Mạng và các thiết bị mạng Ethernet

Mạng và các thiết bị mạng Ethernet

CHƯƠNG IV: ETHERNET

I Giới thiệu - Lịch sử

II Các Mạng và thiết bị mạng Ethernet III Các thiết bị mạng và liên mạng

IV Mạng WAN

I Lịch sử Ethernet

• 1972

– Thí nghiệm về hệ thống đầu tiên được thực hiện tại Xerox PARC (Palo Alto Research Center )

– Hệ thống mạng truyền 2,94Mbps dựa trên Ethernet

• 1979: Xây dựng chuẩn Ethernet II, tốc độ 10Mbps

• 1981:

– Chuẩn IEEE 802.3 được chính thức được sử dụng

– Digital Equipment, Intel, và Xerox cùng phát triển và đưa ra phiên bản Ethernet Version 2.0, Ethernet II => chuẩn q tế

• 1995: được IEEE chuẩn hóa thành Fast Ethernet

I Lịch sử Ethernet

• Ngày nay, khái niệm Ethernet thường được sử dụng để chỉ một mạng LAN CSMA/CD, phù hợp với tiêu chuẩn 802.3, đặc điểm:

– Hoạt động ở mức liên kết dữ liệu– Theo nguyên tắc CSMA/CD cảm biến sóng mang có phát hiện đụng độ

• Thành phần chính:

– Phần cứng mạng: Các thiết bị nối mạng – Giao thức điều khiển truy xuất đường truyền– Khung Ethernet: Đơn vị dữ liệu truyền trên mạng

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Kiểm soát việc truyền và nhận khung trên mạng:

• Phát:

- Trạm phát lắng nghe tín hiêu trên cáp bằng cách cảm biến sóng

mang, nếu đường cáp rảnh, nó sẽ phát dữ liệu

- Tiếp tục kiểm tra tín hiệu phát từ các trạm khác: Nếu không có thì tiếp tục phát đến hết dữ liệu và chuyển sang trạng thái lắng nghe Nếu có đụng độ thì phát tín hiệu (Jamming) thông báo cho các trạm khác => dừng phát trong 1 khoảng thời gian, hết đụng độ, phát tiếp

• Nhận: các trạm đều nhận được khung dữ liệu như nhau

- Kiểm tra kích thước khung phải lớn hơn kích thước tối thiểu

(64byte)

- K.tra địa chỉ của trạm khớp với địa chỉ đích trên khung

- Mã CRC (cyclic redundancy check) trong khung hợp lệ

- Sau khi kiểm tra các điều kiện, dữ liệu của khung sẽ được

chuyển cho chương trình ứng dụng ở mức trên

Cấu trúc khung (Frame)

Dest

Address

Source Address

Data FCS

Preamble 64bit Đồng bộ Giúp xác định nơi bắt đầu khung

Dest.Address 48bit Địa chỉ vật lý máy sẽ nhận khung dữ liệu

Src.Address 48bit Địa chỉ vật lý máy phát khung dữ liệu

Type 16bit Xác định loại dữ liệu sử dụng ở giao thức trên Data Dữ liệu từ giao thức mức trên.Tối đa1500byte

Các loại địa chỉ khung Ethernet

- Địa chỉ Unicast: được dùng khi 1 trạm muốn truyền khung đến trạm khác trên mạng (1-1) Khi đó vùng địa chỉ nguồn và đích là địa chỉ của các trạm

- Địa chỉ Broadcast: dùng khi 1 trạm muốn truyền

khung đến tất cả các trạm khác trên mạng (1-n) Khi

Địa chỉ Broadcast

Các loại lỗi trên khung Ethernet

 Runts: Kích thước khung < 64bytes, khung sẽ bị hủy Ng.nhân: thường do đụng độ, nhiễu hoặc dây t.xúc kém

 Bad CRC: xảy ra khi khung ở máy thu không giống

với khung phát đi ở máy phát CRC cũng khác nhau

 Long: Kích thước khung nhận được: 1518->6000byte Ng.nhân: phần cứng, phần mềm mạng trên trạm phát có

vấn đề

 Giant: kích thước khung nhận được > 6000 byte

Ng.nhân: phần cứng, phần mềm mạng trên trạm phát có vấn đề.

