mạng cục bộ lan

Truyền số liệu và Mạng máy tính
Truyền số liệu và Mạng máy tính
Mạng cục bộ LAN
Mạng cục bộ LAN
GVC. Nguyễn Đình Việt
Khoa Công nghệ, ĐHQGHN
Hà nội - 2004

Chương 3 Mạng cục bộ - LAN
•
Đặc trưng công nghệ của mạng LAN
•
Kiến trúc mạng cục bộ
•
Một số phương pháp điều khiển truy cập mạng
•
Công nghệ Ethernet và 802.3
•
802.5 – Token Ring
•
Mạng cục bộ mở rộng
2/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.1 Định nghĩa LAN

Local Area Network

Đặc trưng công nghệ

–
Kích thước nhỏ: thời gian truyền trong mạng bị giới hạn và phải biết
trước, nhờ đó có thể áp dụng một số cách thiết kế có hiệu quả cao đồng
thời đơn giản hoá việc quản lý mạng.
–
Tốc độ truyền cao, 1 Mbps – 100 Mbps.
–
Không có quan hệ Master-Slave, các máy tính cộng tác trong việc điều
khiển truy cập đường truyền chung
–
Phương thức trao đổi: connectionless, broadcast
–
Topology: bus, ring
3/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2 Các hình thức kết nối – Topology

Bus: Special case of tree, One trunk, no branches

Ring

Star

Tree = Hierarchical structured star
4/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1.2.1 Kết nối theo tuyến

Đường truyền chung; PCs, Printers v.v. nối với đường truyền chung bằng các giao
diện phần cứng thích hợp - tap, các đơn vị điều khiển kết nối mạng cùng tham gia
vào quá trình đk truy cập

Tín hiệu truyền trong toàn đoạn cáp kiểu broadcast, phải có terminator.
5/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.1 Kết nối theo tuyến
Nhận xét

Việc truyền không hướng nối (Connectionless)

Cần có thuật toán điều khiển truy cập môi trường truyền.

Đảm bảo tính chất điện của tín hiệu (signal balancing) khi có nhiều thiết bị phát
đồng thời:
–
Tín hiệu không quá lớn  gây hỏng
–
Tín hiệu không quá nhỏ  không thu được
–
Phân biệt giữa tín hiệu và nhiễu
–
Chống nhiễu
6/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

Các repeater nối với nhau kiểu point-to-point tạo thành 1 vòng khép kín. Repeater nhận
data ở một đường truyền, sau đó phát lại nó lên đường truyền kia, từng bit một. Số liệu
truyền trong ring theo một hướng. (Ring không thực sự là môi trường truyền khuếch tán )

Các thiết bị cuối kết nối với hệ thống truyền dẫn thông qua các bộ lặp (repeater). Nhiệm vụ
của bộ lặp là kết nối ES vào dòng số liệu trên hệ thống truyền dẫn để:
–
thu và lặp lại số liệu (độ trễ ít nhất là 1 bit)
–
phát số liệu vào dòng số liệu chuyển tiếp và loại bỏ đi sau 1 vòng chuyển tiếp
7/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

a) C truyền 1 frame có địa chỉ
nhận là A

b) Khi frame đi qua B, nó không
nhận vì địa chỉ nhận trong frame
không phải là cho B

c) A copy frame vào bộ đệm và
cho frame đi tiếp trong ring


Người gửi C thu lại frame khi nó
trở về sau khi đi 1 vòng trong
ring.
8/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

Vì nhiều trạm chia sẻ một ring, nên cần phải có sự điều khiển truy cập
môi trường truyền, để xác định mỗi trạm được phép truyền frame vào
ring tại thời điểm nào  Token (thẻ bài) được sử dụng.
–
Token là gói số liệu đặc biệt (một bit-pattern đặc biệt), token chạy vòng quanh
ring ngay cả khi các trạm đều rỗi.
–
Khi một trạm muốn truyền một frame, nó phải giữ lấy token và lấy nó ra khỏi
vòng trước khi truyền. Vì chỉ có một token nên mỗi thời điểm chỉ có một trạm có
thể truyền, không xảy ra xung đột.
9/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)
10/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)
FS field: dùng để thông báo trạng thái frame


A (Address recognized bits) = 1: thông báo địa chỉ đích của frame trùng với địa chỉ
của 1 thiết bị mạng. Bên nguồn khi phát frame đặt các bit A và C bằng 0.

Bit C (Copied) =1: cho biết frame đã được copy.

