Nghiên cứu khả thi giao tiếp mạng cục bộ cho modem ADSL

Ðường dây thuê bao này vẫn có thể được tiếp tục sử dụng cho các cuộc gọi đi hoặc nghe điện thoại cùng một thời điểm thông qua thiết bị gọi là "Splitters" có chức năng tách thoại và dữ li

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Giáo sư Tiến sĩ Đặng Lương Mô

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Thạc sĩ Tống Văn On

Cán bộ chấm nhận xét 1 : Phó Giáo sư Tiến sĩ Lê Tiến Thường

Cán bộ chấm nhận xét 2 : Tiến sĩ Hoàng Đình Chiến

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 14 tháng 7 năm 2006

Tp HCM, ngày tháng năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Tấn Minh Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20 /1/ 1979 Nơi sinh: Đà Nẵng Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử MSHV:01404336

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU KHẢ THI GIAO TIẾP MẠNG CỤC BỘ CHO MODEM ADSL

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu giao tiếp mạng cục bộ cho modem ADSL

- Thực hiện các module trên phần cứng và FPGA

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2006 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Gs Ts Đặng Lương Mô Ths Tống Văn On

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CN BỘ MÔN

QL CHUYÊN NGÀNH

Gs Ts Đặng Lương Mô Ths Tống Văn On

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm 2006

TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Giáo sư Tiến Sĩ Đặng Lương Mô đã tận tình hướng dẫn, định hướng cho em thực hiện hoàn thành luận án này

Em xin chân thành cảm ơn Thạc Sĩ Tống Văn On đã hết lòng chỉ dẫn, xây dựng

ý tưởng để thực hiện thành công các module trong luận án này

Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Duy Sơn đã tận tình giúp đỡ các kỹ năng lập trình VHDL và hỗ trợ thực hiện phần cứng trong luận án này

Con cảm ơn cha mẹ đã nuôi con khôn lớn, chỉ bảo và động viên con trong những lúc khó khăn trong công việc, học hành cũng như trong cuộc sống

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo đã giảng dạy cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình em học tập ở trường

Em xin chân thành cảm ơn phòng quản lý đào tạo sau đại học đã giúp em hoàn thành khóa học

ABSTRACT

Internet has become more demanding as the online resources grow without limits as the time goes on Over the past few years, the use of Broadband ADSL technology has increased dramatically allows people to communicate and exchange information in a matter of seconds The ADSL have been reseached and approved to many variations as ADSL, ADSLv2,… However, no matter how the standards have changed, they also need to connect to the end user’s PC on local area network The Implementation a real LAN interface module of modem ADSL is an interrest idea to apply the theory to life

The whole purpose of this thesis is to discuss these basic theories of protocol, design and implementation a local area network interface on a modem ADSL and some related protocol in advance Then this module can be intergrated with ADSL DMT Modulation module to become a complete modem As far as the design and implementation is concerned, the scope of this thesis does not involve the full capability of commercal modem ADSL This thesis concentrates on the FPGA design

of protocols to communicate witch PCs on network

This thesis uses the FPGA Spartan3 Starter Kit as a platform to provide a emulation of protocols and controler modules Theses protocols implemente the encapsulation and communicate with other PCs on local area network through the Ethernet daughterboard interface provided The modem is interconnected to the Internet Service Provider base

on ATM protocol

A Bridge protocol is implemented as a bridge between Ethernet stack and ATM stack The essensial rule is whole the Ethernet frame is encapsulated in Payload field of AAL5 frame, which is a ATM adaptation layer of ATM layer and vice vesa

Because of the shortage of time and the large amount of work need to be done, the module of ATM Assemble can not be implemented in this thesis

Internet đang ngày càng trở thành nhu cầu không thể thiếu được trong thời đại thông tin chúng ta Trong vài năm vừa qua, việc truy nhập mạng băng rộng qua công nghệ ADSL đã phát triển mạnh mẽ giúp mọi người trao đổi thông tin vô cùng nhanh chóng

và tiện lợi Nhiều công nghệ truy cập xDSL khác nhau đã được nghiên cứu và phát triển trong nhiều năm qua như ADSL, ADSLv2,… Tuy nhiên mỗi thiết bị ứng dụng công nghệ xDSL đều cần phải giao tiếp với mạng LAN cho việc trao đổi thông tin với các máy tính sử dụng dịch vụ Thực thi phần cứng giao tiếp mạng LAN cho modem ADSL là một ý tưởng thú vị trong việc ứng dụng cơ sở lý thuyết vào thực tế

Yêu cầu của đề tài là nghiên cứu tính khả thi, thiết kế và thực hiện phần giao tiếp mạng cục bộ của modem ADSL, cùng với các giao thức liên quan để có thể tích hợp với khối điều chế DMT trở thành một modem ADSL hoàn chỉnh Tuy nhiên, đề tài chỉ là nghiên cứu khả khi, không có ý xây dựng một modem ADSL đầy đủ tính năng như trong thương mại Đề tài tập trung thực hiện trên phần cứng FPGA để giao tiếp với mạng LAN

Đề tài sử dụng Kit FPGA Spartan3 để thực hiện phần cứng cho các module điều khiển

và giao thức cho modem ADSL

Ngoài ra, đề tài còn thực hiện một board giao tiếp Ethernet hoạt động ở tốc độ 10/100Mbps giao tiếp với Kit FPGA qua các cổng mở rộng Các giao thức thực hiện việc đóng gói và điều khiển giao tiếp phần cứng với mạng cục bộ thông qua board giao tiếp Ethernet này Modem ADSL giao tiếp đến nhà khai thác dịch vụ được thực hiện qua giao thức ATM

Một cầu nối được thực hiện để kết nối giữa chồng giao thức Ethernet và ATM Nguyên tắc là khung Ethernet được đóng gói vào phần dữ liệu của khung AAL5, là lớp đệm tương thích với lớp ATM

Do thời gian tương đối ngắn và khối lượng công việc rất lớn của đề tài nên phần module ghép Cell ATM chưa được thực hiện trong đề tài này

PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1 ADSL, MODEM ADSL VÀ MÔ HÌNH CUNG CẤP DỊCH VỤ 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ ADSL 1

1.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VỚI ADSL 2

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ADSL 4

1.4 KẾT NỐI MẠNG 7

1.5 CẤU TRÚC CỦA MODEM ADSL 8

CHƯƠNG 2 BỘ GIAO THỨC TCP/IP VÀ MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI 10

