TIỂU LUẬN học PHẦN báo HIỆU điều KHIỂN và kết nối đề tài lớp LIÊN kết dữ LIỆU và LAN

Trong mô hình OSI, hệ thống truyền thông được chia thành 7 lớp, việc truyền dữ liệu giữa các nút trên phân đoạn mạng đi qua lớp vật lý, cung cấp các phương tiện chức năng và thủ tục để c

KHOA VIỄN THÔNG I

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI

ĐỀ TÀI: LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU VÀ LAN

Sinh viên thực hiện

Nhóm môn học

Nhóm tiểu luận

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Đại - B18DCVT077 Hoàng Quang Quyết - B18DCVT342 Nguyễn Lương Linh - B18DCVT245 Nguyễn Triệu Việt Hùng - B18DCVT189 01

20

TS Hoàng Trọng Minh

LỜI NÓI ĐẦU

Tin học và viễn thông là hai thành phần cốt lõi của công nghệ thông tin Mạng máy tính không còn là thuật ngữ thuần túy khoa học mà đang trở thành một đối tượng nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều phạm vi hoạt động khác nhau Chính vì sự quan trọng của nótrong hệ thống, vào cuối thập niên 70 của thế kỷ 20, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (ISO) đã lập ra một tiểu ban nhằm phát triển một khung chuẩn cho kiến trúc mạng máy tính, đó chính là mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (OSI) với chức năng giảm thiểu sự không tương thích giữa các hệ thống máy tính Trong mô hình OSI, hệ thống truyền thông được chia thành 7 lớp, việc truyền dữ liệu giữa các nút trên phân đoạn mạng đi qua lớp vật lý, cung cấp các phương tiện chức năng và thủ tục để chuyển khoản dữ liệu giữa các thực thể mạng và có thể cung cấp các phương tiện để phát hiện và có thể sửa các lỗi cóthể xảy ra trong lớp vật lý được thực hiện ở lớp thứ 2 – lớp liên kết dữ liệu.

Cuộc cách mạng công nghệ thông tin ở nước ta cũng đã và đang diễn ra sôi động Nhiều dự án phát triển công nghệ thông tin đã được triển khai theo các giải pháp tổng thể

và đangtrở thành đối tượng nghiên cứu ứng dụng của nhiều người và của mọi ngành nghề khác nhau Trong đó, mạng cục bộ LAN là phổ biến nhất và có tính tập trung, thống nhất dễ quảnlý,… đồng thời phản ánh nhu cầu thực tế của cơ quan, trường học, doanh nghiệp

cần kết nối các hệ thống đơn lẻ thành mạng nội bộ để tạo khả năng trao đổi thông tin, phân chia tài nguyên đắt giá Ở bài tiểu luận này, nhóm chúng em sẽ đi vào chi tiết hơn các nhiệm vụ vàgiao thức có trong hai mô hình trên.

Bài tiểu luận gồm 2 chương:

Chương I: Tổng quan về lớp liên kết dữ liệu

Chương II: Nhiệm vụ và các giao thức trong mạng cục bộ và lớp liên kết dữ liệu

d o w nl oa

d b

y

LỜI NÓI ĐẦU I

CHƯƠNG II: NHIỆM VỤ VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG MẠNG CỤC BỘ 7

2.2.4: DOCSIS: Giao thức lớp liên kết để truy cập Internet qua cáp 21

2.5.1 Kiến trúc trung tâm dữ liệu 41

Hình 1.1: Ảnh minh họa Duplex 3

Hình 2.12: Biểu đồ không gian-thời gian của hai nút CSMA xung đột 18

Hình 2.14: Các kênh upstream và downstream giữa CMTS và modem cáp 22Hình 2.15: Một mạng tổ chức được kết nối với nhau bằng bốn thiết bị chuyển 23

mạchHình 2.16: Mỗi giao diện kết nối với mạng LAN có một địa chỉ MAC duy 24

nhấtHình 2.17: Mỗi giao diện trên mạng LAN có một địa chỉ IP và một địa chỉ 25

MACHình 2.18: Một bảng ARP có thể có trong 222.222.222.220 26Hình 2.19: Hai mạng con được kết nối với nhau bởi một bộ định tuyến 26

Hình 2.21: Chuẩn Ethernet 100 Mbps: Một lớp liên kết chung, các lớp vật lý 29

khác nhauHình 2.22: Phần của một bảng chuyển đổi cho công tắc trên cùng trong Hình 31

6.15Hình 2.23: Switch tìm hiểu về vị trí của bộ điều hợp có địa chỉ 01-12-23-34- 32

45-56Hình 2.24: Xử lý gói trong bộ chuyển mạch, bộ định tuyến và máy chủ 34Hình 2.25: Một công tắc duy nhất với hai VLANs được định cấu hình 37Hình 2.26: Kết nối hai công tắc VLAN với hai VLAN: (a) hai cáp (b) trung kế 37Hình 2.27: Khung Ethernet gốc (trên cùng), khung Ethernet VLAN được gắn 38

thẻ 802.1Q (bên dưới)Hình 2.28: Tiêu đề MPLS: Nằm giữa lớp liên kết và lớp mạng tiêu đề 39

Hình 2.30: Mạng trung tâm dữ liệu với cấu trúc liên kết phân cấp 41Hình 2.31: Xu hướng quan trọng nhất trong mạng trung tâm dữ liệu 43Hình 2.32: Vòng đời của một yêu cầu trang web: Cấu hình và các hành động 45

Bảng 2.3.1: So sánh các tính năng tiêu biểu của các thiết bị kết nối phổ biến 35

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình trạm động

UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

MAC Media Access Control Địa chỉ điều khiển truy nhập

phương tiệnCIDR Classless Inter-Domain Routing Định tuyến liên miền không

phân lớpARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnHTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền dẫn siêu văn

bảnURL Uniform Resource Locator Địa chỉ tham chiếu Internet

MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gianFDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

CMTS Cable Modem Termination System Hệ thống kết cuối Modem cáp

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/ Đa truy cập nhận biết sóng mang

Collision Detection phát hiện xung đột

NIC Network Interface Controller Bộ điều khiển giao diện mạngEDC Error Detection & Correction Phát hiện & Sửa lỗi

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi chuyển tiếp

ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dự phòng theo chu kỳSDN Software-defined networking Kiểu kiến trúc mạng mới

IEEE Institute of Electrical and Electronics Hội Kỹ sư Điện và Điện tử

EngineersRFC Request for Comments Đề nghị duyệt thảo và bình luận

FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện dữ liệu phân tán sợi

quangATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộUTP Unshielded Twisted-Pair Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc

chống nhiễu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU 1.1 Giới thiệu về lớp liên kết dữ liệu

