Các kiến trúc mạng

 Hình thành từ các nghiên cứu vào thập kỷ 60 và 70 nhằm kết nối giữa các máy tính và chia sẻ dữ liệu  ALOHA mạng trong trường University of Hawaii  Phiên bản đầu tiên của mạng Etherne

Chương 7:

Các kiến trúc mạng

 Hình thành từ các nghiên cứu vào thập kỷ 60 và 70 nhằm kết nối giữa các máy tính và chia sẻ dữ liệu

 ALOHA mạng trong trường University of Hawaii

 Phiên bản đầu tiên của mạng Ethernet được phát triển tại

trung tâm nghiên cứu Palo Alto của Xerox vào năm 1972

 DIX (gồm 3 công ty Digital, Intel, Xerox) đã phát triển

chuẩn truyền thông tốc độ 10 Mbps

 Chuẩn này là cơ sở đặc tả các chuẩn của IEEE 802.3

Giới thiệu về mạng Ethernet

 Là kiến trúc mạng phổ thông có nhiều ưu điểm:

 Dễ cài đặt

 Chi phí hợp lý

 Hỗ trợ nhiều phương tiện truyền thông

 Một số đặc điểm: gói dữ liệu vào các khung,

phương pháp truy cập là CSMA/CD, và sử dụng địa chỉ vật lý (MAC)

 Chia làm 3 loại dựa vào: truyền thông, tốc độ, và phương tiện truyền

Các chuẩn IEEE 10 Mbps

 4 chuẩn chính:

 10Base5 – dùng cáp đồng trục loại lớn

 10Base2 – dùng cáp đồng trục loại nhỏ hơn

 10BaseT – dùng cáp xoắn đôi không bảo vệ

 10BaseF – dùng cáp quang

 Ngày nay chỉ còn các chuẩn 10BaseT và 10BaseF là vẫn được dùng

 Dùng các loại cáp xoắn loại 3, 4, hoặc 5

 Vì giá thành rẻ, mạng được dùng khá phổ biến

 Có topo mạng là star, nhưng truyền tín hiệu theo topo dạng bus, xem hình 7-1

 Số đoạn mạng tối đa là 5, số Hub tối đa là 4

 Tối đa là 1024 máy tính trong mạng

Mạng 10BaseT sử dụng cấu trúc dạng

Star

Tóm tắt mạng Ethernet 10BaseT

Ưu điểm Rẻ, dễ cài đặt và khắc phục lỗi

Nhược điểm Độ dài cực đại của cáp nhỏ

Loại cáp Dùng cáp xoắn UTF Loại 3, hoặc cao hơn

Phương pháp truy cập CSMA/CD

Vị trí bộ truyền nhận Trên NIC

Độ dài cáp cực đại 100 m

Khoảng cách nhỏ nhất giữa thiết bị Không áp dụng

Số lượng đoạn mạng lơn nhất 1024

Số lượng thiết bị trong 1 đoạn 2

Table 7-1 Tóm tắt Ethernet 10BaseT

 Dùng cáp quang

 Có 3 loại:

 10BaseFL – kết nối các máy tính trong mạng LAN

 10BaseFP – kết nối các máy tính dùng Hub thụ động; độ dài

Bảng thông số 10BaseF

Nhược điểm Chi phí cao, khó cài đặt

Phương pháp truy cập CSMA/CD

Vị trí bộ truyền nhận Trên NIC

Độ dài cáp cực đại 2000 m, ngoại trừ 10BaseFP: 500 m

Khoảng cách nhỏ nhất giữa thiết bị 1023

Bảng 7-2 Tóm tắt Ethernet 10BaseF

Số thiết bị giữa 1 đoạn mạng 2

Số thiết bị lơn nhất trong 1 mạng 1024

Các chuẩn IEEE cho tốc độ 100 Mbps

 Có 2 chuẩn Ethernet 100 Mbps thường dùng:

 100BaseT, còn gọi là Fast Ethernet

 100 VG-AnyLAN – Short-lived, rất hiếm

 Các chuẩn mô tả là IEEE 802.3u

 Các chuẩn con:

 100BaseT4 – gồm 4 cặp dây xoắn loại 3, 4, hoặc 5

 100BaseTX – dùng 2 cặp dây xoắn loại 5

 100BaseFX – dùng 2 sợi trong cáp

100BaseT (tiếp)

