Công nghệ ethernet, fast ethernet, giga ethernet DT8

Công nghệ ethernet, fast ethernet, giga ethernet DT8 Báo cáo bài tập lớn môn Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỐI

Khoa Điện Tử Viễn Thông

MÔN HỌC MẠNG MÁY TÍNH

Đề Tài : Ethernet , Fast Ethernet , Gigabit Ethernet

Đỗ Xuân Diễn- Phạm Văn Minh- Vũ Hữu Phương

4 Mô hình topo và cấu trúc của mạng Ethernet

5 Quan hệ logic của IEEE 802.3 với mô hình tham chiếu

Mục đích

Các định dạng khung MAC ( Media Access Control) tuỳ

chọn và yêu cầu, mục đích và các yêu cầu về tương

thích.

Liệt kê các tầng vật lý khác nhau của Ethernet, các thủ

tục báo hiệu, và các yêu cầu/ hạn định của môi trường

kết nối

Mô tả sự thoả hiệp liên quan đến việc thực thi hoặc

nâng cấp các mạng LAN Ethernet- lựa chọn dữ liệu,

các chế độ hoạt động và thiết bị mạng.

1 Nền tảng công nghệ

Thuật ngữ Ethernet ám chỉ đến họ các sản phẩm của

mạng LAN được chuẩn hoá theo IEEE 802.3 thường

được biết đến như là giao thức CSMA/CD

Ethernet hiện nay hoạt động với 3 tốc độ dữ liệu đối

với cáp quang và cáp xoắn kép.

y10 Mbps – 10 Base –T Ethernet

y100 Mbps –Fast Ethernet

yCho phép triển khai mạng giá rẻ

y Cho phép cài đặt mạng một cách linh hoạt theo cấu

trúc topo mở rộng

yĐảm bảo cho sự kết nối bên trong thành công và hoạt

động của các sản phẩm

2 Tóm tắt lịch sử

3 Các thành phần của mạng Ethernet

LAN Ethernet bao gồm các nút mạng và môi trường kết

nối bên trong Các nút mạng được chia làm 2 lớp chính

yThiết bị đầu cuối dữ liệu: Các thiết bị mà nó là nguồn hoặc

đích của các khung dữ liệu Các DTE thông thường là các

máy tính cá nhân , máy trạm, file servers, hay print servers,

như là một nhóm, nó thường được xem như là các trạm

cuối

yThiết bị giao tiếp dữ liệu (DCE): Các thiết bị mạng trung

gian mà nó nhận và truyền dữ liệu qua mạng Các DCE có

thể là các thiết bị độc lập như là bộ lặp, các chuyển mạch

mạng và các bộ định tuyến (rounter) hoặc là các đơn vị

giao tiếp truyền thông như là các (interface) card, hay

modem

3 Các thành phần của mạng Ethernet

3 Các thành phần của mạng Ethernet

Các loại cáp thông thường dùng trong mạng Ethernet

yCáp xoắn kép không có vỏ bọc (UTP)

yCáp xoắn kép có vỏ bọc (STP)

yCáp quang

4.Mô hình topo và cấu trúc của mạng Ethernet

Kết nối trong mạng Ethernet là kết nối điểm- điểm

Có 3 dạng kết nối

yDTE – DTE

yDTE - DCE

yDCE - DCE

4.Mô hình topo và cấu trúc của mạng Ethernet

Các mạng Ethernet ban đầu được triển khai với cấu

trức bus đồng trục

Chiều dài tối đa mỗi đoạn là 500m

Số máy trạm có thể kết nối mỗi đoạn có thể lên đến

100

Số lượng DTE không vượt quá 1024

Khoảng cách lớn nhất giữa hai máy trạm không vượt

quá giá trị quy định

4.Mô hình topo và cấu trúc của mạng Ethernet

4.Mô hình topo và cấu trúc của mạng Ethernet

Từ những năm 1990, cấu hình mạng được

chọn là mô hình topo hình sao.

