Mạng truyền thông Ethernet

Ethernet
Members:
• Nguyễn Hồng Quân
• Đào Bình Minh


Nội Dung
I.

Tổng quan về Ethernet

II.

Chuẩn IEEE 802

III.

Cách hoạt động

IV.

Các mô hình mạng Ethernet

V.

Ethernet trong công nghiệp


I.Tổng quan






Ethernet là sản phẩm của công ty Xerox, sử dụng
lần đầu năm 1975.
Ethernet là mạng cục bộ (LAN),được xây dựng
theo chuẩn 7 lớp của cấu trúc mạng OSI.
Áp dụng phương pháp truy nhập bus CSMA/CD.
Ethernet được dùng để kết nối các thiết bị trong
khoảng cách gần, thường là một tòa nhà.


Các thành phần mạng
1
Data terminal
Equipment (DTE): Các
thiết bị truyền và
nhận dữ liệu DTEs (ví
dụ: PC, File Server,
Print Server, ...)

2
Data Communication
Equipment (DCE):
Các thiết bị kết nối
mạng cho phép nhận
và chuyển khung dữ
liệu trên mạng (ví
dụ: Repeater,
Switch, Router, ...)

3
Các đường cáp kết
nối,dài nhất là 500m
và ngắn nhất là
2.5m. Có thể sử
dụng cáp xoắn đôi,
cáp đồng trục
mỏng, cáp đồng
trục dày, cáp sợi
quang.


MAC (Media Access Control):
• Cung cấp cơ chế đánh địa chỉ và đk
truy nhập kênh
• Địa chỉ MAC là một dãy số 48bit
Chỉ bao gồm lớp vật lý và lớp MAC, hoạt động ở mức liên kết dữ liệu.được cấp riêng cho từng card
mạng,cho phép chuyển dữ liệu tới
Theo nguyên tắc CSMA/CD cảm biến sóng mang có phát hiện đụng độ.
đích trong từng mạng con

II.Chuẩn IEEE 802.3




Thành phần chính:
•

Phần cứng mạng : Các thiết bị nối mạng

•

Giao thức điều khiển truy xuất đường truyền

•

Khung Ethernet.


Các thành phần của khung
Ethernet
1.Phần đầu khung Preamble:
•

7 bytes với mẫu bit 10101010 được nối tiếp bởi một byte với mẫu bit 10101011.

•

Được sử dụng để đồng bộ nhịp đồng hồ giữa bên gởi và bên nhận Addresses (đ ịa
chỉ): 6 bytes.

•

Nếu bộ thích ứng mạng nhận được một frame có địa chỉ đích trùng với địa chỉ v ật
lý của nó, hoặc địa chỉ đích là địa chỉ quảng bá, nó sẽ đ ưa dữ li ệu lên cho giao th ức
(được chỉ) tại tầng mạng. Nếu không nó sẽ loại bỏ khung đó.

2. Start Frame Delimiter (SFD)

•

D là một chuỗi 8 bit (1 byte) 10101011. Nó theo sau Preamble và ch ỉ ra s ự b ắt đ ầu
của chuỗi thông tin với hai bit cuối là 11. Sau byte này chính là đ ịa ch ỉ.


Các thành phần của khung
Ethernet
3.Destination Address (DA) – Địa chỉ đích
•

Địa chỉ đích bao gồm 6 bytes để xác nhận trạm sẽ nhận khung. Nó chứa đ ịa ch ỉ v ật
lý (physical address) của đích sắp đến của gói. Địa chỉ vật lý của h ệ th ống là m ột
mẫu bit được mã hóa trên NIC (Network Interface Card). Nếu gói ph ải đi qua m ạng
LAN này đến mạng LAN khác để đến đích của nó, trường DA chứa địa chỉ vật lý của
router nối mạng LAN hiện hành và mạng LAN kế. Khi gói đ ạt đ ến m ạng đích,
trường DA chứa đại chỉ vật lý của thiết bị đích.