2.1 MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI 10

2.2 MÔ HÌNH TCP/IP 13

2.3 NGUYÊN TẮC TRUYỀN THÔNG GIỮA 2 MÁY TÍNH TRÊN 2 MẠNG VẬT LÝ KHÁC NHAU 14

CHƯƠNG 3 LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG CỤC BỘ (LAN) 15

3.1 MÔ TẢ TỔNG QUÁT: 15

3.2 CÁC CHÂN TÍN HIỆU: 16

3.3 BẢNG MÔ TẢ CHỨC NĂNG CÁC CHÂN MF 19

3.4 CÁC GIAO THỨC HỖ TRỢ 20

3.5 THIẾT LẬP CẤU HÌNH HOẠT ĐỘNG CHO LXT 970: 24

CHƯƠNG 4 LỚP TRUY XUẤT MẠNG TRONG MẠNG CỤC BỘ - ETHERNET VÀ MẠNG DIỆN RỘNG - ATM 26

4.1 MẠNG ETHERNET: 26

4.2 MẠNG IEEE 802: 29

4.3 MẠNG ATM: 31

CHƯƠNG 5 GIAO THỨC PHÂN GIẢI ĐỊA CHỈ TRONG MẠNG 35

5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 35

5.2 NGHI THỨC ARP 35

5.3 DẠNG THÔNG ĐIỆP CỦA ARP 36

CHƯƠNG 6 GIAO THỨC ĐÓNG GÓI ĐA GIAO THỨC 38

6.1 GIƠI THIỆU 38

6.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GHÉP KÊNH 38

6.3 ĐỊNH DẠNG KHUNG AAL5 38

6.4 ĐÓNG GÓI LLC 39

6.4.1 Đóng gói LLC cho các giao thức định tuyến 40

6.4.2 Đóng gói LLC cho các giao thức bắc cầu 42

6.5 GHÉP KÊNH DỰA TRÊN VC 42

6.6 BẮC CẦU TRONG MẠNG ATM 43

CHƯƠNG 7 NGÔN NGỮ MÔ TẢ PHẦN CỨNG MẠCH 44

PHẦN II THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ 61

8.1 CƠ SỞ THỰC HIỆN 61

8.2.1 BOARD GIAO TIẾP MẠNG CỤC BỘ 67

8.2.2 CÁC MODULE GIAO THỨC 68

8.2.3 KHỐI NHẬN FRAME ETHERNET (ETHERNET RECEIVER) 69

8.2.4 KHỐI PHÁT FRAME ETHERNET (ETHERNET SENDER) 72

8.2.5 MODULE TÍNH CRC32 75

8.2.6 KHỐI FIFO 76

8.2.7 KHỐI GIAO THỨC ARP RECEIVER 78

8.2.8 KHỐI GIAO THỨC ARP SENDER 81

8.2.9 KHỐI BRIDGE OUTBOUND 84

8.2.10 KHỐI BRIDGE INBOUND 87

8.2.11 KHỐI PHÂN ĐOẠN CELL ATM 90

8.2.12 KHỐI QUẢN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN MODEM ADSL 93

8.2.13 KHỐI UART 95

8.3 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN LUỒNG DỮ LIỆU CHO MODEM ADSL 97

8.3.1 Hướng luồng dữ liệu đi lên (upstream) 97

8.3.2 Hướng luồng dữ liệu đi xuống (downstream) 98

PHẦN III KẾT QUẢ THỰC HIỆN CHƯƠNG 9 KẾT QUẢ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG VÀ CÁC GIAO THỨC TRÊN FPGA 100 9.1 PHẦN CỨNG BOARD GIAO TIẾP ETHERNET 100

9.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN CÁC KHỐI GIAO THỨC TRÊN FPGA 102

9.3 KHỐI FIFO 105

9.4 KHỐI ETHERNET RECEIVER VÀ ETHERNET SENDER 106

9.5 KHỐI ARP RECEIVER VÀ ARP SENDER 110

9.6 KHỐI UART RECEIVER VÀ UART SENDER 117

9.7 KHỐI BRIDGEOUT 118

9.8 KHỐI BRIDGEINBOUND 122

9.9 KHỐI PHÂN ĐOẠN ATM 125

9.10 KHỐI QUẢN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN MODEM ADSL 128

9.10.1 Module Manager trên FPGA 128

9.10.2 Giao diện chương trình Quản lý và điều khiển trên máy tính 128

KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN THAM KHẢO HÌNH VẼ Hình 1.1 So sánh các phương thức truy nhập 1

Hình 1.2 Mô hình kết nối 1

Hình 1.5 Các thành phần của ADSL 4

Hình 1.7 Các thành phần ADSL phía ISP 5

Hình 1.11 Giao thức ATM trong kết nối ADSL 7

Hình 1.12 Giao thức PPP trong kết nối ADSL 8

Hình 1.13 Cácgiao thức trong kết nối ADSL 8

Hình 2.1 Mô hình OSI 7 lớp 10

Hình 2.2 Mô hình 4 lớp của TCP/IP 13

Hình 3.1Sơ đồ khối tổng quát của LXT970 15

Hình 3.2 Sơ đồ chân của LXT 970 16

Hình 3.3 Sơ đồ mạch kết nối cụ thể của LXT970 24

Hình 3.4 Giản đồ định thì ở chế độ nhận dữ liệu 25

Hình 3.5 Giản đồ định thì ở chế độ phát dữ liệu 25

Hình 4.1 Cấu trúc khung dữ liệu của Ethernet 27

Hình 4.2 Cấu trúc khung địa chỉ Ethernet 28

Hình 4.3 Sự tương ứng giữa IEEE 802 và mô hình OSI 7 lớp 29

Hình 4.4 Cấu trúc đơn đơn vị dữ liệu LLC 30

Hình 4.5 Cấu trúc khung của IEEE 802.3 31

Hình 4.6 Cấu trúc ATM cell 32

Hình 4.7 Chồng giao thức ATM 33

Hình 5.1 Định dạng thông điệp ARP 36

Hình 6.1 Định dạng khung AAL5 39

Hình 6.3 Định dạng trường tải cho các Routed ISO PDU 40

Hình 6.5 Định dạng trường tải cho các Routed non-ISO PDU 41

Hình 6.6 Định dạng trường tải cho các Routed IP PDU 41

Hình 6.7 Định dạng cho PDU 802.3 bắc cầu 42

Hình 6.8 Định dạng Payload của các PDU Ethernet/802.3 bắc cầu 43

Hình 8.1 Mô hình kết nối cụ thể tại đầu cuối thuê bao ADSL 61

Hình 8.2 Kết nối trong mạng LAN 62

Hình 8.3 Giao thức PPPoE 64

Hình 8.4 Giao thức ARP 65

Hình 8.5 Các module giao thức 68

Hình 8.6 Sơ đồ khối Ethernet Receiver 69

Hình 8.7 FSM module Ethernet Receiver 71

Hình 8.8 Sơ đồ khối Ethernet Sender 72

Hình 8.9 FSM module Ethernet Sender 74

Hình 8.10 Giải thuật tính CRC32 75

Hình 8.11 Giải thuật FIFO 77

Hình 8.12 Sơ đồ khối ARP Receiver 78

Hình 8.13 FSM module ARP Receiver 80

Hình 8.14 Sơ đồ khối ARP Sender 81

Hình 8.15 FSM module ARP Sender 83

Hình 8.16 Sơ đồ khối Bridge Out 84

Hình 8.17 FSM module Bridge Out 86

Hình 8.18 Sơ đồ khối Bridge In 87

Hình 8.19 FSM module Bridge In 89

Hình 8.23 FSM module Manager 94

Hình 8.24 FSM module UART 96

Hình 8.25 Hướng luồng dữ liệu upstream 97

Hình 8.26 Hướng luồng dữ liệu downstream 98

Hình 9.1 Board giao tiếp Ethernet 100

Hình 9.2 Mô hình kết nối 100

Hình 9.3 Mô hình thực tế 101

Hình 9.4 Mô hình kết nối 102

Hình 9.5 Phần mềm Ethereal 103

Hình 9.6 Phần mềm Pakage Generator 103

Hình 9.7 Sơ đồ khối các module 104

Hình 9.8 Kết quả mô phỏng module FIFO 105

Hình 9.9 Sơ đồ khối thực hiện module thu phát Ethernet 106

Hình 9.10 Các bản tin gởi/ nhận qua module thu phát Ethernet 107

Hình 9.11 Kết quả Chipscope module thu phát Ethernet 107

Hình 9.12 Sơ đồ khối thực hiện module thu phát ARP 110

Hình 9.13 Các bản tin ARP khởi tạo từ PC 112

Hình 9.14Các bản tin ARP khởi tạo từ modem ADSL 113

Hình 9.15 Kết quả chipscope trên module ARP 114

Hình 9.16 Sơ đồ khối thực hiện module UART 117

Hình 9.17 Kết quả chipscope trên module UART 117

Hình 9.18 Sơ đồ khối thực hiện module Bridge Out 118

Hình 9.19 Kết quả mô phỏng dùng ModelSim trên module Bridge Out 119

Hình 9.20 Kết quả Chipscope trên module Bridge Out 120

Hình 9.21 Sơ đồ khối thực hiện module Bridge In 122

Hình 9.22 Kết quả mô phỏng module Bridge Inbound 123

Hình 9.23 Sơ đồ khối thực hiện module Phân đoạn ATM 125

Hình 9.24 Kết quả mô phỏng Model Sim cho module Phân đoạn ATM 126

Hình 9.25 Giao diện chương trình quản lý modem ADSL 128

BẢNG Bảng 3.1 Các chức năng của các chân MF 19

Bảng 3.2 Chức năng các bit của các thanh ghi 22

Bảng 3.3 Chức năng các bit của các thanh ghi 23

PHẦN I :

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1 ADSL, MODEM ADSL VÀ MÔ HÌNH CUNG CẤP