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Bảng các mạng Ethernet

Tên gọi Tên gọi của lớp con

MAC

Khoảng cách tối đa Loại cáp

10Base5 802.3 500m 50-Ohm thick coaxial cable

10Base2 802.3 185 m 50-Ohm thin coaxial cable

10BaseT 802.3 100 m Category 3, 4, or 5 UTP

10BaseFL 802.3 2000 m Fiber

100BaseTx 802.3u 100 m Category 5 UTP

100BaseT4 802.3u 100 m Category 3 UTP

100BaseT2 802.3u 100 m Category 3, 4, or 5 UTP

100BaseFx 802.3u 400/2000 m Multimode fiber

100BaseFx 802.3u 10,000m Single-mode fiber

1000BaseSx 802.3z 220-550m Multimode fiber

II Các mạng và thiết bị Ethernet

• Gigabit Ethernet

– 1000Base-CX– 1000Base-LX– 1000Base-SX

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

1 Mạng10Base-5-Thick Ethernet (Thicknet)

 Thông số kỹ thuật:

Cáp Đồng trục cứng (10mm)

Tốc độ truyền tối đa 10Mbps

Chiều dài tối đa 1 segment 500 m

K.Cách tối thiểu giữa 2 trạm 2,5m

Cấu hình lớn nhât 2500 m (5 đoạn, 4 repeater)

Số trạm làm việc tối đa 1000 (200 trạm/segment)x 5 seg

Chiều dài cáp tối đa 50m, sử dụng đầu nối DB-15.

 Tranceiver:Thiết bị chuyển đổi từ đầu DB-15 của cáp AUI sang trục cáp chính Kiểm tra tín hiệu CSMA/CD.

 Tranceiver Tap: đầu kim loại trên Tranceiver cho phép gắn Tranceiver vào trục cáp chính

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Cáp đồng trục

cứng RG-8

1 Mạng 10Base-5-Thicknet (tt)

1 Mạng 10Base-5-Thicknet (tt)

2 Mạng 10Base-2 -Thin Ethernet (Thinnet)

 Thông số kỹ thuật:

Cáp Đồng trục mềm (5mm)

Tốc độ truyền tối đa 10Mbps

Chiều dài tối đa 1 segment 185 m

K.Cách tối thiểu giữa 2 trạm 0,5m

Cấu hình lớn nhât 925 m (5 đoạn, 4 repeater)

Số trạm làm việc tối đa 150 (30 trạm/segment)x 5 seg

2 Mạng 10Base-2-Thinnet (tt)

Thiết bị kết nối:

 Cáp đồng trục mềm lõi nhiều sợi hoặc 1 lõi

 Card mạng: giao tiếp giữa máy tính và cáp mạng.

Chuyển đổi từ đầu DB-15 của cáp AUI sang trục cáp chính Kiểm tra tín hiệu CSMA/CD.

 BNC: Đầu nối cáp dạng BNC

 BNC-T: Nối giữa card mạng và cáp nối có dạng chữ T.

 Terminator: Điện trở kết thúc nối vào đầu BNC-T của 2 card mạng cuối cùng

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Cáp đồng trục mềm lõi nhiều sợi 58A/U) hoặc 1 lõi (RG-58/U)

(RG-2 Mạng 10Base-2-Thinnet (tt)

Đầu nối BNC

2 Mạng 10Base-2-Thinnet (tt)

Đầu nối BNC-T

Terminator

 Thông số kỹ thuật:

Cáp Xoắn không có vỏ bọc (UTP)

Tốc độ truyền tối đa 10Mbps

Chiều dài tối đa 1 segment 100 m

Số Hub kết nối 4

3 Mạng 10Base-T: Twisted-Pair Ethernet

• Thiết bị kết nối:

- Cáp xoắn UTP 3 (4 cặp dây xoắn)

- Đầu nối RJ-45: kết nối cáp với card mạng và cáp với Hub

- Hub (Bộ tập trung): khi 1 trạm phát 1 gói tin đến Hub, Hub

sẽ chuyển gói tin đến tất cả các cổng khác.

Cáp UTP: Unshielded Twisted Pair

3 Mạng 10Base-T (tt)

Hub:

- Một trạm phát 1 gói tin đến Hub, nó sẽ chuyển gói tin đến tất

cả các cổng khác

- Có thể mở rộng mạng hình sao bằng cách ghép nhiều Hub

để tăng số cổng giao tiếp với máy trạm.