•

Trong chuỗi bits này, bit phía bên trái của trường DA chỉ ra đ ịa ch ỉ đ ơn (individual
address) nếu là bit 0 hoặc địa chỉ nhóm (group address) n ếu là bit 1. Bit th ứ hai bên
trái chỉ ra DA được quản lý cục bộ hay quản lý toàn cục. Những bit còn lại đ ược gán
để xác nhận một trạm đơn, nhóm trạm hoặc tất cả trạm trên mạng (network).


Các thành phần của khung
Ethernet
4.Source Address (SA) – Địa chỉ nguồn
•

Địa chỉ nguồn bao gồm 6 bytes chứa địa chỉ vật lý của thiết bị cu ối cùng chuy ển
tiếp gói. Thiết bị đó có thể là trạm đang gởi hoặc router mới xảy ra nh ất đ ể nh ận
và chuyển tiếp gói. Địa chỉ nguồn thì luôn luôn là địa ch ỉ đ ơn và bit phía trái thì luôn
là bit 0.

5.Length/type of PDU field
•

Lengh/type field gồm 2 bytes. Chỉ ra số byte trong PDU (Protocol Data Unit) đang
đến. Nếu chiều dài của PDU là cố định, trường này đ ược dung chỉ ra lo ại ho ặc n ền
của các giao thức khác. Ví dụ, Novel và Internet dùng nó đ ể làm rõ nghi th ức m ạng
đang dung PDU.


Các thành phần của khung
Ethernet
6.Data field – Trường dữ liệu (802.2 frame)
•

Trường dữ liệu gồm tuần tự n bytes. Chiều dài tối thiểu và lớn nhất của dữ li ệu là
từ 46 bytes đến 1500 bytes. Dữ liệu được gởi qua lớp mạng với một vài thông tin
điều khiển. Nếu dữ liệu có chiều dài ít hơn 46 byte trong m ột gói, một cơ ch ế đ ặt
biệt sẽ đệm để đủ tối thiểu 46 bytes. PDU được tạo ra bởi lớp phụ ở trên (LLC) rồi
lien kết đến khung 802.3.

7.Frame Check Sequence (CRC)
•

Frame Check Sequence bao gồm 4 bytes. Một vùng ch ứa 32 bits mã ki ểm tra l ổi và

phát hiện sai theo mã CRC-32 và tính trên tất cả các trường (fields) ngoại tr ừ
Preamble, SFD, FCS.


Đặc điểm chuẩn 802.3
Cấu trúc hình sao, tín hiệu truyền đồng bộ với mã
Manchester
Vận tốc truyền : 10Mbps,100Mbps,…..10Gbps
Loại cáp : Cáp đồng trục mảnh, cáp đồng trục dày, cáp
xoắn đôi, cáp sợi quang
Chiều dài tối đa của một đoạn cáp tuyến là 500m


III.Cách hoạt động


Ưu điểm
•

Do chỉ quy định lớp vật lý và lớp MAC
nên các hệ thống khác tùy ý thực
hiện các giao thức dịch vụ phía trên.

•

Vì dùng phương pháp CSMA/CD nên
không yêu cầu các trạm tham gia
phải biết cấu hình mạng ->có thể bổ
sung hay tách một trạm ra khỏi
mạng mà không ảnh hưởng tới phần

mạng còn lại.

•

Được chuẩn hóa theo IEEE 802.3

Nhược điểm
•

Khi số lượng trạm tăng lên thì
chất lượng tín hiệu kém đi.