 Có 2 lớp dùng trong 100BaseT:

 Lớp I – dùng 1 Hub để kết nối các thiết bị

 Lớp II – dùng tối đa là 2 Hub để kết nối

 Xem hình 7-2 dùng switche liên kết các hub

 Bảng 7-3: các thông số của 100BaseT Ethernet

Switch liên kết các Hub 100BaseT

Hình 7-2 Switch liên kết các Hub 100BaseT

Bảng thông số 100BaseT Ethernet

Ưu điểm Tốc độ cao, dễ cấu hình và khắc phục lỗi

Nhược điểm Chi phí cao, khoảng cách giới hạn

Loại cáp Cáp xoắn UTP loại 3 hoặc cao hơn – 100BaseT4

Phương pháp truy cập CSMA/CD

Vị trí bộ truyền nhận Trên NIC

Độ dài cáp cực đại 100m – 100BaseT4, 100BaseTX

Gigabit Ethernet:

các chuẩn 1 Gbps IEEE 802.3z

 Yêu cầu các phương pháp truyền tín hiệu khác nhau

 Sử dụng lược đồ 8B/10B trong đó 8 bits dành cho dữ liệu và 2 bits dành cho phát hiện lỗi

 Sử dụng full-duplex (truyền và nhận dữ liệu đồng

thời)

Gigabit Ethernet:

Các chuẩn 1 Gbps IEEE 802.3z (tiếp)

 2 chuẩn mở rộng: 1000BaseX và 1000BaseT

 802.3z-1998 – là chuẩn cho 1000BaseX gồm:

 L – dùng ánh sáng laser bước sóng dài (cáp quang)

 S – dùng ánh sáng laser bước sóng ngắn (cáp quang)

 C – dùng cáp đồng

 802.3ab-1999 – là chuẩn cho 1000BaseT gồm 4

cặp dây có trở kháng 100-ohm loại 5 hoặc cao

hơn

10 Gigabit Ethernet:

chuẩn 10 Gbps IEEE 802.3ae

 Thông qua vào cuối năm 2002

 Là chuẩn dành riêng cho cáp quang, sử dụng

cho cả single-mode và multi-mode

 Độ dài tối đa 5 km

 Sử dụng full-duplex

 Được dùng như dây backbone trong mạng và dùng trong mạng lưu trữ (SANs)

 Tốc độ truyền từ 10 Mbps đến 10 Gbps

Tương lai của Ethernet

 40 Gbps đang dần được thực hiện

 100 Gbps có thể ra mắt vào năm 2006

 Terabit (1000 Gigabit) vào năm 2011 và 10

Terabit vào năm 2015

 Các chuẩn này phục vụ chính trong ngành giải trí và doanh nghiệp

Các loại Ethernet Frame

 Có 4 loại Ethernet Frame:

 Ethernet 802.3 dùng trong giao thức IPX/SPX trong Novell

NetWare 2.x hoặc 3.x networks

 Ethernet 802.2 dùng trong giao thức IPX/SPX trong Novell 3.12

and 4.x networks; Có sẵn trong NWLink của Microsoft

 Ethernet SNAP dùng trong EtherTalk và các máy chủ lớn

 Ethernet II sử dụng trong TCP/IP

 2 thiết bị bất kỳ trong mạng muốn truyền thông phải tuân theo frame này

 Các gói tin có dung lượng từ 64 đến 1518 bytes

Chuẩn Ethernet 802.3

 Còn được gọi là Ethernet sơ khai

 Không hoàn toàn tuân theo các đặc tả của 802.3

 Được dùng trong Novell NetWare 2.x or 3.x

 Hình 7-3 mô tả một frame

46-1500 byte

Điạ chỉ nguồn

6 byte

2 byte

CRC

4 byte

Phân đoạn

 Chia mạng thành các phần nhỏ dễ quản lý

 Dùng switch hoặc router giữa các đoạn mạng

 Tăng hiệu năng mạng

 Xem hình 7-5

Switch phân đoạn Network

Đoạn mạng

Đoạn mạng

Switch

Ethernet không dây:

