Kỹ thuật mạng cục bộ LAN

Kỹ thuật mạng cục bộ LAN Các phương thức đa truy nhập Phương pháp truy nhập ngẫu nhiên. - Kỹ thuật với dạng bus: CSMA, CSMA/CD. - Kỹ thuật truy nhập ngẫu nhiên dạng vòng: Register insertion và Slotted Ring. Phương pháp truy nhập có điều khiển. - Kỹ thuật bus với thẻ bài Token Bus. - Kỹ thuật vòng với thẻ bài Token Ring. - Kỹ thuật tránh xung đột Collision Avoidance. Phương pháp CSMA Còn được gọi là phương pháp nghe trước khi truyền LBT (Listen Before Transmitting). Khi một trạm truyền dữ liệu, trước hết nó sẽ phải “nghe” xem đường truyền “bận” hay “rỗi”. Nếu “rỗi” nó sẽ truyền dữ liệu đi (theo khuôn dạng chuẩn), nếu đường truyền đang “bận” thì nó sẽ thực hiện 1 trong 3 giải thuật sau: Giải thuật non-persistent - Trạm tạm “rút lui” chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên, sau đó lại bắt đầu nghe đường truyền. - Giải thuật này có hiệu quả tránh xung đột nhưng có thời gian chết. Giải thuật 1- persistent Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất p = 1. Giải thuật này khắc phục nhược điểm có thời gian chết bằng cách cho phép một trạm có thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc, song nếu có nhiều trạm cùng chờ và tiến hành phát dữ liệu cùng lúc thì sẽ gây ra xung đột. Giải thuật p- persistent Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất p xác định trước (mỗi trạm có gắn một hệ số ưu tiên). Ngược lại trạm rút lui trong một thời gian cố định rồi truyền với xác suất p hoặc tiếp tục chờ đợi với xác suất 1 – p. Giải thuật này giảm được tối đa xung đột và thời gian chết. Phương pháp CSMA/CD (1) Phương pháp này có nguồn gốc từ hệ thống radio phát triển tại trường đại học Hawai vào khoảng năm 1970 gọi là ALOHANET. Còn gọi là phương pháp LWT (Listen While Transmitting - nghe trong khi truyền). Các va chạm luôn xảy ra tại một cấp nào đó trên mạng với số lượng tăng tỷ lệ thuận khi các phiên truyền tăng. Phương pháp CSMA/CD (2) Phương pháp CSMA/CD (2) Phương pháp CSMA/CD (3) Phương pháp CSMA/CD (4) CDMA/CD, còn bổ sung các quy tắc sau: - Khi một trạm đang truyền, nó vẫn tiếp tục nghe đường truyền. Nếu phát hiện xung đột, nó ngừng ngay việc truyền nhưng vẫn tiếp tục gửi sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả các trạm trên mạng đều có thể nghe được xung đột. - Sau đó trạm chờ đợi một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo các quy tắc của CSMA. Thuật toán CSMA/CD Phương pháp Token (1) - Token là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và nội dung gồm các thông tin điều khiển được quy định riêng cho mỗi phương pháp. - Token có cấu tạo gồm 24 bit. - Ở thời điểm đầu tiên, khi khởi tạo vòng Ring, phải có một trạm tạo ra thẻ bài  gọi là trạm active monitor. Phương pháp Token (2) - Trạm nhận thay đổi một số bit cuối cùng để ACK cho trạm gửi biết là nó nhận được thẻ bài. - Trạm giải phóng Token bằng cách chuyển bit thứ 12 (token bit) từ 1 – 0. - Trạm báo nhận Token bằng cách chuyển token bit từ 0 – 1. Phương pháp Token Bus (1) Thiết lập vòng logic. Vòng logic giữa các trạm có nhu cầu truyền, được xác định theo một chuỗi có thứ tự mà trạm cuối cùng liền kề với trạm đầu tiên của vòng. Mỗi trạm được biết địa chỉ của trạm liền kề trước và sau nó. Thứ tự của các trạm trên vòng logic độc lập với thứ tự vật lý. Phương pháp Token Bus (2) Thiết lập vòng logic. Duy trì trạng thái thực tế của mạng: - Bổ sung định kỳ các trạm nằm ngoài vòng logic nếu có nhu cầu truyền dữ liệu. - Loại bỏ một trạm không còn nhu cầu truyền dữ liệu