Tổng quan về mạng lan

Tổng quan về mạng LAN• Đặc điểm của LAN  Tốc độ cao: Tốc độ truyền dẫn có thể lên tới vài chục Mbps  Giới hạn về khoảng cách: Không quá vài km  Mạng riêng cục bộ  Xây dựng trên cơ s

Tổng quan về mạng LAN

• Đặc điểm của LAN

 Tốc độ cao: Tốc độ truyền dẫn có thể lên tới vài chục Mbps

 Giới hạn về khoảng cách: Không quá vài km

 Mạng riêng cục bộ

 Xây dựng trên cơ sở chia sẻ môi trường: Broadcasting packets

• Ứng dụng của LAN

 Office LANs

 Backbone LAN: Kết nối các mạng LAN tốc độ thấp

 Storage area networks: Chia sẻ thiết bị lưu trữ trên mạng tốc độ cao

• Cấu trúc cơ bản của LAN

 Môi trường truyền dẫn

 Network Interface Card (NIC)

 Mỗi NIC có địa chỉ vật lý duy nhất

 Cấu trúc transceiver và magnetic

• Open System for Inter-connection (OSI)

 Mô hình 7 tầng của International Standard Organization (ISO)

 Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): chuẩn công nghệ cao

Network Layer 802.2 Logical Link Control

802.3 CSMA-CD

802.5 Token Ring

802.11 WLAN

Other LAN

Various Physical Layer

• MAC sublayer

 IEEE 802.1: Data Link Layer (DLL) được chia thành:

o MAC sublayer

 Điều khiển truy nhập môi trường

 Cung cấp dịch vụ truyền khung không liên kết

 Các trạm được phân biệt qua địa chỉ vật lý MAC

 Broadcast các khung với địa chỉ MAC

o Logical Link Control (LLC) sublayer

 Cung cấp giao diện giữa tầng Network và MAC sublayer (OSI)

• LLC sublayer

 IEEE 802.2: LLC nâng cấp các dịch vụ do MAC cung cấp

MAC PHY

MAC PHY

MAC PHY Unreliable Datagram Service

MAC PHY

MAC PHY

MAC PHY

Reliable Datagram Service

• LLC Services

 Type 1: Unacknowledged connectionless service

o Unnumbered frame mode of HDLC (High-level Datalink Link Control)

 Type 2: Reliable connection-oriented service

o Asynchronous balanced mode of HDLC

 Type 3: Acknowledged connectionless service

 Additional addressing

o Một trạm có địa chỉ vật lý MAC duy nhất

o Cung cấp các liên kết logic, được phân biệt bởi SAP (Service Access Point)

• Cấu trúc của LLC Protocol Data Unit (PDU)

Destination SAP Address

Source SAP Address Control Information

I/G: Individual or group address

C/R: Command or response frame

SAP address:

 06: IP packet

 E0: Novel IPX

 FE: OSI packet

 AA: Subnetwork Access Protocol (SNAP)

• Đóng gói MAC frame

IP

IP Packet

Data

LLC Header

MAC

• Lịch sử phát triển

 1970: radio network ALOHA in Hawaii

 1973: Metcaff và Boggs phát minh Ethernet, random access, wired net

 1979: DIX (Digital, Intel và Xerox ) Ethernet II standard 10 Mbps

 1985: IEEE 802.3 LAN 10 Mbps

 1995: Fast Ethernet 100 Mbps

 1998: Gigabit Ethernet

 2002: 10 Gigabit Ethernet

 Sử dụng TBEB (truncated binary exponential backoff)

 Backoff time = uniform(0, 2min(k, 10)-1) khe thời gian

 Flow chart

 Original Ethernet và thông số

o Transmission rate: 10 Mbps

o Min frame: 512 bits = 64 bytes

o Slot time: 512 bits / 10 Mbps = 51.2 µsec

 51.2 µsec x 2 x 105 km/sec = 10.24 km, 1 way

 5.12 km round trip distance

o Max length: 2500 meters + 4 repeaters

o Each x10 times increase in bit rate, must be accompanied by x10 decrease in distance