DỊCH VỤ 1.1 TỔNG QUAN VỀ ADSL

Định nghĩa ADSL

Hiểu một cách đơn giản nhất, ADSL là sự thay thế với tốc độ cao cho thiết bị Modem hoặc ISDN giúp truy nhập Internet với tốc độ cao và nhanh hơn Các biểu đồ sau chỉ ra các tốc độ cao nhất có thể đạt được giữa các dịch vụ cung cấp

Hình 1.1 So sánh các phương thức truy nhập

Hình 1.2 Mô hình kết nối

ADSL viết tắt của Asymmetric Digital Subscriber Line-đó là đường thuê bao số không đối xứng, kỹ thuật truyền được sử dụng trên đường dây từ Modem của thuê bao tới Nhà cung cấp dịch vụ

Asymmetric: Tốc độ truyền không giống nhau ở hai chiều Tốc độ của chiều xuống (từ

mạng tới thuê bao) có thể nhanh gấp hơn 10 lần so với tốc độ của chiều lên (từ thuê bao tới mạng) Ðiều này phù hợp một cách tuyệt vời cho việc khai thác dịch vụ Internet khi mà chỉ cần nhấn chuột (tương ứng với lưu lượng nhỏ thông tin mà thuê bao gửi đi)

là có thể nhận được một lưu lượng lớn dữ liệu tải về từ Internet

Digital: Các Modem ADSL hoạt động ở mức bít (0 & 1) và dùng để chuyển thông tin

số hoá giữa các thiết bị số như các máy tính PC Chính ở khía cạnh này thì ADSL không có gì khác với các Modem thông thường

Subscriber Line: ADSL tự nó chỉ hoạt động trên đường dây thuê bao bình thường nối

tới tổng đài nội hạt Ðường dây thuê bao này vẫn có thể được tiếp tục sử dụng cho các cuộc gọi đi hoặc nghe điện thoại cùng một thời điểm thông qua thiết bị gọi là

"Splitters" có chức năng tách thoại và dữ liệu trên đường dây

Truy nhập mạng qua ADSL

ADSL xác lập cách thức dữ liệu được truyền giữa thuê bao (nhà riêng hoặc công sở) và tổng đài thoại nội hạt trên chính đường dây điện thoại bình thường Chúng ta vẫn thường gọi các đường dây này là local loop

Hình 1.3 đường dây thuê bao local loop

Thực chất của ứng dụng ADSL không phải ở việc truyền dữ liệu đi/đến tổng đài điện thoại nội hạt mà là tạo ra khả năng truy nhập Internet với tốc độ cao Như vậy, vấn đề nằm ở việc xác lập kết nối dữ liệu tới Nhà cung cấp dịch vụ Internet

Mặc dù chúng ta cho rằng ADSL được sử dụng để truyền dữ liệu bằng các giao thức Internet, nhưng trên thực tế việc thực hiện điều đó như thế nào lại không phải là đặc trưng kỹ thuật của ADSL

Hiện nay, phần lớn người ta ứng dụng ADSL cho truy nhập Internet tốc độ cao và sử dụng các dịch vụ trên Internet một cách nhanh hơn

1.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VỚI ADSL

Cơ chế hoạt động ADSL

ADSL tìm cách khai thác phần băng thông tương tự còn chưa được sử dụng trên đường dây nối từ thuê bao tới tổng đài nội hạt Ðường dây này được thiết kế để chuyển tải dải phổ tần số (frequency spectrum) chiếm bởi cuộc thoại bình thường Tuy nhiên, nó cũng

có thể chuyển tải các tần số cao hơn dải phổ tương đối hạn chế dành cho thoại Ðó là dải phổ mà ADSL sử dụng

Hình 1.4 Thoại cơ bản sử dụng dải tần số từ 300Hz tới 3,400Hz

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét, thoại và dữ liệu ADSL chia xẻ cùng một đường dây thuê bao ra sao Trên thực tế, các Splitter được sử dụng để đảm bảo dữ liệu và thoại không xâm phạm lẫn nhau trên đường truyền

Các tần số mà mạch vòng có thể chuyển tải, hay nói cách khác là khối lượng dữ liệu có thể chuyển tải sẽ phụ thuộc vào các nhân tố sau:

Khoảng cách từ tổng đài nội hạt

Kiểu và độ dầy đường dây

Kiểu và số lượng các mối nối trên đường dây

Mật độ các đường dây chuyển tải ADSL, ISDN và các tín hiệu phi thoại khác Mật độ các đường dây chuyển tải tín hiệu radio

Ưu điểm của ADSL

ADSL: So sánh với PSTN & ISDN

Vậy sự khác nhau cố hữu giữa ADSL với Modem quay số truyền thống và ISDN là như thế nào?

PSTN và ISDN là các công nghệ quay số (Dial-up)

ADSL là 'liên tục/always-on" kết nối trực tiếp

PSTN và ISDN cho phép chúng ta sử dụng Fax, dữ liệu, thoại, dữ liệu tới

Internet, dữ liệu tới các thiết bị khác

ADSL chỉ chuyển tải dữ liệu tới Internet

PSTN và ISDN cho phép chúng ta tuỳ chọn ISP nào mà ta muốn kết nối

ADSL kết nối chúng ta tới một ISP định trước

ISDN chạy ở tốc độ cơ sở 64kbps hoặc 128kbps

ADSL có thể tải dữ liệu về với tốc độ tới 8Mbps

PSTN ngắt truy nhập tới Internet khi chúng ta thực hiện cuộc gọi

ADSL cho phép vừa sử dụng Internet trong khi vẫn có thể thực hiện cuộc gọi đồng thời

Kết nối Internet qua đường PSTN và ISDN bằng phương thức quay số có tính cước nội hạt

ADSL không tính cước nội hạt

Trên thực tế, tốc độ Download tiêu biểu đối với dịch vụ ADSL gia đình

thường đạt tới (up to) 400kbps

Dùng bao nhiêu, trả bấy nhiêu Cấu trúc cước theo lưu lượng sử dụng (Hoặc theo thời gian sử dụng)

Không hạn chế số người sử dụng khi chia sẻ kết nối Internet trong

Hoạt động của modem ADSL

ADSL hoạt động bằng cách vận hành cùng lúc nhiều Modem, trong đó mỗi Modem sử dụng phần băng thông riêng có thể

Hình 1.6 Dải tần sử dụng cho ADSL

Sơ đồ trên đây chỉ mô phỏng một cách tương đối, nhưng qua đó ta có thể nhận thấy ADSL sử dụng rất nhiều Modem riêng lẻ hoạt động song song để khai thác băng thông tối đa và cung cấp một tốc độ rất cao

Mỗi đường kẻ sọc đen ở trên thể hiện một Modem và chúng hoạt động tại các tần số hoàn toàn khác nhau Trên thực tế có thể tới 255 Modem hoạt động trên một đường ADSL Ðiểm đặc biệt ở chỗ ADSL sử dụng dải tần số từ 26kHz tới 1.1MHz trong 10MHz của băng thông thoại Tất cả 255 Modems này được vận hành chỉ trên một con chíp đơn

Lượng dữ liệu mà mỗi Modem có thể truyền tải phụ thuộc vào các đặc điểm của đường dây tại tần số mà Modem đó chiếm Một số Modem có thể không làm việc một chút nào vì sự gây nhiễu từ nguồn tín hiệu bên ngoài chẳng hạn như bởi một đường dây (local loop) khác hoặc nguồn phát vô tuyến nào đó Các Modem ở tần số cao hơn thông thường lại truyền tải được ít dữ liệu hơn bởi lý ở tần số càng cao thì sự suy hao càng lớn, đặc biệt là trên một khoảng cách dài

Các thành phần ADSL từ phía nhà cung cấp dịch vụ

Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu xem các ISP thực hiện cung cấp ADSL như thế nào

Hình 1.7 Các thành phần ADSL phía ISP

Như chỉ ra trong khối vàng ở trên, phạm vi Nhà cung cấp dịch vụ gồm có ba thành phần quan trọng

DSLAM - DSL Access Multiplexer

BAS - Broadband Access Server

ISP - Internet Service Provider

DSLAM

Một thiết bị DSLAM có thể tập hợp nhiều kết nối thuê bao ADSL - có thể nhiều tới hàng trăm thuê bao - và tụ lại trên một kết nối cáp quang Sợi cáp quang này thường được nối tới thiết bị gọi là BAS - Broadband Access Server, nhưng nó cũng có thể không nối trực tiếp tới BAS vì BAS có thể được đặt tại bất cứ đâu