ra khỏi vòng logic. - Quản lý lỗi: Lỗi: có thể “đứt vòng” hoặc trùng địa chỉ. Phương pháp Token Bus (3) Khởi tạo vòng logic. Khi cài đặt mạng hoặc đứt vòng cần phải khởi tạo lại vòng. Việc khởi tạo vòng logic được thực hiện khi một hoặc nhiều trạm phát hiện Bus hoạt động vượt giá trị ngưỡng thời gian (Time-out) hoặc thẻ bài bị mất  trạm phát hiện gửi thông báo “yêu cầu thẻ bài” tới một trạm active monitor để tạo Token mới và chuyểntheo vòng logic. Phương pháp Token Ring (1) Sự quay về lại trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo ra cơ chế báo nhận tự nhiên: trạm đích có thể gửi vào đơn vị dữ liệu (phần header) các thông tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mình. Các thông tin đó có thể là: (1) trạm đích không tồn tại hoặc không hoạt động; (2) trạm đích tồn tại nhưng dữ liệu không copy; (3) dữ liệu đã được tiếp nhận; (4) có lỗi. Phương pháp Token Ring (2) Mất thẻ bài. Có thể quy định trước một trạm điều khiển chủ động (Active Monitor), phát hiện mất thẻ bài bằng cách dùng cơ chế ngưỡng thời gian Time-out. Sau khoảng thời gian đó, nếu không nhận lại được thẻ bài, trạm sẽ phát hiện tình trạng phục hồi bằng cách phát lại thẻ bài mới. Phương pháp Token Ring (3) Thẻ bài “bận” lưu chuyển không dừng. Monitor sử dụng một bit trên thẻ bài đánh dấu (M=1) khi gặp một thẻ bài bận đi qua nó. Nếu nó gặp lại thẻ bài với bit đã đánh dấu đó  trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài bận cứ quay vòng mãi. - Monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành “rỗi” và chuyển tiếp trên vòng. So sánh CSMA/CD và Token - Độ phức tạp của phương pháp Token lớn hơn nhiều so với CSMA/CD. - Trong điều kiện tải nhẹ, phương phápToken không hiệu quả bằng CSMA/CD. - Trong điều kiện tải nặng, phương pháp Token hiệu quả hơn so với CSMA/CD(do không quy định độ dài tối thiểu của gói tin và không cần lắng nghe trước khi truyền). Các chuẩn mạng LAN Mạng LAN cho phép các thiết bị độc lập truyền thông trực tiếp với nhau trong không gian hẹp. Có 4 kỹ thuật LAN cơ bản, được quy định và phân biệt tại lớp 2 của mô hình OSI. So sánh lớp 2 và lớp 1 trong OSI (1) - Lớp 2 cung cấp khả năng truy xuất vào môi trường mạng và truyền dẫn vật lý qua môi trường, cho phép định vị được đích của mạng. - Lớp 1 chỉ liên quan đến các môi trường truyền tín hiệu, các luồng bit, các thành phần đưa dữ liệu vào môi trường và các cấu hình khác. Lớp 1 không thể thông tin được với các lớp phía trên, Lớp 1 không thể đặt tên hay nhận diện các máy tính trên mạng. So sánh lớp 2 và lớp 1 trong OSI (2) Physical and Data Link in Ethernet (1) Physical and Data Link in Ethernet (2) Chuẩn IEEE 802.x Công nghệ Ethernet - Ethernet là công nghệ của mạng LAN cho phép truyền tín hiệu giữa các máy tính với tốc độ từ 10Mb/s đến 10 Gigabit/s. - Năm 1980, Xerox, Intel và Digital Equipment đưa ra tiêu chuẩn Ethernet 10 Mbps. - Năm 1985, IEEE đưa ra tiêu chuẩn về Ethernet đầu tiên vào với tên gọi "IEEE 802.3 CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications”. Thành phần của Ethernet Data Communication Equipment (DCE). Là các thiết bị kết nối mạng cho phép nhận và chuyển khung trên mạng. DCE có thể là các thiết bị độc lập như Repeter, Switch, Router hoặc các khối giao tiếp thông tin như Card mạng, Modem .. Interconnecting Media. Data terminal Equipment (DTE). PC, Workstation, File Server, Print Server ... Đặc điểm của Ethernet - Cấu hình truyền thống: Bus/Star, Star bus. - Phương pháp truy nhập: CSMA/CD. - Chuẩn: IEEE 802.3. - Vận tốc truyền: 10/100Mbps, ... 