- Cáp nối giữa các Hub được nối thông qua cổng Uplink

`

`

`

Hub

Qui tắc nối cáp UTP:

- Nối thẳng: Straitght-through

- PC-Hub

- Hub-Hub qua cổng uplink

- trạm/server/ router với switch hoặc hub

- Nối chéo: Cross-over

UTP Straight-through Cable

UTP Straight-through Cable

Host or Router Hub or Switch

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

UTP Cross-over Cable

UTP Cross-over Cable

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

UTP Rollover Cable

UTP Rollover Cable

Rollover cable

Console port

Com1 or Com2 serial port

Máy tính với phần mềm terminal được cài sẵn (VD: hyper terminal)

Mô hình mạng Ethernet 10Base-T

- Cùng dạng khung dữ liệu giống Ethernet 10Mbps

- Tốc độ nhanh hơn 10Base-T nhờ Switch (thay cho Hub)

- Hoạt động: 1 trạm phát 1 khung, Switch sẽ chuyển đến đúng port

(đúng địa chỉ đích trên khung) => cùng 1 lúc có thể có nhiều trạm phát

mà không gây ra đụng độ (khác với Hub)

- Các tiêu chuẩn của Fast Ethernet là:

- 100Base-TX: gồm 100Base-T, 100Base-4T

4 Fast Ethernet

Ưu điểm:

- Tương thích với Ethernet nên dễ tích hợp vào LAN 10Mbps

- Phát triển dựa trên Ethernet 10Mbps => ko cần đầu tư thêm cho thiết bị

- Có thể truyền dữ liệu âm thanh, hình ảnh, video với tốc độ cao gấp 10 lần Ethernet => đáp ứng nhiều yêu cầu đa dạng của LAN

- Dễ nâng cấp và tích hợp với Ethernet 10Mbps nhờ các bộ

chuyển mạch tự động nhận

4 Fast Ethernet: 100Base-TX

 Thông số kỹ thuật:

Tốc độ truyền tối đa 100MbpsChiều dài tối đa 1 segment 100 m

K.Cách tối đa giữa trạm -Hub/Switch 100m

K.Cách tối đa giữa Hub-Switch 225m

Mô hình mạng Ethernet: 100Base-TX

Figure 2

4 Fast Ethernet: 100Base-FX

 Thông số kỹ thuật:

Tốc độ truyền tối đa 100Mbps

Chiều dài tối đa 1 seg – full duplex

Chiều dài tối đa 1 seg – half duplex

2000m412mK.Cách tối đa giữa trạm -Hub/Switch 412m

K.Cách tối đa giữa các Repeater 20km(m.mode),10km(sm)

5 Gigabit Ethernet (GbE)

5 Gigabit Ethernet (GbE): 1000Base-CX

• Được xây dựng dựa trên chuẩn 802.3z

5 Gigabit Ethernet (GbE): 1000Base-LX

• Được xây dựng dựa trên chuẩn 802.3z

• Sử dụng cáp quang đa mode hoặc đơn mode

• Tín hiệu truyền trên cáp là tín hiệu laser, λ=1300nm (dài)

• Chế độ truyền song công trên cáp quang 2 lõi

• Chiều dài segment tối đa phụ thuộc vào chất lượng cápLoại cáp Chiều dài Segment

5 Gigabit Ethernet (GbE): 1000Base-SX

• Được xây dựng dựa trên chuẩn 802.3z

• Sử dụng cáp quang đa mode

• Tín hiệu truyền trên cáp là tín hiệu laser, λ=850nm (ngắn)

• Chế độ truyền song công trên cáp quang 2 lõi

• Chiều dài segment tối đa phụ thuộc vào chất lượng cáp

Loại cáp Chiều dài Segment

Cáp Quang

Fiber Optic Cabling

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Cáp Quang

Các mạng Ethernet: 1000Base-SX-LX(fiber)

III Các thiết bị mạng và liên mạng

1 Repeater

yếu đi

chất lượng đường truyền Do không phân biệt được tín

hiệu mà nó phải xử lý là gì, có thể là một khung dữ liệu

hỏng hay thậm chí cả tín hiệu nhiễu

vì nó không biết lắng nghe tín hiệu trên đường truyền trước khi tín hiệu đó được truyền đi tiếp

• Hub lặp lại bất kỳ tín hiệu nào nhận được từ một cổng bất kỳ

và gửi tín hiệu đó đến tất cả các cổng còn lại

• Hub thông thường có từ 4 đến 24 cổng giao tiếp, thường sử dụng trong những mạng Ethernet 10BaseT

• Hub làm việc tại tầng tầng Vật lý trong mô hình OSI

• Hub 2 loại chính:

– Passive Hub

– và Active Hub.

– Intelligent Hub

tử và nguồn cung cấp điện.

