Điều khiển thiết bị và thu thập dữ liệu qua mạng ETHERNET

Đồ án tốt nghiệp

Lời cam đoan :
Tôi Trần Tuấn Nam xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao
chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước.
Sinh Viên

Trần Tuấn Nam

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH
Hình 2.1: Khung truyền10
Hình 2.2: Ethernet/IEE 802.3 trong tập chuẩn IEEE 802.11
Hình 2.3: Minh họa phương pháp CSMA/CD.14
Hình 2.4: Kiến trúc giao thức TCP/IP19
Hình 2.5: Lớp dữ liệu trong gói liên kết21
Hình 2.6: Tổ chức địa chỉ IP.22
Hình 2.7: Mạng và mặt nạ23
Hình 2.8 Sơ đồ chân PIC 18F455027
Hình 2.9: Thanh ghi SSPCON128
Hình 2.10: Thanh ghi SSPSTAT28
Hình 2.11: Kết nối Master và Slave29
Hình 2.12: Dạng sóng chế độ Master30
Hình 2.13: Dạng sóng chế độ Slave30
Hình 2.14: Sơ đồ chân ENC28J6031

Hình 2.15: Sơ đồ khối ENC28J6032
Hình 2.16: Kết nối phần cứng vi điều khiển với ENC28J6032
Hình 2.17: Sơ đồ chân DS18B2033
Hình 2.18: Sơ đồ kết nối với vi điều khiển34
Hình 2.19: DS18B20 hoạt động với nguồn ngoài34
Hình 2.20: DS18B20 hoạt động với nguồn ký sinh34
Hình 2.21: Thanh ghi nhiệt độ35
Hình 2.22: Bộ nhớ của DS18B2036
Hình 2.23: Thời gian khởi tạo38
Hình 2.23: Thời gian khởi tạo39
Hình 3.1 Sơ đồ khối40
Hình 3.2 Sơ đồ kết nối chân DS18B2041
Hình 3.3 Sơ đồ vi điều khiển 18F455042
Hình 3.4 Sơ đồ khối mạch công suất42
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối vi điều khiển ENC28J60 với cổng RJ4543
Hình 3.6 Sơ đồ khối LCD16x243
Hình 3.7 Sơ đồ khối nguồn44
Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý44
Hình 3.9 Sơ đồ mạch in44
Hình 4.1 Khối mạch thi công48
Hình 4.2 Ping tới mạch điều khiển48
Hình 4.3 Giao diện phần mềm49
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1: Một số loại cáp tryền Ethenet thông dụng11
Bảng 2.2: Mối quan hệ nhiệt độ/dữ liệu35

Bảng 2.3: Trình tự giao tiếp với 1 DS18B2037
Bảng 2.4: Trình tự giao tiếp với nhiều DS18B2038

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu
Internet ngày nay đã trở thành một công cụ hiệu quả trong tất cả các lĩnh vực đời
sống xã hội, việc kết nối giữa các máy tính đã trở nên dễ dàng rất nhiều. Với mong
muốn xây dựng một phương thức kết nối giữa máy tính và thiết bị điều khiển theo
chuẩn Ethernet nhằm mục đích nâng cao kiến thức thực tiễn,em đã được sự giúp đỡ
của thầy giáo - ThS. Hoàng Minh Huy, đã tiến hành nghiên cứu, xây dựng mạch
thiết bị điều khiển tích hợp giao diện truyền thông Ethernet.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - ThS. Hoàng Minh Huy đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin cảm ơn các bộ môn liên
quan đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình chúng em thực hiện đồ án.

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1 : MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Giới thiệu chương 1
Chương 1 cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống và phương pháp xây dựng đồ án
1.1Đặt vấn đề
Nhiều chuẩn mạng công nghiệp cùng tồn tại trong một nhà máy là tình trạng phổ
biến hiện nay. Điều này gây nhiều bất tiện trong việc thiết kế, vận hành và tích hợp

hệ thống. Với những cải tiến kỹ thuật nhiều năm trở lại đây, Ethernet ngày càng
tham gia nhiều hơn vào mạng công nghiệp. Và có lẽ trong một tương lai không xa,
mạng công nghiệp cũng sẽ chỉ còn là Ethernet.
Mạng Ethernet công nghiệp đã và đang có những bước phát triển nhanh chóng, sẽ
dần thay thế các mạng công nghiệp truyền thống khác. Các nhà máy sản xuất công
nghiệp cũng nhận thấy những lợi ích của Ethernet công nghiệp trong việc nâng cao
hiệu quả sản xuất,đơn giản hóa quản lý và tích hợp thông tin giữa sản xuất và quản
lý dễ dàng.
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của thiết bị điện- điện tử, việc giao tiếp với
máy tính là hết sức cần thiết. Điều này không những tận dụng được tài nguyên, khả
năng xử lý của máy tính mà còn giúp người sử dụng có thể theo dõi các đối tượng
làm việc phía dưới.
Hiện nay, có nhiều phương pháp kết nối máy tính với các thiết bị điều khiển như
thực hiện việc kết nối theo chuẩn RS232, RS485 rất phổ biến, tuy nhiên khi thực
hiện việc kết nối các theo chuẩn này gặp phải một số vấn đề cơ bản sau:
Khoảng cách kết nối giữa máy tính với thiết bị điều khiển khoảng 30-



40m.


Tốc độ truyền thông của RS232 chỉ khoảng 19.2kBd.



Ghép nối điểm-điểm.

Những nhược điểm của các phương pháp giao tiếp trên cũng chính là những ưu
điểm của mạng Ethernet. Với những lợi thế của mình, mạng Ethernet đã trở thành

mạng phổ biến nhất trong các hệ thống nhà máy công nghiệp.
Để có thể kết nối thiết bị điều khiển với máy tính theo chuẩn Ethernet, chúng em đã
thực hiện đề tài này.

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

1.2 Mục tiêu của đề tài
Thực hiện việc kết nối thiết bị điều khiển với PC thông qua mạng Ethernet. Qua đó,
thực hiện việc trao đổi dữ liệu, thực hiện một số ứng dụng cụ thể như : thu thập hiển
thị nhiệt độ; điều khiển, hiển thị tốc độ động cơ dùng Ethernet…
1.3 Nhiệm vụ của đề tài
Để thực hiện được mục tiêu của đề tài, nhiệm vụ cần đặt ra là :
1.

Thiết kế mạch phần cứng thiết bị điều khiển.

2.

Xây dựng phần mềm giao diện Ethernet.