10Gbps. - Loại cáp: Cáp đồng trục mỏng, cáp đồng trục dày, cáp xoắn đôi, cáp quang ... Các tầng trong trong IEEE 802. Chuẩn IEEE 802 bao gồm tầng Physical và Data Link trong mô hình OSI. Data link trong Ethernet Cấu trúc khung Ethernet (1) Cấu trúc khung Ethernet (2) - Chuẩn Ethernet ban đầu định nghĩa kích thước khung tối thiểu là 64 bytes và tối đa là 1518 bytes. Kích thước này bao gồm từ MAC đích đến FCS. Trường Preamble và Start of frame delimiter không nằm trong mô tả kích trước khung ban đầu này. - Chuẩn IEEE 802.3ac (ra đời năm 1998) mở rộng kích thước khung lên đến 1522bytes (cho phù hợp với VLAN). Chức năng của các trường (1) Trường mào đầu (Preamble) Preamable (7 bytes) là một mẫu chứa các bit 1 và 0 xen kẽ nhau, được dùng để đồng bộ trong hoạt động truyền bất đồng bộ từ 10Mbps trở xuống. Các phiên bản nhanh hơn của Ethernet là đồng bộ thì thông tin định thời này là dư thừa nhưng vẫn được giữ lại nhằm mục đích tương thích. Chức năng của các trường (2) Trường Start Frame Delimiter (1 byte). Là một file dài một octet đánh dấu kết thúc phần thông tin định thời và chứa chuỗi bit 10101011. Destination MAC Address Field (6 byte). Chứa MAC đích, đây có thể là địa chỉ unicast, multicast hoặc broacast. Đây là địa chỉ lớp 2 để hỗ trợ các thiết bị xác định khung dành cho nó. Chức năng của các trường (3) Source MAC Address Field (6 byte). Trường này cho phép xác định nguồn gốc của frame. Các switches sử dụng địa chỉ này và đặt trong bảng tìm kiếm. Length/Type Field (2 byte). Định nghĩa chính xác độ dài của trường dữ liệu trong khung và sử dụng như một phần của FCS nhằm đảm bảo bản tin được thu nhận hoàn toàn. Chức năng của các trường (4) Trường Data và Pad (46 – 1500 byte). Bao gồm dữ liệu được mã hóa từ lớp cao hơn (là PDU lớp 3 và phổ biến hơn là IPv4 packet). Tất cả các frame phải có độ dài tối thiểu là 46 bytes. Nếu một gói dữ liệu nhỏ hơn 46 bytes, thì trường Pad được sử dụng (bổ sung các bit 0)để tăng kích thước của frame đến giá trị tối thiểu này. Chức năng của các trường (5) Trường FCS (4 bytes). Trường FCS chứa 4 bytes CRC (cycle redanduncy check - kiểm tra độ dư vòng) được tạo ra bởi thiết bị truyền và được tính toán trở lại bởi thiết bị thu để kiểm tra lỗi của frame. Địa chỉ Ethernet MAC (1) Địa chỉ Ethernet MAC (2) Địa chỉ MAC ra đời, cho phép xác định địa chỉ nguồn và đích trên mạng Ethernet dễ dàng (có thể áp dụng cho tất cả các phiên bản Ethernet). Việc gán địa chỉ MAC thực hiện ở PDU lớp 2. Một địa chỉ MAC bao gồm 48 bit nhị phân, được chia thành hai phần và được biểu diễn dưới dạng các cặp số thập lục phân (hexadecimal). Địa chỉ Ethernet MAC (3) Ethernet MAC unicast Địa chỉ unicast là địa chỉ đơn nhất được sử dung khi một frame được gửi từ nguồn đơn lẻ sang đích đơn lẻ. Ethernet MAC Multicast. Cho phép một thiết bị nguồn gửi packet đến một nhóm các thiết bị khác. Dải multicast từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 Địa chỉ nguồn luôn là địa chỉ unicast. Địa chỉ MAC multicast có giá trị đặc biệt, bắt đầu bằng 01-00-5E. Các giá trị còn lại được chuyển đổi từ 23bits thấp từ nhóm địa chỉ IP multicast thành 6 ký tự hexa còn lại của địa chỉ MAC. Ethernet MAC Broadcast Với địa chỉ broadcast, packets chứa địa chỉ IP đích gồm toàn các bit “1” trong phần host. Tương tự multicast, địa chỉ broadcast yêu cầu địa chỉ MAC broadcast trong khung Ethernet. Trên mạng Ethernet, địa chỉ MAC broadcast là địa chỉ bao gồm 48 bits “1” và được biểu diễn bằng FF-FF-FF-FF-FF-FF (dạng hexa).