2.5. Kỹ thuật mạng cục bộ
2.5.2. Giao Thức Điều Khiển Truy Nhập Phương Tiện Truyền
Đối với mạng hỡnh sao khi một liờn kết được thiết lập giữa hai trạm thỡ thiết bị trung tõm sẽ đảm bảo đường truyền được giành riờng trong suốt cuộc truyền. Tuy nhiờn với mạng Bus và Vũng chỉ cú một đường truyền dẫn duy nhất cú tớnh Logic kết nối đồng thời với tất cả cỏc trạm.Do đú để đảm bảo phương tiện truyền dẫn được truy cập và sử dụng một cỏch hợp lý trờn cỏc hệ thống mạng cục bộ thường dựng hai loại là: loại truy cập ngẫu nhiờn dựng CSMA/CD với mạng Bus và truy nhập thẻ bài điều khiển (Token.).
a- CSMA/CD (Carier- Sence Multipl- Acsess With Collision Detection)
Phương phỏp đa truy nhập sử dụng súng mang cú phỏt hiện xung đột chỉ sử dụng trong mạng Bus. Mọi trạm đều cú thể truy cập vào Bus chung (đa truy cập ) một cỏch ngẫu nhiờn và do vậy rất cú thể dẫn đến xung đột. tất cả dữ liệu được truyền đi theo khuụn dạng chuẩn trong đú cú vựng thụng tin điều khiển chứa địa chỉ của dữ liệu.
Với kiểu hoạt động này, hai hay nhiều trạm cú thể cựng một lỳc truyền khung lờn Cable, cú thể làm hỏng nguồn dữ liệu phỏt đi. Để giảm tỡnh trạng này ,trước khi phỏt đi một khung , trạm nguồn phải lắng nghe xem đường truyền rỗi hay bận. Nếu rỗi thỡ truyền và bận thỡ thực hiện một trong ba giải thuật sau:
- Trạm tạm “rỳt lui” chờ một thời gian ngẫu nhiờn rồi nghe đường truyền, với cỏch này thời gian lớn nhưng ớt xung đột .
- Trạm tiếp tục nghe đến khi đường truyền rỗi với xỏc suất P nào đú, cốt để tối thiểu húa cả xung đột lẫn thời gian chết nờn rất phức tạp. Để cú thể phỏt hiện được xung đột, CSMA/CD đó bổ xung thờm quy tắc:
Khi trạm đang truyền nú vẫn nghe đường truyền, nếu phỏt hiện thấy xung đột thỡ nú ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục gửi tớn hiệu súng mang
thờm một thời gian nữa để đảm bảo cỏc trạm trờn mạng đều cú thể nghe được sự kiện xung đột đú. Sau khi chờ đợi một thời gian ngẫu nhiờn nào đú rồi thử truyền lại thao cỏc quy tắc của CDMA.
Sau đõy ta xột trường hợp sảy ra xung đột tiờu biểu và cỏch khắc phục được minh họa hỡnh 3.8
A phỏt hiện xung đột, hủy bỏ bức điện
Chờ một thời gian ngẫu nhiờn rồi gửi tiếp.
C phỏt hiện xung đột, hủy bỏ bức điện
Chờ một thời gian ngẫu nhiờn rồi gửi tiếp.
Hỡnh 3.8 Phương phỏp CSMA/CD
Trạm A và C cựng nghe đường dẫn. đường dẫn rỗi nờn A cú thể gửi trước. Trong khi tớn hiệu từ trạm A gửi đi chưa kịp nờn trạm C khụng hay biết và cũng gửi, gõy ra xung đột tại gần điểm C. A và C sẽ lần lượt nhận được tớn hiệu phản hồi,so sỏnh với tớn hiệu gửi đi và phỏt hiện xung đột. cả hai trạm muốn nhận sẽ khụng nhận được cờ hiệu kết thỳc bức điện khụng hợp lệ.A và C cũng cú thể gửi đi một tớn hiệu “Jam” đặc biệt để bỏo cho cỏc trạm cần biết. Sau đú mỗi trạm sẽ chờ một thời gian chờ ngẫu nhiờn trước khi thử phỏt lại. Thời gian chờ ngẫu nhiờn ở đõy tuy nhiờn khụng phải được tớnh thmeo một thuật toỏn nào đú
A B C A B C A B C A B C Carrier sense Multiple access Collsion Detection
để cho thời gian chờ ngắn một cỏch hợp lý và khụng giống nhau giữa cỏc trạm cựng chờ.