Trung tâm mạng là một bộ lặp nhiều cổng

hoặc là các chuyền mạch mạng

5 Quan hệ logic của IEEE 802.3 với mô hình tham chiếu OSI

5 Quan hệ logic của IEEE 802.3 với mô hình tham chiếu OSI

Lớp con MAC-client có thể là

yĐiều khiển kết nối logic (LLC), nếu khối đó là DTE, cho

phép giao tiếp giữa MAC Ethernet và các tầng trên theo

nhóm giao thức của trạm cuối

yThực thể bắc cầu, nếu khối là DCE Thực thể bắc cầu

cho phép giao tiếp giữa hai mạng LAN với nhau mà sử

dụng cùng một giao thức, hoặc khác giao thức

5 Quan hệ logic của IEEE 802.3 với mô hình tham chiếu OSI

5.1 Định dạng khung Ethernet cơ bản

Preamble (PRE): Là một mẫu xen kẽ các bit 0 và 1 để

báo cho trạm thu có một khung đang đến, đồng bộ hoá

các phần khung được tầng vật lý tiếp nhận với luồng

bit đến.

Sart-of-frame delimiter (SOF): Là một mẫu xen kẽ các bit

0 và 1 kết thúc bởi 2 bit 1 liên tiếp biểu thị rằng bit tiếp

theo là bit ngoài cùng bên trái của byte ngoài cùng bên

trái của địa chỉ đích.

5.1 Định dạng khung Ethernet cơ bản

5.1 Định dạng khung Ethernet cơ bản

Destination address ( DA): Chỉ ra đích của khung Bít trái

ngoài cùng 0 địa chỉ là đơn và 1 địa chỉ là nhóm Bit trái thứ 2

: 1 trong phạm vi nội bộ, 0 ngoài phạm vi nội bộ 46 bit còn

lại được gán giá trị duy nhất chỉ ra một trạm đơn, một nhóm

hoặc tất cả các trạm trên mạng.

Source address (SA): Chỉ ra trạm gửi SA luôn là một địa chỉ

riêng biệt và bit trái ngoài cùng luôn bằng 0.

Length/Type : Chỉ ra số byte dữ liệu của MAC-client được

chứa trong trường dữ liệu của khung hoặc ID của kiểu

khung nếu khung được tạo thành bằng cách sử dụng một

định dạng tuỳ chọn Giá trị của trường Length/Type (m)

yNếu m ≥1500, số byte LLC trong trường dữ liệu =m

yNếu m >1536, thì khung có kiểu tuỳ chọn, và m chỉ ra dạng cụ

thể của khung đang được gửi hoặc nhận

5.1 Định dạng khung Ethernet cơ bản

Data: Là một chuỗi n byte, với n≤ 1500 Nếu chiều dài

trường dữ liệu <46, trường dữ liệu thêm vào một

trưòng Pad để chiều dài trường dữ liệu là 46 byte.

Frame check sequence (FCS): Chuỗi chứa một giá trị

kiểm độ dư vòng (CRC) 32 bit , nó được tạo ra bởi

MAC gửi và được tính toán lại bởi MAC nhận để kiểm

tra các khung hỏng FCS được phát đi thông qua các

trường DA, SA, Length/Type và Data.