•

Không có sự bắt giữa bên nhận và
bên gửi (bên nhận không gửi tín
hiệu báo nhận/không nhận đến
bên gửi )


IV.Các mô hình mạng Ethernet
• Cáp đồng trục mỏng
• Chiều dài tối đa 200m
• Tối đa 30 trạm

10BASE2
• Cáp đồng trục dầy
• Chiều dài tối đa 500m
• Tối đa 100 trạm

10BASE5

Cáp

• Cáp quang
10BASE-F
• Chiều dài tối đa 2000m
• Tối đa 1024 trạm

10BASE-T

• Đôi dây xoắn
• Chiều dài tối đa 100m
• Tối đa 1024 trạm


•

Bộ nối đóng vai trò là bộ thu phát,thực hi ện ch ức
năng nghe ngóng đường truy ền và nh ận bi ết
xung đột

•

Cáp thu phát có thể dài tới 50m và ch ứa tới 5 đôi
dây xoắn: 2 đôi cho truyền dữ liệu, 2 đôi cho
truyền tín hiệu điều khiển, đôi còn l ại để cấp
nguồn cho bộ thu phát

10BASE5

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
điện tử của module giao diện mạng


10BASET

• Các trạm được nối với nhau thông qua bộ chia
• Thêm hay bớt các trạm ra khỏi mạng rất đơn
giản
• Ưu điểm: phát hiện lỗi dễ dàng
• Nhược điểm:tốn dây,chi phí bộ chia


10BASEF

• Ghép nối điểm điểm
• Cấu trúc mạng có thể là hình sao,hình
cây hoặc daisy-chain.
• Ưu điểm: tốc độ truyền tốt,chống nhiễu
hiệu quả
• Nhược điểm:chi phí lớn

V.Ethernet công nghiệp


Cáp
•

Cáp: do môi trường nhiều bụi bẩn,nhiễu điện từ,nhiễu xuyên âm... Vì v ậy nên s ử
dụng cáp CAT6 hoặc hơn. Cáp CAT6 cho phép tốc đ ộ truy ền đ ạt đ ến 1GB ở khoảng
cách 100m và 10GB ở khoảng cách 55m. Nếu môi trường nhiễu cao có th ể s ử dụng
cáp có bọc giáp (Shielded Cable).

•

Cáp CAT6 được hình thành từ 4 cặp dây xoắn tách bi ệt nhau hoàn toàn,bên trong là
lõi nhựa chữ thập cho phép truyền dữ liệu ổn định.Bên cạnh đó phía ngoài đ ược
bọc lớp vỏ chống nhiễu giúp giảm nhiễu xạ tín hiệu đường truy ền.

•

Các loại cáp CAT6:


CAT6A: tốc độ truyền với băng thông 500MHz gấp đôi CAT6,hiệu su ất tốt h ơn
tuy nhiên chi phí cao



CAT6 UTP: dùng chuẩn 10BASET và 100BASET,không có bọc chống nhi ễu,tính
linh hoạt cao,giá thành rẻ



CAT6 STP: cáp xoắn đôi có bọc chống nhiễu,vỏ ngoài bằng nh ựa dày nên tr ọng
lượng nặng hơn các loại khác. Gồm 2 loại là CAT6 FTP và CAT6 SFTP


Bộ Switch
•

•

Switch là thiết bị mạng quan trọng trong hệ thống mạng Ethernet, được dùng để kết
nối các thiết bị đầu cuối trong mạng.Ngoài ra,khi số lượng trạm tham gia tăng lên,bộ
Switch sẽ giúp phân vùng xung đột (phân vùng theo từng Module hoặc theo t ừng
cổng),vì thế băng thông tổng thể được nâng cao,tính năng thời gian thực được cải thi ện.


Phân vùng theo Module:không cho phép các trạm nối chung một module nhưng cho
phép các module hoạt động //,độc lập.Có thể sao chép bức đi ện và gửi tới các
module tương ứng với trạm đích.



Phân vùng theo cổng : cho phép module hoạt động //,các cổng trên m ột module
đồng thời tiếp nhận tín hiệu gửi,sao chép vào bộ đệm và gửi ra cổng tương ứng với
trạm đích.

