CHƢƠNG 6 : KIẾN TRÚC MẠNG
6.2. Tìm hiểu định chuẩn Ethernet
6.2.1. Giới thiệu Ethernet
Ethernet là kiến trúc mạng LAN phổ biến nhất, thường được ghép nối theo dạng Bus hoặc Star. Ethernet thường xuyên truyền ở tốc độ 10Mbps và dựa vào CSMA/CD để điều chỉnh lưu thơng trên đường cáp chính.
Mơi trường Ethernet mang tính thụ động, nó lấy năng lượng từ máy tính và do vậy sẽ không ngừng hoạt động trừ khi phương tiện nối bị cắt đứt hoặc bị ngắt
Những đặc điểm cơ bản của Ethernet
- Cấu hình truyền thơng dạng Bus
- Cấu hình khác Star Bus
- Kiểu kiến trúc Dải gốc
- Phương pháp truy cập CSMA/CD
- Quy cách kỹ thuật IEEE802.3
- Vận tốc truyền 10Mbps hay 100Mbps
- Loại cáp Cáp đồng trục gầy, cáp đồng trục lớn, cáp UTP
- Theo tiêu chuẩn 100Mbps IEEE thì có 4 cấu hình Ethernet 10Mbps:
- 10 Base T
- 10 Base 2
- 10 Base 5
- 10 Base FL
- Hệ điều hành mạng trên Ethernet:
- Microsoft Windows 95
- Microsoft Windows NT Workstation
- Microsoft LAN Manager
- Microsoft Windows for Workgroups
- Novell NetWare
- IBM LAN Server
- Apple Share
6.2.2. Hoạt động của Ethernet
Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm , hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng, khơng có một trạm điều khiển trung tâm.Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung cịn gọi là đuờng trung gian. Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi, từng bit một, qua
Trường TCN số 20-BQP Page 68 đường trung gian tới tất cả các trạm thành viên. Để gửi dữ liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh có rỗi khơng, nếu rỗi thì mới gửi đi các gói (dữ liệu).
Cơ hội để tham gia vào truyền là bằng nhau đối với mỗi trạm. Tức là khơng có sự ưu tiên cho riêng một trạm nào. Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết định bởi nhóm điều khiển truy nhập trung gian (Medium Access Control- MAC) được đặt trong mỗi trạm. MAC thực thi dựa trên cơ sở sự phát hiện va chạm sóng mang (CSMA/CD).
Giao thức CSMA/CD
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) là phương pháp đa truy cập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột.
Phương pháp truy cập ngẫu nhiên này được sử dụng cho tơpơ dạng bus, trong đó tất cả các trạm của mạng được nối trực tiếp vào bus. Mọi trạm đều có thể truy cập vào bus chung (đã truy cập) một cách ngẫu nhiên và do vậy rất có thể dẫn đến xung đột (hai hoặc nhiều trạm đồng thời truyền dữ liệu). Dữ liệu được truyền đi theo khuôn dạng chuẩn trong đó có vùng thơng tin điều khiển chứa địa chỉ của dữ liệu.
CSMA/CD là phương pháp cải tiến từ phương pháp CSMA, hay cịn gọi là LBT (Listen Before Talk-Nghe trước khi nói). Tư tưởng của phương pháp này là: một trạm cần truyền dữ liệu trước hết phải “nghe” xem đường truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi thì truyền dữ liệu đi (theo khn dạng chuẩn). Ngược lại, nếu đường truyền đang bận (đã có dữ liệu khác) thì trạm phải thực hiện theo một trong 3 giải thuật sau:
- Trạm tạm “rút lui” chờ đợi trong một thời đoạn ngẫu nhiên nào đó rồi bắt đầu “nghe” đường truyền (Non persistent).
- Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất bằng 1 (1-persistent).
- Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền đi với xác suất p xác định trước (0<p<1). (p-persistent)
Rõ ràng là giải thuật thứ nhất có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền khi thấy đường truyền bận sẽ cùng “rút lui” chờ đợi trong các thời đoạn ngẫu nhiên khác nhau.Nhược điểm của nó là có thể có thời gian “chết” của đường truyền sau mỗi cuộc truyền. Ngược lai, giải thuật thứ 2 cố gắng giảm thời gian “chết” bằng cách cho phép một trạm có thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc. Song khơng may nếu lúc đó có hơn một trạm đang đợi thì khả năng xung đột xảy ra là rất cao. Giải thuật thứ 3 với giá trị p phải lựa chọn hợp lý có thể tối thiểu hố được cả khả năng xung đột lẫn thời gian"chết" của
Trường TCN số 20-BQP Page 69 đường truyền. Xảy ra xung đột thường là do độ trễ truyền dẫn: một trạm truyền dữ liệu (cùng sóng mang) đi rồi nhưng do độ trễ truyền dẫn nên một trạm khác lúc đó đang "nghe" đường sẽ tưởng là rỗi và cứ thế truyền dữ liệu đi. Mấu chốt vấn đề là ở chỗ: Vì các trạm chỉ "nghe trước khi nói" (mà khơng "nghe trong khi nói" nên thực tế có xung đột nhưng các trạm vẫn khơng hay biết gì và vẫn cứ tiếp tục truyền dữ liệu đi, gây ra việc chiếm dụng đường truyền một cách vơ ích.
