CHƯƠNG 3 MẠNG CỤC BỘ – MẠNG LAN
3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP ĐƯỜNG TRUYỀN VẬT Lí
3.3.1. Giới thiệu
Đối với topo dạng hỡnh sao, khi một liờn kết được thiết lập giữa hai trạm thỡ thiết bị trung tõm sẽ đảm bảo đường truyền được dành riờng trong suốt cuộc truyền. Tuy nhiờn đối với topo dạng vũng và tuyến tớnh thỡ chỉ cú một đường truyền duy nhất nối tất cả cỏc trạm với nhau bởi vậy cần phải cú một quy tắc chung cho tất cả cỏc trạm nối vào mạng để bảo đảm rằng đường truyền được truy nhập và sử dụng một cỏch tốt đẹp
Cú nhiều phương phỏp khỏc nhau để truy nhập đường truyền vật lý, được phõn làm hai loại: phương phỏp truy nhập ngẫu nhiờn, và phương phỏp truy nhập cú điều kiện.
Hỡnh 3.4. Cấu hỡnh vật lý cho Broadband
Truy nhập cú điều khiển Truy nhập ngẫu nhiờn
CSMA CSMA/CD Slotted Ring Token Ring Token Bus Collision Avoidance Cỏc phương phỏp truy nhập
Trong đú cú 3 phương phỏp hay dựng nhất trong cỏc mạng cục bộ hiện nay: phương phỏp CSMA/CD, Token Bus, Token Ring
3.3.2. Phương phỏp CSMA/CD
Phương phỏp đa truy nhập sử dụng súng mang cú phỏt hiện xung đột - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Phương phỏp này sử dụng cho topo dạng bus, trong đú tất cả cỏc trạm của mạng đều được nối trực tiếp vào bus. Mọi trạm đều cú thể truy nhập vào bus chung (đa truy nhập) một cỏch ngẫu nhiờn và do vậy rất cú thể dẫn đến xung đột (hai hoặc nhiều trạm đồng thời truyền dữ liệu). Dữ liệu được truyền trờn mạng theo một khuụn dạng đó định sẵn trong đú cú một vựng thụng tin điều khiển chứa địa chỉ trạm đớch.
Phương phỏp CSMA/CD là phương phỏp cải tiến từ phương phỏp CSMA hay cũn gọi là LBT (Listen Before Talk - Nghe trước khi núi). Tư tưởng của nú: một trạm cần truyền dữ liệu trước hết phải “nghe” xem đường truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi thỡ truyền dữ liệu đi theo khuụn dạng đó quy định trước. Ngược lai, nếu bận (tức là đó cú dữ liệu khỏc) thỡ trạm phải thực hiện một trong 3 giải thuật sau (gọi là giải thuật “kiờn nhẫn”)
1. Tạm “rỳt lui” chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiờn nào đú rồi lại bắt đầu nghe đường truyền (Non- persistent)
2. Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thỡ truyền dữ liệu đi với xỏc suất bằng 1 (1- persistent)
3. Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thỡ truyền đi với xỏc suất p xỏc định trước (0 < p <1) (p- persistent)
Với giải thuật 1 cú hiệu quả trong việc trỏnh xung đột vỡ hai trạm cần truyền khi thấy đường truyền bận sẽ cựng “rỳt lui” chờ đợi trong cỏc thời đoạn ngẫu nhiờn khỏc.ặ Nhược điểm cú thể cú thời gian chết sau mỗi cuộc truyền
Giải thuật 2 khắc phục nhược điểm cú thời gian chết bằng cỏch cho phộp một trạm cú thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thỳc. ặ Nhược điểm: Nếu lỳc đú cú hơn một trạm đang đợi thỡ khả năng xảy ra xung đột là rất cao
Giải thuật 3 trung hoà giữa hai giải thuật trờn. Với giỏ trị p lựa chọn hợp lý cú thể tối thiểu hoỏ được cả khả năng xung đột lẫn thời gian chết của đường truyền. Xảy ra xung đột là do độ trễ của đường truyền dẫn: một trạm truyền dữ liệu đi rồi nhưng do độ trễ đường truyền nờn một trạm khỏc lỳc đú đang nghe đường truyền sẽ tưởng là rỗi và cứ thể truyền dữ liệu đi ặ xung đột. Nguyờn nhõn xảy ra xung đột của phương phỏp này là cỏc trạm chỉ “nghe trước khi núi” mà khụng “nghe trong khi núi” do vậy trong thực tế cú xảy ra xung đột mà khụng biết, vẫn cứ tiếp tục truyền dữ liệu đi ặ gõy ra chiếm dụng đường truyền một cỏch vụ ớch
Để cú thể phỏt hiện xung đột, cải tiến thành phương phỏp CSMA/CD (LWT - Listen While Talk - nghe trong khi núi) tức là bổ xung thờm cỏc quy tắc:
♦ Khi một trạm đang truyền, nú vẫn tiếp tục nghe đường truyền. Nếu phỏt hiện thấy xung đột thỡ nú ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục gửi súng mang thờm một
thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả cỏc trạm trờn mạng đều cú thể nghe được sự kiện xung đột đú.