-Trường hợp đặc biệt là khi nhiều nút chia sẻ một liên kết truyền phát duy nhất – vấn

đề đa truy cập, giao thức Mac ở đây sẽ điều phối việc truyền khung giữa các nút

* Truyền tin cậy:

- Khi giao thức lớp liên kết cung cấp dịch vụ phân phối đáng tin cậy, nó đảm bảo dichuyển từng sơ đồ lớp mạng qua liên kết mà không bị lỗi Dịch vụ truyền tin cậy ở lớp liênkết thường được sử dụng cho các liên kết có nguy cơ mắc lỗi cao, chẳng hạn như liên kếtkhông dây, với mục tiêu sửa lỗi cục bộ trên liên kết xảy ra lỗi thay vì truyền lại dữ liệu từđầu đến cuối

-Tuy nhiên, dịch vụ truyền tin cậy ở lớp liên kết có thể coi là không cần thiết đối vớicác liên kết ít lỗi bit, bao gồm như cáp quang, cáp đồng trục… Vì lý do này mà nhiều giaothức liên kết có dây không cung cấp dịch vụ truyền tin cậy

* Phát hiện và sửa lỗi:

-Phần cứng lớp liên kết trong một nút nhận có thể quyết định không chính xác rằng một bit trong khung bằng không khi nó được truyền như một và ngược lại

-Các lỗi bit như vậy được tạo ra bởi sự suy giảm tín hiệu và nhiễu điện từ Bởi vì khôngcần phải chuyển tiếp một gói dữ liệu có lỗi, nhiều giao thức lớp liên kết cung cấp một cơ chế

để phát hiện các lỗi bit như vậy Điều này được thực hiện bằng cách để nút truyền bao gồmcác bit phát hiện lỗi trong khung và yêu cầu nút nhận thực hiện kiểm tra lỗi

- Phát hiện lỗi trong lớp liên kết thường phức tạp hơn và được thực hiện trong phầncứng Sửa lỗi tương tự như phát hiện lỗi, ngoại trừ việc bộ thu không chỉ phát hiện khi nàocác lỗi bit đã xảy ra trong khung mà còn xác định chính xác vị trí các lỗi đã xảy ra trongkhung (và sau đó sửa các lỗi này).

* Half Duplex và Full Duplex:

- Hệ thống liên lạc duplex là một hệ thống point-to-point của 2 thiết bị có thể giaotiếp với nhau theo cả 2 hướng Hai loại hệ thống truyền thông duplex này tồn tại trong môitrường Ethernet:

+ Half Duplex: Một cổng chỉ có thể gửi dữ liệu khi nó không nhận dữ liệu Nói cáchkhác, nó không thể gửi và nhận dữ liệu cùng một lúc Các trung tâm mạng chạy ở chế độ HalfDuplex để tránh xung đột Vì các trung tâm rất hiếm trong các mạng LAN hiện đại, nên hệthống Half Duplex không được sử dụng rộng rãi trong mạng Ethernet nữa

+ Full Duplex: Tất cả các nút có thể gửi và nhận trên cổng của chúng có cùng mộtlúc Không có xung đột trong chế độ duplex, nhưng NIC chủ và cổng chuyển mạch phải hỗtrợ chế độ duplex Ethernet duplex sử dụng 2 cặp dây cùng một lúc thay vì một cặp dây đơn

lẻ như Half Duplex

Hình 1.1: Ảnh minh họa Duplex

1.1.2 Lớp liên kết được thực hiện ở đâu?

-Hình 1.2 dưới đây mô tả kiến trúc máy chủ điển hình Các khả năng của Ethernet đượctích hợp vào chipset của bo mạch chủ hoặc được thực hiện thông qua chip Ethernet chuyêndụng giá rẻ Đối với hầu hết các phần, lớp liên kết được thực hiện trên một chip được gọi là

bộ điều hợp mạng, đôi khi còn được gọi là bộ điều khiển giao diện mạng (NIC)

- Bộ điều hợp mạng triển khai nhiều dịch vụ lớp liên kết bao gồm tạo khung, truy cậpliên kết, phát hiện lỗi, v.v Do đó, phần lớn chức năng của bộ điều khiển lớp liên kết đượcthực hiện trong phần cứng

- Về phía gửi, bộ điều khiển lấy một sơ đồ dữ liệu đã được tạo và lưu trữ trong bộ nhớmáy chủ bởi các lớp cao hơn của ngăn xếp giao thức, đóng gói gói dữ liệu trong một khunglớp liên kết (điền vào các trường khác nhau của khung), rồi chuyển- ghép khung vào liên kếttruyền thông, tuân theo giao thức truy cập liên kết.

- Ở phía bên nhận, bộ điều khiển nhận toàn bộ khung và trích xuất dữ liệu lớp mạng.Nếu lớp liên kết thực hiện phát hiện lỗi, thì bộ điều khiển gửi sẽ đặt các bit phát hiện lỗitrong tiêu đề khung và chính bộ điều khiển nhận sẽ thực hiện phát hiện lỗi

- Hình 1.2 cho thấy rằng trong khi hầu hết lớp liên kết được triển khai trong phầncứng, một phần của lớp liên kết được triển khai trong phần mềm chạy trên CPU của máychủ Các thành phần phần mềm của lớp liên kết thực hiện tính chất chức năng của lớp liênkết cấp cao hơn, chẳng hạn như tập hợp thông tin địa chỉ của lớp liên kết và kích hoạt phầncứng bộ điều khiển Ở phía bên nhận, phần mềm lớp liên kết phản hồi các ngắt của bộ điềukhiển (ví dụ: do nhận một hoặc nhiều khung), xử lý các điều kiện lỗi và chuyển một sơ đồlên lớp mạng Do đó, lớp liên kết là sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm

Hình 1.2: Bộ điều hợp mạng.

1.2 Giới thiệu về mạng cục bộ (LAN)

Mạng cục bộ, thường được gọi là LAN (Local Area Network), là mạng riêng trong mộttòa nhà hoặc khuôn viên có phạm vi lên đến vài km Chúng được sử dụng rộng rãi để kết nốimáy tính cá nhân và máy trạm trong văn phòng công ty hay tổ chức để chia sẻ tài nguyên (ví

dụ như máy in) và trao đổi thông tin LAN được phân biệt với các loại mạng khác bởi

ba đặc điểm: (1) kích thước, (2) công nghệ truyền dẫn, và (3) cấu trúc liên kết Mạng LAN bịhạn chế về kích thước, do vậy thời gian truyền dẫn được đảm bảo trong giới hạn Điều nàytạo ra những thuận lợi nhất định trong thiết kế và quản lí mạng Mạng LAN có thể sử dụngcông nghệ truyền dẫn gồm một đường cáp mà tất cả các máy được nối tới Mạng LAN truyềnthống chạy ở tốc độ từ 10 Mbps đến 100Mbps, có độ trễ thấp (micro giây hoặc nano giây), vàrất ít lỗi Gần đây mạng LAN có thể hoạt động với tốc độ lên đến 10 Gbps (ở đây qui ước 1Mbps là 1,000,000 bit/giây và 1 Gbps là 1,000,000,000 bit/giây).

