Bài giảng Mạng Viễn thông: Bài 5 các giao thức điều khiển truy nhập môi trường và mạng cục bộ

1
Bà
Bà
i
i
giả
giả
ng
ng
Mạ
Mạ
ng
ng
Vi
Vi
ễ
ễ
n
n
thông
thông
(33BB)
(33BB)
TrầnXuânNam
Khoa Vô tuyến Điệntử
HọcviệnKỹ thuật Quân sự
2
B
B
à
à

i
i
5
5
Cá
Cá
c
c
Giao
Giao
th
th
ứ
ứ
c
c
Đi
Đi
ề
ề
u
u
khi
khi
ể
ể
n
n
Truy
Truy

nh
nh
ậ
ậ
p
p
Môi
Môi
tr
tr
ườ
ườ
ng
ng
va
va
̀
̀
Mạ
Mạ
ng
ng
Cụ
Cụ
c
c
bô
bô
̣
̣

PhầnI: ĐiềukhiểnTruynhậpMôitrường
PhầnII: Mạng Cụcbộ
3
Phân
Phân
loạ
loạ
i
i
Mạ
Mạ
ng
ng
 Có 2 loạicơ bản
 Mạng Chuyểnmạch
9 Nối các ngườisử dụng bằng đường dây, ghép kênh và
chuyểnmạch
9 Chuyểngóitừ nguồntới đích, yêu cầubảng định tuyến
9 Đốivớimạng lớnthì việc đánh địa chỉ cần có cấutrúcđể dễ
tìm ra người phát và nhận
9 Ví dụ: Mạng Internet
 Mạng Quảng bá
9 Không cầnbảng định tuyến do thông tin được đưa đếntất cả
ngườidùngđồng thời.
9 Đánh địa chỉ đơngiản
9 Cần có giao thức điềukhiểntruynhậpmôitrường
9 Ví dụ: Mạng LAN
4
Bà
Bà

i
i
5
5
Cá
Cá
c
c
Giao
Giao
th
th
ứ
ứ
c
c
Đi
Đi
ề
ề
u
u
khi
khi
ể
ể
n
n
Truy
Truy

nh
nh
ậ
ậ
p
p
Môi
Môi
tr
tr
ườ
ườ
ng
ng
Kỹ thuật Đatruynhập
Truy nhậpNgẫunhiên
Định trình (Scheduling)
Phân Kênh (Channelization)
PhẩmchấtTrễ (Delay Performance)
5
Chương
Chương
6
6
Cá
Cá
c
c
Giao
Giao

th
th
ứ
ứ
c
c
Đi
Đi
ề
ề
u
u
khi
khi
ể
ể
n
n
Truy
Truy
nh
nh
ậ
ậ
p
p
Môi
Môi
tr
tr

ườ
ườ
ng
ng
va
va
̀
̀
Mạ
Mạ
ng
ng
Cụ
Cụ
c
c
bô
bô
̣
̣
Kỹ thuật ĐaTruynhập
6
Ky
Ky
̃
̃
thu
thu
ậ
ậ

t
t
Đa
Đa
truy
truy
nh
nh
ậ
ậ
p
p
 Hình vẽ mô tả mộttrường hợp điểnhìnhvới M người
dùng chia sẻ chung mộtmôitrường truyềndẫn
 Môi trường truyềndẫn là môi trường quảng bá nên khi
mộttrạm phát thì tất cả các trạm khác đềuthuđược
 Khi hai hay nhiềutrạmtruyền đồng thờixảyrahiện
tượng va chạm
ÖVấn đề: Chia sẻ môi trường như thế nào?
…
1
2
3
4
5
M
Môi trường đatruy
nhậpchia sẻ chung
7
Cá

Cá
c
c
Giả
Giả
i
i
phá
phá
p
p
Chia
Chia
sẻ
sẻ
Môi
Môi
tr
tr
ườ
ườ
ng
ng
Các kỹ thuật
Chia sẻ Môi trường
Các kỹ thuật
Chia sẻ Môi trường
Phân kênh
Tĩnh
Phân kênh

Tĩnh
ĐiềukhiểnTruynhập
Môi trường Động
ĐiềukhiểnTruynhập
Môi trường Động
Định trình
Định trình
Truy nhập
ngẫunhiên
Truy nhập
ngẫu nhiên
MAC
schemes
 Polling
 Token ring
 WLANs
 Aloha
 Ethernet
8
Ky
Ky
̃
̃
thu
thu
ậ
ậ
t
t
Phân

Phân
kênh
kênh
(
(
Channelization
Channelization
)
)
 Cho phép chia sẻ môi trường tĩnh
 Không có va chạm
 Phân chia môi trường thành các kênh riêng biệt
rồi gán cho từng người dùng Æ có tên gọi là
phân kênh
 Thích hợpchocácứng dụng truyền tín hiệu liên
tục (steady stream) Å sử dụng hiệu quả kênh
truyền riêng
9
Kênh Vệ tinh
uplink f
in
downlink f
out
Thông
Thông
tin
tin
Vê
Vê
̣