- Active Hub : Cấu tạo có các linh kiện điện tử và nguồn cung cấp điện riêng trên nó Do đó tín hiệu sẽ được khuyếch đại và làm sạch trước khi gửi đến các cổng giao tiếp khác Trong các loại Active Hub có 1 loại được gọi là Intelligent Hub

- Intelligent Hub được cấu tạo thêm bộ vi xử lý và bộ nhớ cho phép người quản trị có thể điều khiển mọi hoạt động của hệ thống mạng từ xa, ngoài ra còn có chức năng chuyển tín hiệu đến đúng cổng cần chuyển, và chức năng định tuyến đường truyền

GV: Từ Thanh

Trí

2 Hub

Mô hình ứng dụng của Hub.

3 Bridge

• dùng để nối những cấu trúc liên kết mạng giống nhau hoặc khác

nhau, hay để phân chia mạng thành những phân đoạn mạng nhằm giảm lưu thông trên mạng.

• hoạt động ở tầng 2-tầng Data Link trong mô hình OSI.

• Có 2 loại Bridge: Bridge vận chuyển và Bridge biên dịch.

• Kiểm soát lưu thông mạng tại điểm giao nhau giữa hai phân

đoạn mạng Điều này làm giảm cơ hội phát sinh lỗi trong 1 phân đoạn, tránh ảnh huởng đến các phân đoạn khác.

• Chuyển traffic một cách thông minh (hơn hub)

– Giảm thiểu những traffic không cần thiết

– Giảm collision (xung đột)

– Lọc (Filters) traffic dựa theo địa chỉ MAC

• Lưu trữ một bảng địa chỉ MAC

• Hiện nay ít được sử dụng

– Tương tự như công nghệ chuyển mạch (switching)

 Bridge vận chuyển: sử dụng để nối 2 mạng cục bộ sử dụng cùng giao thức truyền thông ở tầng Data Link Không có khả năng thay đổi cấu trúc gói tin mà chỉ xem xét địa chỉ nhận và gửi rồi chuyến gói đó đến đích cần chuyển

 Bidge biên dịch: nối 2 mạng cục bộ sử dụng 2 công nghệ

mạng khác nhau Ví dụ Ethernet và Token Ring

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Hoạt động của Bridge

• Khi tiếp nhận những gói dữ liệu, Bridge sẽ lọc những gói dữ liệu đó và chỉ chuyển những gói cần thiết Điều này thực hiện được nhờ vào việc Bridge lưu bảng địa chỉ MAC của các máy trạm ở mỗi đầu kết nối, khi nhận được gói dữ liệu nó phân tích và xác nhận được địa chỉ nơi gửi, nơi nhận của gói đó Dựa trên bảng địa chỉ phía nhận nó sẽ quyết định

có gửi gói đó đi hay không

• Nếu địa chỉ nơi gửi chưa có trong bảng địa chỉ MAC của Bridge, nó sẽ lưu địa chỉ đó vào trong bảng MAC.

• Nếu địa chỉ nơi nhận mà có trong danh sách bảng địa chỉ MAC ở đầu nhận thì nó cho là địa chỉ ở phần mạng phía gửi nên nó không chuyển, nếu khác nó sẽ chuyển gói dữ liệu sang phần mạng bên kia

Hoạt động của Bridge : Lọc (Filter)

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

3 Bridge

Bridge phần mềm: dùng một máy tính kết nối mạng và cấu hình cho máy tính đó hoạt động với chức năng như một Bridge

4 Switch

 Switch kết nối các đoạn mạng LAN

 Switch là sự kết hợp hài hòa về kỹ thuật giữa Bridge và Hub Cơ chế hoạt động của Switch rất giống Hub.

 Switch sẽ cố gắng theo dõi những địa chỉ MAC được gán trên mỗi cổng giao tiếp của nó và định ra đường đi chỉ giành cho một địa chỉ nào đó đã định trước đến chính xác một cổng nào đó mà nó cho là thích hợp, giải quyết tình trạng giảm băng thông khi thông lượng mạng tăng lên.

 hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình OSI

 Switch được xem như la Bridge nhiều cổng và coi như không có collision domain (vùng xung đột)

 Sử dụng bảng MAC để quyết định Frame sẽ được chuyển tới đoạn mạng nào.

 Switch thường được thay thế hub và vẫn sử dụng hệ thống cáp mạng cũ.