Ưu điểm của CSMA/CD:
Tớnh chất đơn giản, linh hoạt. Việc ghộp thờm hay bỏ đi một trạm trong mạng khụng ảnh hưởng gỡ tới hoạt động của hệ thống. chớnh vỡ vậy, phương phỏp này được sử dụng rộng dói trong mạng Bus.
Nhược điểm của CSMA/CD:
Tớnh bất định của thời gian phản ứng. Cỏc trạm đều bỡnh đẳng như nhau nờn quỏ trỡnh chờ ở một trạm cú thể lặp đi lặp lại, khụng xỏc định được tương đối chớnh xỏc thời gian, hiệu suất sử dụng đường truyền vỡ thế cũng thấp. Rừ ràng, nếu như khụng kết hợp cả cỏc kỹ thuật khỏc nhau thỡ phương phỏp này khụng thớch hợp với cỏc cấp thấp,đũi hỏi trao đổi dữ liệu định kỳ, thời gian thực.
Khả năng thực hiện phương phỏp CSMA/CD bị hạn chế bởi một điều kiện ràng buộc giữa chiều dài dõy dẫn,tốc độ truyền thụng và chiều dài bức điện. Chỉ khi một trạm phỏt hiện được xung đột sảy ra trong khi bức điện chưa được gửi xong mới cú khả năng hủy bỏ bức điện (cú thể chỉ đơn giản bằng cỏch gửi tiếp cờ hiệu kết thỳc). Cũn nếu bức điện được gửi xong rồi mới phỏt hiện sảy ra xung đột thỡ đó quỏ muộn. một trạm khỏc cú thể đó nhận được và sử lý bức điện với nội dung sai lệch. Trong trường hợp xấu nhất hai trạm cú thể gửi thụng tin cú thể ở hai đầu của dõy dẫn, trạm thứ hai chỉ gửi bức điện trước tớn hiệu từ trạm thứ nhất tới một chỳt. Tớn hiệu bị xung đột sảy ra ở đõy phải mất thờm một khoảng thời gian nữa đỳng bằng thời gian truyền tớn hiệu mới quay trở lại tới trạm thứ nhất. Như vậy điều kiện thực hiện phương phỏp CSMA/CD là thời gian gửi một bức điện phải lớn hơn hai lần thời gian truyền tớn hiệu. Đõy chớnh là điều kiện giàng buộc trong việc nõng cao tốc độ và tăng chiều dài dõy dẫn.
Cỏc phương phỏp truy nhập cú điều khiển chủ yếu dựng kỹ thuật chuyển thẻ bài (Token) để cấp phỏt quyền được truyền dữ liệu. Dưới đõy ta sẽ xem xột hai phương phỏp tiờu biểu: Token Bus và Token Ring.
b/ Điều Khiển Truy Cập Bằng Thẻ Bài (Token)
Đõy là một phương phỏp dựng để điều khiển truy nhập, chia sẻ thiết bị truyền dẫn. Thẻ bài này được đưa từ một thiết bị đầu cuối này tới một thiết bị đầu cuối khỏc theo một nguyờn tắc nhất định và duy trỡ với mọi thiết bị đầu cuối nối vào thiết bị truyền dẫn. thiết bị truyền dẫn cú thể truyền khung đú, nú trao đổi thẻ bài cho thiết bị đầu cuối khỏc để ch phộp thiết bị đầu cuối này truy nhập mụi trường. Trỡnh tự như sau.
- Đầu tiờn, một vũng Logic được thiết lập tạo nờn tuyến liờn kết tất cả cỏc thiết bị đầu cuối nối vào thiết bị truyền dẫn vật lý và chỉ cú một thẻ bài điều khiển được tạo ra.
- Thẻ bài được trao từ thiết bị đầu cuối này sang thiết bị đầu cuối khỏc trờn vũng Logic cho tới khi nhận dược bởi thiết bị đầu cuối đang chờ gửi một khung. - Thiết bị đầu cuối này gửi một khung đi trờn thiết bị truyền dẫn vật lý sau đú trao thẻ bài cho thiết bị đầu cuối tiếp theo trờn vũng Logic.