Trong mạng Ethernet công nghiệp, có ba phương thức truyền thông:


Unicast: là truyền thông điểm – điểm, gói tin được gửi chỉ giữa 2 thiết bị với nhau



Multicast: là phương thức truyền thông giữa một thiết bị với một nhóm thiết bị
trong mạng.



Broadcast: là phương thức truyền thông giữa một thiết bị trong mạng với tất cả các
thiết bị còn lại trong cùng lớp mạng. 

=>Trong đó Multicast và Broadcast cần được quan tâm nhiều nhất. Nếu lượng
Broadcast, Multicast không được kiểm soát tốt có thể là nguyên nhân làm ch ậm
mạng, quả tải cho hệ thống mạng


Bộ Switch
•

Switch:được chia làm 2 loại (Managed Switch và Unmanaged Switch)


Managed Switch:giúp chuy ển các gói tin Multicast đ ến các nhóm c ổng
tương ứng với nhóm Multicast thay vì chuy ển thành gói tin Broadcast và
gửi ra tất cả các cổng.(thích hợp với mạng sử dụng công nghệ
Producer/Consumer hoặc có phương thức truy ền thông Multicast)



Unmanaged Switch: khi gói tin Multicast đ ến Unmanaged Switch, nó sẽ
xem như là gói tin Broadcast và gửi ra tất cả các cổng của Switch(thích
hợp với các mạng nhỏ,độc lập và đơn giản)

=>Có thể kết hợp cả 2 loại Switch trong cùng một hệ thống mạng,nhưng
với mạng Ethernet công nghiệp, Managed Switch là lựa chọn tốt hơn nhiều
so với Unmanaged Switch. Không chỉ tốt hơn cho hiệu suất mạng mà còn
cho cả việc vận hành, bảo trì và khắc phục sự cố sau này.


Vận hành và bảo trì


Fast Ethernet
•

Là sự phát triển tiếp theo của Ethernet,đ ược chuẩn hóa trong IEEE 802.3u,cho phép
truyền với tốc độ 100Mbit/s

•

Thời gian bit được giảm từ 100ns xuống 10ns

•

PP nối mạng sử dụng đôi dây xoắn và bộ chia

•

Các tiêu chuẩn:100Base-TX : gồm 100Base-T, 100Base-4T,100Base-FX

•

Ưu điểm:


Dễ tích hợp vào các mạng LAN



Có thể truyền dữ liệu âm thanh, hình ảnh, video v ới tốc đ ộ cao gấp 10 l ần
Ethernet => đáp ứng nhiều yêu cầu đa dạng của LAN



Dễ nâng cấp và tích hợp với Ethernet 10Mbps nhờ các bộ chuy ển mạch tự đ ộng
nhận


High Speed Ethernet
•

Là một công nghệ
bus do Fieldbus
Foundation phát
triển trên cơ sở Fast
Ethernet.Tốc độ
truyền
100Mbit/s,phù hợp
kết nối mạng trên

cấp điều khiển và
cấp điều khiển giám
sát. HSE sử dụng địa
chỉ 48 bit và 64 byte
khung MAC.

•

Kiến trúc giao thức:


High Speed Ethernet
•

Cấp phát địa chỉ động:


Sử dụng các giao thức chuẩn DHCP(Dynamic Host Control Protocol) và IP
(Internet Protocol) cũng như chức năng quản lý hệ thống để cấp phát đ ộng đ ịa
chỉ cho các trạm.



Cách hoạt động: Khi địa chỉ và mối liên kết được thiết lập,phần qu ản lý hệ
thống có thể nạp cấu hình xuống thiết bị

Nhận yêu cầu cấp địa
chỉ từ một thiết bị

DHCP Server tìm một địa

chỉ IP còn trống và cấp
phát cho thiết bị đã yêu
cầu

Thiết bị thông báo cho
phần quản lý hệ thống
và được cấp phát một
nhãn thiết bị vật lý