5.2 Truyền khung

Khi MAC trạm cuối được yêu cầu truyền khung cùng với

địa chỉ và thông tin từ lớp con LLC Nó bắt đầu truyền liên

tiếp thông tin LLC vào bộ đệm khung MAC

yPreamble và start of frame delimiter được điền vào các

trường PRE và SOF

yĐịa chỉ đích và nguồn được điền vào trường địa chỉ

yCác byte dữ liệu LLC được đếm, và số byte được lưu vào

trường Length/Type

yCác byte dữ liệu LLC được lưu vào trường dữ liệu Nếu

số byte <46 thì 1 pad sẽ được thêm vào để tăng chiều dài

dữ liệu lên 46

yGiá trị FCS được phát thông qua DA, SA, Length/Type, Data

và được gắn cuối của trường dữ liệu

5.2.1Truyền bán song công và phương thức truy nhập

CSMA/CD

Các quy tắc truy nhập CSMA/CD

yCarrier sense: Mỗi trạm liên tục theo dõi việc truyền tải

trên môi trường để xác định xem khi nào các khe giữa

truyền dẫn khung xuất hiện

yMultiple access: Trạm có thể bắt đầu truyền bất cứ khi

nào chúng nhận ra trạng thái tĩnh của mạng

yCollision detect: Nếu 2 hoặc nhiều hơn các trạm trong

cùng mạng CSMA/CD bắt đầu truyền cùng thời điểm

thì các dòng bit từ các trạm phát sẽ xung đột với các

dòng bit khác, như vậy cả 2 đường truyền này sẽ

không thành công Khi đó mỗi trạm phát phải có khả

năng nhận biết rằng một xung đột đã xảy ra trước khi

nó hoàn thành việc truyền

5.2.2 Truyền song công

Truyền song công cho phép truyền đồng thời theo 2

hướng trên kết nối điểm điểm Nó không chứa tranh

chấp môi trường, không xung đột, không phải truyền

lại, không cần thiết các bit mở rộng ở cuối khung

ngắn.

Truyền dẫn có thể bắt đầu ngay khi các khung đã sẵn

sàng.

Hạn chế duy nhất là phải có một khoảng giữa các

khung khi truyền.

5.2.1Truyền bán song công và phương thức truy nhập

CSMA/CD

Định dạng khung MAC với trường mở rộng

cho truyền Gigabit

5.2.3 Điều khiển luồng

Khi hoạt động truyền dẫn song công nếu node

nhận trở nên tắc nghẽn thì node nhận sẽ tự

động gửi một khung báo dừng tới node

truyền.

Khi tắc nghẽn được khai thông thì node nhận

gửi một khung dừng thứ yêu cầu truyền

truyền lại

5.3 Nhận khung

Địa chỉ đích của khung nhận được kiểm tra và đối

chiếu với địa chỉ trạm (địa chỉ MAC, địa chỉ nhóm, và

địa chỉ broadcast) khung có được dành cho trạm hay

không.

Nếu địa chỉ phù hợp thì chiều dài khung sẽ được kiểm

tra và FCS nhận được so sánh với FCS được tạo ra

trong quá trình nhận khung.

Nếu cả 2 là phù hợp thì kiểu khung được xác định bởi

nội dung của trường Length/Type.

Khung sau đó được phân tích và truyền lên tầng trên.

5.4 Tuỳ chọn VLAN tagging

Đây là tuỳ chọn MAC với 3 khả năng quan trọng mà các

mạng Ethernet trước đây không có.

yGiải quyết giao thông mạng bằng cách gắn quyền ưu

tiên

yCho phép các trạm được gắn thành các nhóm, giao tiếp

với các mạng LAN khác Brigde và switch lọc địa chỉ

đích và truyền các khung VLAN tới các cổng mà phục

vụ cho VLAN

yĐơn giản hóa việc quản lý

5.4 Tuỳ chọn VLAN tagging

5.4 Tuỳ chọn VLAN tagging

MAC nhận đọc giá trị kiểu dành riêng.

yNếu MAC đã được cài đặt trên cổng chuyển mạch thì

khung được truyền theo thứ tự ưu tiên của nó tới tất

cả các cổng mà liên quan đến bộ nhận dạng VLAN

yNếu MAC được cài đặt trong một trạm cuối thì nó xoá 4

byte VLAN header và xử lý khung như thông thường

6.1 Mã hoá tín hiêu truyền

Các mạng Ethernet từ 10Base –T trở về

trước sử dụng phương pháp mã hoá

Manchester.

6.1 Mã hoá tín hiêu truyền

Các phiên bản Ethernet sau đó sử dụng các phương

pháp mã hoá khác nhau:

yTrộn dữ liệu: Một thủ tục trộn các bit trong byte dữ liệu

theo thứ tự và có thể khôi phục lại được Một số bit 0

chuyển thành 1, một số bít 1 chuyển thành 0 và một số

bít giữ nguyên

yMở rộng không gian mã: Kỹ thuật này cho phép gán các

mã riêng biệt cho dữ liệu và các ký tự điều khiển và hỗ

trợ phát hiện lỗi đường truyền

ySử dụng mã sửa lỗi: Một cách mã hoá mà thông tin dư

thừa được thêm vào luồng dữ liệu phát để sửa lỗi

đường truyền trong quá triình nhận khung

6.2 Mối quan hệ của tầng vật lý 802.3 và mô hình

tham chiếu OSI

6.2 Mối quan hệ của tầng vật lý 802.3 và mô hình

tham chiếu OSI

Lớp con Reconciliation và MII( hoặc GMII cho Gigabit

Ethernet) cho phép kết nối giữa MAC và các lớp con

phụ thuộc môi trường.