Thiết kế phần mềm giao diện trên PC giúp người sử dụng thực hiện đặt các giá trị
đặt và theo dõi trạng thái đối tượng bên dưới.
Từ đó,đồ án “Điều khiển thiết bị và thu thập dữ liệu qua mạng Ethernet” đã
được thực hiện và gồm 4 chương chính:
CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN
Tổng kết chương 1:
Qua chương 1 ta có thể hình dung khái quát về hệ thống ,từ đó dễ dàng trong việc
triển khai chi tiết các khối chức năng về phần cứng cũng như phần mềm. Đồng thời
nhờ nghiên cứu cụ thể phương pháp thực hiện, nên tính định hướng của đồ án sẽ rất
rõ ràng.

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu chương 2:
Chương 2 giới thiệu về những kiến thức làm nền tảng để thực hiện đồ án.
2.1 Tổng quan về mạng Ethenet
2.1.1 Giới thiệu
Ethernet là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Thực
chất, Ethernet chỉ là mạng cấp dưới (lớp vật lý và một phần lớp liên kết dữ liệu), vì
vậy có thể sử dụng các giao thức khác nhau ở phía trên, trong đó TCP/IP là tập giao
thức được sử dụng phổ biến nhất. Tuy vậy, mỗi nhà cung cấp sản phẩm có thể thực
hiện giao thức riêng hoặc theo một chuẩn quốc tế cho giải pháp của mình trên cơ sở
Ethernet. High Speed Ethernet (HSE) của Fieldbus Foundation chính là một trong
tám hệ bus trường được chuẩn hóa quốc tế theo IEC 61158.
Ethernet có xuất xứ là tên gọi một sản phẩm của công ty Xerox, được sử dụng đầu
tiên vào năm 1975 để nối mạng 100 trạm máy tính với cáp đồng trục dài 1km, tốc
độ truyền 2,94 Mbit/s và áp dụng phương pháp truy nhập bus CSMA/CD. Từ sự
thành công của phương pháp này, Xerox đã cùng DEC và Intel đã xây dựng một
chuẩn 10 Mbit/s- Ethernet. Chuẩn này chính là cơ sở cho IEEE 802.3 sau này. Đặc
biệt, với phiên bản 100 Mbit/s (Fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày càng

đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống công nghiệp. Bên cạnh việc sử dụng
cáp đồng trục, đôi dây xoắn và cáp quang, gần đây Ethernet không dây (Wireless
LAN, IEEE 802.11) cũng đang thu hút được sự quan tâm lớn.
2.1.2 Khung truyền
Một frame của Ethernet bao gồm các phần sau:
 Phần mở đầu: 7 bytes (không được tính vào kích thước frame của Ethernet)

Tất cả các byte đều có giá trị 10101010

Được dùng để đồng bộ đồng hồ giữa nơi nhận và gửi frame
 SFD (Start frame delimiter): 1 byte (không được tính vào kích thước
Ethernet frame)

Byte này có giá trị 10101011

Được dùng để đánh dấu bắt đầu một frame

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp



Tuy vậy, không có end-frame-delimieter cho Ethernet frame. Việc
thêm bit/byte (stuffing) cũng không được sử dụng cho các bit thông tin. Kết thúc
của một frame được phát hiện bằng việc sử dụng tín hiệu vật lý.

Hình 2.1: Khung truyền




•
•
-







•
•

Địa chỉ nơi đến: 6 bytes
Đây là địa chỉ MAC của Ethernet card của nơi đến
Ý nghĩa của bit thấp nhất (least-significant bit) xác định 6 bytes này:
0: địa chỉ unicast
3 bytes đầu tiên được dùng để chỉ nhà sản xuất
00-00-0C: CISCO
00-00-3D: AT&T
3 bytes tiếp theo do nhà sản xuất quyết định
1: địa chỉ multicast
01-80-c2-00-00-00: được dùng bởi các bridges cho giải
thuật cây tản rộng (spanning tree algorithm)• ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff: địa chỉ quảng bá
(broadcast)
Ở chế độ hoạt động bình thường, Ethernet chỉ tiếp nhận những frame
có địa chỉ nơi đến trùng với địa chỉ (duy nhất) của nó, hoặc địa chỉ nơi đến thể
hiện một thông điệp quảng bá. Tuy vậy, hầu hết các Ethernet card đều có thể

được đặt ở chế độ "promiscuous". Trong chế độ này, nó sẽ nhận tất cả các frame
xuất hiện trong mạng LAN.
Địa chỉ nguồn: 6 bytes
Đây là địa chỉ MAC của Ethernet card nguồn.
Loại/ Độ dài: 2 bytes
Có hai loại cấu trúc Ethernet frame
IEEE 802.3 MAC
Dùng để chỉ độ dài của Ethernet frame
DIX Ethernet: Được công bố bởi DEC, Intel và Xeror vào năm
1980 (phổ biến hơn)
Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

-

Dùng để chỉ giao thức của lớp phía trên
0800: IP
0806: ARP

Phần thông tin: Từ 46 tới 1500 bytes:

Do kích thước frame tối thiều là 64 bytes, kích thước tối thiểu của
phần thông tin là 64-18=46 bytes (18 bytes thông tin điều khiển).

Kích thước phần thông tin tối đa là 1500 bytes. Do đó, kích thước gói
IP trong Ethernet tối đa là 1500 bytes, đây cũng là một trong ba kích thước gói
IP thông dụng nhất (40, 576, 1500).
 FCS (Frame Check Sequence): 4 bytes


Chứa mã kiểm tra CRC 32 bits.
2.1.3 Kiến trúc giao thức
Kiến trúc giao thức của Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 chỉ bao gồm lớp vật lí và
lớp MAC (Medium Access Control, lớp điều khiển truy nhập môi trường).


Hình 2.2: Ethernet/IEE 802.3 trong tập chuẩn IEEE 802.
2.1.4 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn
Về mặt logic, Ethernet có cấu trúc bus. Cấu trúc mạng vật lí có thể là đường thẳng
hoặc hình sao tùy theo phương tiện truyền dẫn. Bốn loại cáp thông dụng nhất : cáp
đồng trục dầy, cáp đồng trục mỏng, cáp đôi dây xoắn, cáp quang.
Tên hiệu