Có rất nhiều cấu trúc liên kết có thể được sử dụng cho mạng LAN Hai cấu trúc trong số

đó là bus và ring Trong mạng dạng bus, tại một thời điểm cho phép nhiều nhất một máy tínhtruyền dữ liệu Tất cả các máy khác không được gửi Một cơ chế điều khiển là cần thiết đểgiải quyết xung đột khi hai máy hoặc nhiều hơn muốn truyền dữ liệu đồng thời Cơ chế điềukhiển có thể tập trung hoặc phân tán Ví dụ, chuẩn IEEE 802.3, thường được gọi là Ethernet,

là một chuẩn mạng dựa trên bus với điều khiển không tập trung, thường hoạt động

ở tốc độ từ 10 Mbps đến 10 Gbps Máy tính trên một mạng Ethernet có thể truyền dữ liệubất cứ khi nào muốn Nếu có hai hay nhiều gói va chạm, mỗi máy tính chỉ chờ đợi một thờigian ngẫu nhiên và thử lại sau đó

Dạng cấu trúc mạng thứ hai là vòng (ring) Trong mạng này, mỗi bit truyền xungquanh vòng mà không phải chờ phần còn lại của gói tin mà nó thuộc về Thông thường,mỗi bit chạy hết một vòng trong khoảng thời gian có vài bit được đưa vào vòng, cho đếnkhi toàn bộ gói tin được truyền đi Giống như với các hệ thống truyền khác, một số quytắc cần được thiết lập để để điều khiển sự truy nhập đồng thời vào vòng Có nhiều phươngpháp khác nhau có thể được sử dụng , chẳng hạn như để các máy thay phiên nhau truyền

dữ liệu IEEE 802.5 (IBM Token Ring) là chuẩn LAN dựa trên cấu trúc vòng hoạt động ởtốc độ 4 và 16 Mbps FDDI cũng là một ví dụ của mạng hoạt động theo cấu trúc vòng

Mạng quảng bá có thể được chia thành tĩnh và động, tùy thuộc vào việc kênh được phân

bổ như thế nào Cơ chế phân bổ kênh tĩnh điển hình phân chia thời gian thành các khoảngthời gian rời rạc và sử dụng thuật toán quay vòng (round-robin), cho phép mỗi máy truyền khiđến lượt khe thời gian của mình Cơ chế phân bổ kênh tĩnh không hiệu quả ở góc độ sử dụngbăng thông khi một máy không có gì để truyền trong khe thời gian được phân bổ Vì vậy hầuhết các hệ thống đều cố gắng để phân bổ kênh động (theo nhu cầu)

Phương pháp phân bổ kênh động có thể là tập trung hoặc phân tán Trong phương phápphân bổ kênh tập trung, có một thực thể duy nhất, ví dụ đơn vị điều khiển bus, xác định ngườitruyền tiếp theo Nó có thể làm điều này bằng cách chấp nhận các yêu cầu và đưa ra quyếtđịnh theo một số thuật toán nội bộ Trong phương pháp phân bổ kênh phân tán, không có thựcthể trung tâm, mỗi máy phải tự quyết định khi nào thực hiện truyền tải Có thể nghĩ

rằng điều này sẽ dẫn đến sự hỗn loạn, nhưng không phải như vậy Chúng ta sẽ nghiên cứucác thuật toán được thiết kế để tránh sự hỗn loạn này sau.

CHƯƠNG II: NHIỆM VỤ VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG MẠNG CỤC BỘ

VÀ LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU

2.1 Phát hiện và sửa lỗi

- Hình 2.3 dưới minh họa một cách trực quan về các khả năng mà các kỹ thuật pháthiện lỗi và sửa chữa cung cấp và để xem cách một số kỹ thuật đơn giản hoạt động và được

sử dụng trong thực tế trong lớp liên kết

- Tại nút gửi, dữ liệu, D, được bảo vệ khỏi các lỗi bit được tăng cường với các bitphát hiện lỗi và-điều chỉnh (EDC) Thông thường, dữ liệu được bảo vệ không chỉ bao gồmgói dữ liệu được truyền từ lớp mạng để truyền qua liên kết mà còn bao gồm thông tin địa chỉcấp liên kết, số thứ tự và các trường khác trong tiêu đề khung liên kết

- Cả D và EDC đều được gửi đến nút nhận trong khung cấp liên kết Tại nút thu nhận,một chuỗi các bit, D ′ và EDC ′ được nhận Lưu ý rằng D ′ và EDC ′ có thể khác với D vàEDC ban đầu do kết quả của sự đảo lộn bit trong quá trình truyền

Hình 2.3: Sơ đồ phát hiện lỗi và sửa lỗi

- Thách thức của người nhận là xác định xem D ′ có giống với D ban đầu hay không,

vì nó chỉ nhận được D ′ và EDC ′ Vấn đề đặt ra là liệu lỗi có được phát hiện chứ không phải lỗi đã xảy ra hay chưa là quan trọng Các kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi không phải lúc

nào cũng phát hiện ra lỗi bit đã xảy ra Thậm chí với việc sử dụng các bit phát hiện lỗi

vẫn có thể có các lỗi bit không bị phát hiện; nghĩa là, người nhận có thể không biết rằngthông tin nhận được có chứa lỗi bit Do đó, người nhận có thể phân phối một sơ đồ dữ liệu

bị hỏng đến lớp mạng mà không biết rằng nội dung của một trường trong tiêu đề củakhung đã bị hỏng Cho nên, người ta muốn chọn một sơ đồ phát hiện lỗi giữ cho xác suấtcủa những lần xuất hiện như vậy ở mức nhỏ Nói chung sửa chữa và phát hiện lỗi phứctạp hơn các kỹ thuật khác – cần nhiều tính toán hơn để tính toán và chuyển đổi một sốlượng lớn hơn các bit phát hiện và sửa chữa