Chức năng điều khiển thuộc về thiết bị đầu cuối đang hoạt động nối vào thiết bị truyền dẫn vật lý, là cơ sở cho việc thiết ập và phục hồi việc nối vào Logic và cả việc mất thẻ. Cho dự chức năng điều hành thường thay đổi giữa cỏc thiết bị đầu cuối mang trỏch nhiệm thiết lập và phục hồi lại.
* Token Bus
Nguyờn lý để cấp phỏt quyền truy cập đường truyền cho cỏc trạm đang cú nhu cầu truyền dữ liệu, một thẻ bài được lưu chuyển trờn vũng Logic thiết lập bởi cỏc trạm đú. Khi một trạm nhận được thẻ bài nú cú quyền sử dụng trong một đoạn xỏc định trước . Sau đú, nú sẽ chuyển Token đú cho cỏc trạm tiếp theo trong vũng Logic. Việc duy trỡ vũng Logic theo thực tế của mạng phải thực hiện được cỏc chức năng như: Bổ xung một trạm vào vũng Logic, loại bỏ một trạm
khỏi vũng Logic, quản lý lỗi do trựng địa chỉ hay đứt vũng, khởi tạo vũng Logic.
Hỡnh 3.9 Phương phỏp truy nhập bằng thẻ bài Token Bus * Token Ring
Phương phỏp này dựa trờn nguyờn lý dựng thẻ bài để cấp phỏt quyền truy cập đường truyền theo vũng vật lý, thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt cú một bit biểu diễn trạng thỏi sử dụng bận hay rỗi. Một trạm muốn truyền dữ liệu thỡ đợi Token đi qua, hay bit trạng thỏi “rỗi“ thành “bận” và ghộp dữ liệu để truyền. Gúi dữ liệu được truyền đi tới trạm đớch sao lại dữ liệu, rồi đi tiếp về trạm truyền. trạm truyền xúa bỏ dữ liệu và chuyển thành Token “rỗi” và gửi nú lại vũng để trạm khỏc cú thể nhận được quyền truyền dữ liệu.
Cú thể sảy ra mất Token hoặc Token bận khụng ngừng. Chuẩn IEEE 802 quy định một trạm được chia làm trạm điều khiển nú p-hỏt hiện mất Token bằng cơ chế “Time Out” và phục hồi bằng cỏch phỏt đi Token “rỗi” mới. Để phỏt hiện Token bận khụng ngừng, trạm điều khiển cho Monitor bit giỏ trị 1 (đỏnh dấu) trờn Token “bận” qua nú, nếu nú gặp lại Token “bận“ thỡ nú biến Token “bận” thành “rỗi”. Trạm 1 Trạm 3 Trạm 4 Trạm 5 Trạm 6 Token Trạm 2 Trạm 1 Trạm 3 Trạm 4 Trạm 5 Trạm 6 Token Trạm 2
Hỡnh 3.10 Phương phỏp truy nhập đường truyền bằng Token Ring
Sau đõy ta xột cụ thể một vớ dụ về phương phỏp truy nhập Token Ring như sau:
A cú dữ liệu cần truyền đến C. Nhận được thẻ bài “rỗi” nú đổi bit trạng thỏi thành “bận” rồi truyền dữ liệu đi cựng với thẻ bài.
Trạm đớch C sao dữ liệu giành cho nú và chuyển tiếp dữ liệu cựng thẻ bài đi về hướng trạm A sau khi đó gửi thụng tin bỏo nhận cào đơn vị dữ liệu.
Trạm 1 Trạm 2 Trạm 3 Trạm 4 Trạm 6 Token Trạm 5 B A C D Nguồn Free token Đớch B A C D Nguồn Busy token Đớch
A nhận dữ liệu cựng thẻ bài quay về đổi bit trạng thỏi của thẻ bài thành “rỗi” và chuyển tiếp trờn vũng, xúa dữ liệu đó chuyển.
Nhận xột:
Phương phỏp Token cú độ phức tạp lớn hơn so với CSMA/CD. Mặt khỏc, hiệu quả phương phỏp thẻ bài khụng caođois với tải nhẹ nghió là một trạm phải đợi khỏ lõu mới đến lượt.
Tuy nhiờn cỏc phương phỏp dựng thẻ bài cũng cú ưu điểm là khả năng điều hũa thụng lượng trong mạng, khụng quy định độ dài tối thiểu của tập tin, khụng cần nghe trong khi núi và hiệu quả cao hơn ở tải nặng.