♦ Sau đú trạm chờ đợi một thời gian ngẫu nhiờn nào đú rồi thử truyền lại theo cỏc quy tắc của CSMA
ặ Rừ ràng với CSMA/CD thời gian chiếm dụng đường truyền vụ ớch giảm xuống bằng thời gian để phỏt hiện xung đột. CSMA/CD cũng sử dụng một trong 3 giải thuật “kiờn nhẫn” ở trờn, trong đú giải thuật 2 được ưa dựng hơn cả.
3.3.3. Phương phỏp Token Bus
Phương phỏp truy nhập cú điểu khiển dựng kỹ thuật “chuyển thẻ bài” để cấp phỏt quyền truy nhập đường truyền. Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, cú kớch thước và cú chứa cỏc thụng tin điều khiển trong cỏc khuụn dạng
Nguyờn lý: Để cấp phỏt quyền truy nhập đường truyền cho cỏc trạm đang cú nhu cầu truyền dữ liệu,một thẻ bài được lưu chuyển trờn một vũng logic thiết lập bởi cỏc trạm đú. Khi một trạm nhận được thẻ bài thỡ nú cú quyền sử dụng đường truyền trong một thời gian định trước. Trong thời gian đú nú cú thể truyền một hoặc nhiều đơn vị dữ liệu. Khi đó hết dữ liệu hay hết thời đoạn cho phộp, trạm phải chuyển thẻ bài đến trạm tiếp theo trong vũng logic. Như vậy cụng việc phải làm đầu tiờn là thiết lập vũng logic (hay cũn gọi là vũng ảo) bao gồm cỏc trạm đang cú nhu cầu truyền dữ liệu được xỏc định vị trớ theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cựng của chuỗi sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiờn. Mỗi trạm được biết địa chỉ của cỏc trạm kề trước và sau nú. Thứ tự của cỏc trạm trờn vũng logic cú thể độc lập với thứ tự vật lý. Cỏc trạm khụng hoặc chưa cú nhu cầu truyền dữ liệu thỡ khụng được đưa vào vũng logic và chỳng chỉ cú thể tiếp nhận dữ liệu.
Trong hỡnh vẽ, cỏc trạm A, E nằm ngoài vũng logic, chỉ cú thể tiếp nhận dữ liệu dành cho chỳng.
Vấn đề quan trọng là phải duy trỡ được vũng logic tuỳ theo trạng thỏi thực tế của mạng tại thời điểm nào đú. Cụ thể cần phải thực hiện cỏc chức năng sau:
Bổ sung một trạm vào vũng logic: cỏc trạm nằm ngoài vũng logic cần được xem
Loại bỏ một trạm khỏi vũng logic: Khi một trạm khụng cũn nhu cầu truyền dữ liệu cần loại nú ra khỏi vũng logic để tối ưu hoỏ việc điều khiển truy nhập bằng thẻ bài
Quản lý lỗi: một số lỗi cú thể xảy ra, chẳng hạn trựng địa chỉ (hai trạm đều nghĩ rằng đến lượt mỡnh) hoặc “đứt vũng” (khụng trạm nào nghĩ đến lượt mỡnh)
Khởi tạo vũng logic: Khi cài đặt mạng hoặc sau khi “đứt vũng”, cần phải khởi tạo lại vũng.
- Cỏc giải thuật cho cỏc chức năng trờn cú thể làm như sau:
Bổ sung một trạm vào vũng logic, mỗi trạm trong vũng cú trỏch nhiệm định kỳ tạo cơ hội cho cỏc trạm mới nhập vào vũng. Khi chuyển thẻ bài đi, trạm sẽ gửi thụng bỏo “tỡm trạm đứng sau” để mời cỏc trạm (cú địa chỉ giữa nú và trạm kế tiếp nếu cú) gửi yờu cầu nhập vũng. Nếu sau một thời gian xỏc định trước mà khụng cú yờu cầu nào thỡ trạm sẽ chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nú như thường lệ. Nếu cú yờu cầu thỡ trạm gửi thẻ bài sẽ ghi nhận trạm yờu cầu trở thành trạm đứng kề sau nú và chuyển thẻ bài tới trạm mới này. Nếu cú hơn một trạm yờu cầu nhập vũng thỡ trạm giữ thẻ bài sẽ phải lựa chọn theo giải thuật nào đú.
Loại một trạm khỏi vũng logic: Một trạm muốn ra khỏi vũng logic sẽ đợi đến khi nhận được thẻ bài sẽ gửi thụng bỏo “nối trạm đứng sau” tới trạm kề trước nú yờu cầu trạm này nối trực tiếp với trạm kề sau nú
Quản lý lỗi: Để giải quyết cỏc tỡnh huống bất ngờ. Chẳng hạn, trạm đú nhận được tớn hiệu cho thấy đó cú cỏc trạm khỏc cú thẻ bài. Lập tức nú phải chuyển sang trạng thỏi nghe (bị động, chờ dữ liệu hoặc thẻ bài). Hoặc sau khi kết thỳc truyền dữ liệu, trạm phải chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nú và tiếp tục nghe xem trạm kề sau đú cú hoạt động hay đó bị hư hỏng. Nếu trạm kề sau bị hỏng thỡ phải tỡm cỏch gửi cỏc thụng bỏo để vượt qua trạm hỏng đú, tỡm trạm hoạt động để gửi thẻ bài.