2.1.1 Kiểm tra chẵn lẻ

- Có lẽ phương pháp phát hiện lỗi đơn giản nhất là sử dụng một bit chẵn lẻ

- Giả sử thông rằng thông tin cần gửi, D trong Hình 2.4, có d bit Trong lược đồ chẵn

lẻ, người gửi chỉ cần thêm một bit bổ sung và chọn giá trị của nó sao cho tổng số bit 1 trongcác bit d + 1 (thông tin ban đầu cộng với bit chẵn lẻ) là chẵn Đối với lược đồ chẵn lẻ, giá trịbit chẵn lẻ được chọn sao cho có một số lẻ là 1 Hình 2.4 minh họa một lược đồ chẵn lẻ, vớimột bit chẵn lẻ được lưu trữ trong một trường riêng biệt

Hình 2.4: Chẵn lẻ đơn bit

- Hoạt động của máy thu cũng đơn giản với một bit chẵn lẻ duy nhất Máy thu chỉ cầnđếm số bit 1 trong d+1 bit nhận được Nếu tìm thấy một số lẻ các bit có giá trị 1 với lược đồchẵn lẻ, bộ thu biết rằng ít nhất một lỗi bit đã xảy ra Cụ thể, nó biết rằng một số lỗi bit lẻ đãxảy ra nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu một số lỗi bit chẵn xảy ra? điều này sẽ dẫn đến một lỗikhông được phát hiện Trong các điều kiện lỗi liên tục, xác suất lỗi không bị phát hiện trongkhung được bảo vệ bởi tính chẵn lẻ bit đơn có thể đạt tới 50% Cho nên chúng ta cần sơ đồphát hiện lỗi bít chính xác hơn

- Hình 2.5 cho thấy tổng quát hai chiều của lược đồ chẵn lẻ một bit Ở đây, d bit trong

D được chia thành i hàng và j cột Giá trị chẵn lẻ được tính cho mỗi hàng và cho mỗi cột.Kết quả i+j+1 bit chẵn lẻ bao gồm các bit phát hiện lỗi của khung lớp liên kết Giả sử bâygiờ có một lỗi bit đơn xảy ra trong d bit thông tin ban đầu Với lược đồ chẵn lẻ hai chiềunày, tính chẵn lẻ của cả cột và hàng có chứa bit đảo sẽ bị lỗi Do đó, người nhận không chỉ

có thể phát hiện ra thực tế là đã xảy ra lỗi một bit, mà có thể sử dụng chỉ số cột và hàng củacột và hàng có lỗi chẵn lẻ để thực sự xác định bit bị hỏng và sửa lỗi đó

2.1.2 Phương pháp tổng hợp

- Trong kỹ thuật tổng kiểm tra, d bit dữ liệu trong Hình 2.4 được coi là một chuỗi các

số nguyên k bit Một phương pháp tổng kiểm tra đơn giản là chỉ cần tính tổng các số nguyênk-bit này và sử dụng tổng kết quả làm các bit phát hiện lỗi Trong giao thức TCP và UDP,tổng kiểm tra Internet được tính trên tất cả các trường (bao gồm trường tiêu đề và trường dữliệu) Trong IP, tổng kiểm tra được tính trên tiêu đề IP (vì phân đoạn UDP hoặc TCP có tổngkiểm tra riêng của nó)

- Phương pháp tổng hợp kiểm tra yêu cầu chi phí gói tương đối ít Ví dụ, tổng kiểmtra trong TCP và UDP chỉ sử dụng 16 bit Tuy nhiên, chúng cung cấp khả năng bảo vệ tươngđối yếu đối với các lỗi so với kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC)

2.1.3 Kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC)

- Một kỹ thuật phát hiện lỗi được sử dụng rộng rãi trong các mạng máy tính ngày naydựa trên mã kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC) Mã CRC còn được gọi là mã đa thức, vì

có thể xem chuỗi bit được gửi dưới dạng đa thức có hệ số là các giá trị 0 và 1 trong chuỗi bit,với các phép toán trên chuỗi bit được hiểu là số học đa thức

- Mã CRC hoạt động như sau:

+ Xét đoạn dữ liệu d-bit D mà nút gửi muốn gửi đến nút nhận Người gửi và ngườinhận trước tiên phải đồng ý về một mẫu bit r + 1, được gọi là bộ tạo, ký hiệu là G (yêu cầubit đầu tiên bên trái của G phải là 1) cụ thể được biểu diễn ở Hình 2.6

+ Đối với một phần dữ liệu nhất định, D, người gửi sẽ chọn r bit bổ sung, R và nốichúng vào D sao cho mẫu d + r bit kết quả (là số nhị phân) chính xác là chia hết cho G sửdụng số học modulo-2

+ Quá trình kiểm tra lỗi với CRC rất đơn giản: Máy thu chia d + r bit nhận được cho

G Nếu phần còn lại là khác 0, máy thu biết rằng đã xảy ra lỗi; nếu không thì dữ liệu được chấp nhận là đúng

Hình 2.6: CRC

2.2 Liên kết đa truy nhập và các giao thức

Trong phần này, chúng ta cùng tìm hiểu hai loại liên kết mạng: liên kết điểm-điểm vàliên kết quảng bá

Một liên kết điểm-điểm bao gồm một người gửi duy nhất ở một đầu của liên kết và

một người nhận duy nhất ở đầu kia của liên kết Nhiều giao thức lớp liên kết đã được thiết

kế cho các liên kết điểm-điểm: giao thức PPP (point-to-point) và HDLC (high-level datalink control) là hai giao thức như vậy

Loại liên kết thứ hai, liên kết quảng bá: có thể có nhiều nút gửi và nhận, tất cả đều được

kết nối với cùng một kênh quảng bá đơn lẻ, được chia sẻ Thuật ngữ quảng bá được sử dụng ởđây bởi vì khi một nút bất kỳ truyền một khung, kênh sẽ phát khung đó và mỗi nút khác

sẽ nhận được một bản sao Ethernet và mạng LAN không dây là những ví dụ về côngnghệlớp liên kết quảng bá.