̣
tinh
tinh
10
Di
Di
đ
đ
ộ
ộ
ng
ng
tê
tê
́
́
bà
bà
o
o
uplink f
1
; downlink f
2
uplink f
3
; downlink f
4
11
Ky

Ky
̃
̃
thu
thu
ậ
ậ
t
t
Đi
Đi
ề
ề
u
u
khi
khi
ể
ể
n
n
Truy
Truy
nh
nh
ậ
ậ
p
p
Môi

Môi
tr
tr
ườ
ườ
ng
ng
 Chia sẻ động môi trường trên cơ sở packets.
 Thích hợpvớicáctrường hợpdữ liệu phát theo
cụm “bursty”
 Chứcnăng của MAC là giảmthiểuvachạm để
thu đượchiệusuấtsử dụng môi trường hợplý
 Có hai loạiMAC:
 Định trình (scheduling)
 Truy nhậpngẫu nhiên (random access)
12
Inbound line
Outbound line
Host
computer
Stations
Đ
Đ
ị
ị
nh
nh
trì
trì
nh

nh
: Polling
: Polling
1
2
3
M
Poll 1
Data from 1
Poll 2
Data from 2
Data to M
13
Ring networks
Đ
Đ
ị
ị
nh
nh
trì
trì
nh
nh
:
:
Trao
Trao
Token
Token

token
Trạmgiữ token được phát lên mạch vòng
token
Data to M
14
Multitapped Bus
Truy
Truy
nh
nh
ậ
ậ
p
p
Ng
Ng
ẫ
ẫ
u
u
nhiên
nhiên
Phát khi sẵnsàng
Crash!!
Nhiều máy cùng phát đồng thời; cần có chính sách phát lại thích hợp
15
Chế độ AdHoc: trạm-tới-trạm
Chế độ cấutrúc: TrạmtớiTrạmgốc (base station)
Truy nhậpngẫu nhiên & polling
Wireless LAN

Wireless LAN
16
L
L
ự
ự
a
a
chọ
chọ
n
n
MACs
MACs
 Các ứng dụng
 Kiểulưulượng?
9 Liên tục (steady)
9 Hay “cụm” (bursty)
9 Yêu cầuvề thờigianthực, jitter thấp?
 Qui mô
 Chuyển được bao nhiêu lưulượng?
 Hỗ trợ được bao nhiêu người dùng?
 Độ tin cậy, chi phí?
17
Đ
Đ
á
á
nh
nh

gia
gia
́
́
ph
ph
ẩ
ẩ
m
m
ch
ch
ấ
ấ
t
t
MACs
MACs
 Môi trường chia sẻ là phương tiệnduynhất cho các
trạmliênlạcvới nhau
 Bấtkỳ sự phốihợp nào giữacáctrạm đều thông qua
môi trường
 Mộtphầncủa tài nguyên môi trường bị dùng vào việc
truyềntảiphốihợpgiữacáctrạm
 Đánh giá hiệusuất/phẩmchất thông qua Tích Trễ -Băng
tần
 Ví dụ hai trạm đơngiản
 Trạm có frame cần phát lắng nghe môi trường và thựchiện phát
nếumôitrường rỗi
 Trạmgiámsátmôitrường để phát hiệnvachạm

 Nếu có va chạm, trạm phát trước đượcphátlại
18
Hai trạm chia sẻ môi trường chung
Ví
Ví
du
du
̣
̣
vê
vê
̀
̀
MAC
MAC
Hai
Hai
trạ
trạ
m
m
A phát vào
thời điểm
t = 0
Khoảng cách d meters
t
prop
= d /v seconds
AB
A B

B không phát
trướcthời điểm
t = t
prop
& A
chiếm kênh
Case 1
B phát trước
thời điểm
t = t
prop
và phát
hiện có va chạm
ngay sau đó
A B
A
B
A phát hiện
va chạmtại
thời điểm
t = 2 t
prop
Case 2
19
Hi
Hi
ệ
ệ
u
u

su
su
ấ
ấ
t
t
củ
củ
a
a
Ví
Ví
du
du
̣
̣
Hai
Hai
Trạ
Trạ
m
m
 Mỗilầntruyền 1 frame cầnkhoảng thờigianyênlặng 2t
prop
 TrạmB cầngiữ yên lặng t
prop
trước và sau khi Trạm A phát
 Tốc độ R bit/s
 Số bit trong 1 frame L bits/frame
max