Hình 1.8 DSLAM

DSLAM là thiết bị đặt ở phía tổng đài, là điểm cuối của kết nối ADSL Nó chứa vô số các Modem ADSL bố trí về một phía hướng tới các mạch vòng và phía kia là kết nối cáp quang

BAS

Hình 1.9 BRAS

Broadband Access Server (BAS) là thiết bị đặt giữa DSLAM và POP của ISP Một thiết bị BAS có thể phục vụ cho nhiều DSLAM

Các giao thức truyền thông được đóng gói để truyền dữ liệu thông qua kết nối ADSL,

vì vậy mục đích của BAS là mở gói để hoàn trả lại các giao thức đó trước khi đi vào Internet Nó cũng đảm bảo cho kết nối của bạn tới ISP được chính xác giống như khi bạn sử dụng Modem quay số hoặc ISDN

Như chú giải ở trên, ADSL không chỉ rõ các giao thức được sử dụng để tạo thành kết nối tới Internet Phương pháp mà PC và Modem sử dụng bắt buộc phải giống như BAS

sử dụng để cho kết nối thực hiện được

Thông thường ADSL sử dụng hai giao thức chính là :

PPPoE - PPP over Ethernet Protocol

PPPoA - Point to Point Protocol over ATM

là giống nhau với các kiểu truy nhập quay số qua PSTN, ISDN và ADSL

Các giao thức được sử dụng giữa Modem và BAS

Khi quay số PSTN/ISDN để truy nhập vào Internet, chúng ta sử dụng giao thức gọi là PPP để vận chuyển dữ liệu TCP/IP và kiểm tra cũng như xác thực tên và mật khẩu người truy nhập

Trong ADSL, PPP cũng thường được sử dụng để kiểm tra tên và mật khẩu truy nhập,

và ATM thì luôn được sử dụng ở mức thấp nhất Kết nối điển hình như dưới đây :

Hình 1.10 Chồng giao thức được sử dụng Vai trò của ATM

Hình 1.11 Giao thức ATM trong kết nối ADSL ATM - Asynchronous Transfer Mode - được sử dụng như là công cụ chuyển tải cho

ADSL ở mức thấp Lý do vì đó là cách thuận tiện và mềm dẻo đối với các công ty thoại

muốn kéo dài khoảng cách kết nối từ DSLAM tới BAS giúp họ có thể đặt BAS ở bất

cứ đâu trên mạng

Các tham số thiết lập cấu hình ATM

Có hai tham số cần phải thiết lập cấu hình một cách chính xác trên Modem ADSL để đảm bảo kết nối thành công tại mức ATM với DSLAM:

VPI - the Virtual Path Identifier

VCI - the Virtual Channel Identifier

1.5 CẤU TRÚC CỦA MODEM ADSL

Hình 1.12 Giao thức PPP trong kết nối ADSL Vai trò của PPP

PPP là giao thức dùng để vận chuyển lưu lượng Internet tới ISP dọc theo các kết nối Modem và ISDN PPP kết hợp chặt chẽ các yếu tố xác thực - kiểm tra tên/mật khẩu -

và đó là lý do chính mà người ta dùng PPP với ADSL

Mặc dù BAS thực thi giao thức PPP và tiến hành việc xác thực, nhưng thực ra việc đó được thực hiện bằng cách truy nhập vào các cơ sở dữ liệu khách hàng đặt tại ISP Bằng cách đó, ISP biết được rằng các kết nối do BAS định tuyến tới - đã được xác thực thông qua giao dịch với cơ sở dữ liệu riêng của ISP

Modem ADSL trên thực tế

Các loại modem ADSL thông minh và thụ động

Modem ADSL thông minh bản thân nó đã tích hợp sẵn các giao thức truyền thông cần thiết (Như thiết bị Modem ADSL Router hoặc Modem được sử dụng kết nối qua cổng Card Ethernet 10/100Mb) nên chỉ việc lựa chọn và khai báo VPI/VCI cho Modem

Hình 1.13 Cácgiao thức trong kết nối ADSL

Còn Modem ADSL thụ động thì phải hoạt động dựa trên hệ điều hành của máy tính để cung cấp các giao thức cần thiết Các loại Modem này bắt buộc phải cài đặt phần mềm điều khiển Modem và thiết lập các giao thức PPP, VPI/VCI Việc cấu hình như vậy phức tạp và đòi hỏi thời gian nhiều hơn

Chỉ có Windows 98SE, Windows ME và Windows 2000/XP là có cài sẵn cơ chế thực thi ATM, vì thế người ta ít sử dụng các Modem thụ động trên thực tế Mặc dù các Modem thông minh có hỗ trợ các giao thức cần thiết nhưng chúng vẫn có thể được dùng cho các hệ điều hành nói trên

Các Modem thụ động có thể nối với PC thông qua giao diện USB, hoặc có thể được sản xuất dưới dạng PCI Card để cắm thẳng trên bảng mạch chủ của PC

Lưu ý là việc khai thác giao thức ATM không có nghĩa là cần phải có Card mạng ATM cho PC - đó chỉ là cơ chế hỗ trợ bằng phần mềm trong hệ điều hành

CHƯƠNG 2 BỘ GIAO THỨC TCP/IP VÀ MÔ HÌNH THAM CHIẾU

OSI

Hầu hết các dịch vụ mạng chạy trên các máy tính cá nhân của chúng ta hiện tại đều thông qua chồng giao thức TCP/IP Một ví dụ, khi chúng ta truy cập một trang web, máy tính thực hiện việc truyền thông với nhà cung cấp dịch vụ ISP qua giao thức TCP port 80, hoặc khi ta sử dụng dịch vụ FPT để tải về một file dữ liệu, dịch vụ đó cũng chạy trên nền giao thức TCP port 23 và 25 TCP/IP là bộ giao thức truyền thông chính được sử dụng trong mạng Internet ngày nay

2.1 MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI

tả các thông số của môi trường vật lí như: mức 0 ứng với bao nhiêu Volt, mức 1 ứng với bao nhiêu Volt, chu kì bit, …

2.1.2 Lớp liên kết dữ liệu:

Lớp liên kết dữ liệu, còn gọi là lớp giao tiếp phần cứng( Hardware Interface ), cung cấp dịch vụ gửi nhận frame giữa các máy trong một mạng nội bộ ( Frame là đơn vị truyền thông cơ bản của lớp này)

Lớp liên kết dữ liệu phải cung cấp một phương thức định vị địa chỉ của mạng nội bộ cụ thể đó nhằm cho phép thông tin đến đúng địa chỉ cần gửi, đồng thời lớp liên kết dữ liệu

cũng phải chuyển đổi hình thức định dạng của dữ liệu ở lớp trên sang chuỗi bit để lớp vật lí có thể chuyển đi

2.1.3 Lớp mạng:

Đa số các mạng máy tính( Internetwork) đều được phân thành các mạng con nhỏ hơn( single, local network ) nhằm giảm bớt lưu lượng thông tin trên mạng Để thông tin đến được các mạng con thông qua Internetwork thì mỗi mạng con phải có một địa chỉ mạng riêng biệt trong Internetwork đó

Lớp mạng có nhiệm vụ chèn thêm địa chỉ mạng nguồn và đích vào dữ liệu từ lớp trên chuyển xuống để tạo thành các dữ liệu ( data packet) Các gói dữ liệu này sẽ đựoc các

bộ định tuyến ( routers ) phân tới các mạng con cụ thể

Lớp mạng còn có thể thống kê xem có bao nhiêu gói, kí tự hay bit được gởi để tính giá cước

2.1.4 Lớp vận chuyển:

Hầu hết các máy tính đều có thể thực hiện nhiều chương trình cùng một lúc một lúc như chuyển tập tin đến máy tính khác, nhận E-mail, truy cập cơ sở dữ liệu trên mạng,… Nói cách khác, có nhiều tiến trình khác nhau cùng diễn ra trên máy tính Lớp vận chuyển sẽ có nhiệm vụ chuyển dữ liệu một cách chính xác từ một tiến trình nào đó

từ một máy tính tới một tiến trình tương ứng trên một máy tính khác

Mỗi gói dữ liệu nhận được từ lớp Session( lớp trên của lớp vận chuyển ) sẽ được gán cho một điểm truy cập dịch vụ SAP (Service Access Point ) nhằm cung cấp thông tin

về tiến trình phát dữ liệu đi Khi gói dữ liệu này đến máy tính ở đầu kia kết nối, thông tin trên SAP sẽ cho biết chính xác tiến trình nào cần và được phép nhận gói dữ liệu này