Mạng máy tính cũng có các giao thức - gọi là giao thức đa truy nhập - qua đó các nút

điều chỉnh việc truyền của chúng vào kênh quảng bá được chia sẻ Như thể hiện trongHình 2.8, cần có nhiều giao thức truy cập trong các cài đặt mạng, bao gồm cả mạng truycập có dây và không dây, và mạng vệ tinh Mặc dù về mặt kỹ thuật, mỗi nút truy cập kênhquảng bá thông qua bộ điều hợp của nó, trong phần này, chúng ta sẽ đề cập đến nút nhưthiết bị gửi và nhận

Hình 2.8: Các kênh đa truy cậpTrong thực tế, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn nút có thể giao tiếp trực tiếp quamột kênh quảng bá Bởi vì tất cả các nút đều có khả năng truyền khung, nhiều hơn hai nút

có thể truyền khung cùng một lúc Khi điều này xảy ra, tất cả các nút nhận được nhiềukhung hình cùng một lúc; nghĩa là, các khung được truyền xung đột ở tất cả các máy thu.Thông thường, khi có xung đột, không nút nào trong số các nút nhận có thể hiểu được bất

kỳ khung nào đã được truyền đi; tín hiệu của các khung xung đột trở nên quấn chặt vàonhau Do đó, tất cả các khung hình liên quan đến vụ xung đột đều bị mất và kênh quảng

bá bị lãng phí trong khoảng thời gian xung đột Rõ ràng, nếu nhiều nút muốn truyềnkhung hình thường xuyên, nhiều lần truyền sẽ dẫn đến xung đột và phần lớn băng thôngcủa kênh quảng bá sẽ bị lãng phí

Trong những năm qua, hàng chục giao thức đa truy cập đã được triển khai trongnhiều công nghệ lớp liên kết khác nhau Tuy nhiên, chúng ta có thể phân loại bất kỳ giao

thức đa truy cập nào thuộc một trong ba loại: giao thức phân vùng kênh, giao thức truy cập ngẫu nhiên và giao thức thay phiên.

Tổng quan: Một giao thức đa truy cập cho một kênh quảng bá tốc độ R bit / giây phải

có các đặc điểm sau đây:

1 Khi chỉ một nút có dữ liệu để gửi, nút đó có thông lượng R bps

2 Khi M nút có dữ liệu để gửi, mỗi nút này có thông lượng R / Mbps Điều này khôngnhất thiết rằng mỗi nút trong số M luôn có tốc độ tức thời là R / M, mà là mỗi nút phải có tốc độtruyền trung bình là R / M trong một khoảng thời gian xác định thích hợp nào đó

3 Giao thức được phân cấp; nghĩa là không có nút chính đại diện cho một điểm lỗi duy nhất của mạng

4 Giao thức đơn giản, do đó nó không tốn kém để thực hiện

2.2.1 Giao thức phân vùng kênh

Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) và ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) là hai kỹ thuật có thể được sử dụng để phân vùng băng thông của kênh quảng bá

giữa tất cả các nút chia sẻ kênh đó Ngoài ra còn có giao thức phân vùng kênh thứ ba là

đa truy cập phân chia theo mã CDMA (code division multiple access).

TDM:

Ví dụ, giả sử kênh hỗ trợ N nút và tốc độ truyền của kênh là R bps TDM chia thờigian thành các khung thời gian và tiếp tục chia mỗi khung thời gian thành N khe thời gian.Mỗi khe thời gian sau đó được gán cho một trong N nút Bất cứ khi nào một nút có mộtgói để gửi, nó sẽ truyền các bit của gói đó trong khoảng thời gian được chỉ định của nótrong khung TDM quay vòng

Hình 2.9: Ví dụ về TDM và FDM bốn nútThông thường, kích thước khe cắm được chọn để một gói tin có thể được truyền trongthời gian khe cắm Hình 2.9 cho thấy một ví dụ TDM bốn nút đơn giản.

TDM phù hợp vì nó loại bỏ xung đột và hoàn toàn bằng nhau: Mỗi nút có tốc độ truyền riêng biệt là R / N bps trong mỗi thời gian khung hình

Tuy nhiên, nó có hai nhược điểm lớn:

1 Đầu tiên, một nút bị giới hạn ở tốc độ trung bình là R / N bps ngay cả khi nó là nút duy nhất có gói tin để gửi

2 Hạn chế thứ hai là một nút luôn phải đợi đến lượt của nó trong chuỗi truyền lại, ngay cả khi nó là nút duy nhất có khung để gửi

FDM:

Trong khi TDM chia sẻ kênh quảng bá theo thời gian, FDM chia kênh R bps thànhcác tần số khác nhau (mỗi tần số có băng thông R / N) và gán mỗi tần số cho một trong Nnút Do đó, FDM tạo ra N kênh R / N bps nhỏ hơn từ kênh R bps đơn, lớn hơn FDM chia

sẻ cả ưu điểm và nhược điểm của TDM

*Ưu điểm: Tránh xung đột và phân chia băng thông bằng nhau giữa N nút

*Nhược điểm: FDM cũng có chung một nhược điểm chính với TDM - một nút bị giới

hạn ở băng thông R / N, ngay cả khi nó là nút duy nhất có gói tin để gửi

CDMA:

Trong khi TDM và FDM ấn định các khe thời gian và tần số tương ứng cho các nút,CDMA chỉ định một mã khác nhau cho mỗi nút Sau đó, mỗi nút sử dụng mã duy nhất của

nó để mã hóa các bit dữ liệu mà nó gửi Nếu các mã được chọn cẩn thận, các mạngCDMA có đặc tính là các nút khác nhau có thể truyền đồng thời nhưng các bộ thu tươngứng của chúng có thể nhận chính xác các bit dữ liệu được mã hóa của người gửi (giả sửngười nhận biết mã của người gửi) bất chấp việc các nút khác làm nhiễu đường truyền.CDMA đã được sử dụng trong các hệ thống quân sự một thời gian (do đặc tính chốngnhiễu) và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi trong dân sự, đặc biệt là trong điện thoại diđộng

2.2.2 Giao thức truy cập ngẫu nhiên

Trong giao thức truy cập ngẫu nhiên, một nút truyền luôn truyền ở tốc độ đầy đủ củakênh, cụ thể là R bps Khi có xung đột, mỗi nút liên quan đến xung đột liên tục truyền lạikhung của nó (tức là gói) cho đến khi khung của nó vượt qua mà không có xung đột Nhưngkhi một nút gặp va chạm, nó không nhất thiết phải truyền lại khung ngay lập tức Thay vào

đó, nó đợi một khoảng thời gian trễ ngẫu nhiên trước khi truyền lại khung hình Mỗi nút thamgia vào một vụ va chạm chọn các độ trễ ngẫu nhiên độc lập Bởi vì độ trễ ngẫu nhiên đượcchọn độc lập, có thể một trong các nút sẽ chọn độ trễ đủ nhỏ hơn độ trễ của các nút xung độtkhác và do đó sẽ có thể đưa khung của nó vào kênh mà không có va chạm

Slotted ALOHA:

*Trong Slotted ALOHA (ALOHA có rãnh), chúng ta giả định như sau:

• Tất cả các khung bao gồm chính xác L bit

• Thời gian được chia thành các khe có kích thước L / R giây (nghĩa là một khe tươngđương với thời gian truyền một khung hình)

• Các nút chỉ bắt đầu truyền các khung ở đầu các khe

• Các nút được đồng bộ hóa để mỗi nút biết khi nào các khe bắt đầu

• Nếu hai hoặc nhiều khung xung đột trong một khe, thì tất cả các nút sẽ phát hiện sự kiện xung đột trước khi khe kết thúc

*Gọi p là xác suất, 0 < p < 1 Hoạt động của Slotted ALOHA trong mỗi nút rất đơngiản:

• Khi nút có một khung mới để gửi, nó sẽ đợi cho đến đầu của rãnh tiếp theo và truyền toàn bộ khung trong rãnh

• Nếu không có xung đột, nút đã truyền thành công khung của nó và do đó không cầnxem xét việc truyền lại khung (Nút có thể chuẩn bị một khung mới để truyền, nếu nó có mộtkhung.)

