Phương thức truy cập mạng Ethernet

Phương thức truy cập mạng
Ethernet
Nhóm sinh viên:
Trần Xuân Bách
Đỗ Trung Đức
Giới thiệu

(*)Ethernet là là một họ lớn và đa dạng gồm các công
nghệ mạng dựa khung dữ liệu (frame-based) dành cho mạng
LAN.

(*)Ethernet định nghĩa một loạt các chuẩn nối dây và phát tín
hiệu cho tầng vật lý, hai phương tiện để truy nhập mạng tại
phần MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn)
của tầng liên kết dữ liệu, và một định dạng chung cho việc
đánh địa chỉ.

Được sử dụng rộng rãi nhờ vào ưu thế về tốc độ, giá thành, chi phí
lắp đặt, khả năng hỗ trợ đa số giao thức mạng.
(*) 28-02-13
Lịch sử của Ethernet

Công nghệ Ethernet được bắt đầu từ năm 1970 bằng một chương
trình nghiên cứu có tên là Alohanet

Alohanet là một mạng số sử dụng sóng radio được thiết kế để truyền
thông tin bằng tần số radio dùng chung giữa các điểm trên các đảo
Hawaiian

Alohanet yêu cầu mọi trạm phải theo một giao thức mà không có cơ
chế báo nhận nhưng có cơ chế truyền lại sau một khoảng thời gian

đợi.

Các kỹ thuật được sử dụng cho môi trường truyền dùng chung
này sau đó đã được ứng dụng trong môi trường mạng có dây của
Ethernet

Ethernet được thiết kế trên cơ sở các máy tính dùng chung môi
trường truyền theo topo mạng dạng bus

Phiên bản đầu tiên của Ethernet tích hợp phương pháp truy cập môi trường truyền có tên gọi là Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection (CSMA/CD).

CSMA/CD quản lý các vấn đề nảy sinh khi mà nhiều thiết bị có thể truyền thông trên một môi trường truyền vật lý được
dùng chung
Mạng quảng bá

Ethernet là một mạng quảng bá, trong đó môi
trường truyền thông được chia sẻ. Các host
dùng chung môi trường truyền thông đó.

Ưu điểm:

Không cần phải định tuyến

Nhược điểm:

Cần phải có bộ điều khiển truy nhập MAC
(Media Access Control)

Vấn đề công bằng về chia sẻ tài nguyên giữa các

nút

Năm 1985, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers ) đã đưa ra các tiêu chuẩn cho LANs.

Chuẩn đầu tiên 802.

Chuẩn cho Ethernet 802.3.

Các chuẩn này đều phù hợp với các chuẩn trước đó của International Standards Organization (ISO) và mô
hình OSI

Chuẩn IEEE 802.3 chỉ ra sự cần thiết của tầng thứ nhất và thứ 2 trong mô hình OSI
Các chuẩn cho Ethernet

Ethernet hoạt động ở 2 tầng dưới trong mô hình
OSI: tầng liên kết dữ liệu (Data Link layer) và tần vật
lý (Physical layer).

Mô hình đầu tiên của Ethernet LAN đã được Robert
Metcalfe và các cộng sự phát triển từ đầu những năm 70,
và được chính thức đưa vào hoạt động từ năm 1980 bởi
một hiệp hội bao gồm Digital Equipment Corporation,
Intel, và Xerox (DIX).
Ethernet – Layer 1 và Layer 2

Ethernet hoạt động trên 2 tầng dưới cùng trong mô hình
OSI:

Tầng vật lý (Physical layer):


Liên quan đến tín hiệu, dòng bit truyền dẫn, các thành phần
vật lý và các dạng đồ hình.

Tầng liên kết dữ liệu (Data Link layer):

Media Access Control (MAC) sublayer .

Lớp MAC có vai trò chuẩn bị dữ liệu trước khi truyền trên kênh truyền.

Lớp MAC có 2 chức năng cơ bản:

Data Encapsulation

Media Access Control
Media Access Control (MAC)
Địa chỉ MAC

Cho phép định dạng các thiết bị trong mạng

Mỗi địa chỉ MAC bao gồm 48 bit, với 24 bit đầu
tiên là mã nhận dạng của nhà sản xuất, được
biểu diễn bằng 12 số hexa

Mỗi Network Interface Card (NIC) có một mã số định dạng duy nhất gắn liền với nhà sản xuất
=> địa chỉ MAC (Media Access Control-MAC address)
Địa chỉ mạng ở lớp thứ 2
Khung dữ liệu

Preamble (7 bytes) và Start Frame Delimiter
(1 bytes)


Đồng bộ giữ bên thu và bên phát

Báo cho bên thu sẵn sàng nhận dữ liệu
Khung dữ liệu

Destination MAC Address Field (6 bytes)

Địa chỉ MAC của máy cần truyền thông tin

Được so sánh với địa chỉ MAC của các thiết bị. Nếu trùng với địa chỉ MAC của thiết bị thì thiết bị sẽ nhận dữ liệu

Source MAC Address Field (6 bytes)

Địa chỉ MAC của máy nguồn truyền tin

Được sử dụng để định tuyến hoặc gửi tín hiệu ACK.

Length/Type Field (2 bytes)

Chiều dài và loại dữ liệu được gửi

Data

Thông tin cần truyền đi

Pad Fields (46 -1500 bytes)

Nếu thông tin có độ dài < 46 byte, các bit 0 sẽ được thêm vào để đạt đủ độ dài.
Khung dữ liệu


Frame Check Sequence Field (4 bytes)

Dùng để kiểm tra độ dư vòng (CRC-Cyclic
Redundancy Check).

Mã kiểm tra độ dư vòng được gửi kèm trong Frame
Check Sequence Field .

