mạng số liệu - chương 2 LAN (local area network)

Cấu hình Ring vật lý° NIC là một bộ lặp, các tín hiệu của mạng khi đi qua các NIC đều được lặp, trừ khi NIC đó là đích... Các cấu hình mở rộng° Star-wired ring: cấu hình vật lý như một m

MẠNG SỐ LIỆU

CHƯƠNG 2: LAN (Local Area Network)

Chủ đề

° Các yếu tố cơ bản của giao thức LAN

GIỚI THIỆU

° Được thiết kế cho các khu vực địa lý hẹp

(trong toà nhà, trong phòng, trong trường

học ) với phạm vi vài Km trở lại.

° Các LAN được liên kết với nhau bởi MAN

Các yếu tố cơ bản của giao thức LAN

3 thành tố sau:

—Cấu hình mạng (topology): Bus, Ring, Sao (star)

—Môi trường truyền dẫn: cáp song hành, STP,

UTP, đồng trục, cáp quang, vô tuyến tế bào

—Điều khiển truy nhập môi trường: Đa truy nhập cảm ứng sóng mang, thẻ bài, quét thăm dò

— Dễ dàng mở rộng

— Hoạt động ổn định

Cấu hình Ring

ra một vòng liên

tục

tồn tại tại một thời

điểm bất kỳ

được sử dụng để

tăng độ tin cậy của

hệ thống

Cấu hình Ring (vật lý)

° NIC là một bộ lặp, các tín hiệu của mạng khi đi qua các NIC đều được lặp, trừ khi NIC đó là đích.

Cấu hình Sao

kết nối với một

thiết bị trung tâm

gọi là Hub

Các cấu hình mở rộng- Tree

mạng lớn từ các

mạng con

đoạn nhánh không

dẫn đến toàn mạng

Các cấu hình mở rộng

° Star-wired ring: cấu hình vật lý như một mạng hình sao nhưng hoạt động như cấu hình ring

° Star-wired bus : cấu hình vật lý như một mạng hình sao nhưng hoạt động như cấu hình Bus

Kiến trúc Ethernet LAN

° Các LAN theo chuẩn IEEE 802.3 còn được gọi là Ethernet LANs.

° Ethernet LANs có nhiều loại khác nhau(xem bảng sau)

° Hiện nay, hầu hết các Ethernet LANs đều có cấu hình vật lý dạng Star, chỉ có một ít là có cấu hình Bus.

° Tất cả Ethernet LANs đều có cấu hình logic dạng quảng bá (Broadcast) và sử dụng CSMA/CD làm phương thức MAC.

— CSMA/CD : đa truy nhập cảm ứng sóng mang, có phát hiện va chạm (Carrier Sensor Multi Access / Colission Detection)

Các loại Ethernet LAN

LOẠI

MẠNG

TỐC ĐỘ Mbit/s

MÔI TRƯỜNG ĐỘ DÀI

ĐOẠN (m)

10Base5 10 Cáp đồng trục, dày 500

10Base2 10 Cáp đồng trục, mỏng 185

10BaseT 10 Cáp xoắn, UTP hàng trăm met

100BaseTx 100 UTP,STP, cáp quang hàng trăm met 100BaseFx 100 Cáp quang hàng trăm met 100VG-

AnyLAN

100 Cáp xoắn, sử dụng

CSMA/CD hoặc thẻ

bài

hàng trăm met 1000BaseSx 1000 Cáp sợi quang hàng trăm met

Các loại Ethernet LAN thông dụng

Caáu truùc khung Ethernet LAN

Data Source add Length FCS Dest add

Variable 2

6

0000.0C xx.xxxx

Vendor assigned IEEE assigned

MAC Layer - 802.3

Preamble

Ethernet II uses “Type” here and

does not use 802.2.

Preamble SD Destination

Address

Source Address Type Information Pad FCS

Preamble SD Destination

Address

Source Address Length Information Pad FCS

Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks

Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies

Dest SAP Source SAP

Data Source add Length FCS Dest add

Variable 1

Ethernet Evolution

10BASE5 {1983}

các đoạn

° Cáp đồng trục dày (thick)

—Ưu điểm: suy hao thấp, chống tạp âm tốt, độ bền cơ học cao.

—Nhược điểm: cồng kềnh, khó kéo cáp, bộ transceiver

quá đắt.

* Chi phí của loại mạng này cao.

MAU là một thiết bị vật lý gắn vào cáp chính Cable AUI dài tối đa 50m từ MAU tới trạm.