Chuẩn IEEE 802.11b, a, và g

 Sử dụng điểm truy cập (AP) là thiết bị trung tâm

mạng

 Các máy trạm trong mạng phải có NIC không dây

 Dùng phương pháp truy cập CSMA/CA

 Dùng phương pháp bắt tay trước khi truyền

 Chuẩn 802.11b xác định tốc độ truyền 11 Mbps; 802.11a

và g là 54 Mbps

 Không có độ dài cố định, nhưng độ dài tối đa là 300 feet

Token Ring

 Được IBM phát triển

 Nâng độ tin cậy và tốc độ truyền mạng nhờ sử dụng cáp xoắn đôi

 Dùng cấu trúc mạng vật lý Star

 Truyền dữ liệu theo mạch vòng logic

 Xem hình 7-6 và 7-2

Token Ring: cấu trúc mạng Star

thực hiện chức năng mạch vòng

Hình 7-6 Mạng Token Ring có cấu trúc mạng Start - thực hiện

chức năng mạnh vòng logic

Chức năng Token Ring

 Phương pháp truy cập kênh là token-passing (thẻ bài)

 Nhận thẻ bài từ Nearest Active Upstream Neighbor (NAUN)

 Truyền thẻ bài đến Nearest Active Downstream Neighbor

(NADN)

 Tạo công bằng cho các máy tham gia mạng

 Sử dụng các gói tin có kích thước, từ 4000 đến 17,800 bytes không gây xung đột

 Hoạt động ở tốc độ 4 Mbps, phiên bản mới nhất là 16 Mbps

Cột mốc (Beaconing)

 Là kỹ thuật tự động cách ly lỗi

 Máy tính đầu tiên tham gia mạng (bật) sẽ trở thành một bộ

monitor tích cực quản lý tiến trình beaconing

 Các máy tính còn lại là các monitor dự phòng

 Cứ 7 giây, máy tính tích cực này sẽ gửi các gói tin đặc biệt đến máy ngay cạnh (theo chiều quy định)

 Gói tin thông báo địa chỉ của monitor tích cức

 Mạng sẽ không bị tác động nếu gói tin đi một vòng và trở lại

monitor tích cực

 Hình 7-7 mô tả khả năng cấu hình lại để tránh lỗi mạng

Cấu hình lại Token Ring để tránh lỗi

Trạm 4

Trạm 5 Trạm

Trạm 7

Trạm 8

Tôi không nhận được tín hiệu từ trạm 2

Phần cứng

 Sử dụng Khối truy nhập đa trạm (MAU or

MSAU) hoặc Khối truy nhập đa trạm thông

minh (SMAU)

 Hai cổng nối các Hub theo mạch vòng

 Cổng ra Ring Out (RO) trên Hub nối với cổng vào Ring In (RI) trên Hub kế tiếp

đa là 520

Dây cáp trong mạng Token Ring

 IBM định nghĩa một số loại cáp

 Đường kính dây cáp theo chuẩn American Wire

Gauge (AWG)

 Xem bảng 7-8

 Bảng 7-9 mô tả thông số token ring

Dây cáp trong IBM/Token Ring

Loại Đặc điểm

Loại 1 cáp STP với 2 cặp dây đồng 22-AWG bao quanh bởi 1 lớp bảo vệ Cáp

này dùng để nối máy tính với MAU và có thể được gắn để chạy bên trong tường

Loại 2 Cáp STP với 2 cặp dây đồng 22-AWG và 4 cặp 26-AWG cho âm thanh

Cáp này thường sử dụng để truyền dữ liệu và âm thanh Loại 3 Cáp UTP hỗ trợ truyền âm thanh với loại 22-AWG hoặc 24-AWG Rẻ hơn

loại 1, nhưng tốc độ chỉ đạt 4 Mbps Loại 5 Cáp quang, đường kính 62.5 hoặc 100 micro met Thường dùng để liên

kết các MAU Loại 6 Cáp STP với cáp xoắn đôi thẳng loại 26-AWG bao quanh bởi lớp bảo vệ

Giống như loại 1, như vì là loại dây thẳng nên độ linh động tăng song khoảng cách bị hạn chế Loại cáp này thường dùng như dây cáp nối Loại 8 Cáp STP được dùng dưới thảm nền Gần giống loại 6 nhưng phẳng hơn