Bên thu sẽ tính toán mã kiểm tra vòng và so sánh
kết quả với mã nhậ được từ bên phát để phát hiện
lỗi cũng như có xung đột tín hiệu.
Khung dữ liệu
Thông 7n đồng bộ thời gian

Ở chế độ đơn công, 64 bit thông tin đồng bộ
Preamble sẽ được gửi đi

Do bên thu và bên phát không làm việc đồng bộ
với nhau

Chỉ dùng cho mạng Ethernet tốc độ 10Mbps
hoặc thấp hơn.

Với mạng Ethernet 100 Mbps hoặc nhanh hơn,
do đã có sự đồng bộ bên thu và bên phát nên
không yêu cầu phải gửi Preamble .

Tuy nhiên vì các yêu cầu về tương thích,
Preamble và Start Frame Delimiter (SFD) vẫn

được sử dụng.
Bit Time

For CSMA/CD Ethernet to
operate, the sending device must
become aware of a collision before
it has completed transmission of a
minimum-sized frame.

–At 1000 Mbps, special
adjustments are required because
nearly an entire minimum-sized
frame would be transmitted
before the ‚rst bit reached the end
of the ‚rst 100 meters of UTP
cable. For this reason, half-duplex
mode is not permitted in 10-
Gigabit Ethernet.
Ethernet Timing: Slot Time

In half-duplex Ethernet, where data can only travel in one
direction at once, slot time becomes an important parameter in
determining how many devices can share a network.–
Determining slot time is a trade-o… between the need to reduce
the impact of collision recovery (backo…and retransmission
times) and the need for network distances to be large enough to
accommodate reasonable network sizes. –Slot time for 10-and
100-Mbps Ethernet is 512 bit times, or 64 octets. –Slot time for
1000-Mbps Ethernet is 4096 bit times, or 512 octets The slot .
time ensures that if a collision is going to occur, it will be

detected within the ‚rst 512 bits (4096 for Gigabit Ethernet) of
the frame transmission Slot time is an important parameter for .
the following reasons:–The 512-bit slot time establishes the
minimum size of an Ethernet frame as 64 bytes. Any frame less
than 64 bytes in length is considered a "collision fragment" or
"runt frame" and is automatically discarded by receiving
stations.–The slot time establishes a limit on the maximum size
of a network's segments. If the network grows too big, late
collisions can occur. Late collisions are considered a failure in
the network Slot time is calculated assuming maximum cable .
lengths on the largest legal network architecture.
Khoảng cách khung

Đảm bảo cho kênh truyền ổn định sau
khi truyền khung thông tin trước đó và
bên thu có đủ thời gian để xử lý khung
thông tin.

Được tính từ bit cuối cùng của trường
FCS của 1 khung cho tới bit đầu tiên cua
trường Preamble của khung tiếp theo.
Ethernet Unicast

Khi cần truyền thông tin từ một máy nguồn đến một máy đích duy nhất.

Sử dụng địa chỉ MAC của máy đích làm địa chỉ truyền tin

Với bản tin quảng bá, host ở địa chỉ IP đích chứa
toàn bộ là bit 1


Tất cả các host ở trong miền quảng bá (broadcast
domain) đều nhận được bản tin này

Limited broadcast

All 32 bits address are all 1s

Rất nhiều giao thức mạng như Dynamic Host
Con‚guration Protocol (DHCP) và Address
Resolution Protocol (ARP) sử dụng phương thức
quảng bá.

Địa chỉ MAC là chuỗi 48 bit 1 biểu diễn dưới dạng
hexa FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Ethernet Broadcast

Cho phép gửi bản tin tới một
nhóm người nhận

Mỗi nhóm người nhận được cấp
phát một địa chỉ IP chung của
nhóm, có giá trị trong khoảng từ
224.0.0.0 tới 239.255.255.255.

Địa chỉ MAC cho multicast có giá
trị bắt đầu từ 01-00-5E hexa.
Ethernet Mul7cast
Kiểm soát truy cập môi trường (MAC)

Các nút tham gia vào mạng mà không có nút nào được ưu tiên


Xung đột xảy ra khi có 2 hay nhiều nút cùng muốn truyền thông tin trong cùng một thời điểm.
Điều này dẫn đến các thông tin có thể gây nhiễu lên nhau
-> không truyền được thông tin.

Có 2 phương pháp để giải quyết vấn đề xung đột:

Collision Avoidance

Collision Resolution

Ethernet sử dụng phương thức Collision Resolution
ALOHA

Collision Resolution lần đầu tiên được sử dụng thử nghiệm cho mạng radio ALOHANET tại
đảo Hawaii vào những năm 1970.

Ý tưởng cơ bản cho Collision Resolution là cho phép bất cứ một nút nào gửi tin ngay khi nó đã
sẵn sàng.

Trong giao thức ALOHA nguyên bản, các gói tin có chứa một dạng mã phát hiện lỗi. Nếu như
gói được nhận nguyên vẹn, bên thu sẽ phát một bản tin ACK. Nếu xung đột xảy ra và bản tin bị
nhận lỗi, bên thu không gửi ACK. Bên phát sẽ phát lại bản tin sau một thời gian chờ
ALOHA
CSMA
Carrier Sense Mul7ple Access

Một cải tiến mới của Collision Resolution - ALOHA đó là thêm vào khả năng các thiết bị phát hiện
được kênh truyền có rỗi hay là không. Kĩ thuật đó là Đa truy nhập cảm nhận sóng mang (Carrier Sense
Multiple Access – CSMA).


Cách làm việc của CSMA: Lắng nghe kênh truyền, nếu rỗi thì truyền khung, bận thì trì hoãn việc gửi
khung.
CSMA