MII và GMII được đặc trưng bởi đường đữ liệu truyền

dẫn

Lớp con Reconciliation và MII là chung cho các tốc độ

truyền khác nhau và được định cấu hình cho hoạt

động song công từ phiên bản 10 Base-T trở về trước

PCS cho phép mã hoá, multiplexing và đồng bộ hoá tín

hiệu ra cũng như là đồng bộ mã ký tự, demultiplexing

và giải mã tín hiệu đến.

6.2 Mối quan hệ của tầng vật lý 802.3 và mô hình

tham chiếu OSI

PMA bao gồm các máy thu, phát tín hiệu và có nhiệm

vụ khôi phục lại xung đồng hồ của luồng dữ liệu đến.

MDI là bộ ghép nối giữa các máy thu phát tín hiệu và

đường truyền.

Lớp con Auto-negotiation: cho phép các NIC ở máy

trạm trao đổi thông tin về khả năng của mình, sau đó

dàn xếp và lựa chọn chế độ hoạt dộng tốt nhất mà cả

2 có khả năng hỗ trợ.

6.3 10-Mbps Ethernet – 10 Base-T

10 Base T cho phép truyền chuỗi bit 10 Mbps

trên 2 cáp UTP sử dụng mã hoá Manchester

Mặc dù chuẩn được thiết kế để truyền trên

cap điện thoại thông thường nhưng cấu hình

6.4 100 Mbps- Fast Ethernet

6.4.1 100 Base-X

Hỗ trợ truyền trên 2 cặp của dây đồng UTP Category 5

hoặc 2 sơi của cáp quang.

Thủ tục mã hoá 100 Base X được dựa trên 2 chuẩn báo

hiệu phụ thuộc môi trường vật lý:

ySợi quang FDDI

yCáp đồng xoắn kép FDDI/CDDI

6.4.1 100 Base-X

6.4.1 100 Base-X

Thủ tục mã hoá 4B/5B tương tự như thủ tục được sử

dụng bởi FDDI thêm vào sự điều khiển khung Ethernet.

Mỗi đoạn dữ liệu 4bit được xếp thành nhòm mã 5 bit

được truyền theo chuỗi Không gian mã mở rộng

được cung cấp bởi 32 nhóm mã 5 bit.

6.4.1 100 Base-X

y16 nhóm mã trong một đoạn dữ liệu 4 bit

y4 nhóm mã điều khiển được truyền như là các cặp

nhóm mã biểu thị phân định đầu, cuối luồng

yMột nhóm mã IDLE đặc biệt được gửi liên tiếp trong

suốt interfram gap để duy trì sự đồng bộ hoá liên tục

giữa các NIC tại cuối kết nối

y11 nhóm mã không hợp lệ được truyền một cách

không cố ý bởi một NIC Nếu phát hiện ra một nhóm

mã không hợp lệ thì khung đang đến bị coi là không

hợp lệ

6.4.2 100 Base-T4

100 Base T4 sử dụng 4 cặp trong UTP Category 5 hoặc

tốt hơn.

Hai cặp hoạt động bán song công và có thể hỗ trợ

truyền dẫn theo hướng này hay hướng khác nhưng

chỉ có một hướng trong một thời điểm.

Hai cặp còn lại truyền đơn công và chỉ truyền theo một

hưóng duy nhất.

6.4.2 100 Base-T4

6.4.2 100 Base-T4

100 Base –T4 mã hoá 8B6T, mỗi byte xắp xếp thành một

mẫu 6ký tự tam phân ba trạng thái ( +1, 0,-1) (Nhóm mã 6T)

IDLE và mã điều khiển cũng sử dụng nhóm mã 6T.