Bit E (Error) =1: cho biết frame có lỗi (khi sao chép)
11/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.2 Kết nối theo vòng (Ring)

Vấn đề cơ bản trong thiết kế và phân tích mạng token ring: độ dài vật lý của một bit.

Ring phải có thời gian trễ đủ chứa hết cả token chạy vòng quanh khi các trạm đều
rỗi. Trễ có hai thành phần: trễ 1 bit do mỗi trạm gây ra và trễ lan truyền tín hiệu.

Thí dụ: Nếu tốc độ dữ liệu của ring là R Mbps  thời gian phát 1 bit = 1/R µs 
mỗi bit chiếm 200/R mét trong ring (vòng). Điều này có nghĩa là tại một thời điểm,
ring 1 Mb/s với chu vi 1000 m chỉ có thể chứa được 5 bit.
12/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

Sử dụng Hub/Switch hoặc Bridge.
13/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

Hub (concentrator): copy tín hiệu đến từ 1 port sang tất cả các port khác. Hub hoạt
động ở tầng vật lý, giống như Repeater.
−
Passive hub: Chỉ thực hiện chức năng đơn giản như trên
−
Active hub: Áp dụng công nghệ store & forward, nó “nhìn” vào dữ liệu trước khi gửi đi
tiếp, nhằm sửa một số lỗi của frame.
−
Intelligent hub: Ngoài các đặc tính của active hub, nó được trang bị khả năng hỗ trợ việc
quản trị mạng tập trung.
14/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

Bridges: Bridge được sử dụng để kết nối các
mạng LAN khác nhau.

Có thể coi Bridge như "low-level router“ bởi vì,
về thực chất là thiết bị chuyển mạch gói hoạt
động ở tầng Data link (dựa trên địa chỉ MAC).

Chức năng lọc frame

Chức năng forward frame


Thực hiện 2 chức năng trên dựa trên
“Bridge Table”

Bridge làm cô lập miền xung đột giữa các LAN
 thông lượng tổng cộng của Backbone LAN
cao hơn thông lượng của 1 LAN.

Bridge có thể kết nối các mạng LAN ở xa
(Remote Bridge), cự ly không hạn chế.
 Next slice
15/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân
cấp

A remote bridge: kết nối 2 mạng LAN
qua 1 đường truyền dài (thường có tốc
độ thấp), thí dụ telephone line. Khả năng
hoạt động thông qua đường truyền dài là
quan trọng hơn.

Local bridge: Kết nối 2 mạng LAN cạnh
nhau. Hiệu suất là vấn đề quan trọng
hơn.
16/108

3.1 Đặc trưng công nghệ

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.2.3 Kết nối có cấu trúc, phân cấp

Switch

Tương tự như Bridge, nhưng có nhiều port và có
hiệu suất cao

Khác căn bản giữa Switch và Bridge:

Bridge có ít cổng (2-4), còn Switch có nhiều
cổng, các cổng có thể hoạt động ở tốc độ
khác nhau.

Bridge không có khả năng cho các kết nối
đi qua đồng thời (simultaneous cross-
segment connections), còn Switch thì có thể
17/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.3 Môi trường truyền dẫn
Các tham số đặc trưng của môi trường truyền dẫn trong mạng LAN

Các đặc tính vật lý: vật liệu tạo thành, cấu tạo, kích thước vật lý

Các đặc trưng truyền dẫn: dải tần, bandwidth, kỹ thuật điều chế
tín hiệu số, kỹ thuật điều chế tín hiệu tương tự.

Kiểu kết nối: point-to-point, point-to-multipoint, broadcast


Khoảng cách vật lý

Độ nhiễu, độ suy giảm tín hiệu

Giá
18/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.3.1 Cáp xoắn

2 loại: TP (Twisted-Pair) và UTP (Unshielded Twisted-Pair).

TP có 5 loại (Category) chính sau:

CAT1: dây điện thoại (<1980), không dùng để truyền dữ liệu.

CAT2: dùng để truyền dữ liệu với tốc độ tới 4 Mbps. Thường
dùng trong các mạng token chạy với tốc độ 4 Mbps.

CAT 3: thường được dùng trong Ethernet 10base-T LANs kiểu
cũ, chạy ở tốc độ 10 Mbps.

CAT 4: thường dùng trong các mạng token 10Base-T / 100Base-
T. CAT4 bao gồm 4 đôi dây được xoắn lại, chạy được ở tốc độ
16 Mbps, tốc độ truyền cao nhất là 20 Mbps.