Loại 9 Tương tự loại 6

Bảng 7-8

Thông số Token Ring

Nhược điểm Đắt hơn Ethernet, khó khắc phục

Topo Cấu trúc dạng Ring, Star

Phương pháp truy cập Truyền Thẻ bài

Độ dài cáp cực đại 45m – cáp UTP

101m – cáp STP

số đoạn mạng cực đại 33 hubs

Số thiết bị trong mỗi đoạn mạng phụ thuộc vào Hub

Số thiết bị trong mạng Lớn nhất: 72 với UTP và 260 với STP

Bảng 7-9

Kiến trúc AppleTalk và ARCnet

 Được thiết kế bởi Apple Computers, Inc., cho

mạng Macintosh

 ARCnet rất hiếm sử dụng

 LocalTalk là triển khai vật lý của AppleTalk

Mô trường kiến trúc AppleTalk

 Là kiến trúc đơn giản, dễ triển khai

 Được thiết kế cho mạng Macintosh

 Kiến trúc AppleTalk chỉ kiến trúc mạng nói

chung, LocalTalk chỉ việc đi dây trong kiến trúc vật lý

 Sử dụng địa chỉ động

 Máy tính lấy một địa chỉ và truyền tin trên toàn mạng

để xác định địa chỉ này đã được dùng hay chưa

Môi trường kiến trúc AppleTalk (tiếp theo)

sau đó tăng lên 254 máy tính

 Chấp nhận các giao thức AppleTalk hoạt động trên mạng Ethernet và mạng token ring

 Tăng số lượng máy tham gia mạng lên đến hơn 16 triệu

 Fiber Distributed Data Interface: Giao diện dữ liệu phân bố theo cáp quang

 Phương pháp truy cập kênh: token-passing

 Hình 7-10 mô tả đặc điểm của vòng xoay hai chiều

 Tốc độ truyền 100 Mbps

 Tối đa 500 nút mạng trong phạm vi 100 km (60 miles)

 Dùng cấu trúc vòng vật lý, không dùng Hub

 Có thể dùng các bộ Bộ tập kết (concentrator) làm điểm truy cập trung tâm

Mạng FDDI sử dụng vòng xoay 2 chiềus

Hình 7-10 Mạng FDDI hoạt động với các vòng xoay 2 chiều

FDDI (tiếp)

 Máy tính có thẻ bài có thể truyền đi một hoặc nhiều gói tin

 Hạn chế xung đột bằng cách tính toán thời gian trễ mạng

 Một số trạm hoặc kiểu dữ liệu có thể được gán quyền

ưu tiên

 Vòng xoay 2 chiều

 Dữ liệu truyền trên vòng chính

 Khi vòng chính bị lỗi, dữ liệu sẽ được chuyển sang vòng 2,

xem hình 7-11

Vòng kép trong FDDI đảm bảo dữ liệu

luôn được truyền đến đích

Hình 7-11 Vòng kép luôn đảm bảo dữ liệu được truyền đến đích

FDDI (tiếp)

 Có 2 loại card mạng

 Dual Attachment Stations (DAS) – gắn trên cả 2

vòng; dùng cho Server và bộ tập kết

 Single Attachment Stations (SAS) – gắn trên 1

vòng; dùng cho các máy trạm nối vào bộ tập kết

 Bảng 7-11 mô tả thông số kiến trúc FDDI

Thông số kiến trúc FDDI

Đặc tả IEEE không sử dụng, dùng chuẩn X3T9.1

Ưu điểm Nhanh, tin cậy, khoảng cách dài, độ an toàn cao

Các mạng tương tự khác

 Một số công nghệ bao gồm:

 Cable modem: modem dùng cáp truyền hình

 Digital Subscriber Line (DSL): đường thuê bao số

 Công nghệ dải tần rộng (Broadband)

 Asynchronous Transfer Mode (ATM): chế độ truyền

bất đồng bộ

Công nghệ dải tần rộng

 Sử dụng tín hiệu tương tự để mã hoá thông tin

 Dải tần cơ sở sử dụng lược đồ mã hoá tín hiệu số tại tần số đơn, cố định

 Sử dụng sóng điện từ liên tục hoặc sóng quang

 Dùng 2 kênh để truyền và nhận tín hiệu

 Tốc độ cao, tăng độ tin cậy

Công nghệ Cable Modem

 Truy cập internet qua cáp TV đồng trục

 Là chuẩn chính thức của Dữ liệu thể hiện qua

thông số giao diện dịch vụ cáp (DOCSIS)