IDLE được thu trên cặp thu chuyên dụng biểu thị rằng kết

nối đang tĩnh.

Trong suốt quá trình truyền các nhóm mã 6T được truyền

theo một chuỗi luân chuyển trễ trên 3 cặp dây truyền Mỗi

khung được gói với các nhóm mã 6T đầu luồng và cuối

6.4.2 100 Base-T4

6.4.3 100Base-T2

100 Base –T2 được phát triển với 2 mục đích

yCho phép truyền dữ liểu trên cặp cáp Catogory 3 hoặc

tốt hơn

yHỗ trợ cả truyền song công và bán song công

100 Base –T2 sử dụng một kiểu truyền tín hiệu khác so

với bất kỳ mạng Ethernet dùng cắp xoắn kép nào

trước đó.

6.4.3 100Base-T2

6.4.3 100Base-T2

Truyền dẫn song công kép ở băng tần cơ sở yêu cầu các

NIC hoạt động ở chế độ master/slave loop-timing.

Việc mã hoá trộn dữ liệu các đoạn của khung đẻ ngẫu

nhiên hoá chuỗi bít, xẵp xếp 2 bit trên và 2 bit dưới của

mỗi đoạn mã thành 2 kí hiệu điều biên xung 5 mức được

đồng thời phát đi trên 2 cặp dây Thủ tục trộn của master

và slave là khác nhau đẻ đảm bảo rằng các luồng dữ liệu

di chuyển ngược hướng trên cùng cặp dây là không phối

6.4.3 100Base-T2

6.5 1000 Mbps –Gigabit Ethernet

6.5.1 1000Base-T

1000Base-T cho phép truyền song công trên 4 cặp cáp

UTP Catogory 5 hoặc tốt hơn.

1000Base- T lá sự phát triển từ sự tầng vật lý của Fast

Ethernet

1000Base-T sử dụng kiểu mã hoá FEC 4D, 8-State trong đó

4 kí hiệu PAM5 được gửi tại cùng thời điểm trên 4 cặp

dây.

4 trong 5 mức của mỗi kí hiệu PAM 5 đại diện cho 2 bit

trong byte dữ liệu.

Mức 5 được sử dụng cho việc mã hoá FEC nó nâng cao

khả năng phục hồi kí hiệu khi có nhiễu

Bộ trộn dữ liệu tạo ra các luồng dữ liệu không tương

thích trên một cặp dây.

6.5.1 1000Base-T

6.5.1 1000Base-T

6.5.2 1000Base-X

Cả 3 phiên bản 1000 Base-X đều hỗ trợ truyền song

công với tốc độ 1250 Mbps trên 2 sợi cáp quang hoặc 2

cặp cáp đồng STP.

Sử dụng phương pháp mã hoá 8B/10B

Tầng vật lý hỗ trợ cả 2 phương pháp truyền song công

và bán song công .

6.5.2 1000Base-X

7 Các vấn đề liên quan đến hệ thống

7.1 Lựa chọn các chuẩn Ethernet sử dụng UTP và

loại môi trường

Các NIC sủ dụng UTP đều hỗ trợ 10 Mbps, 100 Mbps và

1000 Mbps Nó dễ dạng sử dụng cho tốc độ 10 Mbps

và 1000 Mbps

Lựa chọn cáp phù hợp với mô hình, tốc độ, giá thành.

Tương lai sử dụng loại cáp 5E

7.2Au-negotiation

Mục đích của Au-negotiation là tìm ra cách thưc để 2

NIC trên kết nối UTP có thể giao tiếp với nhau.

Au-negotiation cho phép các NIC thực hiện:

yCho biết thông tin về NIC cho NIC còn lại

yXem xét thông tin về NIC còn lại

yLoại bỏ bất kỳ chế độ hoạt động nào mà 2 bên không

chia sẻ

yĐịnh cấu hình mỗi NIC cho chế độ hoạt động ở mức

cao nhất

7.2Au-negotiation

Chức năng Au-negotiation trong NIC dùng UTP

sử dụng một chuỗi xung chuẩn của kết nỗi

10Base T.