Transcript here
CHƯƠNG II: CHUẨN
ETHERNET
2.1 Giới thiệu
2.2 Mạng Ethernet
2.3 Các thiết bị liên mạng
2.1 GIỚI THIỆU
2.1.1 Kiến trúc
2.1.2 Nguyên tắc hoạt động
2.1.3 Khung Ethernet
Lịch sử
• 1970’s: CSMA/CD phát triển tại Đại học
Hawaii
• 1980’s: Thử nghiệm Ethernet đầu tiên ở
Xerox PARC
• 1985, DIX Ethernet Version 2.0 / tương thích
với IEEE 802.3
• 1995, IEEE công bố chuẩn cho 100-Mbps
Ethernet.
• 1998 và 1999. Gigabit ethernet
2.1.1 Kiến trúc Ethernet
IEEE 802 Model
802.1 High-level interface
802.2 Logical Link Control (LLC)
(7)
(6)
(5)
(4)
802.3 Ethernet
–Tầng vật lý
•Media (đường truyền)
•Mã hóa đường truyền
(Manchester Code)
–Tầng liên kết dữ liệu
•MAC (liên lạc các thành
phần vật lý
& quản lý truyền/nhận dữ
liệu giữa 2 máy
địa chỉ MAC)
•LLC (quản lý luồng dữ liệu ở
tầng 2 &
cài đặt SAP). LLC độc lập
với phần cứng
Media Access Control (MAC)
Physical Signaling sublayer
(3)
(2)
(1)
Media Specifications
Ethernet
10Base2
•
IEEE 802.3
–
–
•
Chuẩn LAN phổ biến nhất
Hỗ trợ topology Bus & Star
Phân loại: <Tốc độ><Base/Broad>2|5|T
–
–
–
•
10Base5
10Base2 (thin coaxial, max. 2 segments of
185m, 30nodes/seg.)
10Base5 (thick coaxial, max. 5 segments of
500m, 100nodes/seg.)
10BaseT (twisted-pair)
Các vấn đề cần giải quyết
–
–
–
–
–
Định danh các nút mạng
Truy nhập cạnh tranh vào đường truyền
Chuyển đổi dữ liệu tín hiệu đường
truyền
Truyền thông tin giữa hai nút mạng
Phát hiện lỗi & kiểm soát lỗi
đụng độ !!!
A
C
D
B
E
F
10BaseT
•
MAC - Quản lý truy nhập đường
CSMA
truyền
– Tiếp cận xác suất
–
Sóng mang
(Carrier Sense ~ Manchester Code)
–
–
•
“Nghe” trạng thái đường truyền
trước khi truyền Listen Before
Talk
Đụng độ có thể xảy ra do độ trễ
truyền dẫn
CSMA/CD
–
–
Phát hiện đụng độ (Collision)
Listen While Talk
Giải quyết đụng độ với Backoff
Giải quyết đụng độ với CSMA/CD
32 - 48 bits (010101...)
JAM
•
•
•
Đụng độ:
– dừng truyền Data
– duy trì truyền dữ liệu với mẫu JAM
Đảm bảo 2 trạm cùng phát hiện đụng độ
Thông báo cho các trạm khác
Thuật toán
CDMA/CD
1: Yêu cầu truyền dữ liệu
2: Đường truyền bận ?
3: Tổ chức data thành Frame
4: Truyền Frame
5: Có đụng độ ?
6: Tiếp tục truyền
7: Hết dữ liệu cần truyền ?
8: Kết thúc
9: Truyền tín hiệu JAM
10: Tăng số_lần
11: số_lần > Max SỐ_LẦN
12: Lỗi !!!
13: Tính toán khoảng thời gian
backoff = t
14: Delay(t)
2.1.3 Khung Ethernet
–Preamble
đầu)
–Data
(~ LLC(mở
Frame)
–Length/Type
–Dest.
