỗi loại mạng được mụ tả dựa theo ba yếu tố: tốc độ, phương thức tớn hiệu sử dụng và đặc tớnh đường truyền vật lý. Cỏc hệ thống Ethernet 10Mb/s :
• 10Base5. Đõy là tiờu chuẩn Ethernet đầu tiờn, dựa trờn cỏp đồng trục loại dày. Tốc độ đạt được 10 Mb/s, sử dụng băng tần cơ sở, chiều dài cỏp tối đa cho 1 phõn đoạn mạng là 500m.
• 10Base2. Cú tờn khỏc là “thin Ethernet” , dựa trờn hệ thống cỏp đồng trục mỏng với tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cỏp tối đa của phõn đoạn là 185 m (IEEE làm trũn thành 200m).
• 10BaseT. Chữ T là viết tắt của “twisted”: cỏp xoắn cặp. 10BaseT hoạt động tốc độ 10 Mb/s dựa trờn hệ thống cỏp xoắn cặp Cat 3 trở lờn.
• 10BaseF. F là viết tắt của Fiber Optic ( sợi quang). Đõy là chuẩn Ethernet dựng cho sợi quang hoạt động ở tốc độ 10 Mb/s , ra đời năm 1993. Cỏc hệ thống Ethernet 100 Mb/s – Ethernet cao tốc ( Fast Ethernet )
• 100BaseT. Chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s trờn cả cắp xoắn cặp lẫn cỏp sợi quang.
• 100BaseX. Chữ X núi lờn đặc tớnh mó húa đường truyền của hệ thống này (sử dụng phương phỏp mó hoỏ 4B/5B của chuẩn FDDI). Bao gồm 2 chuẩn 100BaseFX và 100BaseTX
− 100BaseFX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cỏp sợi quang đa mode. − 100BaseTX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cắp xoắn cặp.
• 100BaseT2 và 100BaseT4. Cỏc chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặp cỏp xoắn cặp Cat 3 trở lờn tuy nhiờn hiện nay hai chuẩn này ớt được sử dụng. Cỏc hệ thống Giga Ethernet
• 1000BaseX. Chữ X núi lờn đặc tớnh mó hoỏ đường truyền ( chuẩn này dựa trờn kiểu mó hoỏ 8B/10B dựng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel được phỏt triển bởi ANSI). Chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại:
− 1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với súng ngắn. − 1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với súng dài. − 1000Base-CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cỏp đồng.
• 1000BaseT. Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trờn cỏp xoắn cặp. Cat 5 trở lờn. Sử dụng kiểu mó hoỏ đường truyền riờng để đạt được tốc độ cao trờn loại cỏp này.
6.3. Tỡm hiểu định chuẩn Token Ring 6.3.1. Giới thiệu 6.3.1. Giới thiệu
Hoạt động của Token Ring Mỗi trạm hoạt động như là một bộ chuyển tiếp hỗ trợ cho sự khuyếch đại tớn hiệu suy hao. Cú thể sử dụng cỏc loại cỏp đồng trục, cỏp sợi quang, cỏp xoắn đụi. Sử dụng phương thức truy nhập đường truyền Token RING, gồm 24 bit. Nếu tốc độ trờn vũng là 4 Mbps thỡ vũng phải cú thời gian trỡ hoón là 24/2 Mbps = 6 Micro giõy. Cỏc trạm của mạng cục bộ Token Ring hoạt động theo 4 chế độ sau: Chế độ truyền, chế độ lắng nghe, chế độ bỏ qua. và chế độ nhận.