Loại cáp

Chiều dài tối đa

Số trạm tối đa

10BASE5

Cáp đồng trục dầy

500m

100

10BASE2

30

10BASE-T

Cáp đồng trục 200m
mỏng
Cáp đôi dây xoắn
100m

10BASE-F

Cáp quang

1024

200m

1024

Bảng 2.1: Một số loại cáp tryền Ethenet thông dụng

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

Loại 10BASE5 còn được gọi là cáp dầy ( thick Ethernet), loại cáp đồng trục thường
có màu vàng. Kí hiệu 10BASE5 có nghĩa là tốc độ truyền tối đa 10Mbit/s, phương
pháp truyền tải dải cơ sở và chiều dài một đoạn mạng tối đa 500m. Loại cáp đồng
trục thứ hai có kí hiệu 10BASE2 được gọi là cáp mỏng ( thin Ethernet), rẻ hơn

nhưng hạn chế một đoạn mạng ở phạm vi 200m và số lượng 30 trạm.
Với 10BASE5, bộ nối được gọi là vòi hút ( vampire tap), đóng vai trò một bộ thu
phát ( transceiver ). Bộ thu phát chứa vi mạch điện tử thực hiện chức năng nghe
ngóng đường truyền và nhận biết xung đột. Trong trường hợp xung đột được phát
hiện, bộ thu phát gửi một tín hiệu không hợp lệ để tất cả các bộ thu phát khác cũng
nhận biết được rằng xung đột đã xảy ra. Như vậy, chức năng của module giao diện
mạng được giảm nhẹ. Cáp nối giữa bộ thu phát và card giao diện mạng được gọi là
cáp thu phát, có thể dài tới 50m và chứa tới năm đôi dây xoắn bọc lót riêng biệt
( STP). Hai đôi dây cần cho trao đổi dữ liệu, hai đôi cho truyền tín hiệu điều khiển,
còn đôi dây thứ năm có thể sử dụng để cung cấp nguồn cho bộ thu phát. Một số bộ
thu phát cho phép nối tới tám trạm qua các cổng khác nhau, nhờ vậy tiết kiệm được
số lượng bộ nối cũng như công lắp đặt.
Với 10BASE2, card giao diện mạng được nối với cáp đồng trục thông qua bộ nối
thụ động BNC hình chữ T. Bộ thu phát được tích hợp trong bảng mạch điện tử của
module giao diện mạng bên trong máy tính. Như vậy, mỗi trạm có một bộ thu phát
riêng biệt.
Về bản chất, cả hai kiểu dây với cáp đồng trục như nói trên đều thực hiện cấu trúc
bus
( vật lí cũng như logic), vì thế có ưu điểm là tiết kiệm dây. Tuy nhiên, các lỗi phần
cứng như đứt cáp, lỏng bộ phận nối rất khó phát hiện trực tuyến. Mặc dù đã có một
số biện pháp khắc phục, phương pháp tin cậy hơn là sử dụng cấu trúc hình sao với
một bộ chia ( hub) hoặc một bộ chuyển mạch ( switch ). Cấu trúc này thông thường
được áp dụng với cáp đôi dây xoắn, nhưng cũng áp dụng được với cáp đồng trục
( ví dụ Industrial Ethernet).
Đa số cấu hình mạng Ethernet có kết nối với thiết bị điều khiển thường sử dụng
chuẩn chung 10BASE-T. Trong mạng này các trạm được nối với nhau qua một bộ
chia giống như cách nối các mạng điện thoại.
Ưu điểm của cấu trúc này là việc bổ xung hoặc tách một trạm ra khỏi mạng cũng
như việc phát hiện cáp truyền rất đơn giản.

10

Trang


Đồ án tốt nghiệp

Nhược điểm có thể thấy rõ nhất đó là tốn dây dẫn và công đi dây cũng như chi phí
cho bộ chia chất lượng cao cũng là một vấn đề. Bên cạnh đó, khoảng cách tối đa
cho phép từ một trạm tới bộ chia thường bị hạn chế trong vòng 100 – 150m.
Bên cạnh cáp đồng trục và cáp đôi dây xoắn thì cáp quang cũng được sử dụng nhiều
trong Ethernet, trong đó đặc biệt là 10BASE-F. Với cách ghép nối duy nhất là điểm
– điểm, cấu trúc mạng có thể là daisy-chain, hình sao hoặc hình cây. Thông thường,
chi phí cho các bộ nối và chặn đầu cuối rất lớn nhưng khả năng kháng nhiễu tốt và
tốc độ truyền cao lá các yếu tố quyết định trong nhiều phạm vi ứng dụng.
Trong nhiều trường hợp, ta có thể sử dụng phối kết hợp nhiều loại trong một mạng
Ethernet. Ví dụ, cáp quang hoặc cáp đồng trục dầy có thể sử dụng là đường trục
chính hay xương sống ( backbone ) trong cấu trúc cây, với các đường nhánh là cáp
mỏng hoặc đôi dây xoắn. Đối với mạng quy mô lớn, có thể sử dụng các bộ lặp,
nhưng đường dẫn giữa hai bộ thu phát không được phép dài quá 2,5km cũng như
không đi qua quá bốn bộ lặp.
2.1.5 Cơ chế giao tiếp
Sự phổ biến của Ethernet có được là nhờ tính năng mở. Thứ nhất, Ethernet chỉ qui
định lớp vật lí và lớp MAC, cho phép các hệ thống khác nhau tùy ý thực hiện các
giao thức và dịch vụ phía trên. Thứ hai, phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên
CSMA/CD không yêu cầu các trạm tham gia phải biết cấu hình mạng, vì vậy có thể
bổ xung hay tách một trạm ra khỏi mạng mà không ảnh hưởng tới các phần còn lại.
Thứ ba, việc chuẩn hóa sớm trong IEEE 802.3 giúp cho các nhà cung cấp sản phẩm
thực hiện dễ dàng hơn.
Trong một mạng Ethernet, không kể tới bộ chia hoặc bộ chuyển mạch thì tất cả đều

có vai trò bình đẳng như nhau. Mỗi trạm có một địa chỉ Ethernet riêng biệt và thống
nhất. Việc giao tiếp giữa các trạm thông qua giao tiếp phía trên ví dụ NetBUI,
IPX/SPX hoặc TCP/IP. Tùy theo giao thức cụ thể, căn cước của bên gửi và bên
nhận trong một bức điện của lớp phía trên sẽ được dịch sang địa chỉ Ethernet trước
khi được chuyển xuống lớp MAC.
Bên cạnh cơ chế giao tiếp tay đôi, Ethernet còn hỗ trợ phương pháp gửi thông báo
đồng loạt ( multicast và broadcast ). Một thông báo multicast được gửi tới một
nhóm các trạm, trong khi một thông báo broadcast gửi tới tất cả các trạm.
2.1.6 Truy nhập bus
Một vấn đề lớn thường gây lo ngại trong việc sử dụng Ethernet ở cấp trường là
phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access
11

Trang


Đồ án tốt nghiệp

with Collision Avoidance ) và sự ảnh hưởng tới hiệu suất cũng như tính năng thời
gian thực của hệ thống. Ở đây, một trong những yếu tố quyết định tới hiệu suất của
hệ thống là thuật toán tính thời gian truy nhập lại cho các trạm trong trường hợp xảy
ra xung đột.