Source
–Start
of &
Frame
Delimeter
•7/8
1010101010
•46
– bytes:
1500
bytes
dữAddress
liệu1010101010 1010101010 1010101010
•<
•Địa
0x600
chỉsize
(1536)
MAC
của
chèn
length
máy
nhận
(sốcác
bytes
& gửi
phầnsize = 46
1010101010
1010101010
1010101010
•1010101011
•LLC
Frame
< 46:
thêm
bitstrong
để Data
Data)
•11..11:
địa
chỉ
broadcast
•Thông
frame
•Thông
báobáo
bắt
đầu
mộtmột
frame
& đồng bộ hóa thời gian
–FCS:
mã
kiểm
trabắt
lỗiđầu
(CRC)
giữa•>=
các0x600
trạm Type (protocol tầng trên)
Các thông số của MAC & mục đích
• Frame size (62 – 1526 bytes)
– Lớn quá: dễ xảy ra lỗi đường truyền
– Nhỏ quá: đụng độ xảy ra sau khi 2
trạm đã kết thúc truyền
Tối ưu: frame đủ dài để khi bit đầu tiên đã đi đến “tận cùng”
của mạng thì bit cuối cùng vẫn chưa được truyền
• Khoảng thời gian backoff (tính toán random)
– Nhỏ quá hoặc giống nhau cho mọi trạm: đụng độ tiếp tục xảy
Interframe space
ra
– Lớn quá: lãng phí đường truyền
• Interframe spacing (96 bit-time)
Frame 2
Frame 1
– Khoảng cách giữa 2 frame
– Nhỏ quá: trạm nhận không kịp xử lý frame trước đó
– Lớn quá: lãng phí đường truyền
t
CHƯƠNG II: CHUẨN
ETHERNET
2.1 Giới thiệu
2.2 Mạng Ethernet
2.3 Các thiết bị liên mạng
2.2 MẠNG ETHERNET
2.2.1 Thicknet
2.2.2 Thinnet
2.2.3 Twisted Pair Ethernet
2.2.4 Fast Ethernet
2.2.5 Giga Ethernet
Kiến trúc chung
2.2.1 Thicknet
Nối cáp
Mở rộng mạng dùng bộ lặp lại
Các tham số và luật 10BASE5
• Bus topology. 10 Mbps Baseband (không hỗ trợ
full-duplex).
• Mã hóa Manchester
• Độ dài cực đại một segment 500 m.
• 100 trạm được nối đến segment 10Base5 .
• Khoảng cách nhỏ nhất giữa các transceivers là
2.5 m.
• Độ dài lớn nhất của cap AUI transceiver là 50m.
• Terminator 50 ohm được sử dụng 2 đầu .
• Áp dụng luật 5-4-3 rule . Vì vậy độ dài cáp cực đại là
2.5 km.
2.2.2 Thinnet
Nối cáp
Mở rộng mạng dùng bộ lặp lại
Các tham số và luật 10BASE2
• Bus topology. 10 Mbps Baseband (không hỗ trợ fullduplex).
• Mã hóa Manchester.
• Độ dài segment cực đại 185 m.
• Số nút cực đại trên một segment 30
• NIC's nối trực tiếp vào mạng qua T-connector.
• Khoảng cách tối thiểu giữa 2 Tconnectors là 0.5m.
• Dùng hai terminator 50 ohm hai đầu, một đầu tiếp đát.
• Mở rộng mạng dùng luật 5-4-3 . Độ dài lớn nhất 925
meters.
2.2.3 Twisted Pair Ethernet
Nối cáp
Mở rộng mạng
Các tham số và luật 10BASE-T
• Star topology dùng HUB. 10Mbps
Baseband. Loại cáp : UTP 3,4,5
• Dùng mã hóa Manchester .
• Transceiver Trên máy
• 2 thiết bị trên mỗi segment
• Độ dài cực đại mỗi phân đoạn 100m
• Số các nút cực đại trên mạng 1024
Công nghệ Ethernet 10Mbps
•
•
•
•
•
•
10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T.
Khỏang Bit : 100ns.
Khe thời gian : 512 khoảng bit.
Mã hóa : Manchester
Cùng khuôn dạng khung
Luật 5-4-3
Ví dụ mã hóa Manchester
Ethernet 10Mbps (tiếp.)
Standard
Topology
Medium
10BASE5
Bus
Thick coaxial 500m
cable
Half-duplex
10BASE2
Bus
Thin coaxial
cable
CAT3 UTP
185m
Half-duplex
100m
Half / Fullduplex
10BASE-T Star
Maximum
cable length
Transport
2.2.4 Fast Ethernet (100Mbps
)
•
•
•
•
•
•
•
100BASE-TX, 100BASE-FX
Khoảng bit: 10ns
Khe thời gian: 512 khoảng bit.
