CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG CỦA ADSL

Preamble
SFD SA FCSInfomationTYPEDA Preamble
1010...10.10.11
min: 64 Byte, max: 1518 byte
Included in FCS
9,6 s
byte 7 1 6 6 2 >46 4
Cấu trúc gói số liệu Ethernet
CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG CỦA ADSL
Chúng ta có thể nghĩ đến Internet như là những mạng xương sống được tạo ra
và quản lý bởi các tổ chức quốc tế, các quốc gia hay các ISP khu vực. Mạng xương
sống được nối với nhau bởi các thiết bị kết nối như Router hay Switch. Điểm cuối
của mạng là nhà cung cấp mạng cục bộ khu vực hoặc kết nối theo kiểu Point- to-
point nối mạng LAN với mạng. Nhận thức Internet là một tập hợp của Switching
Wans (backbones), LANs, Point- to- point WANs.
Mặc dù bộ giao thức TCP/IP bình thường bao gồm 5 lớp, nó chỉ định các giao
thức trên thành 3 lớp: TCP/IP duy nhất liên quan đến tầng mạng, tầng vận chuyển
và tầng ứng dụng. Điều này có nghĩa rằng TCP/IP giả thiết sự tồn tại của WANs,
LANs, và kết nối những thiết bị.
1.1. Mạng nội bộ (LAN)
A Local area network (LAN) là một hệ thống truyền thông tin, dữ liệu cho
phép kết nối các thiết bị độc lập liên lạc với nhau trong một vùng có giới hạn, một
toà nhà, hay một khu trường.
Công nghệ mạng LAN phổ biến nhất hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt
Nam gồm có: Ethernet LANs, Token Ring LANs, Wireless LANs và ATM LANs.
Trong phần này chúng ta tìm hiểu loại công nghệ đầu tiên, còn công nghệ ATM
LANs sẽ được tìm hiểu thêm trong phần tìm hiểu công nghệ ATM ở phần sau.
1.1.1. Công nghệ Ethernet và IEEE 802.3
1.1.1.1. Cấu trúc gói số liệu
Công nghệ Ethernet là phát minh của ba tập đoàn Xerox, DEC và Intel từ đầu
những năm 1970. Ethernet là công nghệ mạng cục bộ được tổ chức kết nối theo

dạng đường thẳng (Bus), sử dụng phương pháp điều khiển truy nhập ngẫu nhiên
CSMA/CD với tốc độ trao đổi số liệu 10 Mbps. Công nghệ Ethernet được các tổ
chức tiêu chuẩn quốc tế ở châu Âu và Mỹ quy chuẩn với tên là IEEE 802.3.
Điểm khác biệt lớn nhất giưã Ethernet và IEEE 802.3 thể hiện ở một trường
trong cấu trúc gói số liệu được mô tả ở hình sau:
Preamble
SFD
SA FCSInfomationLENDA Preamble
1010...1010..11
min: 64 Byte, max: 1518 byte
Included in FCS
9,6 s
byte 7 1 6 6 2 >46 4
Cấu trúc gói số liệu IEEE 802.3
Hình 1.1: Cấu trúc gói số liệu Ethernet và IEEE 802.3
Ethernet định nghĩa trường “loại số liệu” (TYPE), cho biết số liệu trong
trường số liệu (Information Field) thuộc giao thức ở mức mạng trong khi IEEE
802.3 định nghĩa trong trường độ dài (LEN) của gói số liệu. Trường Preamble và
SFD gồm chuỗi bit 1010..10 phục vụ việc đồng bộ cho đơn vị điều khiển nhận. Với
hai bit cuối cùng của trường SFD là 11 “vi phạm” mẫu chuỗi bit đồng bộ, cho biết
khởi đầu phần tiêu đề của gói số liệu. Chuỗi byte kiểm tra FCS được tạo thành theo
mã nhị phân tuần hoàn, bao gồm trường địa chỉ đích DA, địa chỉ nguồn SA, trường
loại số liệu TYPE và trường số liệu. Khoảng cách giữa hai gói số liệu liên tiếp
TxM
Assemble Frame
Deferring On?
Stat TxM
Collision ?
TxM done?
TxM OK