Một nhiệm vụ khác của lớp vận chuyển là phân dữ liệu thành những fragment được gán số thứ tự cho phù hợp với giới hạn về kích cỡ của các frame của các mạng vật lí cụ thể ( mỗi mạng vật lí cụ thể đều có một kích thước khung dữ liệu tối đa có thể truyền

đi, ví dụ như mạng Ethernet có giới hạn vùng dữ liệu là 1500 bytes) Ơ đầu thu, lớp vận chuyển sẽ tổng hợp các frament lại dựa trên số thứ tự của các fragment (sequence number ) để phục hồi lại nguyên bản dữ liệu ban đầu

Lớp vận chuyển cung cấp hai dạng phân phát dữ liệu cơ bản:

Phân phát tin cậy ( Reliable delivery ): Khi dùng cách này lỗi ít xảy ra, được phát hiện và sửa sai nếu có thể Các thông điệp được phát và nhận lại theo thứ

tự

Phân phát không tin cậy ( Unreliable delivery ): không có kiểm tra lỗi, phân phát không theo thứ tự nên thường được dùng trong các mạng có xác xuất lỗi nhỏ

2.1.5 Lớp phiên truyền thông:

Lớp này cho phép người dùng trên các máy khác nhau thiết lập một phiên truyền thông với nhau Mỗi phiên truyền thông gồm có 3 bước: thiết lập kết nối, truyền dữ liệu và giải phóng kết nối Có 3 hình thức liên lạc giữa hai máy: đơn công( chỉ liên lạc một chiều), bán song công( liên lạc hai chiều nhưng tại một thời điểm chỉ có một bên được truyền thông tin đi), và song công (liên lạc hai chiều cùng lúc)

Lớp phiên truyền thông cũng cho phép chèn các điểm kiểm tra( checkpoint) vào dòng

dữ liệu Nếu liên lạc bị lỗi thì bên truyền chỉ việc truyền lại thông tin kể từ điểm kiểm tra

2.1.6 Lớp trình bày:

Lớp trình bày có nhiệm vụ thể hiện dữ liệu lên lớp ứng dụng Lớp này quan tâm cấu trúc ngữ pháp và ngữ nghĩa của thông tin được truyền thông Trong trường hai hệ thống dùng hai loại mã hoá khác nhau thì lớp này có nhiệm vụ chuyển đổi loại mã hoá này sang loại mã hoá mà hệ thống của nó đang sử dụng, hoặc chuyển đổi mã của cả hai

hệ thống sang một mã chuẩn trung gian trước khi truyền, chẳng hạn như ASN.1 ( Abstract Syntax Representation, Revision 1 )

2.1.7 Lớp ứng dụng:

Lớp ứng dụng cung cấp nhiều dịch vụ ứng dụng cần thiết trên mạng cho người dùng Các ứng dụng cụ thể như :

Truyền e-mail: Cho phép truyền và nhận thư điện tử

Truy nhập tập tin từ xa(FTP): Cung cấp khả năng cho những chương trình trong máy có thể truy nhập vào các tập tin của một máy khác ở xa

Thực thi công việc từ xa(Telnet): Cung cấp khả năng cho những chương trình trong máy có thể khởi động và điều khiển các tiến trình xảy ra trên một máy khác ở xa

Quản lí mạng ( SNMP): Những giao thức quản lí mạng cho phép nhiều ứng

dụng truy cập vào thông tin quản lí mạng

2.2 MÔ HÌNH TCP/IP

TCP/IP là họ nghi thức truyền thông phổ biến nhất đang được sử dụng cho mạng Internet, do đó khi nói đến giao thức truyền thông trên mạng Internet ta gần như chỉ quan tâm đến bộ giao thức TCP/IP, cũng chính vì vậy mà giao thức TCP/IP còn được gọi là giao thức Internet Mô hình cấu trúc giao thức của TCP/IP gồm có 4 lớp: lớp truy xuất mạng, lớp liên mạng, lớp vận chuyển và lớp ứng dụng Từ hình 1.2 ta có thể xét

sự tương quan giữa các lớp trong mô hình TCP/IP với các lớp trong mô hình mẫu OSI :

Hình 2.2 Mô hình 4 lớp của TCP/IP

2.2.1 Chức năng lớp truy xuất mạng: ( Network Access Layer )

Đây là lớp thấp nhất, chịu trách nhiệm nhận dữ liệu dưới dạng các frame và truyền chúng đến các mạng khác Ta có chia lớp này thành hai phần: phần cứng vật lí ( hardware) và giao tiếp mạng ( Network Interface ) Giao tiếp mạng thường là các chương trình điều khiển phần cứng

2.2.2 Chức năng lớp liên mạng:

Lớp liên mạng điều khiển thông tin liên lạc giữa các máy với nhau Nó lấy dữ liệu từ lớp vận chuyển, đóng gói trong một IP datagram, điền vào header của datagram, dùng giải thuật tìm đường để quyết gửi trực tiếp hay gián tiếp và chuyển datagram xuống lớp truy xuất mạng để truyền

Lớp liên mạng cũng điều khiển các gói dữ liệu đến máy của nó, xem chúng có hợp lệ hay không và dùng giải thuật tìm đường để quyết định nên xử lí gói dữ liệu đó hay chuyển chúng đến máy khác

Lớp liên mạng gửi các thông báo lỗi và thông báo điều khiển cần thiết thông qua giao thức ICMP ( Internet Control Message Protocol) Cũng chính lớp này đảm nhận tất cả thông báo ICMP chuyển đến

2.2.3 Chức năng lớp vận chuyển:

Nhiệm vụ quan trọng nhất của lớp vận chuyển là liên lạc end-to-end giữa các chương trình ứng dụng với nhau Lớp này có thể: điều hoà thông tin liên lạc giữa hai máy; sắp xếp việc gởi và nhận tín hiệu xác nhận ACK và nó sẽ truyền lại những gói thông tin bị mất; chia chuỗi dữ liệu thành những gói nhỏ, gán địa chỉ đích rồi chuyển đến lớp bên dưới để truyền

Phần mềm lớp vận chuyển thêm một số thông tin vào mỗi gói dữ liệu, bao gồm các mã

số giúp xác định chương trình ứng dụng nào đã gửi nó và chương trình ứng dụng nào

sẽ nhận nó, cùng với một mã kiểm tra checksum

2.2.4 Chức năng lớp ứng dụng:

Lớp ứng dụng bao gồm các chương trình ứng dụng truy nhập vào các dịch vụ sẵn có trên mạng Internet Một chương trình ứng dụng tương tác với các giao thức của lớp vận chuyển để gửi và nhận dữ liệu Mỗi chương trình sẽ chọn kiểu truyền thích hợp để truyền đi từng thông điệp riêng biệt hoặc một chuỗi liên tục các byte dữ liệu Chương trình ứng dụng sẽ chuyển dữ liệu trong một dạng thức cần thiết sang lớp vận chuyển để truyền đi

2.3 NGUYÊN TẮC TRUYỀN THÔNG GIỮA 2 MÁY TÍNH TRÊN 2 MẠNG VẬT LÝ KHÁC NHAU

Khi hai host nằm trên hai mạng khác nhau, dữ liệu phải thông qua các gateway để chúng phân phối theo một lộ trình thích hợp bằng thuật toán phân tuyến của chúng Giả

sử host A và host B nằm trên hai mạng vật lí khác nhau, host A muốn truyền dữ liệu cho host B Khung dữ liệu (frame) xuất phát từ host A đến gateway G, sau đó gateway

G sẽ dùng thuật toán phân tuyến để chuyển các frame đến host B Khung dữ liệu đến gateway G chính là khung được gởi từ A, nhưng khung dữ liệu này có thể giống hoặc khác với từ G gửi qua host B, tùy thuộc vào hai mạng vật lí của host A và host B có giống nhau hay không

CHƯƠNG 3 LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG CỤC BỘ (LAN)

