ĐIỆN tử VIỄN THÔNG lecture6 LANs khotailieu

Bài giảng
Mạng Viễn thông (33BB)
Trần Xuân Nam
Khoa Vô tuyến Điện tư
Học viện Kỹ thuật Quân sự

1


Chương 6
Các Giao thức Điều khiển
Truy nhập Môi trường
và Mạng Cục bô
Part II: Mạng Cục bô
Tổng quan về LANs
Ethernet
Token Ring and FDDI
802.11 Wireless LAN
LAN Bridges

2


Chapter 6
Các Giao thức Điều khiển
Truy nhập Môi trường
và Mạng Cục bô
Tổng quan về LANs

3

What is a LAN?
Mạng Cục bô 　 (Local Area Network):
 Mạng riêng trong phạm vi nho
 Cự ly ngắn (~1km) giữa các máy tính






Các máy tính luôn “chuyển đông”






Chi phí thấp
Tốc độ cao, truyền thông tin cậy
Không cần sử dụng các phương pháp điều khiển lỗi phức tạp
Bám theo vị trí của các máy tính phức tạp
Gán cho mỗi máy một địa chỉ riêng
Broadcast tất cả các messages tới tất cả các máy trong LAN

Cần môt giao thức MAC

Trần Xuân Nam, Học viện

4

Cấu trúc LAN điển hình
 Môi trường truyền
dẫn
 Network Interface
Card (NIC)
 Địa chỉ vật lý MAC
duy nhất
Ethernet
Processor

RAM

ROM
RAM

Trần Xuân Nam, Học viện

5


Medium Access Control Sublayer


Trong IEEE 802.1, Data Link Layer được chia thành:

1.

Medium Access Control Sublayer



Điều phối truy nhập tới môi trường



Dịch vụ chuyển frame không kết nối (connectionless)



Các máy xác định bởi MAC/physical address



Các broadcast frames có MAC addresses

2.

Logical Link Control Sublayer


Giữa Network layer & MAC sublayer

Trần Xuân Nam, Học viện

6


MAC Sub-layer
OSI

IEEE 802
Network layer

LLC

Network layer

802.2 Logical link control
Data link
layer

802.11
802.3
802.5
MAC
CSMA-CD Token Ring Wireless
LAN

Physical
layer

Various physical layers

Trần Xuân Nam, Học viện

Other
LANs

Physical

layer

7


Logical Link Control Layer


IEEE 802.2: LLC nâng cao dịch vụ cung cấp bởi MAC

C

A
A
Unreliable Datagram Service

Reliable frame service C

LLC

LLC

LLC

MAC

MAC

MAC

MAC

MAC

MAC

PHY

PHY

PHY

PHY

PHY

PHY

Trần Xuân Nam, Học viện

8


Các dịch vụ Logical Link Control
 Type 1: dịch vụ connectionless không cần xác nhận


Unnumbered frame mode của HDLC

 Type 2: dịch vụ connection-oriented tin cậy



Chế độ cân bằng không đồng bộ của HDLC

 Type 3: Dịch vụ connectionless có xác nhận
 Đánh địa chỉ bổ sung


Một workstation có một địa chỉ vật lý MAC duy nhất



Có thể xử lý vài kết nối logic, phân biệt với nhau bởi SAP
(service access points) của chúng.

Trần Xuân Nam, Học viện

9


Cấu trúc PDU của LLC
1

1 byte

1
Source
SAP Address

Destination

SAP Address

1 or 2 bytes
Control

Source SAP Address

Destination SAP Address
C/R

I/G
1

Information

7 bits

I/G = Individual or group address
C/R = Command or response frame

Trần Xuân Nam, Học viện

1

7 bits

Examples of SAP Addresses:
06 IP packet
E0 Novell IPX
FE OSI packet

AA SubNetwork Access protocol (SNAP)
10


Đóng gói MAC frames
IP
Packet
LLC LLC
PDU Header

MAC
Header

Trần Xuân Nam, Học viện

IP

Data

FCS

11


Chapter 6
Medium Access Control
Protocols and Local Area
Networks
Ethernet

12


A bit of history…
 1970
Mạng vô tuyến ALOHAnet được triển khai ở đảo Hawaiian
 1973 Metcalf và Boggs phát minh Ethernet, truy nhập ngẫu nhiên ở
mạng hữu tuyến
 1979 Chuẩn DIX Ethernet II
 1985 Chuẩn IEEE 802.3 LAN (10 Mbps)
 1995 Fast Ethernet (100 Mbps)
 1998 Gigabit Ethernet
 2002 10 Gigabit Ethernet
 Ethernet là chuẩn LAN phổ biến