10BASE2 Cheapernet {1985}

các đoạn

NIC)

° Cáp đồng trục mỏng (Thin) (cáp mỏng hơn)

—Ưu điểm: dễ lắp đặt, giảm chi phí phần cứng, sử dụng các bộ nối T  chi phí giảm thấp hơn.

—Nhược điểm: Suy hao lớn, không thể sử dụng quá nhiểu trạm do tín hiệu bị suy hao tại các bộ nối T.

Ethernet Evolution

(b)

transceivers

Figure 6.55

Thick Ethernet Cable

Thin Ethernet Cable

1BASE5 StarLAN {1987}

NIC)

° Dùng hai đôi cáp của UTP

—Advantages: Khi dùng trong các toà nhà do

cáp xoắn khá mềm mại nên có thể đi dây âm tường và sử dụng các hộp nối cáp như dây điện thoại.

Ethernet Evolution

10 BASE T {1990} **Most popular

NIC)

° Dùng hai đôi cáp của UTP

—Advantages: Có thể thêm các nude mạng trong lúc mạng đang hoạt động.Hub đóng vai trò

khuếch đại và khôi phục tín hiệu vào.

Ethernet Evolution

Khái niệm Hub

° Tách riêng cặp cáp phát và thu.

° Repeater trong Hub phát lại các tín hiệu

thu được từ bất kỳ đầu vào nào tới tất cả các đầu ra.

° Bản chất của Hub là việc sử dụng chung

một kênh quảng bá với việc phát hiện va

chạm tại các nude thu.

Physical Layer: Ethernet/802.3

Hosts

Host

10Base2—Thin Ethernet 10Base5—Thick Ethernet

10BaseT—Twisted Pair

Hubs Operate at Physical layer

Physical

• Tất cả các thiết bị có chung miền quảng bá

Hubs: One Collision Domain

more collisions

(a)     



Single collision domain

Twisted Pair Ethernet

hub

Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies

Switched Ethernet

* Ý tưởng cơ bản: cải tiến Hub

° Switch học các vị trí đích bằng cách lưu các cổng

tương ứng với các điạ chỉ nguồn vào một bảng

° Switch không thể phát broadcast tới tất cả các cổng

°  Ưu điểm lớn nhất của Switch so với hub là:

không sảy ra va chạm khi có nhiều hơn một khung được gửi tới

° Va chạm chỉ sảy ra khi có 2 frame đồng thời được

gửi tới một đích

° Tốc độ mỗi đường song song có thể đạt 10Mbit/s.

• Each segment has its own collision domain

Data Link

Switches and Bridges Operate

at Data Link Layer

Switches and Bridges Operate

at Data Link Layer

OR

• Each segment has its

own collision domain

  



Cơ cấu chuyển mạch

tốc độ cao

Figure 6.56

switch

Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies

A simple example of switched Ethernet.

Switched Ethernet

Switched Ethernet Hub

°Trong LAN, một Sever thường phục vụ cho

nhiều nodes, ta có thể sử dụng một

switching hub với một port hoạt động ở

tốc độ cao hơn các port còn lại

 Bộ FIFO phía port hub phải lớn hơn để có thể tương thích với tốc độ.

• Port này có thể hoạt động ở chế độ

full-duplex.

Một số Ethernet LAN quan trọng khác

° Fast Ethernet (e.g 100BaseT and 100BaseFX)

— The IEEE 802.3u chỉ ra loại Fast Ethernet

° Gigabit Ethernet (e.g 1000BaseT, 1000BaseSX, and

1000BaseLX)

— The IEEE 802.3z chỉ ra loại Gigabit Ethernet

° Iso-Ethernet enables Ethernet LANs at different

geographic locations to be connected over ISDN (see Figure 8-14)

— IEEE 802.9a chỉ ra loại Isochronous Ethernet

Iso-Ethernet

Kiến trúc Token Ring

mạng có tố độ 4 mbps and 100 mbps

IEEE 802.5 Token Ring

IEEE 802.5 Token Ring

° Token ring : Các trạm kết nối với nhau bằng các liên kết truyền dẫn theo topology Ring

nguồn tới đích và trở về nguồn

nào nắm giữ được thẻ bài mới được phép phát

thông tin lên mạng.