• Nếu có xung đột , nút phát hiện xung đột trước khi kết thúc khe Nút truyền lạikhung của nó trong mỗi khe tiếp theo với xác suất p cho đến khi khung được truyền màkhông có xung đột

Slotted ALOHA sẽ có nhiều lợi thế Không giống như phân vùng kênh, SlottedALOHA cho phép một nút truyền liên tục ở tốc độ đầy đủ, khi nút đó là nút hoạt động duynhất (Một nút được cho là đang hoạt động nếu nó có khung để gửi.) Slotted ALOHAcũng được phân cấp cao, bởi vì mỗi nút phát hiện xung đột và quyết định độc lập khi nào

sẽ truyền lại (Tuy nhiên, Slotted ALOHA yêu cầu các khe cắm phải được đồng bộ hóatrong các nút) Slotted ALOHA cũng là một cực kỳ giao thức đơn giản Slotted ALOHAhoạt động tốt khi chỉ có một nút hoạt động, nhưng nó hiệu quả như thế nào khi có nhiềunút hoạt động?

Hình 2.10: Sự va chạm của các nútĐầu tiên, như thể hiện trong Hình 2.10, khi có nhiều nút đang hoạt động, một phầnnhất định của các khe sẽ có xung đột và do đó sẽ bị “lãng phí” Mối quan tâm thứ hai làmột phần khác của các vị trí sẽ trống vì tất cả các nút đang hoạt động không truyền do kếtquả của việc truyền theo xác suất Một vị trí trong đó chính xác một nút truyền được cho

là một vị trí thành công Hiệu quả của giao thức đa truy cập có rãnh được định nghĩa là

phần dài hạn của các vùng thành công trong trường hợp có một số lượng lớn các nút đanghoạt động, mỗi nút luôn có một số lượng lớn các khung để gửi.

Giả sử có N nút Khi đó xác suất để một khe đã cho là một khe thành công là xác suất đểmột trong các nút truyền và N - 1 nút còn lại không truyền Xác suất mà một nút đã chotruyền là p; xác suất để các nút còn lại không truyền là (1 − ) −1 Do đó, xác suất một nút đãcho thành công là p (1 − ) −1 Bởi vì có N nút, xác suất để bất kỳ một trong N nút thànhcông là Np(1 − ) −1

Do đó, khi có N nút hoạt động, hiệu suất của ALOHA có rãnh là N.p (1 − ) −1 Và

để đạt được hiệu quả tối đa cho một số lượng lớn các nút đang hoạt động, chúng ta lấygiới hạn Np*(1 − ∗) −1 khi N tiến tới vô cùng (p * cực đại)

Sau khi thực hiện các phép tính này, chúng ta sẽ thấy rằng hiệu suất tối đa của giaothức được cho bởi 1 / e = 0,37

Có nghĩa là, khi một số lượng lớn các nút có nhiều khung để truyền, thì chỉ có 37 phần trăm các vị trí thực hiện công việc hữu ích.

Như vậy, tốc độ truyền dẫn hiệu quả của kênh không phải là R bps mà chỉ là 0,37 Rbps!

ALOHA:

Trong ALOHA thuần túy, khi một khung đến lần đầu tiên (tức là một sơ đồ lớp mạngđược truyền xuống từ lớp mạng tại nút gửi), nút ngay lập tức truyền toàn bộ khung đó vàokênh quảng bá Nếu một khung được truyền gặp va chạm với một hoặc nhiều quá trìnhtruyền khác, nút sẽ ngay lập tức (sau khi truyền hoàn toàn khung bị va chạm của nó)truyền lại khung với xác suất p Nếu không, nút sẽ đợi thời gian truyền khung Saukhoảng thời gian chờ này, nó sẽ truyền khung với xác suất p, hoặc đợi (không hoạt động)cho một khung thời gian khác với xác suất 1 - p

Hình 2.11: Nhiễu truyền trong ALOHA tinh khiếtTại bất kỳ thời điểm nào, xác suất một nút đang truyền một khung là p Giả sử khungnày bắt đầu truyền tại thời điểm t0 Như trong Hình 2.11, để khung này được truyền thànhcông, không có nút nào khác có thể bắt đầu quá trình truyền của chúng trong khoảng thờigian [ 0 − 1 , 0] Quá trình truyền như vậy sẽ trùng lặp với thời điểm bắt đầu truyền khung của nút i Khả năng xác suất mà tất cả các nút khác không bắt đầu truyền trong khoảng thời gian này là (1 − ) −1.

Tương tự, không có nút nào khác có thể bắt đầu truyền trong khi nút i đang truyền, vìquá trình truyền như vậy sẽ chồng chéo với phần sau của quá trình truyền của nút i Xácsuất mà tất cả các nút khác không bắt đầu truyền trong khoảng thời gian này cũng là(1 − ) −1 Do đó, xác suất mà một nút đã cho có một lần truyền thành công là (1 − )2(

−1)

Bằng cách lấy các giới hạn như trong trường hợp Slotted ALOHA, chúng ta thấy rằnghiệu suất tối đa của giao thức ALOHA thuần túy chỉ bằng 1 / (2e) —chính xác một nửa sovới Slotted ALOHA

CSMA:

Trong thế giới mạng:

Cảm biến sóng mang - một nút lắng nghe kênh trước khi truyền Nếu mộtkhung từ một nút khác hiện đang được truyền vào kênh, một nút sau đó sẽ đợi chođến khi nó phát hiện không có đường truyền nào trong một khoảng thời gian ngắn

và sau đó bắt đầu truyền

Phát hiện xung đột — một nút truyền sẽ lắng nghe kênh trong khi nó đangtruyền Nếu nó phát hiện thấy một nút khác đang truyền một khung giao thoa, nó sẽngừng truyền và đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi lặp lại chu kỳ cảmnhận và truyền khi không hoạt động

□ Hai quy tắc này được thể hiện trong họ giao thức CSMA (carrier sense multiple access) và CSMA/CD (CSMA with collision detection)

Hình 2.12: Biểu đồ không gian-thời gian của hai nút CSMA xung độtHình 2.12 cho thấy một biểu đồ không-thời gian của bốn nút (A, B, C, D) được gắnvào một bus quảng bá tuyến tính Trục hoành thể hiện vị trí của mỗi nút trong không gian;trục tung thể hiện thời gian.