Metcalf’s Sketch

Trần Xuân Nam, Học viện

13


IEEE 802.3 MAC: Ethernet
Giao thứcMAC:
 CSMA/CD
 Slot Time là môt tham số hệ thống quan trọng







Biên trên về thời gian phát hiện va chạm
Biên trên về thời gian chiếm kênh
Biên trên về độ dài của segment tạo bởi va chạm
Lượng tử (quantum) cho định trình truyền lại
max{round-trip propagation, MAC jam time}

 Truncated binary exponential backof



Backoff cho lần truyền lại n: 0 < r < 2k-1, với k=min(n,10)
Từ bỏ truyền sau 16 lần truyền lại

Trần Xuân Nam, Học viện

14


Các tham số cơ bản của IEEE 802.3
 Tốc đô truyền dẫn: 10 Mbps
 Frame tối thiểu: 512 bits = 64 bytes
 Slot time: 512 bits/10 Mbps = 51.2 µsec



51.2 µsec x 2x105 km/sec =10.24 km, 1 chiều
Cự ly 5.12 km round trip

 Cự ly max: 2500 meters + 4 repeaters
 Để tăng tốc đô gấp 10 lần cần giảm cự ly đi 10 lần

Trần Xuân Nam, Học viện

15


IEEE 802.3 MAC Frame
802.3 MAC Frame
7

1

Preamble

SD

Synch







6
Destination
address

Start
frame

6
Source
address

2
Length Information Pad

4
FCS

64 - 1518 bytes

Mỗi lần truyền frame bắt đầu từ đầu (“from scratch”)
Preamble giúp máy thu đồng bộ đồng hồ với máy phát
7 bytes của chuỗi 10101010 tạo nên một sóng vuông
Start frame byte chuyển thành 10101011
Máy thu tìm thay đổi trong mẫu 10

Trần Xuân Nam, Học viện

16


IEEE 802.3 MAC Frame
802.3 MAC Frame
7

1

Preamble

SD

Synch

6
Destination
address

Start
frame

0

Single address

1

Group address
0

Local address

1

Global address

Trần Xuân Nam, Học viện

6
Source
address

2
Length Information Pad

4
FCS

64 - 1518 bytes

• Destination address
• single address
• group address
• broadcast = 111...111
Addresses
• local or global
• Global addresses
• 24 bits đầu được gán cho
manufacturer;
• 24 bits tiếp theo gán bởi manufacturer
• Cisco 00-00-0C
• 3COM 02-60-8C
17


IEEE 802.3 MAC Frame

802.3 MAC Frame
7

1

Preamble

SD

Synch





6
Destination
address

Start
frame

6
Source
address

2
Length Information Pad

4

FCS

64 - 1518 bytes

Length: số bytes trong trường Information
 Max frame 1518 bytes, trừ preamble & SD
 Max information 1500 bytes: 05DC
Pad: đảm bảo min frame bằng 64 bytes
FCS: CCITT-32 CRC, bao gồm toàn bộ addresses, length,
information, pad fields
 NIC loại bỏ các frames không có độ dài thích hợp hay
không thỏa mãn CRC

Trần Xuân Nam, Học viện

18


DIX Ethernet II Frame Structure
Ethernet frame
7

1

Preamble

SD

Synch

6
Destination
address

Start
frame

6
Source
address

2
Type

4
Information

FCS

64 - 1518 bytes

 DIX: Digital, Intel, Xerox joint Ethernet specification
 Type Field: xác định protocol của PDU ở trường information,
ví dụ, IP, ARP
 Framing: Làm sao máy thu biết đô dài frame?