Khuôn dạng khung giống như khung 10-Mbps
Mã hóa : 4B/5B
Topology: sao
Bán song công hoặc song công toàn phần
100BASE-TX vµ 100BASE-FX
Standard
Medium
Maximum
cable length
Encoding
100BASE-TX CAT5 UTP
100m
MLT-3
100BASE-FX
412m
NRZI
Multi-mode
fibre (MMF)
2.2.5 Giga Ethernet (1000
Mbps)
• Khoảng bit: 1ns
• Khe thời gian: 4096 khoảng bit .
• Khung có cùng khuôn dạng đã được dùng
cho Ethernet 10 and 100-Mbps .
• Sự khác biệt của Ethernet chuẩn, Fast
Ethernet và Gigabit Ethernet xuất hiện ở
tầng vật lý!
1000BASE - T
• Phương tiện truyền: CAT5 UTP.
• Mã hóa đường 4D-PAM5 .
• 1000BASE-T hỗ trợ cả song công và bán
song công.
1000BASE-SX và LX
• Phương tiện truyền:
– 1000BASE – SX: laser bước sóng ngắn 850nm .
– 1000BASE – LX: laser bước sóng dài 1310nm .
• Sử dụng mã hóa 8B/10B biến đổi thành mã
hóa (NRZ) .
• Song công toàn phần
Kiến trúc Gigabit Ethernet
CHƯƠNG II: CHUẨN
ETHERNET
2.1 Giới thiệu
2.2 Mạng Ethernet
2.3 Các thiết bị liên mạng
2.3 CÁC THIẾT BỊ LIÊN MẠNG
2.3.1 Cầu (Bridge)
2.3.2 Chuyển mạch(Switch)
2.3.3 Bộ chọn đường (Router)
2.3.4 Cổng nối (Gateway)
Kết nối các mạng cục bộ
• Cho phép
– Kết nối các mạng cục bộ công nghệ khác nhau
– Tránh tắc nghẽn mạng
– Tăng khoảng cách giữa hai trạm
• Bằng cách
– Lọc thông tin lưu chuyển trên mỗi mạng cục bộ
– Thiết lập các liên kết vật lí, logíc giữa các mạng cục
bộ
• Trong khuôn khổ
– Một doanh nghiệp
– MAN, WAN, ....
Các thiết bị Ethernet
• Repeater
• Hoạt động ở tầng 1
• khuếch đại tín hiệu từ 1 cổng sang
cổng khác để kết nối 2 segments
• Bộ
•Chuyển mạch (Switch )
•Hoạt động ở tầng 2
•Cầu với nhiều đầu vào
•Căn cứ vào địa chỉ MAC của frame
chia (HUB )
để switch sang cổng phù hợp
• Hoạt động ở tầng 1
•Bộ chọn đường (routers)
• Broadcast tín hiệu từ 1 cổng sang tất cả các
•Hoạt động ở tầng 3
cổng khác
•Chọn đường bằng địa chỉ mạng
• Cầu (Bridge)
• Hoạt động ở tầng 2
• Cung cấp một liên kết giữa hai LAN một
cách trong suốt, lọc thông tin theo địa chỉ
MAC
• Chuyển đổi các frame từ một
network/segment sang một
network/segment khác
2.3.1 Cầu (Bridge)
•
•
•
•
•
Thực hiện một liên kết giữa hai mạng cục
bộ
Lưu trữ riêng rẽ địa chỉ MAC của các
trạm thuộc mạng phải và trái
Theo dõi các frame lưu chuyển ở cả hai
bên mạng
Với những frame cần chuyển giữa 2
mạng, lưu trữ và chuyển sang mạng cần
thiết
Sử dụng trong
–
–
–
–
Ethernet-Ethernet (thông dụng)
Ethernet-Token Ring (khó và hiếm, cần
chuyển đổi giữa 2 giao thức)
Token Ring-Token Ring (hiếm)
Vấn đề: khi hai mạng không cùng tốc
độ?
Theo dõi gói tin
mạng phải (trái)
Có
Địa chỉ đích
nằm trong mạng trái
(phải)
Không
Chuyển gói tin
sang mạng trái
Mạng phải
Mạng trái
MAC1
MAC4
MAC2
MAC5
MAC3
MAC6
Cầu- kết nối dự trữ
•
•
•
•
•
Thông thường các cầu
tạo ra một cây (vì sao?)
Một số cầu dự trữ có
thể được sử dụng
Cầu dự trữ ở trong
trạng thái chờ (vì sao)
Khi có lỗi trên một cầu
khác, cầu sẽ được sử
dụng
Sẽ có cơ chế tính lại
cây bao phủ
2.3.2 Bộ chuyển mạch (Switch)
• Có nhiều đầu vào, có khả năng tạo cầu giữa hai
đầu vào bất kỳ.