IC LỚP VẬT LÝ LXT970A

Modem ADSL trong đề án sử dụng IC LXT970A để thực hiện giao tiếp vật lý trên

mạng cục bộ (LAN) đến các máy tính trong mạng ở tốc độ bit 10 Mbps chuẩn 10BaseT IC LXT970A thực hiện các quá trình mã hóa/giải mã tín hiệu đường truyền, chuyển dữ liệu từ song song sang nối tiếp phát lên đường truyền và ngược lại, lắng nghe và phát hiện các xung đột trên đường truyền

3.1 MÔ TẢ TỔNG QUÁT:

IC thu phát Fast Ethernet LXT970 hỗ trợ những ứng dụng Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 ở cả hai tốc độ 10 và 100Mbps Nó cung cấp phương tiện giao tiếp độc lập 802.3 cho cả 10BASE-T và 100BASE-TX LXT970 hỗ trợ hoạt động song công ở cả 10 và 100Mbps

LXT970 được sản xuất với công nghệ CMOS và hoạt động với nguồn 5V

LXT được dùng trong những ứng dụng sau:

Card mạng 10BASE-T/100BASE-TX

Switch 10/100, Repeaters 10/100

Sơ đồ khối của LXT970:

Hình 3.1Sơ đồ khối tổng quát của LXT970

3.2 CÁC CHÂN TÍN HIỆU:

Hình 3.2 Sơ đồ chân của LXT 970

3.2.1 Cấp nguồn:

Chân 19 (VCCT ) và 22 (GNDT ) : +5V nguồn cho phần phát

Chân 37 (VCCR) và 31 ( GNDR ) : +5V nnguồn cho phần nhận

Chân 24 ( VCCA) và 26 ( GNDA) : +5V nguồn cho analog

Chân 9 ( VCCD) và 43 (GNDD) : +5V nguồn cho phần số

Chân 53(VCCIO) và 52 (GNDIO) : +5V nguồn cho phần MII

3.2.2 Giao tiếp dữ liệu:

- Chân 59-63 ( TXD 0-4) : phát dữ liệu MAC lái dữ liệu tới LXT970 trên các chân

này các tín hiệu này phải đồng bộ với TX_CLK

- Chân 58 ( TX_EN) : cho phép phát MAC sẽ tích cực tín hiệu này khi nó lái dữ

liệu trên các chân vào TXD Tín hiệu này phải được đồng bộ với TX_CLK

- Chân 57 ( TX_CLK) : Xung clock phát 25MHz cho 100Mbps, 2.5Mhz khi hoạt

động ở 10Mbps

- Chân 46-50 ( RXD4-0) : nhận dữ liệu LXT970 sẽ lái dữ liệu nhận được trên các

chân ra này, đồng bộ với RX_CLK

- Chân 51(RX_DV) : nhận được dữ liệu giá trị LXT970 tích cực chân này khi lái dữ

liệu có giá trị trên RXD Chân ra này đồng bộ với RX_CLK

- Chân 54 (RX_CLK) xung clock nhận 25Mhz nếu hoạt ở 100Mbps 2.5Mhz nếu hoạt

động ở 10Mbps

- Chân 15( MDDIS): Quản lí việc vô hiệu hoá Khi MDDIS ở mức cao, MDIO sẽ bị

cấm ở trạng thái chỉ đọc và các chân điều khiển MF<4:0>, CFG<1:0> và FDE cung cấp các điều khiển cho các bit trên thanh ghi tương ứng Khi MDDIS ở mức thấp lúc tắt nguồn hay Reset, các chân điều khiển MF<4:0>, CFG<0:1> và FDE ở các giá trị ban đầu hay mặc định đối với các bit tương ứng Sau khi tắt mở nguồn hay reset hoàn tất, bit điều khiển trở lại với kênh nối tiếp MDIO

-Chân 45( MDC): Quản lí xung clock của dữ liệu Xung clock cho MDIO kênh dữ

liệu nối tiếp Tần số tối đa là 2.5Mhz

-Chân 2 (FDS/MDINT)-( Cực thu hở ): Trạng thái song công đầy đủ khi bit 17.1 =

0 ( mặc định), chân này xác định trạng thái song công đầy đủ

3.2.3 Giao tiếp tín hiệu trên cặp dây xoắn:

- Chân 21(TPOP) – 23( TPON) : Đầu ra của cặp dây xoắn, dương và âm Dùng phát

cho cả 100BASE-TX hoặc 10BASE-T

- Chân 29(TPIP) – 30(TPIN) : đầu vào của cặp dây, dương và âm Dùng cho cả

100BASE_TX hoặc 10BASE_T

-Chân 12(XI)-11(XO): Đầu vào và ra của tinh thể dao động Một mạch dao động

25MHz nối vào hai chân này

-Chân 25(RBIAS): Điều khiển phân cực Điều khiển mạch phân cực thông qua điện

trở 22K

-Chân 16(RESET): Reset

-Chân 34(PWRDWN): Nguồn thấp

-Chân 10 (TEST): Test Luôn giữ ở mức thấp

-Chân MF0-MF4: Đa chức năng Mỗi chân có hai chế độ thiết lập độc lập được thiết

lập bởi 4 mức điện áp cung cấp Ơ chế độ thiết lập thứ nhất, xác định địa chỉ PHY trên bus MDIO và ở chế độ thứ hai xác định cấu hình của LXT970

Các chân MF ảnh hưởng trực tiếp tới các bit trên thanh ghi MDIO Anh hưởng gián tiếp bởi MDDIS Khi MDDIS ở mức cao, các chân này tác động lên thanh ghi MDIO Khi MDDIS ở mức thấp, chúng sẽ thiết lập các giá trị mặc định

-Chân 8(MF0): Cho phép tự sắp xếp và tác động trực tiếp đến bit 0.12 của thanh ghi MDIO

Khi giá trị điện áp vào là VMF1 hay VMF4, A/N bị vô hiệu hoá và bit 0.12 = 0

Khi giá trị điện áp vào là VMF2 hay VMF3, A/N bị vô hiệu hoá và bit 0.12 = 0

-Chân 7 (MF1): Chọn Mode Lặp và tác động trực tiếp tới bit 19.13

Khi giá trị điện áp vào là VMF1 hay VMF4, Mode DTE bị vô hiệu hoá và bit 19.13 = 0

Khi giá trị điện áp vào là VMF1 hay VMF4, Mode Lặp bị vô hiệu hoá và bit 19.13 = 1

-Chân 6( MF2): Trong Mode TX, chọn 4B Nibble hoặc 5B Symbol và tác động trực tiếp đến bit 19.4 đến thanh ghi MDIO

Khi giá trị vào là VMF1 hay VMF4, 4B nibble được chọn và 19.4 = 0

Khi giá trị vào là VMF1 hay VMF4, 5B Symble được chọn và 19.4 = 1

-Chân 5 ( MF3 ): Trong Mode TX, cho phép hoặc bỏ qua hoạt động Scramble và tác động trực tiếp đến bit 19.3 của thanh ghi MDIO

Khi giá trị vào là VMF1 hay VMF4, Scramble được cho phép và bit 19.3 = 0 Khi giá trị vào là VMF2 hay VMF3, Scramble bị vô hiệu và bit 19.3 = 1

Trong Mode, LXT970 tự động bỏ qua Scramble

-Chân 4(MF4): khi A/N được chọn MF4 tốc độ hoạt động và kết hợp với CFG1

Khi A/N bị vô hiệu hoá Chân này sẽ lựa chọn giao tiếp TX hay FX Khi giao tiếp FX được chọn, LXT970 sẽ tự động vô hiệu hoá scramble

Khi giá trị vào là VMF1 hay VMF4 , TX được cho phép và 19.2 = 0

Khi giá trị vào là VMF2 hay VMF3 , TX được cho phép và 19.2 = 1

-Chân 13(FDE ): cho phép song công đầy đủ

Khi A/N được chọn, FDE xác định trạng thái trạng thái song công đầy đủ kết hợp với MF4 và CFG1

Khi A/N bị vô hiệu FDE ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động song công đầy đủ

và giá trị của bit 0.8

Khi FDE ở mức cao, F/D được chọn và 0.8 = 1

Khi FDE ở mức thấp, F/D bị vô hiệu và 0.8 = 0

-Chân 14 (CFG0): Điều khiển cấu hình 0

Khi A/N được chọn Mức thấp lên cao trên CFG0 tạo sự sắp xếp và khởi động lại và 0.9 = 0