Hình 2.3: Minh họa phương pháp CSMA/CD.
Nguyên tắc làm việc phương pháp CSMA/CD
Theo phương pháp CSMA/CD, mỗi trạm đều có quyền truy nhập bus mà không cần
một sự kiểm soát nào. Phương pháp được tiến hành như sau:
•

Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn ( carrier sense), nếu đường dẫn rỗi

( không có tín hiệu ) thì mới được phát.

•

Do việc lan truyền tín hiệu cần một thời gian nào đó, nên vẫn có khả năng
hai trạm cùng phát tín hiệu lên đường dẫn. Chính vì vậy, trong khi phát thì mỗi
trạm vẫn phải nghe đường dẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tín hiệu nhận được
xem có xảy ra xung đột hay không ( collision detection).

•

Trong trường hợp xảy ra xung đột, mỗi trạm đều phải hủy bỏ bức điện của
mình, chờ một thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại.

Một tình huống xảy ra xung đột tiêu biểu và cách khắc phục được minh họa trên
hình ….. Trạm A và C cùng nghe đường dẫn. Đường dẫn rỗi nên A có thể gửi
12

Trang


Đồ án tốt nghiệp

trước. Trong khi tín hiệu từ trạm A gửi đi chưa kịp tới nên trạm C không hay biết và
cũng gửi, gây ra xung đột tại một điểm gần C. A và C sẽ lần lượt nhận được tín hiệu
phản hồi, so sánh với tín hiệu gửi đi và phát hiện xung đột. Cả hai trạm sẽ cùng phải
hủy bỏ bức điện đã gửi đi bằng cách không phát tiếp, các trạm muốn nhận sẽ không
nhận được cờ hiệu kết thúc bức điện và sẽ coi như bức điện không hợp lệ. A và C
cũng có thể gửi đi một tín hiệu “ jam” đặc biệt để báo cho các trạm cần nhận biết.
Sau đó mỗi trạm sẽ chờ một thời gian chờ ngẫu nhiên, trước khi thử phát lại. Thời

gian chờ ngẫu nhiên ở đây tuy nhiên phải được tính theo một thuật toán nào đó để
sao cho thời gian chờ ngắn một cách hợp lí và không giống nhau giữa các trạm cùng
chờ. Thông thường thời gian chờ này là bội số của hai lần thời gian lan truyền tín
hiệu Ts.
Ưu điểm của CSMA/CD là tính chất đơn giản, linh hoạt. Khác với các phương pháp
tiền định, việc ghép thêm hay bỏ đi một trạm trong mạng không ảnh hưởng gì tới
hoạt động của hệ thống. Chính vì vậy, phương pháp này được áp dụng rộng rãi
trong mạng Ethernet.
Nhược điểm của CSMA/CD là tính chất bất định của thời gian phản ứng. Các trạm
đều bình đẳng như nhau nên quá trình chờ ở một trạm có thể lặp đi lặp lại, không
xác định được tương đối chính xác thời gian. Hiệu suất sử dụng đường truyền vì thế
cũng thấp. Rõ ràng, nếu như không kết hợp thêm với các kỹ thuật khác thì phương
pháp này không thích hợp với các cấp thấp, đòi hỏi trao đổi dữ liệu định kỳ, thời
gian thực.
Điều kiện ràng buộc
Khả năng thực hiện phương pháp CSMA/CD bị hạn chế bởi một điều kiện ràng
buộc giữa chiều dài dây dẫn, tốc độ truyền thông và chiều dài bức điện. Chỉ khi một
trạm phát hiện được xung đột xảy ra trong khi bức điện chưa gửi xong mới có khả
năng hủy bỏ bức điện ( có thể chỉ đơn giản bằng cách không gửi tiếp cờ hiệu kết
thúc). Còn nếu bức điện đã được gửi đi xong rồi mới phát hiện xảy ra xung đột thì
đã quá muộn, một trạm khác có thể đã nhận được và xử lí bức điện với nội dung sai
lệch.
Trong trường hợp xấu nhất hai trạm cùng gửi thông tin có thể ở hai đầu của dây
dẫn, trạm thứ hai chỉ gửi bức điện trước khi tín hiệu từ trạm thứ nhất tới một chút.
Tín hiệu bị xung đột xảy ra ở đây phải mất thêm một khoảng thời gian nữa đúng
bằng thời gian lan truyền tín hiệu Ts mới quay trở lại tới trạm thứ nhất. Như vậy

13

Trang

Đồ án tốt nghiệp

điều kiện thực hiện phương pháp CSMA/CD là thời gian gửi một bức điện phải lớn
hơn hai lần thời gian lan truyền tín hiệu, tức :
( Chiều dài bức điện n/ Tốc độ truyền v) > 2Ts
 n/v > 2l/(0,66*300.000.000),
Với l là chiều dài dây dẫn và hệ số k= 0,67
 lv < 100.000.000n
Đây chính là điều kiện ràng buộc trong việc nâng cao tốc độ và tăng chiều dài dây
dẫn. Ví dụ đối với một mạng Fast Ethernet (100Mbit/s) có chiều dài 100m thì một
bức điện không thể ngắn hơn 100 bit. Hệ quả của điều kiện rằng buộc này là hiệu
suất truyền thông sẽ rất thấp nếu như dữ liệu cần trao đổi không lớn. Một lần nữa, ta
thấy rằng phương pháp này không thích hợp lắm cho các hệ thống mạng cấp thấp.
Thời gian lan truyền tín hiệu một lần qua lại đường truyền được gọi là khe thời
gian. Giá trị này được tính cho tối đa 2,5 km đường truyền và bốn bộ lặp là 512 thời
gian bit hay 51,2 us. Sau lần xảy ra xung đột đầu tiên, mỗi trạm sẽ chọn ngẫu nhiên
0 hoặc 1 lần khe thời gian chờ trước khi thử gửi lại. Nếu hai trạm ngẫu nhiên cùng
chọn một khoảng thời gian, hoặc có sự xung đột với một trạm thứ ba, thì số khe thời
gian lựa chọn chờ sẽ là 0, 1, 2 hoặc 3.Sau lần xung đột thứ i , số khe thời gian chọn
2i