Tại thời điểm t0, nút B cảm thấy kênh không hoạt động, vì không có nút nào khác hiệnđang truyền Do đó, nút B bắt đầu truyền, với các bit của nó truyền theo cả hai hướng dọctheo phương tiện phát sóng Sự lan truyền đi xuống của các bit B trong Hình 2.12 với thờigian tăng dần cho thấy rằng cần một khoảng thời gian khác không để các bit B thực sự lantruyền (mặc dù ở gần tốc độ ánh sáng) dọc theo phương tiện phát sóng Tại thời điểm t1 (t1

> t0), nút D có khung gửi Mặc dù nút B hiện đang truyền tin tại thời điểm t1, các bit được Btruyền vẫn chưa đến được D, và do đó D cảm nhận được kênh không hoạt động tại t1 Theo giaothức CSMA, D do đó bắt đầu truyền khung của nó Một thời gian ngắn sau, đường truyền của B

bắt đầu cản trở đường truyền của D tại D Từ Hình 2.12, ta thấy rằng độ trễ lan truyền kênh đầu cuối của một kênh quảng bá là thời gian để tín hiệu truyền từ một trong các các nút khác — sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất

của nó Độ trễ lan truyền này càng dài thì khả năng nút cảm nhận sóng mang vẫn chưa thể cảm nhận được quá trình truyền đã bắt đầu ở một nút khác trong mạng càng lớn.

CSMA / CD:

Trong hình 2.12, các nút không thực hiện phát hiện xung đột; cả B và D tiếp tụctruyền toàn bộ khung của chúng mặc dù đã xảy ra xung đột Khi một nút thực hiện pháthiện xung đột, nó sẽ ngừng truyền ngay khi phát hiện ra xung đột

Hình 2.13: CSMA với phát hiện xung đột

Hình 2.13 cho thấy cách thức hoạt động tương tự như trong Hình 2.12, ngoại trừ việc hainút mỗi nút ngừng truyền một thời gian ngắn sau khi phát hiện xung đột Rõ ràng, việc thêmtính năng phát hiện xung đột vào giao thức đa truy cập sẽ giúp giao thức hoạt động tốt hơnbằng cách không truyền toàn bộ khung bị hỏng (do can thiệp với khung từ nút khác)

3 Trong khi truyền, bộ điều hợp giám sát sự hiện diện của năng lượng tín hiệu đến từcác bộ điều hợp khác bằng kênh quảng bá.

4 Nếu bộ điều hợp truyền toàn bộ khung hình mà không phát hiện năng lượng tínhiệu từ các bộ điều hợp khác, bộ điều hợp đã kết thúc với khung Mặt khác, nếu bộ điều hợpphát hiện năng lượng tín hiệu từ các bộ điều hợp khác trong khi truyền, nó sẽ hủy truyền(nghĩa là nó ngừng truyền khung của nó)

5 Sau khi hủy bỏ, bộ điều hợp đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên và sau đó quay lại bước 2

Chúng ta cũng lưu ý rằng mỗi khi một nút chuẩn bị một khung mới để truyền, nó sẽchạy thuật toán CSMA / CD, không tính đến bất kỳ xung đột nào có thể đã xảy ra trongquá khứ gần đây Vì vậy, có thể một nút với một khung mới sẽ ngay lập tức có thể lén lúttruyền thành công trong khi một số nút khác đang ở trạng thái lùi theo cấp số nhân

Hiệu suất CSMA / CD:

Khi chỉ có một nút có khung để gửi, nút có thể truyền ở tốc độ kênh đầy đủ (ví dụ:đối với tốc độ thông thường của Ethernet là 10 Mbps, 100 Mbps hoặc 1 Gbps) Tuy nhiên,nếu nhiều nút có khung để truyền, tốc độ truyền của kênh có thể ít hơn nhiều

Định nghĩa hiệu suất của CSMA / CD: là phần thời gian dài hạn trong đó các khung đang được truyền trên kênh mà không có xung đột khi có một số lượng lớn các nút đang hoạt động, với mỗi nút có một số lượng lớn các khung để gửi.

Đặt biểu thị thời gian tối đa cần năng lượng tín hiệu để truyền giữa hai bộ điều hợpbất kỳ Gọ i là thời gian để truyền một khung kích thước tối đa (khoảng 1,2 msec đối vớiEthernet 10 Mbps)

Ta có công thức:

Từ công thức này, chúng ta thấy rằng:

● Khi dprop tiến tới 0, thì hiệu suất tiến tới 1

● Nếu độ trễ lan truyền bằng 0, các nút xung đột sẽ ngừng hoạt động ngay lập tức mà không làm lãng phí kênh

● Ngoài ra, khi dtrans rất lớn > hiệu suất sẽ tiệm cận 1 Điều này cũng trựcquan vì khi một khung lấy kênh, nó sẽ giữ kênh trong một thời gian rất dài; do đó, kênh sẽhoạt động hiệu quả trong hầu hết thời gian

2.2.3 Các giao thức thay phiên

Giao thức bỏ phiếu:

Giao thức bỏ phiếu yêu cầu một trong các nút được chỉ định làm nút chính Nút chínhthăm dò từng nút theo kiểu vòng tròn Nút chủ đầu tiên gửi một thông điệp đến nút 1, nóirằng nó có thể truyền tối đa một số khung hình tối đa Sau khi nút 1 truyền một số khung,nút chính cho nút 2 biết rằng nút 2 có thể truyền tối đa số khung (Nút chính có thể xácđịnh khi nào một nút đã hoàn thành việc gửi các khung của nó bằng cách quan sát sự thiếutín hiệu trên kênh.) Quy trình tiếp tục theo cách này, với nút chính thăm dò từng nút theocách thức tuần hoàn.

