5.2.1. Tổng quan về công nghệ Ethernet
Ethernet - công nghệ LAN chủ đạo hiện nay, được bắt đầu phát triển từ những năm 1970 và đạt được thành công lớn nhờ sự đơn giản và dễ dàng trong bảo trì, nhờ khả năng kết hợp với các công nghệ mới, độ tin cậy cao, giá thành hạ trong cài đặt/ nâng cấp, và khả năng mở rộng mạng cao.
Chuẩn Ethernet đầu tiên được Digital, Itel và Xerox (DIX) phát triển và công bố lần đầu vào năm 1980. Năm 1985, IEEE đưa ra các chuẩn cho LAN (các chuẩn 802.x), trong đó có chuẩn dành cho Ethernet được đánh số 802.3. Để đảm bảo tương thích với mô hình OSI, chuẩn IEEE 802.3 được đặt tương ứng với tầng vật lý và nửa dưới của tầng liên kết dữ liệu. Khi tốc độ sử lý của PC và kích thước file dữ liệu ngày càng tăng thì trong các mạng 10Mbps kiểu cũ xảy ra hiện tượng nghẽn mạng. Để giải quyết vấn đề nghẽn mạng này, năm 1995 IEEE đưa ra chuẩn mới cho 100Mbps Ethernet và sau đó là các chuẩn cho Gigabit Ethernet vào năm 1998 và 1999. Tất cả các chuẩn này đều tương thích với Ethernet nguyên thủy.
Với sự ra đời của công nghệ Gigabit Ethernet với khoảng cách truyền dữ liệu lớn, hiện nay Ethernet không còn bị giới hạn là một công nghệ LAN thuần túy mà nó trở thành một phần của các chuẩn MAN và WAN.
5.2.2. Cấu trúc Frame của Ethernet
Mặc dù Ethernet là một dòng các công nghệ với tốc độ truyền dữ liệu khác nhau, sử dụng nhiều loại đường truyền và topo mạng khác nhau nhưng cấu trúc frame của tất cả các công nghệ Ethernet gần như tương đồng nhau.
Cấu trúc frame của IEEE 802.3 Ethernet:
Frame của IEEE 802.3 Ethernet bao gồm 7 trường: Preamble (7 byte), SOF Delimiter (1 byte), Destination Address (6 byte), Source Address (6 byte), Length/Type (2 byte), Header and Data (64 1500 byte), FCS (4 byte). Ý nghĩa của các trường này như sau:
– Preamble: là một mẫu chứa các bit 1 và 0 xen kẽ nhau được dùng để đồng bộ trong hoạt động truyền bất đồng bộ từ 10Mbps trở xuống. Các phiên bản nhanh hơn của Ethernet là đồng bộ thì thông tin định thời này là dư thừa nhưng vẫn được giữ lại nhằm mục đích tương thích giữa các chuẩn của Ethernet.
– Start Frame Delimiter (SFD): gồm một trường dài 1 byte đánh dấu bắt đầu phần
dữ liệu của một frame;
– Destination Address: chứa địa chỉ đích MAC. 6 byte;
– Source Address: chứa địa chỉ nguồn MAC 6 byte;
– Length/Type: Nếu giá trị trường này nhỏ hơn 0x600 thì đó là giá trị chỉ chiều dài frame. Phần dữ liệu được tính bắt đầu sau trường này trở đi, giá trị của nó chỉ ra loại giao thức lớp trên sẽ tiếp nhận dữ liệu sau khi xử lý frame Ethernet hoàn tất. Nếu giá trị bằng hoặc lớn hơn 0x600 chỉ ra loại và nội dung của trường dữ liệu được giải mã trên từng giao thức chỉ định.
– Data: có chiều dài tùy ý miễn không vượt quá kích thước tối đa là 1500 byte. Nếu
khích thước không đủ thì tự động chèn vào để frame không nhỏ hơn 64 byte. – FCS: kiểm soát lỗi của frame khi truyền trên mạng. Nếu không đúng sẽ yêu cầu
truyền lại frame này.