• Hỗ trợ các thuật toán tạo cây bao phủ
• Có thể tạo nhiều cầu cùng một lúc (phân tải, tăng
giải thông)
• Có thể hỗ trợ nhiều tốc độ 10,100,1000 Mbps
• Hoạt động
– Ghi nhận MAC của nguồn và cổng vào vào bảng chọn
cổng
– Chuyển frame theo MAC của đích theo bảng chọn
đường
Switch
/ hub
Bộ chuyển mạch (Switch)
Bộ chuyển mạch (Switch)
• Lưu trữ tất cả các địa chỉ MAC đã đi qua và
cổng phải chuyển vào
• Khi gặp địa chỉ MAC chưa đăng ký, quảng
bá ra tất cả các cổng
• Nhiều luồng thông tin có thể cùng được
điều khiển
Bộ chuyển mạch trong thực tế
Hạn chế của bộ chuyển mạch và cầu
• Chỉ phục vụ liên kết LAN-LAN
• Kich thước giới hạn của các bảng chọn
đường, chuyển cổng
• Địa chỉ MAC không chỉ ra được vị trí của
card, nên phải lưu trữ tất cả các MAC tham
gia vào hệ thống ở mỗi một thiết bị
2.3.3 Bộ chọn đường (Router)
• Cần một địa chỉ cho mỗi trạm
• Bộ chọn đường có thể chọn đường dựa vào địa
chỉ đích mà không phải lưu trữ tất cả các địa chỉ
• Lọc thông tin trên các kênh có giải thông yếu
• Để làm như vậy cần phải
– Tạo ra một địa chỉ với định danh
•
•
mạng
một máy trong mạng
– Bộ chọn đường cần chọn đường mạng-mạng thay cho
máy-máy.
Bộ chọn đường
• LAN 3: Token Ring,
chỉ hỗ trợ khung đến
4096 byte
• LAN 2 1538 byte
• Khung chuyển từ 3
sang 2 cần phải được
phân mảnh
Chức năng của bộ chọn đường
• Phân mảnh dữ liệu cho phù hợp với công nghệ
mạng
• Chuyển gói tin đi theo đường nhất định
• Hợp các gói tin lại thành gói tin ban đầu
• Mỗi Router có >=2 địa chỉ MAC, ứng với >=2
mạng
• Router hoạt động ở tầng 3
2.3.4 GATEWAY
• Gateway nối ghép hai loại giao thức với nhau. Ví dụ: giao
thức IP sang giao thức IPX, Novell, DECnet, SNA…
• Gateway có thể phân biệt ứng dụng. Ví dụ chuyển thư điện
tử từ mạng này sang mạng khác, chuyển đổi một phiên làm
việc từ xa…
Chức năng gateway
• Một nút mạng giao diện với mạng khác
dùng các giao thức khác nhau chứa các thiết
bị: dịch giao thức, phối hợp trở kháng, biến
đổi tốc độ, cách ly lỗi, dịch tín hiệu.
• Bộ biến đổi giao thức: biến đổi chồng
giao thức này thành chồng giao thức
khác
Cổng nối giữa hai hệ điều hành
Access Service Network
Cổng nối cho mạng truy nhập di động theo chuẩn WIMAX
Cổng nối cho CSDL phân tán
Câu hỏi
BÀI TẬP
1. Vai trò của BRIDGE, SWITCH, ROUTER, GATEWAY
2. Nếu sau đụng độ lần thứ 11 của CSMA/CD thì các thời điểm có
thể truy nhập lại của các nút mạng là thế nào?
3. Chỉ ra các thành phần của một địa chỉ MAC 03-D4-62-77-8F16
4. Hãy nói về khung Ethernet khi trường Leng/type có giá trị
805H hay 2EH.
5. Số lượng nút mạng tối đa trên mạng mở rộng thinnet và
thicknet?
6. Vì sao lại cần ràng buộc cự ly tối thiểu giữa các tranceiver
(thicknet) và giữa các T-connector (thinnet)?
7. Hai nút A và B trên cùng một segment LAN dùng 10BASE-T. A
muốn gửi 10MB dữ liệu cho B. Tính thời gian tối thiểu để
truyền hết . Biết kích thước mỗi gói là cực đại cho phép.