Tín hiệu physical layer, byte count, FCS

Trần Xuân Nam, Học viện

19


SubNetwork Address Protocol (SNAP)
 Các chuẩn của IEEE giả thiết LLC luôn được sử dụng
 Các giao thức lớp trên phát triển cho DIX hy vọng vào
trường Type
 DSAP, SSAP = AA, AA chỉ thị SNAP PDU;
 03 = Type 1 (connectionless) service
 SNAP được sử dụng để đóng khung các Ethernet II frames
Type

ORG
3

2

SNAP PDU
LLC PDU

SNAP Header

Information

AA AA 03
1

1

MAC Header

Trần Xuân Nam, Học viện

1

FCS
20


IEEE 802.3 Physical Layer
Table 6.2 IEEE 802.3 10 Mbps medium alternatives

Medium

10base5

10base2

10baseT

10baseFX

Thick coax

Thin coax

Twisted pair

Optical fiber

500 m

200 m

100 m

2 km

Bus

Bus

Star

Point-to-point
link

Max. Segment Length
Topology

(a)

transceivers

Thick Coax: Stiff, hard to work with
Trần Xuân Nam, Học viện

(b)

Hubs & Switches!

T connectors flaky
21


Ethernet Hubs & Switches
Single collision domain

(a)

   




(b)

High-Speed backplane
or interconnection fabric



Dây xoắn rẻ tiền
Dễ làm việc
Tin cậy
Cấu hình Star, CSMA-CD
Trần Xuân Nam, Học viện





Dây xoắn rẻ tiền
Bridging tăng tính mở (scalability)
Các collision domains riêng biệt
Full duplex operation
22


Ethernet Scalability
CSMA-CD
30
25
20
15
10
5

0.96

0.9

0.84

0.78

0.72

0.66

0.6

0.54

0.48

0.42

0.36

0.3

0.24

0.18

0.12

0.06

0

0

Avg. Transfer Delay

a = .2

a = .01

a = .1

Load

 Thông lượng max của CSMA-CD phụ thuôc vào tích trễ
băng thông chuẩn hóa a=tprop/X
 Tăng tốc đô bit lên 10 lần = tăng X lên 10 lần
 Để giữ a không đổi cần: giảm tprop (distance) đi 10 lần;
hoặc tăng đô dài frame lên 10 lần
Trần Xuân Nam, Học viện

23


Fast Ethernet
Table 6.4 IEEE 802.3 100 Mbps Ethernet medium alternatives

Medium

Max. Segment
Length
Topology

100baseT4

100baseT

100baseFX

Twisted pair category 3
UTP 4 pairs

Twisted pair category 5
UTP two pairs

Optical fiber multimode
Two strands

100 m

100 m

2 km

Star

Star

Star

Để đảm bảo tương thích với 10 Mbps Ethernet:
 Cùng frame format, cùng interfaces, cùng protocols
 Cấu hình Hub chỉ sử dụng với twisted pair & fiber
 Cấu hình Bus & cáp đồng trục bị loại bỏ
 Cáp xoắn Category 3 (chuẩn cho telephone thông thường) yêu cầu 4 cặp
 Cáp đôi dây xoắn Category 5 yêu cầu 2 pairs (phổ biến nhất)
 Sử dụng trong phần lớn các mạng LAN

Trần Xuân Nam, Học viện

24


Gigabit Ethernet
Table 6.3 IEEE 802.3 1 Gbps Fast Ethernet medium alternatives

Medium

Max. Segment
Length
Topology







1000baseSX

1000baseLX

1000baseCX

1000baseT

Optical fiber
multimode
Two strands

Optical fiber
single mode
Two strands

Shielded copper
cable

Twisted pair
category 5
UTP

550 m

5 km

25 m

100 m

Star

Star

Star

Star

Slot time increased to 512 bytes
Small frames need to be extended to 512 B

Frame bursting to allow stations to transmit burst of short frames
Frame structure preserved but CSMA-CD essentially abandoned
Extensive deployment in backbone of enterprise data networks and in server
farms

Trần Xuân Nam, Học viện

25