Mạng Cable Modem điển hình

Truyền thông qua cáp quang

Hub trung gian

Hub trung gian

Hub trung gian

Mạng Sonet hoặc ATM

Điểm truy cập

Điểm truy cập

Điểm truy cập

Cổng

Gia đình

Gia đình

Cơ quan

Đường thuê bao kỹ thuật số (DSL)

 Sử dụng đường điện thoại để truyền âm thanh

và hình ảnh đông thời

 Biến đến nhiều nhất là Đường thuê bao kỹ

thuật số không đối xứng (ADSL)

 Tốc độ downloads và upload khác nhau đáng kể

 Chia dây điện thoại thành 2 dải tần, dải tần < 4 KHz sử dụng cho âm thanh

Các công nghệ Broadcast

 Truy cập Internet bằng sóng từ vệ tinh

 Người dùng kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ bằng modem bình thường

 Nhà cung cấp dịch vụ, như DirectTV, truyền tín hiệu lên vệ tinh, tốc độ khoảng 400 Kbps

Kiểu truyền không đồng bộ (ATM)

 Thiết kế cho cả LANs và WANs

 Sử dụng các switches kết nối có định hướng và một

mạch dành riêng giữa 2 thiết bị truyền tin

 Dữ liệu truyền trong các cố định ngắn 53-byte trong đó

5 bytes cho header và 48 bytes cho data

 Đảm bảo chất lượng dịch vụ

 Thích hợp với các ứng dụng cần băng thông rộng và

kéo dài

ATM và các tốc độ tín hiệu SONET

 Tốc độ truyền trong băng thông ATM (là tốc độ

sóng mang) được biểu diễn dưới dạng OC-x

 X đại diện cho cấp độ nhân của tốc độ cơ bản OC-1 =

51,840 Mbps

 Tốc độ này được định nghĩa bởi mạng quang học đồng

bộ (Synchronous Optical Network - SONET)

 Bảng 7-12 liệt kê danh sách tốc độ sóng quang SONET từ OC-1 đến OC-3072

 Tốc độ ATM điển hình trong khoảng từ 3 đến 12

High Performance Parallel Interface

(HIPPI)

 Được các siêu máy tính sử dụng

 Sử dụng một chuỗi nối tiếp các điểm liên kết quang học

 Băng thông: 800 Mbps

 Thường được dùng làm backbone của mạng

trước khi có mạng Gigabit Ethernet

System Network (GSN), có tốc độ 6.4 Gbps

Tóm tắt chương

 Kiến trúc xác định vị trí dữ liệu trên mạng,

phương pháp truyền, tốc độ truyền, quản lý lỗi

 Được giới thiệu vào năm 1972, Ethernet cung ứng phương pháp truyền nhận dữ liệu ổn định, tin cậy

 Digital, Intel, và Xerox giới thiệu phiên bản mới trở thành cơ sở cho chuẩn IEEE Ethernet 802.3, tốc độ truyền 10 Mbps

Tóm tắt chương (tiếp)

 Được phát triển bởi IBM vào những năm 1980, Các mạng token ring tỏ ra nhanh, hiệu quả, tin cậy

 Tốc độ trong Token ring từ 4 Mbps đến 16 Mbps

 Mạng Token ring tự thiết lập lại tránh lỗi

 Mô hình vật lý là Star, nhưng Token Ring vận

hành theo mô hình Ring

Tóm tắt chương (tiếp)

 Ưu điểm lớn nhất của Token ring là tạo sự công bằng cho tất cả các máy tính tham gia mạng,

cho phép mạng tăng về quy mô

 AppleTalk và ARCnet không còn phổ biến

 AppleTalk được thiết kế dành riêng cho các máy tính Macintosh

 Giai đoạn 2 của AppleTalk: có thể dùng mạng

Ethernet và mạng token-ring để trao đổi với

mạng AppleTalk

Tóm tắt chương (tiếp)

 Cable Modem: từ 256 Kbps đến 2.5 Mbps

 ATM là công nghệ mạng tốc độ cao dùng cho cả LAN và WAN

 ATM dùng switche kết nối có định hướng

 Giữa hai hệ thống phải thiết lập một mạch

(tuyến) giành riêng trước khi truyền nhận dữ liệu

Tóm tắt chương (tiếp)

 ATM thích hợp với các ứng dụng mạng cần

băng thông rộng và thời gian dài

 Kiến trúc Gigabit Ethernet ngày càng phổ biến bởi vì nó dễ dàng liên kết với mạng Ethernet