 Tốc độ cao hơn Bridge

 Hỗ trợ rất nhiều tính năng mới, đặc biệt là VLAN

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Hoạt động của Switch

Hoạt động của Switch : Bảng MAC

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

Hoạt động của Switch (tiếp )

• Mỗi cổng của Switch hoạt động như một Bridge nhỏ

• Có nhiều đường dẫn cho Frame trong một Switch, Frame có thể

Các điểm mạnh của LAN Switching

• Cho phép nhiều người sử dụng trao đổi thông tin đồng thời

• Không có xung đột, sử dụng tối đa băng thông

• Chạy nhanh hơn Bridge rất nhiều vì thực hiện chuyển mạch bằng phần cứng, Bridge hoạt động chủ yếu bằng phần mềm

• Tiết kiệm khi nâng cấp hệ thống

– Chỉ cần thay thế hub cũ bằng switch, và vẫn sử dụng được hệ thống cáp mạng cũ

• hỗ trợ nhiều công nghệ mới (ví dụ mạng LAN ảo)

Mô hình chia VLAN

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

5 Router - Bộ định tuyến

công nghệ #) vào trong cùng một mạng tương tác.

ra/vào

vận chuyển dữ liệu với mức độ thông minh cao: xác định đường đi ngắn nhất cho việc gửi dữ liệu.

của Bridge và Switch),̀ vì Router có thể xác định đường đi tốt nhất cho dữ liệu đi từ điểm bắt đầu đến đích của nó Cũng giống như Bridge, Router có khả năng lọc nhiễu tuy nhiên nó làm việc chậm hơn Bridge vì nó thông minh hơn do phải phân tích mỗi gói dữ liệu qua nó Giá thành của Router cao

6 Brouter

• là một ý tưởng tài tình vì nó là sự kết hợp các tính

năng tốt nhất của Bridge và Router Được dùng để kết nối những phân đoạn mạng khác nhau và cũng chỉ định tuyến cho 1 giao thức cụ thể nào đó

• Bridge làm việc tại tầng Data Link ,Router làm việc

tại tầng Network của mô hình OSI.

• Đầu tiên Brouter kiểm tra những gói dữ liệu đi vào,

xác định xem giao thức của gói đó có thể định

tuyến hay không

• Nếu Router xác định gói dữ liệu đó có thể định

tuyến nó sẽ dựa vào bảng định tuyến để định ra

đường đi cho gói đó, ngược lại nó sẽ dựa vào

7 Gateway

• Là thiết bị trung gian dùng để nối kết những mạng khác

nhau cả về kiến trúc lẫn môi trường mạng Gateway được hiểu như cổng ra vào chính của một mạng LAN kết nối với mạng khác bên ngoài

• Có thể đó là thiết bị phần cứng chuyên dụng nhưng thường

là một server cung cấp kết nối cho các máy mà nó quản lý

đi ra bên ngoài giao tiếp với một mạng khác

• thiết bị mạng phức tạp nhất vì nó xử lý thông tin ở tất cả

các tầng trong mô hình OSI nhưng thường thì ở tầng

7-Application vì ở đó nó chuyển đổi dữ liệu và đóng gói lại

cho phù hợp với những yêu cầu của địa chỉ đích đến

=>Gateway chậm hơn những thiết bị kết nối mạng khác và tốn kém hơn

• Gateway kiểm soát tất cả các luồng dữ liệu đi ra và vào

mạng bên trong nhằm ngăn chặn những kết nối bất hợp

pháp, cho phép người quản trị chia sẻ một số dịch vụ trên

nó (như chia sẻ internet)

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí

7 Gateway

Mô hình ứng dụng của Gateway.

8 Modem

o chuyển đổi dữ liệu định dạng số -> dạng tương tự cho một quá trình

truyền từ môi trường tín hiệu số qua môi trường tín hiệu tương tự và sau

đó trở môi trường tín hiệu số ở phía nhận cuối cùng

o Tên gọi Modem: MOdulator/DEModulator –Bộ điều biến/Bộ giải điều biến.

o Việc giao tiếp của Modem với PC có hai loại: Internal và External

o Loại Internal: giao tiếp với máy tính bằng các khe cắm mở rộng trên Bo mạch chính của máy tính như khe ISA, PCI Trong khi đó loại External giao tiếp với máy tính bằng các cổng như COM, USB Cả 2 loại đều hỗ trợ tốc độ truy cập lên đến 56Kb/s.

o Phương tiện truyền dẫn của Modem: cáp điện thoại, dùng đầu RJ-11 để giao tiếp.

o Dùng để kết nối Internet bằng kết nối Dial-up-dịch vụ quay số thông qua mạng điện thoại công cộng.

o Kết nối các mạng LAN ở những khu vực địa lý khác nhau => một mạng WAN.

o Hỗ trợ công tác quản trị từ xa bằng dịch vụ RAS-Remote Access Service (Dịch vụ truy cập từ xa) , giúp cho nhà quản trị mạng quản lý dễ dàng hệ thống mạng của mình từ xa.

o Chi phí cho việc sử dụng Modem là rất thấp, xong hiệu quả rất lớn

ĐHSPK

T

GV: Từ Thanh

Trí