CAT 5 : loại cáp Ethernet phổ biến nhất, có khả năng truyền 100
Mbps và sử dụng cho các mạng 100base-T and 10base-T.

19/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.3.2 Cáp đồng trục

Loại 50 Ω (3/8”): thường được dùng để truyền tín hiệu số

Loại 75 Ω (1/2”): cáp truyền hình, dải thông rộng hơn cáp 50 Ω

Bandwidth của cáp đồng trục phụ thuộc vào: chất lượng cáp,
chiều dài cáp, SNR (Signal to Noise Ratio) của tín hiệu số liệu.
20/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.3.3 Cáp quang

Cấu tạo vật lý

Lõi: thuỷ tinh hoặc chất dẻo

Lớp vỏ quanh lõi tạo khúc xạ
toàn phần

Lớp vỏ bảo vệ

Nguồn sáng

LED – the Light Emitting

Diode: rẻ hơn, miền nhiệt độ
làm việc rộng hơn, tuổi thọ
cao hơn.

ILD – the Injection Laser
Diode: hiệu quả hơn, có thể
đạt tốc độ truyền cao hơn.
21/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.3.3 Cáp quang

Các loại cáp quang

Step-index Multimode:
Các tia bị phản xạ dưới
nhiều góc khác nhau  tín
hiệu truyền theo nhiều
đường  cần phải giữ
khoảng cách giữa các xung
 hạn chế tốc độ.

Graded-index
Multimode: Chỉ số khúc
xạ càng vào tâm lõi càng
cao  các tia sáng bị uốn
cong nhiều hơn ở tâm 
chiều dài đường đi ngắn
hơn so với ở Multimode.


Single mode: Tín hiệu chỉ
đi theo 1 đường  không
bị méo dạng
22/108

3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1 Đặc trưng công nghệ
3.1.3.3 Cáp quang

Ưu điểm của cáp quang

Dải thông lớn, có thể từ hàng 100 Mbps đến hàng Gbps

Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ của môi trường, đảm bảo an ninh tốt. Cáp quang thích hợp với
môi trường ứng dụng trong công nghiệp.

Gọn, nhe, dễ cài đặt
Loại Đặc trưng công nghệ
Step-index
Multimode

thích hợp với các đường truyền ngắn, khoảng 1 km

dải thông tối đa: 100 Mhz

Độ suy giảm tín hiệu: vừa, khoảng 2,5 – 3,5 dB/km (loại 850 nm)

Chênh lệch thời gian truyền tín hiệu lớn, độ dãn xung tín hiệu lớn
graded-index

Multimode

thích hợp với các đường truyền trung binh, khoảng 27 km

dải thông tối đa: 1 Ghz

Độ suy giảm tín hiệu: vừa, khoảng 2,5 – 3,5 dB/km (loại 850 nm)

Chênh lệch thời gian truyền tín hiệu lớn, độ dãn xung tín hiệu vừa
Single mode

thích hợp với các đường truyền dài, khoảng 55 km

dải thông tối đa: 100 Ghz

Độ suy giảm tín hiệu: nhỏ, khoảng 0,36 dB/km (loại 1300 nm)

Không có sự chênh lệch thời gian truyền tín hiệu, không có sự dãn xung tín hiệu.
23/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ
3.2 Kiến trúc mạng cục bộ
3.2.1 Mô hình quy chiếu

So sánh với ISO/OSI - chỉ bao gồm 2 mức chức năng thấp nhất: Vật
lý + Liên kết

Mức liên kết được chia thành 2 mức con:
–
MAC (Medium Access Control)

–
và LLC (Logical Link Control)
24/108

3.2 Kiến trúc mạng cục bộ
3.2 Kiến trúc mạng cục bộ
3.2.1 Mô hình quy chiếu

Tầng vật lý:
–
thực hiện chức năng điều chế tín hiệu số và đồng bộ để phát và nhận số liệu
nối tiếp trên kênh truyền chung một cách chính xác.
–
Thích ứng về cơ học đối với từng loại hệ thống truyền dẫn cụ thể: ổ cắm, loại
dây, số lượng tín hiệu v.v.

Tầng MAC
–
Tạo khuôn dạng gói số liệu theo cấu trúc quy định
–
Địa chỉ tầng MAC là địa chỉ của thiết bị kiết nối mạng.
–
Điều khiển việc truy cập vào kênh truyền chung một cách bình đẳng
–
Phát hiện và giải quyết xung đột.
Trong mạng cục bộ, với kênh truyền thông tin chung, không cần một “tầng
mạng” riêng nữa.
25/108