Ưu điểm: Giao thức bỏ phiếu giúp loại bỏ các xung đột và các khe trống gâyảnh hưởng đến các giao thức truy cập ngẫu nhiên Điều này cho phép việc thăm dò

ý kiến đạt được hiệu quả cao hơn nhiều

Nhược điểm: *Hạn chế đầu tiên là độ trễ thăm dò — lượng thời gian cầnthiết để thông báo cho một nút rằng nó có thể truyền Ví dụ: nếu chỉ có một nútđang hoạt động, thì nút đó sẽ truyền với tốc độ nhỏ hơn R bps, vì nút chính phảithăm dò lần lượt từng nút không hoạt động mỗi khi nút đang hoạt động đã gửi sốkhung tối đa của nó

*Hạn chế thứ hai là nếu nút chính bị lỗi, toàn bộ kênh sẽ không hoạt động.Giao thức chuyển mã thông báo:

Trong giao thức này không có nút chính Một khung nhỏ được gọi là mã thông báođược trao đổi giữa các nút theo một số thứ tự cố định Ví dụ: nút 1 có thể luôn gửi mãthông báo đến nút 2, nút 2 có thể luôn gửi mã thông báo đến nút 3 và nút N có thể luôngửi mã thông báo đến nút 1 Khi một nút nhận được mã thông báo, nó chỉ giữ mã thôngbáo nếu nó có một số khung để truyền; nếu không, nó ngay lập tức chuyển tiếp mã thôngbáo đến nút tiếp theo Nếu một nút có khung để truyền khi nó nhận được mã thông báo,

nó sẽ gửi tối đa số khung và sau đó chuyển tiếp mã thông báo đến nút tiếp theo

□ Việc chuyển mã thông báo được phân cấp và đạt hiệu quả cao

*Nhược điểm: - Sự cố của một nút có thể làm hỏng toàn bộ kênh

- Nếu một nút vô tình bỏ qua việc phát hành mã thông báo, thì một số quy trình khôi phục phải được gọi để mã thông báo lưu thông trở lại

2.2.4: DOCSIS: Giao thức lớp liên kết để truy cập Internet qua cáp

Một mạng truy nhập cáp thường kết nối vài nghìn modem cáp dân dụng với hệ thống kếtcuối modem cáp (CMTS) ở đầu nối mạng cáp DOCSIS sử dụng FDM để chia các phân đoạnmạng downstream (CMTS tới modem) và upstream (modem tới CMTS) thành nhiều kênh tần

số Mỗi kênh downstream có độ rộng từ 24 MHz đến 192 MHz, với thông lượng tối đakhoảng 1,6 Gbps trên mỗi kênh; mỗi kênh upstream có độ rộng kênh nằm trong khoảng từ 6,4

và downstream là một kênh quảng bá Các khung hình được CMTS truyền trên kênhdownstream được nhận bởi tất cả các modem cáp nhận kênh đó; vì chỉ có một CMTS duynhất truyền vào kênh downstream, tuy nhiên, không có vấn đề đa truy cập Tuy nhiên,hướng ngược dòng thú vị hơn và thách thức về mặt kỹ thuật hơn, vì nhiều modem cápchia sẻ cùng một kênh ngược dòng (tần số) với CMTS, và do đó có thể xảy ra xung đột.

Hình 2.14: Các kênh upstream và downstream giữa CMTS và modem cáp

Như minh họa trong Hình 2.14, mỗi kênh ngược dòng được chia thành các khoảng thờigian (giống như TDM), mỗi khoảng chứa một chuỗi các khe cắm nhỏ trong đó modem cáp cóthể truyền đến CMTS CMTS cấp quyền rõ ràng cho các modem cáp riêng lẻ để truyền trongcác khe cắm nhỏ cụ thể CMTS thực hiện điều này bằng cách gửi một thông báo điều khiểnđược gọi là thông điệp MAP trên một kênh downstream để chỉ định modem cáp nào (với dữliệu để gửi) có thể truyền trong khe cắm nhỏ nào trong khoảng thời gian được chỉ định trongthông báo điều khiển Vì các khe cắm mini được phân bổ rõ ràng cho modem cáp, CMTS cóthể đảm bảo không có đường truyền xung đột trong một khe cắm mini Các khung yêu cầukhe cắm mini này được truyền theo cách truy cập ngẫu nhiên và do đó có thể xung đột vớinhau Một modem cáp không thể nhận biết liệu kênh ngược dòng có bận hay không cũng nhưkhông phát hiện được xung đột Thay vào đó, modem cáp thông báo rằng khung yêu cầu khecắm nhỏ của nó đã gặp sự cố nếu nó không nhận được phản hồi cho phân bổ được yêu cầutrong thông báo điều khiển hạ nguồn tiếp theo Khi xung đột được suy ra, một modem cáp sửdụng dự phòng hàm mũ nhị phân để trì hoãn việc truyền lại khung yêu cầu khe cắm nhỏ của

nó đến một khe thời gian trong tương lai Khi có ít lưu lượng truy cập trên kênh ngược dòng,modem cáp có thể thực sự truyền các khung dữ liệu

trong các khe được chỉ định danh nghĩa cho các khung yêu cầu khe cắm mini (và do đó tránh phải chờ chuyển nhượng khe cắm mini).

Do đó, mạng truy cập cáp đóng vai trò quan trọng đối với các giao thức đa truy cập: FDM, TDM, giao thức truy cập ngẫu nhiên và các khe thời gian được phân bổ tập trung tất cả trong một mạng.

2.3 Mạng cục bộ chuyển mạch

Nghiên cứu về các mạng LAN chuyển mạch bằng cách đầu tiên đề cập đến việc địnhđịa chỉ lớp liên kết (Phần 6.4.1) Sau đó, kiểm tra giao thức mạng nhiệt nổi tiếng (Phần6.4.2) Sau khi kiểm tra địa chỉ lớp liên kết và Ethernet, chúng ta sẽ xem xét cách các bộchuyển mạch lớp liên kết hoạt động (Phần 6.4.3), sau đó xem (Phần 6.4.4) cách các bộchuyển mạch này thường được sử dụng để xây dựng mạng LAN quy mô lớn

Hình 2.15: Một mạng tổ chức được kết nối với nhau bằng bốn thiết bị chuyển mạch

2.3.1 Địa chỉ lớp liên kết và ARP

Máy chủ và bộ định tuyến có địa chỉ lớp liên kết, cũng có địa chỉ lớp mạng Tại saotrên thế giới chúng ta cần có địa chỉ ở cả lớp mạng và lớp liên kết? Ngoài việc mô tả cúpháp và chức năng của địa chỉ lớp liên kết, trong phần này bọn mình hy vọng sẽ làm sáng

tỏ lý do tại sao hai lớp địa chỉ lại hữu ích và trên thực tế, không thể thiếu bọn mình cũng