Khi A/N bị vô hiệu, chân này sẽ lựa chọn tốc độ hoạt động và ảnh hưởng trực tiếp tới bit 0.13

Khi CFG0 ở mức cao, 100Mbps được chọn và 0.13= 1

Khi CFG1 ở mức thấp, 10Mbps được chọn và 0.13 = 0

-Chân 33(CFG1 ): Cấu hình điều khiển 1

Khi A/N được cho phép CFG1 xác định tốc độ hoạt động khi kết hợp với với chân MF4

Khi A/N bị vô hiệu, CFG1 cho phép chức năng kiểm tra tốc độ 10Mbps và tác động trực tiếp lên bit 19.8

3.3 BẢNG MÔ TẢ CHỨC NĂNG CÁC CHÂN MF

Bảng 3.1 Các chức năng của các chân MF

3.4 CÁC GIAO THỨC HỖ TRỢ

LXT970 hỗ trợ cả hai chuẩn 10BASE-T và 100BASE-TX Ethernet trên cặp dây xoắn, hay 100Mbps Ethernet trên sợi quang ( 100BASE-FX) Chuẩn giao tiếp độc lập MII( Media Independent Interface ) được sử dụng khi giao tiếp với giao thức điều khiển truy cập MAC ( Media Access Controller )

3.4.1 Giao tiếp với cặp dây xoắn 10/100 Mbps :

Giao tiếp cặp dây xoắn gồm hai cặp khác nhau: cặp dây xoắn đầu vào ( TPIP/N) để nhận dữ liệu, và cặp dây xoắn đầu ra để phát dữ liệu Giao tiếp này sử dụng cho cả giao tiếp 10 và 100Mbps Tự động hiệu chỉnh hay chế độ tách song song hay điều khiển thông thường có thể được sử dụng để xác định chế độ hoạt động của cặp dây xoắn Khi hoạt động ở chế độ 100Mbps, kí tự MLT3 được phát và nhận liên tục Khi không phát dữ liệu, LXT970 sẽ phát các kí tự “IDLE”

Khi hoạt động ở chế độ 10Mbps, dữ liệu được mã hoá Manchester được trao đổi Khi rỗi, đường dây sẽ có một trạng thái điện áp rỗi

Một biến áp với tỉ số vòng dây 1:1 dùng cho phát và nhận dữ liệu, các điện trở tải và tụ bypass là những linh kiện cần thiết để hoàn thành mạch giao tiếp Chân TREF thường được cấp mức 5V đến điểm rẽ ở đầu ra của biến áp trung tâm

3.4.2 Giao tiếp MII:

Giao tiếp MII được chỉ định rõ trong IEEE 802.3 Trong phần này, phần MII được chia thành hai khối: Giao tiếp dữ liệu MII Data Interface và giao tiếp quản lí MII Management Interface

3.4.3 MII Data Interface

Giao tiếp này dùng để chuyển dữ liệu giữa LXT970 và khối MAC MII hoạt động cả hai chế độ 2.5 và 25 Mhz, điều này phụ thuộc vào tốc độ hoạt động của liên kết mạng Mười chân tín hiệu sau được sử dụng để chuyển dữ liệu nhận được đến khối MAC: RXD<4:0>, RX_CLK, RX_DV, RX_ER, COL và CRS Tám chân tín hiệu được dùng

để phát dữ liệu từ khối MAC: TXD<4:0>, TX_CLK, TX_EN, và TX_ER

3.4.4 Mode hoạt động Nibble ( 4 bit ) và Symbol ( 5 bit )

Trong mode Nibble ( 19.4= 0 ), 4 bit – một Nibble được chuyển qua giao tiếp dữ liệu MII Chân RXD4 được thiết lập ở mức thấp và chân TXD4 được bỏ qua

Trong mode Symbol ( 19.4 = 0 ), 5bit – một Symbol được chuyển qua giao tiếp dữ liệu MII Chân RXD4 và TXD4 được tích cực

3.4.5 Mode DTE và Repeater:

Trong mode DTE ( Bit 19.3 = 0 ), LXT970 tích cực các chân RX_DV, RXD, RX_CLK ngay khi nhận được gói từ mạng Trong mode Repeater ( Bit 19.3 = 1 ), khi chân TRSTE ở mức cao, các chân tín hiệu ra ở trạng thái thứ ba

3.4.6 Hoạt động Loopback

Loopback được xác định bởi trạng thái hoạt động của linh kiện và các bit 0.14 và 19.11 Bit 0.14 điều khiển MII test loopback ở tốc độ 10 và 100Mbps Bit 19.11 điều khiển loopback trên cặp dây xoắn thông thường ở chế độ 10Mbps, hoạt động bán song công

Chế độ bán song công và mode DTE, nếu bit 19.11 = 0 thì dữ liệu sẽ được lặp lại sau Nếu 19.11 = 1, dữ liệu sẽ không được lặp lại sau Trong cả hai trường hợp, chân CRS được tích cực khi phát hoặc có “xung đột”

3.4.7 Giao tiếp quản lí MII

LXT970 cung cấp giao tiếp MII theo chuẩn IEEE 802.3 được biết như việc quản lí dữ liệu xuất nhập Giao tiếp này dùng để cho phép các lớp cao hơn lớp vật lí giám sát và điều khiển trạng thái LXT970 Giao tiếp này được điều khiển bởi chân MDDIS Khi chân MDDIS ở mức cao, MDIO chỉ có chức năng đọc Khi MDDIS ở mức thấp, cho phép cả hai chức năng đọc và viết

LXT970 cung cấp 12 thanh ghi 16-bit MDIO

Các Bảng sau minh hoạ các chức năng của các thanh ghi

Bảng 3.2 Chức năng các bit của các thanh ghi

Bảng 3.3 Chức năng các bit của các thanh ghi

3.5 THIẾT LẬP CẤU HÌNH HOẠT ĐỘNG CHO LXT 970:

3.5.1 Mô hình mạch:

Hình 3.3 Sơ đồ mạch kết nối cụ thể của LXT970

CHƯƠNG 4 LỚP TRUY XUẤT MẠNG TRONG MẠNG CỤC BỘ -

ETHERNET VÀ MẠNG DIỆN RỘNG - ATM

Modem ADSL trong đề án giao tiếp với các máy tính trong mạng cục bộ ethernet sử

dụng giao thức ethernet IEEE 802.3 Hiện nay hầu hết các mạng LAN thông dụng tại các văn phòng, xí nghiệp, nơi công cộng sử dụng giao thức này do sự đơn giản, ổn định

và dễ kết nối

Giao tiếp với nhà khai thác trên mạng diện rộng (WAN), Modem ADSL sử dụng giao

thức ATM với lớp tương thích AAL5 Sử dụng giao thức ATM giúp nhà khai thác dễ dàng điều khiển lưu lượng, nghẽn trong mạng và tại ngõ vào mạng

Lớp truy xuất mạng có nhiệm vụ trao đổi dữ liệu được định dạng theo các frame, chúng

sẽ tiếp nhận các frame để đưa lên lớp cao hơn để xử lí hoặc tiếp tục phát các frame đó đi đến máy khác nhau Lớp truy xuất mạng có thể kết nối nhiều nghi thức mạng khác nhau:

Chức năng cơ bản của Ethernet là:

Truyền và nhận các gói dữ liệu

Kiểm tra địa chỉ của các gói dữ liệu trước khi chuyển dữ liệu lên phần mềm lớp trên

Kiểm tra lỗi trong các gói dữ liệu hay lỗi của mạng

4.1.1 Nguyên lí hoạt động của Ethernet:

Thông thường mỗi mạng LAN cho phép các trạm ( máy tính ) của mình truyền dữ liệu trong khoảng thời gian nào đó, do đó nếu nhiều máy cùng muốn truyền dữ liệu trong cùng một khoảng thời gian sẽ xảy ra xung đột trong việc tranh chấp kênh truyền Để tránh hiện tượng xung đột này Ethernet sử dụng một phương pháp quản lí truy xuất

mạng khá hiệu quả: phương pháp CSMA ( Carrier Sensing Multiple Access: Đa truy xuất cảm ứng sóng mang )