ngẫu nhiên nằm trong khoảng từ 0 tới -1. Tuy nhiên, sau mười lần xung đột, số
khe thời gian chờ tối đa sẽ được giữ lại ở con số 1023. Sau 16 lần xung đột liên tiếp,
các trạm sẽ coi là lỗi hệ thống và báo trở lại lớp giao thức phía trên. Thuật toán nổi
tiếng này được gọi là Binary Exponential Backoff (BEB).
2.1.7 Chuẩn IEEE 802
IEEE 802 là họ các chuẩn IEEE dành cho các mạng LAN và mạng MAN
(metropolitan area network). Cụ thể hơn, các chuẩn IEEE 802 được giới hạn cho

các mạng mang các gói tin có kích thước đa dạng. (Khác với các mạng này, dữ liệu
trong các mạng cell-based được truyền theo các đơn vị nhỏ có cùng kích thước
được gọi là cell. Các mạng Isochronous, nơi dữ liệu được truyền theo một dòng liên
tục các octet, hoặc nhóm các octet, tại các khoảng thời gian đều đặn, cũng nằm
ngoài phạm vi của chuẩn này). Con số 802 chỉ đơn giản là con số còn trống tiếp
theo mà IEEE có thể dùng, đôi khi "802" còn được liên hệ với ngày mà cuộc họp
đầu tiên được tổ chức –tháng 2 năm 1980.

14

Trang


Đồ án tốt nghiệp

Các dịch vụ và giao thức được đặc tả trong IEEE 802 ánh xạ tới hai tầng thấp (tầng
liên kết dữ liệu và tầng vật lý của mô hình 7 tầng OSI. Thực tế, IEEE 802 chia tầng
liên kết dữ liệu OSI thành hai tầng con LLC (điều khiển liên kết lôgic) và MAC
(điều khiển truy nhập môi trường truyền), do đó các tầng này có thể được liệt kê
như sau:
•

Tầng liên kết dữ liệu

•

Tầng con LLC

•

Tầng con MAC

•

Tầng vật lý

Họ chuẩn IEEE 802 được bảo trì bởi Ban Tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE 802 (IEEE
802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC)). Các chuẩn được dùng rộng rãi nhất
là dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN không dây, các mạng LAN dùng
bridge và bridge ảo (Bridging and Virtual Bridged LANs). Mỗi lĩnh vực có một
Working Group tập trung nghiên cứu.
Các Working Group:
IEEE 802.1 Các giao thức LAN tầng cao
IEEE 802.2 điều khiển liên kết lôgic
IEEE 802.3 Ethernet
802.3u là chuẩn của FastEthernet802.3z là chuẩn Gigabit Ethernet
IEEE 802.4 Token bus (đã giải tán)
IEEE 802.5 Token Ring
IEEE 802.6 Metropolitan Area Network (đã giải tán)
IEEE 802.7 Broadband LAN using Coaxial Cable (đã giải tán)
IEEE 802.8 Fiber Optic TAG (đã giải tán)
IEEE 802.9 Integrated Services LAN (đã giải tán)
IEEE 802.10 Interoperable LAN Security (đã giải tán)
IEEE 802.11 Wireless LAN (Wi-Fi certification)
IEEE 802.12 công nghệ 100 Mbit/s plus
IEEE 802.13 (không sử dụng)
IEEE 802.14 modem cáp (đã giải tán)
IEEE 802.15 Wireless PAN
IEEE 802.15.1 (Bluetooth certification)
15

Trang


Đồ án tốt nghiệp

IEEE 802.15.4 (ZigBee certification)
IEEE 802.16 Broadband Wireless Access (WiMAX certification)
IEEE 802.16e (Mobile) Broadband Wireless Access
IEEE 802.17 Resilient packet ring
IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG
IEEE 802.19 Coexistence TAG
IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access
IEEE 802.21 Media Independent Handoff
IEEE 802.22 Wireless Regional Area Network.
2.2 Các phương thức truyền tin dựa theo chuẩn Ethenet
2.2.1 Họ giao thức TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là kết quả nghiên cứu và
triển giao thức trong mạng chuyển mạch gói thử nghiệm mang tên Arpanet do
ARPA (Advanced Reseach Projecs Agency ). Khái niệm TCP/IP dùng để chỉ cả
một lớp tập giao thức và dịch vụ truyền thông được công nhận thành chuẩn cho
Internet. Cho tới nay TCP/IP đã xâm nhập tới rất nhiều phạm vi ứng dụng khác
nhau, trong đó có các máy tính cục bộ và mạng truyền thông công nghiệp.
TCP/IP bao gồm 5 lớp độc lập : lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp Internet, lớp
truy nhập và mạng vật lí.
Lớp ứng dụng:
Lớp ứng dụng thực hiện các chức năng hỗ trợ cần thiết cho nhiều ứng dụng khác
nhau : SMTP ( Simple Mail Transfer Protocol ) cho chuyển thư điện tứ, FTP ( File
Transfer Protocol ) cho chuyển giao file, TELNET là chương trình mô phỏng thiết
bị đầu cuối cho phép người dùng login vào một máy chủ từ một máy tính nào đó

trên mạng, SNMP (Simple Network Management Protocol) giao thức quản trị mạng
cung cấp những công cụ quản trị mạng, DNS(Domain Name Server) là dịch vụ tên
miền cho phép nhận ra máy tính từ một tên miền thay cho chuỗi địa chỉ Internet.
Lớp ứng dụng trao đổi dữ liệu với lớp dưới ( lớp vận chuyển ) qua cổng. Việc dùng
cổng bằng số cho phép giao thức của lớp vận chuyển biết loại nội dung nào chứa
bên trong gói dữ liệu. Những cổng được đánh bằng số và những ứng dụng chuẩn
thường dùng cùng cổng. Ví dụ: giao thức FTP dùng cổng 20 cho dữ liệu và cổng 21
cho điều khiển, giao thức SMTP dùng cổng 25…

16

Trang


Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.4: Kiến trúc giao thức TCP/IP
Lớp vận chuyển:
Lớp vận chuyển có chức năng cung cấp các dịch vụ cho việc thực hiện vận chuyển
dữ liệu giữa các chương trình ứng dụng một cách tin cậy hoàn toàn. TCP là giao
thức tiêu biểu nhất, phổ biến nhất phục vụ việc thực hiện chức năng nói trên. TCP
hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối. Khi dữ liệu nhận, giao thức
TCP lấy những gói được gửi từ lớp Internet và đặt chúng theo thứ tự của nó, bởi vì
những gói có thể đến vị trí đích theo phương thức không theo một thứ tự, và kiểm
tra nếu nội dung của gói nhận có nguyên vẹn hay không và gửi tín hiệu
Acknowledge – chấp nhận – tới bên gửi, cho biết gói dữ liệu đã đến đích an toàn.
Nếu không có tín hiệu Acknowledge của bên nhận (có nghĩa là dữ liệu chưa đến
đích hoặc có lỗi ), bên truyền sẽ truyền lại gói dữ liệu bị mất.
Bên cạnh TCP, một giao thức khác cũng được sử dụng cho lớp vận chuyển đó là
UDP (User Data Protocol ). Khác với TCP, UDP cung cấp dịch vụ không hướng kết