 IEEE 802.3 Ethernet và thông số hoạt động

o Slot time: 512 bits times

o MinFrameSize: 512 bits (64 bytes)

 IEEE 802.3 MAC Frame

o Preamble: synchronization, 7 bytes of 10101010

o Start of Frame Delimiter (SFD): 10101011

o Global addresses (246 possible)

 First 24 bits assigned to vendors (OUI)

 Next 24 bits assigned by vendors

 IEEE 802.3 MAC Frame

o Length: # of bytes in Information field

 Max frame: 1518 excluding Preamble + FSD

 Max information bytes: 1500 (Hexa: 05DC)

o Pad: ensures min frame of 64 bytes

o FCS: CCITT-32 CRC, calculated for addresses, length, information, and pad fields

 NIC discards frames with improper lengths or failed FCS

 DIX Ethernet frame format

o DIX: Digital, Intel, Xerox: joint specification

o Type: Identify protocol of PDU in information field, e.g IP, ARP …

 0800: IP

 0806: ARP

 8137: Netware IPX

 8160: NetBIOS

 IEEE 802.3 Physical layer

Thick coax: Stiff, hard to work with T-connection flatky

 Ethernet hub & switch

Twisted Pair: cheap, easy to work with

Reliable

Star-topology CSMA-CD

Twisted Pair: cheapBridging increase scalabilitySeparable collision domains

 Bus & hub

o Cấu hình bus

 Tất cả các trạm chia sẻ dung lượng bus (ví du: 10 Mbps)

 Chỉ 1 tram thực hiện phiên truyền dẫn tại một thời điểm

o Hub kết nối các trạm theo hình sao

 Mọi phiên truyền dẫn đều đi qua hub

 Chỉ 1 trạm được truyền tại một thời điểm

 Full Duplex operation (FDX)

o Ethernet truyền thống sử dụng Half Duplex (HDX)

o Sử dụng FDX, một trạm có thể đồng thời nhận và gửi tin

o 100 Mbps Ethernet in FDX  200 Mbps transfer rate (lý thuyết)

o Các trạm kết nối phải có FDX adapter cards

o Phải có switching hub

 Fast Ethernet

IEEE 802.3 100 Mbps physical layer medium alternatives

o To preserve comparability with 10 Mbps Ethernet:

 Same frame format, interfaces, protocols (same parameters)

o Hub topology only with twisted pair and fiber

o HDX or FDX mode

 Gigabit Ethernet

IEEE 802.3 1 Gbps physical layer medium alternatives

o Slot time = 512 bytes (4096 bits)

o Carrier extension: small frame is extended to 512 bytes

o Frame bursting: burst of short frames allowed (burst limit: 216 bits)

o Frame structure preserved

 10 Gigabit Ethernet

IEEE 802.3 10 Gbps physical layer medium alternatives

o FDX mode only

o Frame structure preserved

o LAN PHY for local network applications

o WAN PHY for wide area interconnection

o High speed, local backbone interconnection between large scale

 Typical Ethernet Deployment

802.11 Wireless LAN

• Wireless data communications

 Wireless communication có nhiều triển vọng

o Dễ triển khai, giá thành thấp

o Có khả năng truy nhập thông tin mạng ở mọi nơi

o Hỗ trợ các thiết bị cá nhân

o Công suất tín hiệu thay đổi theo không gian và thời gian

o Tín hiệu có thể bị truy nhập trái phép

o Phổ tín hiệu bị giới hạn và thường được điều chỉnh

 Ad hoc networks

o Kết hợp tạm thời của một nhóm các máy trạm khi có yêu cầu

 Các trạm cần trao đổi nằm trong phạm vi truy nhập của nhau

 Tại sao CSMA-CD không thể áp dụng cho WLAN?