Khởi tạo vũng logic: Khi một trạm hay nhiều trạm phỏt hiện thấy đường truyền khụng hoạt động trong một khoảng thời gian vượt quỏ một giỏ trị ngưỡng (time out) cho trước - thẻ bài bị mất (cú thể do mạng bị mất nguồn hoặc trạm giữ thẻ bài bị hỏng). Lỳc đú trạm phỏt hiện sẽ gửi đi thụng bỏo “yờu cầu thẻ bài” tới một trạm được chỉ định trước cú trỏch nhiệm sinh thẻ bài mới và chuyển đi theo vũng logic.
3.3.4. Phương phỏp Token Ring
Phương phỏp này dựa trờn nguyờn lý dựng thẻ bài để cấp phỏt quyền truy nhập đường truyền. Thẻ bài lưu chuyển theo vũng vật lý chứ khụng cần thiết lập vũng logic như phương phỏp trờn
Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đú cú một bớt biểu diễn trạng thỏi sử dụng của nú (bận hoặc rụĩ). Một trạm muốn truyền dữ liệu thỡ phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài rỗi. Khi đú nú sẽ đổi bớt trạng thỏi thành bận và truyền một đơn vị dữ liệu cựng với thẻ bài đi theo chiều của vũng. Giờ đõy khụng cũn thẻ bài rỗi trờn vũng nữa, do đú cỏc trạm cú dữ liệu cần truyền buộc phải đợi. Dữ liệu đến trạm đớch sẽ được sao lại, sau đú cựng với thẻ bài đi tiếp cho đến khi quay về trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoỏ bỏ dữ liệu, đổi bớt trạng thỏi thành rỗi cho lưu chuyển tiếp trờn vũng để cỏc trạm khỏc cú thể nhận được quyền truyền dữ liệu.
Sự quay về trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo một cơ chế nhận từ nhiờn: trạm đớch cú thể gửi vào đơn vị dữ liệu cỏc thụng tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mỡnh.
+ Trạm đớch khụng tồn tại hoặc khụng hoạt động + Trạm đớch tồn tại nhưng dữ liệu khụng sao chộp được + Dữ liệu đó được tiếp nhận
- Phương phỏp này cần phải giải quyết hai vấn đề cú thể gõy phỏ vỡ hệ thống: + Mất thẻ bài: trờn vũng khụng cũn thẻ bài lưu chuyển nữa
+ Một thẻ bài bận lưu chuyển khụng dừng trờn vũng
Giải quyết:
Đối với vấn đề mất thẻ bài, cú thể quy định trước một trạm điều khiển chủ động. Trạm này sẽ phỏt hiện tỡnh trạng mất thẻ bài bằng cỏch dựng cơ chế ngưỡng thời gian (time out) và phục hồi bằng cỏch phỏt đi một thẻ bài “rỗi” mới.
Đối với vấn đề thẻ bài bận lưu chuyển khụng dừng, trạm monitor sử dụng một bit trờn thẻ bài (gọi là monitor bit) để đỏnh dấu đặt giỏ trị 1 khi gặp thẻ bài bận đi qua nú. Nếu nú gặp lại một thẻ bài bận với bớt đó đỏnh dấu đú thỡ cú nghĩa là trạm nguồn đó khụng nhận lại được đơn vị dữ liệu của mỡnh và thẻ bài “bận” cứ quay vũng mói. Lỳc đú trạm monitor sẽ đổi bit trạng thỏi của thẻ thành rỗi và chuyển tiếp trờn vũng. Cỏc trạm cũn lại trờn trạm sẽ cú vai trũ bị động: chỳng theo dừi phỏt hiện tỡnh trạng sự cố của trạm monitor chủ động và thay thế vai trũ đú. Cần cú một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm monitor hỏng.
3.3.5. So sỏnh cỏc phương phỏp
- Độ phức tạp của phương phỏp dựng thẻ bài đều lớn hơn nhiều so với CSMA/CD. - Những cụng việc mà một trạm phải làm trong phương phỏp CSMA/CD đơn giản
hơn nhiều so với hai phương phỏp dựng thẻ bài.
- Hiệu quả của phương phỏp dựng thẻ bài khụng cao trong điều kiện tải nhẹ: một trạm phải đợi khỏ lõu mới đến lượt
- Tuy nhiờn phương phỏp dựng thẻ bài cựng cú những ưu điểm: Khả năng điều hoà lưu thụng trong mạng, hoặc bằng cỏch cho phộp cỏc trạm truyền số lượng đơn vị dữ liệu khỏc nhau khi nhận được thẻ bài, hoặc bằng cỏch lập chế độ ưu tiờn cấp phỏt thẻ bài cho cỏc trạm cho trước. Đặc biệt phương phỏp dựng thẻ bài cú hiệu quả cao hơn CSMA/CD trong trường hợp tải nặng.