nối cho việc gửi dữ liệu mà không đảm bảo tuyệt đối đến đích, không đảm bảo trình
tự đến đích của các gói dữ liệu.
Như vậy TCP được coi là một giao thức tin cậy, trong khi UDP được coi là giao
thức không đáng tin cậy. Tuy nhiên UDP lại đơn giản hơn và có hiệu suất nhanh
hơn TCP, chỉ đòi hỏi một cơ chế xử lí giao thức tối thiểu và thường được dùng làm
cơ sở thực hiện các giao thức cao cấp theo yêu cầu riêng của người sử dụng, ví dụ
tiêu biểu là giao thức SNMP.
Cả hai giao thức UDP và TCP sẽ lấy dữ liệu từ lớp ứng dụng và thêm header vào
khi truyền dữ liệu. Khi nhận dữ liệu, header sẽ bị gỡ trước khi gửi dữ liệu đến cổng
thích hợp. Trong header này có một vài thông tin điều khiển liên quan đến số cổng
17

Trang


Đồ án tốt nghiệp

nguồn, số cổng tới đích, chuỗi số ( để hệ thống sắp xếp lại dữ liệu và hệ thống
Acknowledge sử dụng trong TCP ) và Checksum (dùng để tính toán xem dữ liệu
đến đích có bị lỗi hay không ) .
Header của UDP có 8 byte trong khi header của TCP có 20 hoặc 24 byte (tùy theo
kiểu byte lựa chọn ).
Dữ liệu ở lớp này sẽ được chuyển tới lớp Internet nếu truyền dữ liệu hoặc được gửi
từ lớp Internet tới nếu nhận dữ liệu.
Lớp Internet:
Lớp Internet có chức năng chuyển giao dữ liệu giữa nhiều mạng được liên kết với
nhau. Có một vài giao thức mà làm việc ở lớp Internet như : IP (Internet Protocol )
có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định tuyến chúng tới đích,
ICMP ( Internet Control Message Protocol ) có chức năng thông báo lỗi trong
trường hợp truyền dữ liệu bị hỏng, ARP ( Address Resolution Protocol ) có chức

năng lấy địa chỉ MAC từ địa chỉ IP.
Với giao thức IP, lớp Internet được sử dụng có nhiệm vụ thêm header tới gói dữ liệu
được nhận từ lớp vận chuyển, là một loại dữ liệu điều khiển khác, nó sẽ thêm địa
chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích – có nghĩa là địa chỉ IP của bên gửi dữ liệu và bên
nhận dữ liệu.
Mỗi datagram của IP có kích thước lớn nhất là 65.535 byte, bao gồm cả header mà
có thể dùng 20 hoặc 24 byte, phụ thuộc vào sự lựa chọn trong chương trình sử dụng.
Như vậy datagram của IP có thể mang 65.515 byte hoặc 65.511 byte, giao thức IP
sẽ cắt gói xuống thành nhiều datagram nếu thấy cần thiết.
Đối với mạng Ethernet, dữ liệu có thể lên tới 1500 byte, nghĩa là kích thước lớn
nhất trường dữ liệu của frame được gửi lên mạng MTU ( Maximum Transfer Unit )
có giá trị 1500 byte. Như vậy hệ điều hành tự động cấu hình giao thức IP để tạo ra
datagram của IP có chiều dài 1500 byte mà không phải là 65.535 byte.
Hình dưới minh họa datagram được tạo ra từ lớp Internet bằng giao thức IP. Như
chúng ta đã đề cập header được giao thức IP thêm vào bao gồm địa chỉ IP nguồn,
địa chỉ IP đích và một vài thông tin điều khiển.
Lớp truy cập mạng:
Lớp truy cập mạng liên quan tới việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thiết bị trong
cùng một mạng. Các chức năng bao gồm việc kiểm soát truy nhập môi

18

Trang


Đồ án tốt nghiệp

trường truyền dẫn, kiểm soát lỗi và lưu thông dữ liệu. Datagram được tạo từ lớp
Internet sẽ được gửi xuống tới lớp truy nhập mạng nếu truyền dữ liệu, hoặc lớp truy
nhập mạng sẽ lấy dữ liệu từ mạng và gửi nó tới lớp Internet nếu chúng ta nhận dữ

liệu. Như đã đề cập ở phần trên, Ethernet là giao thức cấp dưới có ba lớp LLC
( Logic Link Control ), MAC ( Media Access Control ) và lớp vật lí Physical.
Lớp MAC (điều khiển truy nhập phương tiện truyền thông ) có nhiệm vụ lắp ráp
frame mà sẽ được gửi lên mạng, thêm địa chỉ MAC nguồn và địa chỉ MAC đích.
Địa chỉ MAC là địa chỉ vật lí của cạc mạng. Những frame mà là đích tới mạng khác
sẽ dùng địa chỉ MAC của router như là địa chỉ đích.
Những lớp LLC và MAC sẽ thêm những header của chúng tới datagram mà nhận
được từ lớp Internet. Do đó, cấu trúc đầy đủ của frame được tạo ra từ hai lớp đó
được thể hiện trong hình vẽ dưới
Data

IP header

MAC header

LLC header

IP header

TCP/IP
Header

Data

TCP/IP
Header

Data

TCP/IP

Header

Data

Lớp ứng
dụng

Lớp vận
chuyển

Lớp
Internet

MAC
CRC

Hình 2.5: Lớp dữ liệu trong gói liên kết
Lớp vật lí:
Lớp vật lí đề cập tới giao diện vật lí giữa một thiết bị truyền dữ liệu với môi trường
truyền dẫn hay mạng, trong đó có các đặc tính tín hiệu, chế độ truyền, tốc độ truyền
và cấu trúc cơ học của các phích cắm, rắc cắm. Lớp này có nhiệm vụ chuyển đổi

19

Trang


Đồ án tốt nghiệp

frame do lớp MAC tạo ra thành tín hiệu điện ( đối với hệ thống dây dẫn mạng bằng

cable ) hoặc thành song từ trường ( đối với hệ thống mạng không dây ).
2.2.2 Cấu trúc gói tin
2.2.2.1 Cấu trúc địa chỉ IP:
Cấu trúc địa chỉ IP:
Mạng Internet dùng hệ thống địa chỉ IP (32 bit) để "định vị" các máy tính liên kết
với nó. Có hai cách đánh địa chỉ phụ thuộc vào cách liên kết của từng máy tính cụ
thể.
Nếu các máy tính được kết nối trực tiếp với mạng Internet thì NIC (Network
Information Centre) sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP (IP Address).
Nếu các máy tính không kết nối trực tiếp với mạng Internet mà thông qua một mạng
cục bộ thì người quản trị mạng sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP (tuy nhiên
cũng dưới sự cho phép của NIC).
Hệ thống địa chỉ này được thiết kế mềm dẻo qua một sự phân lớp, có 5 lớp địa chỉ
IP là : A, B, C, D, E. Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này là ở khả năng tổ
chức các cấu trúc con của nó.
0
0
1
1
1
1

1 2 3 4
8
16
24
Class A
Netid
Hostid
Class B

0 Netid
Hostid
Class C
1 0 Netid
Hostid
Class D
1 1 0 Multicast address
Class E
1 1 1 0 Reverved for future use
Hình 2.6: Tổ chức địa chỉ IP.