CSMA cho phép nhiều trạm sự dụng chung một kênh truyền bằng phương pháp cảm ứng sóng mang Khi một trạm có nhu cầu truyền dữ liệu, trứớc hết, nó lắng nghe hoạt động trên kênh truyền Nếu có trạm khác đang truyền thông tin là kênh truyền đang bận thì trạm đó sẽ đợi trong vài µs sau đó thử lắng nghe lại lần nữa Khi kênh truyền đang rảnh, trạm đó sẽ bắt đầu truyền

Trong trường hợp kênh truyền đang rảnh và cả hai hay nhiều máy cùng cảm ứng được điều này và bắt đầu truyền vào cùng một thời điểm, lúc đó sẽ xảy ra việc các dữ liệu ( biểu diễn bằng các tín hiệu điện ) va chạm với nhau làm hỏng dữ liệu Ethernet dò tìm

sự va chạm này bằng cách trong lúc truyền đi, máy truyền tiếp tục lắng nghe Nếu có va chạm xảy ra các đầu thu sẽ nhận tín hiệu điện có điện áp cao gấp đôi điện áp bình thường Sau khi phát hiện có va chạm, các trạm phát sẽ đi một tín hiệu đặc biệt thông báo cho tất cả các trạm là đã có xung đột và yêu cầu huỷ bỏ các khung dữ liệu hiện thời Sau đó mỗi trạm sẽ đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi cố gắng truyền lại dữ liệu Do mỗi máy trì hoãn trong một khoảng thời gian khác nhau nên khả năng xảy ra va chạm trong lần kế tiếp sẽ giảm Kĩ thuật quản lí va chạm thông tin này được gọi là Collission detection Do đó phương pháp điều khiển truy xuất được viết tắt đầy đủ

là CSMA/CD

Tuy nhiên, trong kĩ thuật Collision detect, các máy chỉ phát hiện việc va chạm trong khi chúng tự phát đi dữ liệu Ta xét trường hợp cả hai máy A và B cùng phát dữ liệu, toàn bộ các bit của hai khung dữ liệu đã ra khỏi máy phát và bit đầu tiên của hai khung dữ liệu chưa kịp đến máy nhận, lúc đó nếu có va chạm xảy ra thì cả hai máy A

và B đều không nhận biết được Để tránh điều này xảy ra, chuẩn Ethernet qui định kích thước của một khung dữ liệu không được nhỏ hơn 576 bit Với chiều dài tối thiểu này

ta sẽ bảo đảm được rằng trên một kênh truyền có kích thước tối đa 2500m của một mạng Ethernet, bit đầu tiên của khung dữ liệu sẽ đến được đích trước khi bit cuối cùng của khung dữ liệu đó ra khỏi máy phát, và như vậy là mọi sự va chạm trên đường truyền sẽ được phát hiện

Source Address ( 6 byte )

Type ( 2 byte )

Data ( 46- 1500 byte)

FSC (3 byte)

Hình 4.1 Cấu trúc khung dữ liệu của Ethernet

Preamble: gồm 8 byte dùng để báo hiệu bắt đầu 1 khung 7 byte đầu có giá trị không

đổi bao gồm bit 0 và bit 1 xen kẽ nhau: 10101010 byte cuối cùng có hai bit cuối là 11 thay vì 10 như các byte trước: 10101011 Preamble chỉ có mục đích báo hiệu đầu của frame

Destination address và Source address: Địa chỉ đích và địa chỉ nguồn Mỗi trạm trên

mạng được gán một địa mạng 48 bit duy nhất Dựa vào Destination address các trạm nhận sẽ xác định được rằng frame này được gởi cho mình hay một máy khác, và có thể hồi đáp lại nhờ vào Source address Trong chuẩn Ethernet, mỗi frame phát đi sẽ được tất cả các máy trong mạng nhận Các máy này sẽ giải mã địa chỉ đích của frame, nếu địa chỉ này trùng với địa chỉ của nó, frame đó sẽ được tiếp nhận; nếu địa chỉ đích không trùng với địa chỉ của nó, frame đó sẽ được loại

Type: Gồm 2 byte, cho biết loại dữ liệu chứa trong khung dữ liệu được truyền Dựa

vào thông tin của trường này mà dữ liệu sẽ được định hướng đúng vào stack của chương trình tương ứng

Data: Chứa những đơn vị dữ liệu nhận được từ những phân lớp trên của giao thức

Trường Data sẽ bao gồm: IP header, TCP header, dữ liệu của chương trình ứng dụng Trường data dài từ 46 đến 1500 byte Nếu data ít hơn 46 byte thì các lớp trên của giao thức sẽ phải chèn thêm vào cho đủ 46 byte

FCS ( frame check sequence ): chuỗi kiểm tra này cho phép bên nhận kiểm tra frame

có bị lỗi trên đường truyền hay không Chuỗi này có được bằng cách tính mã vòng CRC ( Cyclic Redundancy Checksums ) cho tất cả các frame ngoại trừ các bit preamble và các bit FCS

Chiều dài nhỏ nhất của 1 frame Etjernet là 64 byte và lớn nhất là 1518 byte

4.1.3 Địa chỉ trên mạng Ethernet:

Mỗi máy tính nối vào Ethernet được gán cho địa chỉ cố định được gọi là địa chỉ vật lí Mỗi địa chỉ Ethernet gồm 48 bit và được định dạng như sau:

Vendor Code ( 23 bits ) Globally Administered Addess ( 24 bit)

I/G bit ( 0 = individual address / 1 = group address )

Hình 4.2 Cấu trúc khung địa chỉ Ethernet

Mỗi nhà sản xuất phần cứng theo chuẩn Ethernet sẽ mua bản quyền một block những địa chỉ Ethernet ( tương ứng với Vendor Code ) tữ IEEE, sau đó sẽ gán cho mỗi sản phẩm của mình một địa chỉ ( tương ứng với Globally Administered Address ) Do đó, mỗi địa chỉ Ethernet là duy nhất trên toàn thế giới

4.2 MẠNG IEEE 802:

IEEE 802 là một nhóm những chuẩn trong mhóm Data Link và lớp Physical của chuẩn OSI 7 lớp ( Hình 4.3 )

Hình 4.3 Sự tương ứng giữa IEEE 802 và mô hình OSI 7 lớp

- Logic Link Control ( LLC ): Cung cấp một giao tiếp mạng đến các nghi thức lớp trên và nó liên quan tới việc truyền dữ liệu trên cùng một segment mạng

- Medium Access Control ( MAC ): Cung cấp phương pháp cho các thiết bị truy xuất phương tiện truyền thông chung

- 802.2: Chuẩn quy định giao thức phân lớp LLC

- 802.3 : Chuẩn qui định MAC và lớp vật lí cho mạng CSMA/CD ( 802.3 Ethernet )

- 802.5: Chuẩn qui định MAC và lớp vật lí cho mạng Token-ring dựa trên kĩ thuật IBM Token-Ring

4.2.1 IEEE 802 điều khiển liên kết logic:

LLC có nhiều chức năng, trong đó quan trọng nhất là chức năng dồn kênh và phân kênh dữ liệu cho các nghi thức lớp trên Giao diện giữa LLC và các nghi thức lớp trên gọi là LSAP ( Link Service Access Point : điểm truy xuất dịch vụ liên kết) Đây là địa chỉ logic chỉ định giao thức lớp trên nơi dữ liệu sẽ đến hoặc phát ra

4.2.1.1 Dịch vụ phân phối LLC:

LLC cung cấp 3 loại dịch vụ phân phối:

- Dịch vụ gói dữ liệu không phản hồi ( Unacknowledged datagram service) : Loại dịch vụ không kết nối này hỗ trợ cho các cách truyền point-to-point, multipoint, broadcast Loại dịch vụ không phát hiện sai và sửa sai như điều khiển luồng

- Dịch vụ mạch ảo ( Virtual circuit service ): loại này hướng kết nối nên cung cấp các frame tuần tự, điều khiển luồng, phát hiện và sửa lỗi

- Dịch vụ gói dữ liệu có phản hồi ( Acknowleged data gram sercvice ): Loại này thực hiện dịch vụ point-to-point với thông điệp phản hồi và một số chức năng của hai loại trên