o Khó phát hiện xung đột trong môi trường vô tuyến

o Transmitted power có khả năng lấn át received power nên không thể huỷ bỏ phiên truyền dẫn khi có xung đột

o Can nhiễu giữa các trạm trong các mạng LAN khác nhau cùng sử dụng CSMA-CD

o Hidden-station problem

 2 trạm muốn trao đổi tin với cùng 1 trạm nằm giữa chúng

 2 trạm ở khoảng cách tương đối xa, không nghe được tín hiệu

 Giải quyết: CSMA-CA (Collision Avoidance)

 CSMA-CA

 IEEE 802.11 Wireless LAN

o US Industrial, Scientific, Medical (ISM) allocation of spectrum

 902-928 MHz, 2,4 – 2,4835 GHz, 5,725 – 5,850 GHz

 HIPER LAN ở châu Âu - mạng WLAN 20 Mbps ở 5 GHz

o Ad hoc & infrastructure networks, MAC cho WLAN tốc độ cao, các tầng vật lý

o Basic Service Set (BSS)

 Group of stations that coordinate their access using a given instance of MAC

 Located in Basic Service Area (BSA)

 Stations in BSS can communicate with each other

o Extended Service Set (ESS)

 Multiple BSS interconnected by Distribution System (DS)

 Each BSS is a cell and stations in BSS communicate with AP

 Infrastructure network

o Permanent access points

 Dịch vụ phân tán (Distribution services)

o Các trạm bên trong BSS có thể trao đổi tin trực tiếp với nhau

o DS cung cấp các dịch vụ

 Truyền MAC SDU giữa các AP trong ESS

 Truyền các MSDU giữa các cổng và BSS trong ES

 Truyền các MSDU giữa các trạm trong cùng BSS

 Dịch vụ cơ bản (Infrastructure services)

o Chọn và tạo liên kết với AP, khi đó có thể truyền/nhận các khung qua AP và DS

o Tạo liên kết mới khi di chuyển giữa các AP

o Hủy liên kết

o Authentication service

o Privacy services

o Nhiệm vụ của lớp con MAC

 Truy nhập kênh

 Địa chỉ hóa cho PDU, định dạng kiểm soát lỗi

 Fragmentation và resemble các MAC PDU

 Distributed Coordination Function (DCF)

o Cung cấp các dịch vụ truy nhập cơ bản

 Asynchronous best-effort data transfer

 Tất cả các trạm đều tranh chấp truy nhập đường truyền

 Các mức ưu tiên trong khoảng IFS

o Các khung với mức ưu tiên cao sẽ đợi short IFS (SIFS)

 ACK, CTS, các khung dữ liệu của MSDU được phân đoạn

o PCF IFS (PIFS) để khởi tạo Contention-Free Periods

o DCF IFS (DIFS) để truyền dữ liệu và MPDU

 Cơ chế tranh chấp và backoff

o Nếu kênh truyền idle sau DIFS, một trạm có thể truyền MPDU đầu tiên

o Nếu kênh truyền busy trước DIFS, một trạm phải thay đổi tbackoff trước khi nghe đường truyền

 tbackoff là số khe thời gian tranh chấp

 Một trạm có thể tham gia tranh chấp đường truyền sau tbackoff

o Một trạm phải xác định tbackoff trước khi bắt đầu một phiên truyền dẫn mới

LLC PDU

Data

LLC Header

PLCP PDU

PLCP Header

CRC

PLCP Preamble

Physical layer convergence procedure Physical medium dependent

MAC layer LLC

 Physical layers

 IEEE 802.11 physical layer options

 Một số mô hình phát triển mạng WLAN

1 Wireless Ethernet Bridge 2 Outdoor Antenna

3 PVC Thinnet Cable 4 Thin Ethernet Network Card

5 BNC T Connector 6 50 Ohm Terminator

 Một số mô hình phát triển mạng WLAN