Địa chỉ lớp A: Lớp A sử dụng byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng.
Như hình trên, nó được nhận ra bởi bit đầu tiên trong byte đầu tiên của địa chỉ
có giá trị 0. 3 bytes còn lại được sử dụng để đánh địa chỉ máy trong mạng. Có
126 địa chỉ lớp A (được đánh địa chỉ trong byte thứ nhất) với số máy tính trong
mạng là 2563 - 2 = 16.777.214 máy cho mỗi một địa chỉ lớp A (sử dụng 3 bytes
để đánh địa chỉ máy).


20

Địa chỉ lớp B: Một địa chỉ lớp B được nhận ra bởi 2 bit đầu tiên của byte thứ
nhất mang giá trị 10. Lớp B sử dụng 2 byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ
mạng và 2 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 64*256 - 2 = 16.128 địa
chỉ mạng lớp B với 65.534 máy cho mỗi một địa chỉ lớp B.
Trang


Đồ án tốt nghiệp



Địa chỉ lớp C: Một địa chỉ lớp C được nhận ra với 3 bit đầu mang giá trị 110.
Mạng lớp C sử dụng 3 byte đầu để đánh địa chỉ mạng và 1 byte cuối đánh địa
chỉ máy tính có trong mạng. Có 2.097.152 -2 địa chỉ lớp C, mỗi địa chỉ lớp C có
254 máy.



Địa chỉ lớp D: Dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các host trên một
mạng.



Địa chỉ lớp E: Dùng để dự phòng và dùng trong tương lai.

Mạng con và mặt nạ:
Mạng Internet sử dụng địa chỉ IP 32 bit và phân chia ra các lớp rất mềm dẻo, tuy
nhiên, với một hệ thống địa chỉ như vậy việc quản lý vẫn rất khó khăn. Nếu như
một mạng được cấp một địa chỉ lớp A thì có nghĩa nó chứa tới 6*1.048.576 máy
tính, do vậy người ta dùng mặt nạ bit để phân chia mạng ra thành những mạng con
gọi là Subnet. Subnet mask là một con số 32 bit bao gồm n bit 1 (thường là các bit
cao nhất) dùng để đánh địa chỉ mạng con và m bit 0 dùng để đánh địa chỉ máy trong
mạng con (với n+m=32).
0
Network Number
Network Number
1111111

16

Host Number
Subnet Number
11111111
11111111
Hình 2.7: Mạng và mặt nạ
2.2.2.2 Cấu trúc gói tin IP
Gói tin (datagram) IP có dạng:

Host Number
00000000



Ver-4 bít: chỉ version hiện hành của ip đang được dùng, nếu trường này khác
với phiên bản IP của thiết bị nhận, thiết bị nhận sẽ loại bỏ các gói tin này.



IHL(IP Header Length)-4bít: chỉ độ dài phần header của gói tin, tính theo từ
32 bít.

TOS(Type of Service)-1byte: cho biết dịch vụ nào mà gói tin muốn sử dụng chẳng
hạn như độ ưu tiên, thời hạn chậm trễ, năng suất truyền và độ tin cậy. Cụ thể như
sau:
3 bít đầu (Precedence) chỉ quyền ưu tiên gửi gói tin, từ gói tin bình thường
là 0 đến gói tin kiểm soát mạng là 7.
1 bít tiếp theo (Delay) chỉ độ trễ yêu cầu, 0 ứng với gói tin có độ trễ bình
thường, 1 ứng với gói tin có độ trễ thấp.

21

Trang


Đồ án tốt nghiệp

1 bít tiếp theo (Throughput) chỉ thông lượng yêu cầu sử dụng để truyền gói
tin với lựa chọn truyền trên đường thông suất thấp hay trên đường thông suất cao, 0
ứng với thông lượng bình thường, 1 ứng với thông lượng cao.
1 bít tiếp theo (Reliability) chỉ độ tin cậy yêu cầu, 0 ứng với độ tin cậy bình
thường, 1 ứng với độ tin cậy cao.

Total Length-2byte:chỉ độ dài toàn bộ gói tin tính cả phần header, tính theo
đơn vị byte.


Indentification-16 bít: cùng với các tham số khác như Source Address,
Destination Address dùng để định danh duy nhất một gói tin trong thời gian nó
tồn tại trên mạng.



Flags: Các gói tin khi truyền trên đường đi có thể bị phân thành nhiều gói tin
nhỏ. Trường Flags dùng để điều khiển phân đoạn và lắp ghép gói tin. Cụ thể như
sau:
Bít0: chưa sử dụng, luôn lấy giá trị 0.
Bít 1: 0 ứng với gói tin bị phân mảnh, 1 ứng với gói tin không bị phân mảnh.
Bít 2: 0 ứng với gói tin thuộc phân đoạn cuối cùng của gói tin gốc, 1 ứng với
gói tin không phải là phân đoạn cuối cùng của gói tin gốc.



Fragment Offset-13bít: chỉ vị trí của phân đoạn trong gói tin gốc, tính theo
đơn vị 8 byte.



Time To Live-1byte: quy định thời gian tồn tại tính bằng giây của gói tin
trong mạng. Thời gian này được đặt bởi trạm gửi và giảm đi (thường quy ước là
1) khi gói tin đi qua mỗi router của liên mạng. Một giá trị tối thiểu phải đủ lớn
để mạng hoạt động tốt.



Protocol: Chỉ tầng giao thức kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích. TCP
có ứng với giá trị 6, UDP ứng với giá trị 17, 1 ứng với ICMP.



Header Checksum-2byte: Dùng để phát hiện lỗi header của gói tin xảy ra
trong quá trình truyền của nó.



Source IP Address-4byte: Địa chỉ IP của nơi truyền gói tin.