ThS.Võ rường Sơn

SD Destination

Address

Source Address Information FCS

SD AC ED Token Frame Format

P P P T M R R R

Access

control

PPP Priority; T Token bit

M Monitor bit; RRR Reservation

Frame

control

FF frame type ZZZZZZ control bit

delimiter J K 0 J K 0 0 0 J, K non-data symbols (line code)

IEEE 802.5 Token and data frame structure

Figure 8-15

Hoạt động của Token Ring

— Cách thứ nhất : thay đổi 1 bit (bit T) trong thẻ bài, đưa thẻ bài trờ thành chuỗi bit đầu khung, gắn vào khung để

khung dành cho nó, nó sẽ copy và đưa vào bộ nhớ đệm

° {Thông thường, sẽ bị trễ một bit mỗi khi

khung đi qua một trạm.}

Wiring center A

B

E

Figure 6.58

Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks

Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies

Token Ring Network với star topology

Các phương thức chèn Token

1 Đa token: chèn token sau khi trạm đã hoàn

thành việc phát bit cuối cùng của khung.( Có

nhiều thẻ bài trên mạng)

2 Đơn token: chèn token sau khi đã thu được bit

cuối cùng của token bận và bit cuối cùng của

khung được phát đi (Chỉ có một thẻ bài trên

mạng)

3 Đơn frame: chèn token sau khi bit cuối cùng của

khung đã về đến trạm phát (Chỉ có một khung thông tin trên mạng)

ThS.Võ rường Sơn

t=400, bit cuối vào

vòng, chèn token

t=0, 1frame

Bắt đầu t=400, phát bit cuối cùng t=840â bit đầu trở về t=960, Header trở về, Chèn token

(b) Vòng trễ cao

(a) Vòng trễ thấp hoạt động đơn token

ThS.Võ rường Sơn

tiên trở về t=1240, chèn token vào vòng

(a) Vòng trễ thấp

(b) Vòng trễ cao

Hoạt động đơn khung

IEEE 802.5 Token Ring

sai

° 4Mbps 802.5 token ring: hoạt động đơn khung

° 4 Mbps IBM token ring: hoạt động đơn token

° Cả 802.5 và IBM 16Mbps token rings:

hoạt động đa token.

(priority) trong các khung data và token

Token Ring

° Trường hợp tải thấp – độ trễ sẽ tăng lên do phải chờ token {trung bình: trễ ½ thời gian lan truyền 1 vòng}

° Trường hợp tải cao –Hoạt động tốt hơn Ethernet!!

° The ring must be long enough to hold the complete

token.

° Ưu điểm – truy nhập tốt, không va chạm.

° Nhược điểm – trong vòng đơn nếu một điểm có lỗi thì token không thể đi được.

Kiểm soát môi trường vòng

Các trường hợp có thể sảy ra:

° Mất token (không token đi vòng)

° Duplication of token (Token giả hoặc có lỗi)

Cần có một trạm đóng vai trò giám sát lưu thông trên vòng (active monitor):

- Giám sát các khung thông tin bằng bit M: set bit

m lên 1 nếu m=0; hủy khung nếu m=1

- Kiểm soát sự tồn tại của Token: nếu sau 1

khoảng thời gian nhất định không thấy Token

đến, active monitor đưa ra token mới

Wiring center A

B

E

Figure 6.58

Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks

Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies

Token Ring Network với star topology

Active Monitor

Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

° FDDI sử dụng cấu hình ring với môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang đơn mode hoặc đa mode hoạt

động tại tốc độ 100 Mbps trong phạm vi 200 kms và có thể đạt tới 500 stations.

° Sử dụng vòng kép ngược chiều.

° Cho phép dùng địa chỉ 16 or 48-bit.

° Trong FDDI, token được các trạm nắm giữ và phát đi ngay khi hoàn thành phát các khung thông tin {Hoạt

động đa token} .

ThS.Võ rường Sơn

A

E

D C

B

FDDI – Dual Token Ring

Điều chỉnh vòng trong FDDI

a) Họat động bình thường

b) Cấu hình lại sau khi

tuyến bị lỗi (đứt)

c) Cấu hình lại sau khi

trạm bị lỗi

Hoạt động

FDDI Ring

1 A chờ Token bắt đầu phát khung F1 2 A bắt được Token,

tới C

3 A phát Token, sau

khi phát hết khung F1 4 C bắt đầu copy khung F1

5 C tiếp tục copy F1;

B nhận bắt được Token

và bắt đầu phát F2 cho D

6 B phát Token sau khi phát hết F2, D bắt đầu copy F2, A thu hồi F1

7 A cho F2 và token đi

qua; B thu hồi F2 8 B cho token đi qua;

luồng và cụm, FDDI được thiết kế để có thể phù hợp với cả 2 loại lưu lượng:

—Đồng bộ (thời gian thực): các khung có yêu cầu về độ

trễ rất chặt chẽ (e.g., voice và video)

—Không đồng bộ (không thời gian thực): các khung có thể có độ trễ thoải mái hơn (e.g., data)

luân chuyển Token tới đích - Target Token

Rotation Time) để đảm bảo rằng thời gian luân chuyển Token trên vòng là nhỏ nhất

Mã hoá dữ liệu FDDI

° Không sử dụng differential Manchester bỏi

vì 100 Mbps FDDI sẽ đòi hỏi 200 Mbaud!