5.2.3. Phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền CSMA/CD
Phương pháp truy cập CSMA/CD sử dụng trong Ethernet thực hiện ba chức năng sau: – Truyền và nhận các gói dữ liệu.
– Giải mã các gói dữ liệu và kiểm tra các địa chỉ hợp lệ trước khi chuyển chúng đến các tầng cao hơn trong mô hình OSI.
Hình 5.7. Phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền CSMA/CD
Thuật toán CSMA/CD
Khi một máy trạm nào đó muốn truyền dữ liệu, nó phải chuyển sang chế độ “lắng nghe trước khi truyền”. Ở chế độ này máy trạm sẽ lắng nghe xem mạng có bận hay không. Nếu mạng đang bận, máy trạm sẽ tiếp tục chờ trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi lại tiếp tục lắng nghe. Nếu mạng rỗi, máy trạm sẽ đóng gói frame và bắt đầu truyền. Trong quá trình truyền, máy trạm vẫn tiếp tục lắng nghe xem có xung đột xảy ra trong mạng hay không. Xung đột có thể xảy ra nếu một máy khác tại thời điểm đó cũng truyền dữ liệu. Khi xung đột xảy ra, biên độ của tín hiệu tăng lên đột ngột. Nếu không có xung đột, máy trạm sẽ tiếp tục truyền cho đến khi hoàn tất. Trong trường hợp phát hiện xung đột, máy trạm sẽ gửi đi toàn mạng một tín hiệu báo tắc đường (jam signal) và tiếp tục truyền một thời gian ngắn nữa. Tín hiệu báo tắc đường và việc cố truyền một thời gian ngắn giúp báo cho tất cả các thiết bị khác về xung đột đang xảy ra. Khi tất cả các thiết bị khác đã phát hiện ra xung đột, thuật toán vãn hồi (backoff algorithm) sẽ được sử dụng.
Hình 5.8. Thuật toán CSMA/CD
Thuật toán này dùng một giá trị gọi là số lần truyền thử (attempt). Mỗi lần thử truyền, giá trị attempt sẽ tăng lên một đơn vị. Nếu giá trị của attempt vượt quá giới hạn cho phép thì việc truyền dữ liệu bị hủy bỏ do có quá nhiều đụng độ. Nếu giá trị của attempt vẫn trong giới hạn cho phép thì thuật toán vãn hồi sẽ tính ra một giá trị t, là thời gian máy trạm phải chờ trước khi bắt đầu truyền lại.
5.2.4. Tầng vật lý của Ethernet và Các phiên bản của Ethernet
Ethernet LAN được xây dựng theo chuẩn 7 lớp trong cấu trúc mạng của mô hình tham chiếu ISO. Ethernet hoạt động ở tầng Vật lý và một nửa tầng Chuyển vận trong mô hình OSI. Ethernet được tổ chức IEEE chuẩn hóa với tên IEEE 802.3.
Hình 5.9. Tầng vật lý trong mô hình OSI
a. Tầng vật lý của Ethernet
Hình 5.10. Tầng vật lý trong công nghệ Ethernet
- Tầng vật lý trong công nghệ Ethernet bao gồm các chuẩn về tín hiệu, cách luồng bit được truyền thông qua môi trường truyền dẫn, các thành phần vật lý để có thể đưa tín hiệu lên đường truyền và những hình trạng mạng trong công nghệ Ethernet.
- Ý nghĩa của tầng vật lý là tạo ra môi trường truyền thông giữa hai máy
b. Các phiên bản của Ethernet
Có rất nhiều các phiên bản của công nghệ Ethernet hiện nay. Bốn tốc độ truyền tín hiệu đang được định nghĩa hiện này hoạt động với môi trường cáp đồng xoắn và cáp quang:
– 10 Mbps - 10Base-T Ethernet – 100 Mbps - Fast Ethernet – 1000 Mbps - Gigabit Ethernet – 10 Gbps - 10 Gigabit Ethernet
Hình 5.11. Các kiểu cable của Ethernet