11
212/12
prop prop
L
LtR tRL a
η == =
++ +
/
prop
t
a
LR
=
Tích Trễ-Băng tần
chuẩnhóa
Trễ truyền sóng
Thờigiantruyền 1 frame
Hiệusuất
Thông lượng tối đa
1
bits/second

/2 12
eff
prop
L
RR
LR t a
==
++

20
Hi
Hi
ệ
ệ
u
u
su
su
ấ
ấ
t
t
MAC
MAC
đi
đi
ể
ể
n
n
hì
hì
nh
nh
Giao thức CSMA-CD (Ethernet):
Mạng Token-ring
a΄= độ trễ của vòng (bits)/độ dài trung bình của khung
Ví dụ Hai trạm:
CSMA

1
16.44a
η =
+
token
1
1 a
η =
′
+
2tram
1
12a
η =
+
Ö Khi a«1,
η≈
100%
Ö Khi a
→
1,
η
giảm
21
Cá
Cá
c
c
Tí
Tí

ch
ch
Tr
Tr
ễ
ễ
-
-
Băng
Băng
thông
thông
Đi
Đi
ể
ể
n
n
hì
hì
nh
nh
 Các đường truyềndàihoặc có băng thông rộng có a lớn
 Độ dài Ethernet frame max: 1500 bytes = 12.000 bits
 TCP có max segment: 65.000bytes=520.000bit
Æ Mạng quảng bá thích hợpvớimạng LAN hoặccácmạng có tích trễ-
băng thông nho
Mạng Toàn cầu(GAN)3.33 x 10
08
3.33 x 10

07
3.33 x 10
06
100000 km
Mạng Vùng rộng
(WAN)
3.33 x 10
06
3.33 x 10
05
3.33 x 10
04
1000 km
Mạng Đôthị (MAN)3.33 x 10
04
3.33 x 10
03
3.33 x 10
02
10 km
Mạng Cụcbộ (LAN)3.33 x 10
03
3.33 x 10
02
3.33 x 10
01
100 m
Mạng Desk area
network
3.33 x 10

0
3.33 x 10
-01
3.33 x 10
-02
1 m
KiểuMạng1 Gbps100 Mbps10 Mbps
Khoảng
cách
22
Ph
Ph
ẩ
ẩ
m
m
ch
ch
ấ
ấ
t
t
MAC
MAC
 Trễ truyền Khung (Frame Transfer Delay): T
 Từ khi bit đầutiêncủa khung đến MAC nguồn
 Tới khi bit cuốicủa khung được phân phối đếnMAC đích
 Thông lượng (Throughput)
 Tốc độ truyềnthựctế qua môi trường chia sẻ
 Đobằng số frames/sec hay bits/sec

 Các tham số
Tốc độ truyền: R bits/sec
Độ dài môṭ frame: L bits/frame
Thờigiantruyền 1 frame: X=L/R seconds/frame
Tốc độ tới trung bình: λ frames/second
Thông lượng max (@ 100% hiệusuất): R/L fr/sec
Tải: ρ = λX =λ(L/R)
23
Tải
Trễ truyền
E[T]/X
ρ
ρ
max
1
1
Trê
Trê
̃
̃
truy
truy
ề
ề
n
n
chu
chu
ẩ
ẩ

n
n
hó
hó
a
a
vs.
vs.
Tả
Tả
i
i
E[T] = trễ truyền khung
trung bình
X = thờigiantruyền khung
trung bình
 Ở tốc độ tới
thấp, chỉ là thời
gian truyền
frame
 Ở các tốc độ tới
cao, thời gian
đợitruynhập
kênh dài hơn
 Hiệusuấtmax
thường nhỏ
hơn 100%
24
Sư
Sư

̣
̣
phu
phu
̣
̣
thu
thu
ộ
ộ
c
c
và
và
o
o
tả
tả
i
i
a
a
=
=
t
t
prop
prop
R
R

/
/
L
L
Transfer Delay
Load
E[T]/X
ρ
ρ
max
1
1
ρ′
max
a
a
′
a
′
> a
 Khi a nhỏ chi phí
điềuphốitruynhập
thấp, ρ
max
≅1, khi a
lớn, chi phí điềuphối
nhiều, hiệusuấtgiảm
 Ηình dáng chính
xác phụ thuộcvào
môi trường và MAC

cụ thể, số trạm, mẫu
khung đếnvà phân
bố độ dài khung
25
Chương
Chương
6
6
Cá
Cá
c
c
Giao
Giao
th
th
ứ
ứ
c
c
Đi
Đi
ề
ề
u
u
khi
khi
ể
ể

n
n
Truy
Truy
nh
nh
ậ
ậ
p
p
Môi
Môi
tr
tr
ườ
ườ
ng
ng
va
va
̀
̀
Mạ
Mạ
ng
ng
Cụ
Cụ
c
c

bô
bô
̣
̣
Truy nhậpNgẫu nhiên