6.3.2. Kiến trỳc Token Ring
Tờn chuẩn IEEE 802.5
Phương thức truy xuất cỏp : Token Passing Tốc độ truyền dữ liệu : 4/16/155/622.. Mbps Topology : Ring
6.4. Tỡm hiểu FDDI 6.4.1. Giới thiệu 6.4.1. Giới thiệu
Mạng FDDI sử dụng phương thức truy nhập Token Passing, tốc độ cú thể đạt đến 100 Mbps. FDDI được sử dụng làm Backbone cho cỏc mạng diện rộng MAN,WAN. Cấu hỡnh Ring cỏp quang, cú thể kết nối trực tiếp cỏc trạm đầu cuối và cỏc mỏy chủ trong một nhúm làm việc hay liờn kết cỏc mạng trong phạm vi một tũa nhà, trong một khu vực hay trong một thành phố. Một trong cỏc ứng dụng là để kết nối cỏc mỏy chủ tốc độ cao.
Khi đúng vai trũ là một mạng xương sống (Backbone), FDDI liờn kết cỏc thiết bị mạng khỏc nhau như Router, Switch, Brigde, cỏc bộ tập trung... để tạo thành một mạng lớn hơn từ cỏc mạng con. Tuy nhiờn FDDI khụng được dựng cho cỏc mạng diện rộng (WAN) cú bỏn kớnh lớn hơn 100 km. Mặc dự bị thay thế bởi cỏc cụng nghệ LAN khỏc, FDDI vẫn cú những ưu điểm nhất định. FDDI cú thể được cấu hỡnh như là hai mạng Ring ngược nhau độc lập. Điều này làm tăng tớnh ổn định hệ thống cao hơn. Nếu cấu hỡnh (Topo) của mạng được thiết kế hai đường quang của cả hai mạng khỏc nhau về mặt vật lý thỡ sẽ đảm bảo cho
hai mạng khụng bị phỏ hủy trong cựng một thời gian khi xảy ra cỏc sự cố liờn quan đến hệ thống cỏp.
FDDI cú đặc tớnh tự hồi phục bằng kỹ thuật Autowraping. Lỗi phỏt sinh ở Ring sơ cấp (Ring đang hoạt động) sẽ được khắc phục bằng cỏch nối vũng với Ring thứ cấp (Ring dự phũng), tạo thành một Ring đơn và cho phộp mạng FDDI hoạt động ở tốc độ cao nhất. Phần cứng mạng cú khả năng phỏt hiện ra sự cố của cỏp giữa cỏc điểm kết nối, do cú hai đường cỏp nờn trạm phỏt hiện ra lỗi sẽ tự động nối vũng hai Ring với nhau thành một Ring đơn. Khung tin của FDDI cú độ dài tới 4500 Byte, điều này làm tăng hiệu xuất mạng, giảm cỏc thụng tin Header giao thức.FDDI mó húa dữ liệu khỏc biệt với cỏc cụng nghệ khỏc để tăng hiệu quả truyền dẫn. FDDI-2 là cụng nghệ mở rộng của FDDI, hỗ trợ truyền dẫn cỏc tớn hiệu tiếng núi, hỡnh ảnh và dữ liệu. Một biến thể khỏc của FDDI là FFDT (FDDI Full Duplex Technology) sử dụng hạ tầng mạng như FDDI nhưng cú thể tốc độ truyền số liệu lờn đến 200 Mbps. FDDI sử dụng cấu trỳc vũng kộp với lưu lượng truyền trờn mỗi vũng Ring theo hướng ngược nhau. Vũng Ring kộp bao gồm một Ring thứ cấp và một Ring sơ cấp. Trong quỏ trỡnh hoạt động, Ring thứ cấp sử dụng để truyền số liệu cũn Ring sơ cấp ở trạng thỏi rỗi. Mục đớch của việc sử dụng vũng Ring kộp là để đảm bảo tớnh bền vững và ổn định hơn.
6.4.2. Kiến trỳc FDDI
Được chuẩn hoỏ bởi ANSI, đảm bảo tốc độ đường truyền 100Mbps. Mụ hỡnh phần cứng.
- Topo dạng vũng kộp
- Dựng đụi cỏp sợi quang multimode để liờn kết cỏc cỏp nối DAS, SAS,