° Thay vì mỗi giao tiếp vòng có một đồng hồ nội riêng:

phục nhờ vào các chuyển tiếp từ luồng bit thu được

° Data được mã hoá sử dụng bộ mã 4B/5B.

— Với mỗi 4 bit data được phát đi,một từ mã 5-bit tương ứng được tạo ra bởi bộ mã hoá.

— Có tối đa 2 bit zero liên tục trong mỗi một symbol.

bộ mã hóa

Mbps (80% do mã 4B/5B)

Mã hoá dữ liệu FDDI

FDDI

SD Destination

Address

Source Address Information FCS

ED FC

L = Address length (16 or 48 bits)

FF = LLC/MAC control/reserved frame type

Figure 6.63

Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks

Caáu truùc khung FDDI

More FDDI Details

(bit 1) và không có sóng mang (bit 0)

không có nhiều hơn 3 bit 0 liên tục nhằm duy trì đồng bộ

hướng ngược nhau

sự cố tại vòng thứ nhất hay trạm

So sánh 802.5 và FDDI

° Đồng hồ tập trung

° Các bit ưu tiên và dự trữ

° 3 phương thức hoạt động

trước

đa token

Figure 8-16

cho cả IEEE 802.3 và IEEE 802.5 frames

và routers đặc biệt

thay vì CSMA/CD làm giao thức MAC protocol do đó cho phép truyền tải các khung thời gian thực (real-time) như là voice and video bằng cách cho các khung này ưu tiên hơn khung data

Figure 8-20

ATM LANs

° ATM (asynchronous transfer mode-Phương thức truyền dẫn không đồng bộ) là 1 kiến trúc mạng chuyển mạch sử dụng các tấ bào 53-octet (cell) để truyền số liệu.

° Hai lớp liên kết dữ liệu được định nghĩa:

— ATM adaptation layer (AAL)

— ATM

° Cấu hình vật lý của ATM là stars

° ATM NICs with 25 speeds of 25, 100, or 155 mbps are

available for workstations

° Ethernet và token ring LANs có thể giao tiếp với một mạng backbone ATM qua các switch gateway/access ATM (xem hình tranh sau)

Figure 8-21

Wireless LAN Architectures

° Các chuẩn IEEE 802.11x là quan trọng nhất đối với wireless LAN (WLAN) (see Table 8-6)

° WLANs là phương tiện lớp vật lý đặc thù dạng cấu hình sao.

— Các Nodes liên kết tớiHub không dây được gọi là access points

° CSMA/CA là giao thức MAC cho họ IEEE 802.11 LANs

° IEEE 802.11 sử dụng FHSS (frequency hopping spread

spectrum), DSSS (direct sequence spread spectrum), và truyền dẫn hồng ngọai.

— User có thể thực hiện “roaming”

° Giấy chứng nhận WiFi (Wireless Fidelity – độ tin cậy) được sử dụng nhằm làm tăng khả năng liên kết giữa các sản phẩm

WLAN.

° Chuẩn WISPR (Wireless ISP Roaming) được thiết kế để cho phép các user chuyển vùng giữa các WLAN truy nhập công cộng.

Các chuẩn LAN không dây quan trọng

•Có một số tiêu chí cần quan tâm khi lựa chọn kiến trúc LAN

Lựa chọn kiến trúc LAN

Lựa chọn kiến trúc LAN

° Các tiêu chí đặc biệt quan tâm bao gồm:

— Chi phí ban đầu và chi phí định kỳ

— Tổng chi phí (TCO)

— Số lượng user có thể hoạt động đồng thời.

— Tốc độ truyền dẫn và mức độ thông suốt dữ liệu

— Sự hỗ trợ từ nhà sản xuất

— Khả năng điều khiển

— Khả năng mở rộng, nâng cấp

— Tính bảo mật

— Tính phù hợp với các chuẩn phổ biến.

IEEE LAN Standards & Committees

Technical Advisory Group