Để có thể phát hiện xung đột, CSMA/CD đã bổ xung thêm qui tắc so với CSMA:
- Khi một trạm đang truyền nó vẫn tiếp tục "nghe" đường truyền. Nếu phát hiện xung đột thì nó ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục gửi tín hiệu sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả các trạm trên mạng đều có thể "nghe" được sự xung đột đó.
- Sau đó trạm chờ đợi trong một thời đoạn ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo các qui tắc của CSMA.
Rõ ràng, với CSMA/CD, thời gian chiếm dụng đường truyền vơ ích được giảm xuống bằng thời gian dùng để phát hiện một xung đột. CSMA/CD cũng sử dụng một trong 3 giải thuật ở trên, trong đó giải thuật thứ 2 được ưa dùng hơn cả.
Truyền dữ liệu
Cũng như các mạng LAN khác , Ethernet ln tìm cách truyền dữ liệu tốt nhất, tuy nhiên ngay cả với những mạng Ethernet đắt tiền nhất và được thiết kế tốt nhất thì dữ liệu truyền đi vẫn khơng hồn hảo.
Nhiễu điện có thể xuất hiện mọi lúc trên hệ thống cable và làm dữ liêu bị hỏng. Trong trường hợp kênh LAN bị tắc nghẽn làm cho số lần va chạm vượt quá 16 làm cho các khung bị mất. Khơng thể có mạng LAN nào hồn hảo, vì thế những phần mềm ở lớp giao thức mạng cao hơn được thiết kế để cứu dữ liệu khỏi lỗi.
Cần thiết phải nâng lên các giao thức mạng mức cao để chắc chắn dữ liệu nhận được là chính xác. Các giao thức bậc cao làm được điều này nhờ phương thức truyền đáng tin cậy và sự xác nhận chuỗi thông tin truyền qua mạng
6.2.3. Khung và địachỉ Ethernet
Khung (frame) được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các máy tính. Khung gồm các bit được chia thành các trường. Các trường này bao gồm trường địa chỉ, trường dữ liệu chứa từ 46 tới 15000 byte dữ liệu, và 1 trường kiểm tra lỗi để kiểm tra các bit nhận được có giống với các bit được truyền đi khơng.
Trường TCN số 20-BQP Page 70 Trường đầu tiên mang 48 bit địa chỉ, gọi là địa chỉ nhận và địa chỉ gửi, IEEE quản lí các địa chỉ bởi trường địa chỉ. IEEE cung cấp 24 bit nhận dạng gọi là “định danh tổ chức duy nhất” (OUI), mỗi tổ chức tham gia vào Ethernet sẽ được cung cấp một định danh duy nhất. Tổ chức sẽ tạo ra 48 bit địa chỉ sử dụng OUI của 24 bit địa chỉ đầu tiên, 48 bit này được biết đến như là địa chỉ vật lí, phần cứng hoặc địa chỉ MAC.
48 bit địa chỉ là dấu hiệu nhận biết chung cho mỗi giao tiếp Ethernet khi nó được tạo ra, nhờ đó mà làm đơn giản hơn cấu trúc của Ethernet. Với cách định danh này ta có thể nhóm nhiều tổ chức Ethernet, vì thế dễ dàng hơn trong việc quản lý Ethernet.
Mỗi khung Ethernet được gửi tới một kênh chung, khi đó mỗi giao tiếp mạng sẽ xem xét trường 48 bit đầu tiên có chứa địa chỉ, giao tiếp mạng sẽ so sánh địa chỉ của chính nó với địa chỉ này. Giao tiếp mạng có địa chỉ trùng với địa chỉ nhận sẽ đọc toàn bộ khung và gửi những dữ liệu này tới phần mềm trong máy. Mọi giao tiếp mạng sẽ ngừng đọc thông tin trong khung sau khi chúng phát hiện địa chỉ của chúng không trùng với địa chỉ nhận.
6.2.4. Địa chỉ Multicast và Broadcast
Một địa chỉ multicast cho phép một khung đơn có thể nhận được một nhóm trạm. Phần mềm mạng có thể cho phép giao tiếp mạng lắng nghe những địa chỉ multicast chỉ định. Điều này cho phép một nhóm trạm có thể được nhận biết bởi một nhóm multicast đã được gán cho địa chỉ multicast riêng. Một gói đơn gửi tới 1 địa chỉ multicast sẽ được nhận bởi mọi trạm trong nhóm này. Có một trường hợp đặc biệt của multicast là broadcast, đó là 48 bit địa chỉ của mỗi phần tử. Mọi giao tiếp Ethernet nếu thấy 1 khung với địa chỉ đến kiểu này sẽ đọc khung và gửi nó đến phần mềm trong trạm