Destination IP Address-4byte: Địa chỉ IP của nơi nhận gói tin.



22

IP Option-độ dài thay đổi: Khai báo các lựa chọn do người sử dụng yêu cầu,
ví dụ như: mức độ bảo mật, đường mà gói tin được gửi đi, timestamp ở mỗi
router.

Trang


Đồ án tốt nghiệp





Padding-độ dài thay đổi: Dùng để đảm bảo phần header luôn kết thúc ở một
mốc 32 bít.
Data: chứa thông tin lớp trên ,chiều dài thay đổi đến 64Kb.

2.2.2.3 Cấu trúc gói tin TCP
Đơn vị dữ liệu trong TCP được gọi là Segment với cấu trúc như sau:
 Source Port-2 byte: số hiệu cổng TCP của trạm nguồn.
 Destination Port-2byte: số hiệu cổng TCP của trạm đích.
 Sequence number: số hiệu của byte đầu tiên của segment, nếu cờ SYN bật thì nó

là số thứ tự gói ban đầu và byte đầu tiên được gửi có số thứ tự này cộng thêm 1.
Nếu không có cờ SYN thì đây là số thứ tự của byte đầu tiên.
 Acknowledgment Number-2byte: nếu cờ ACK bật thì giá trị của trường chính là

số thứ tự gói tin tiếp theo mà bên nhận cần. Báo là nhận tốt các segment mà trạm
đích đã gửi cho trạm nguồn.
 Data offset-4bit: độ dài của phần header tính theo đơn vị từ 32 bit. Tham số này

chỉ ra vị trí bắt đầu của nguồn dữ liệu.
 Reserved-6 bít.
 Flags: các bít điều khiển

URG: Vùng con trỏ khẩn (Urgent pointer) có hiệu lực
ACK: Vùng báo nhận ACK number có hiệu lực
PSH: Chức năng PUSH
RST: khởi động lại liên kết
SYN: đồng bộ hoá số hiệu tuần tự
FIND: không còn dữ liệu từ trạm nguồn
 Window-2byte: số byte dữ liệu bắt đầu từ byte được chỉ ra trong ACK number

mà trạm nguồn đã sẵn sàng để nhận.
 Checksum: checksum cho cả phần header lẫn dữ liệu.
 Urgent Pointer-2byte: nếu cờ URG bật thì giá trị trường này chính là số từ 16 bit

mà số thứ tự gói tin (sequence number) cần dịch trái.
 Option-2byte: vùng tuỳ chọn, khai báo các option của TCP trong đó có độ dài

tối đa của vùng TCP data trong một segment.
 Padding: phần chèn thêm vào header để đảm bảo phần header luôn kết thúc ở

một mốc 32 bít

23

Trang


Đồ án tốt nghiệp

 TCP data: chứa dữ liệu của tầng trên có độ dài tối đa ngầm định là 536byte. Giá

trị này có thể khai báo trong trường Option.
2.2.2.4 Cấu trúc gói tin UDP
Vùng header của UDP có 64 bít với 4 trường :
 Source Port-2byte: xác định cổng của người gửi thông tin và có ý nghĩa nếu
muốn nhận thông tin phản hồi từ người nhận. Nếu không thì đặt nó bằng 0.
 Destination Port-2byte: xác định cổng nhận thông tin và trường này là cần thiết.
 Length-2byte: là chiều dài của toàn bộ gói tin(phần header và phần dữ liệu).
Chiều dài tối thiểu là 8 byte khi gói tin không có dữ liệu, chỉ có header.
 Checksum-2byte: dùng cho việc kiểm tra lỗi của phần header và phần dữ liệu.
2.3 Vi điều khiển 18F4550 và ENC28J60
2.3.1 Vi điều khiển 18F4550
2.3.1.1 Giới thiệu
PIC 18F4550 là vi điều khiển thuộc là vi điều khiển thuộc họ PIC18 do hãng
MicroChip sản xuất. Đây là vi điều khiển 8 bit khá mạnh, có đầy đủ tính năng của
dòng PIC18, khả năng thực thi cao, tiết kiệm năng lượng, tích hợp nhiều ngoại vi,
chi phí thấp. Kiến trúc của PIC18F4550 tối ưu cho trình biên dịch C.
Các tính năng nổi bật của PIC18F4550:
• Bộ nhớ Flash 64Kbytes, 3968 bytes SRAM, 1 Kbytes EEPROM cho phép nạp
xóa 100000 Flash/1000000 EEPROM.
• 35 chân I/O chia làm 4 port: PORTA, B, C, D, E
• Bộ nhân tần số PLL (x4) cho phép tần số hoạt động lên đến 48 MHz.
• Module MSSP hỗ trợ chế độ SPI và I2C

• Module UART hỗ trợ RS485, RS232,USB
• Hỗ trợ nạp ICSP (In-Circuit Serial Programming) qua 2 chân

24

Trang


Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.8 Sơ đồ chân PIC 18F4550
2.3.1.2 Truyền thông SPI
Module MSSP của PIC18F4550 có 2 chế độ: chế độ SPI và chế độ I2C. Trong đề
tài này sẽ chỉ trình bày về chế độ SPI.
Chế độ SPI cho phép 8 bits dữ liệu truyền và nhận đồng thời. 4 chế độ SPI đều được
hỗ trợ. Để có thể giao tiếp cần 4 chân:
• Serial Data Out (SDO) – RC7/RX/DT/SDO: ngõ ra dữ liệu
• Serial Data In (SDI) – RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA: ngõ vào dữ liệu
• Serial Clock (SCK) – RB1/AN10/INT1/SCK/SCL: xung giữ nhịp của SPI
• Slave Select (SS) – RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT: đường chọn Slave cần
giao tiếp. Nếu Master kéo SS xuống mức thấp thì việc giao tiếp giữa Master và
Slave sẽ xảy ra.
Có 4 thanh ghi liên quan đến chế độ SPI: SSPCON1, SSPSTAT, SSPBUF, SSPSR
* SSPSR: là thanh ghi dịch, sử dụng để dịch dữ liệu vào, ra.
* SSPBUF: là thanh ghi đệm có chức năng chứa giá trị nhận được và phát đi của
SPI
Trong chế độ nhận, SSPSR và SSPBUF tạo thành cặp bộ đệm nhận. Khi SSPSR
nhận hoàn chỉnh 1byte, nó được truyền sang SSPBUF và cờ ngắt SSPIF được bật
lên. Trong chế độ truyền, việc ghi đến SSPBUF sẽ ghi đến cả SSPBUF và SSPSR.
* SSPCON1: là thanh ghi điều khiển trong chế độ SPI

25

Trang