Send JAM
Iner, attempts
Too manyAttempts ?
Calo,Backoff
Wait Backoff
NO
YES
NO
NO
YES
YES
Collision Error
Transmitt procedure
nhau (Interframe Gap) được quy định là 9,6µs, cần thiết cho đơn vị điều khiển thu
xử lý nội bộ và chuẩn bị thu gói số liệu tiếp theo. Độ dài tối thiểu của gói số liệu
Ethernet là 64 byte, tương đương 512 bit, bằng 1 “cửa sổ thời gian” .
Việc giới hạn độ dài tối đa của gói số liệu Ethernet là 1518 byte cho phép hạn
chế thời gian phát, tương ứng với thời gian chiếm kênh truyền của một trạm và như
vậy, tăng khả năng truy nhập mạng và trao đổi số liệu cho các trạm khác cũng như
giới hạn dung lượngbộ nhớ đệm phát và thu.
1.1.1.2. Nguyên tắc hoạt động
Lưu đồ điều khiển truy nhập mạng Ethernet và quá trình phát, thu số liệu
được mô tả trong hình 1.2

RxM
Start receiving
ReceiveDone ?
Frame too smal ?
Address OK ?
FCS OK ?

Extra bit ?
LEN OK ?
CRC Error
Align ErrorDiasembleFrame
RxM done OK
LEN Error
NO
YES
NO
YES
YES
NO
NO
YES
NO
YES
NO
Receive procedure
Hình 1.2. Lưu đồ điều khiển truy nhập mạng Ethernet
Quá trình phát bắt đầu bằng việc chuẩn bị gói số liệu cần phát trong bộ nhớ
đệm phát. Nếu không ở trạng thái chờ ngẫu nhiên (deferring) vì phát hiện xung đột
trước đó và kênh rỗi, quá trình phát được khởi động và kết thúc tốt đẹp. Trường
hợp có xung đột truy nhập (Collision), chuỗi bit đặc biệt JAM ( jamming
ES ES
ES
Max .185mMax. 500m
0.5mMax .2.5m
Max.50m
ES
sequence) được phát để thông báo trạng thái xung đột truy nhập cho các trạm khác

trong mạng biết. Nếu số lần xung đột truy nhập vượt quá giới hạn cho phép là 16
(nhờ bộ đếm xung đột truy nhập riêng), quá trình phát được kết thúc với thông báo
lỗi “Xung đột truy nhập”. Trong trường hợp ngược lại, thời gian chờ ngẫu nhiên
trước khi kiểm tra đường truyền và phát lại, được tính theo công thức:
T
Wait
= T
slot
* T
R
với 0< T
R
< 2 exp min [n,16]
Trong đó n là số lần xảy ra xung đột truy nhập. Bằng cách tính trên đây, thời
gian chờ để kiểm tra kênh và phát lại khi có xung truy nhập tăng theo tỷ lệ thuận
theo hàm số mũ với số lần truy nhập và như vậy, làm tăng thời gian truy nhập
mạng, đặc biệt khi lưu lượng số liệu trao đổi trong mạng lớn, tương ứng với xác
xuất xảy ra xung đột truy nhập cao. Phương pháp điều khiển truy nhập này, vì vậy,
không thích hợp với các ứng dụng thời gian thực mà ở đó đòi hỏi thời gian truy
nhập mạng xác định là yêu cầu khắt khe nhất.
Quá trình thu kết thúc với việc kiểm tra độ dài gói số liệu thu được. Nếu độ
dài gói số liệu ngắn hơn độ dài tối thiểu quy định (64 byte), nghĩa là quá trình phát
có lỗi (ví dụ xung đột truy nhập), thì gói số liệu bị loại bỏ và quá trình đồng bộ để
thu gói tiếp theo được khởi động. điều này cũng xảy ra khi địa chỉ đích không
trùng với địa chỉ nguồn của địa chỉ thu. Gói số liệu thu được chỉ được ghi vào bộ
nhớ đệm thu sau khi khẳng định các byte kiểm tra FCS đúng. Trong trường hợp
ngược lại, các thông báo lỗi thu, ví dụ: độ dài không đúng (LEN error) hoặc phạm
vi giới hạn gói dữ liệu (aligment error) hoặc lỗi CRC (CRC error), được chuyển cho
phần mềm điều khiển trao đổi dữ liệu.
1.1.1.3. Hình thức kết nối vật lý

Sau đây là tóm tắt các đặc trưng kết nối vật lý của công nghệ mạng Ethernet


Hub Hub
ES ES
ESES
Max.4 Hub
100m
Hình 1.3: “thick” Ethernet 10BASE-5 Hình 1.4:“Thin” Ethernet 10BASE-2

Hình 1.5: Ethernet sử dụng cáp điện thoại 10 BASE-T
Các tiêu chuẩn kết nối vật lý này cho thấy sự tiến triển của công nghệ mạng
Ethernet qua thời gian.
Tầng vật lý của IEEE 802.3 có thể dùng các tiêu chuẩn sau để xây dựng:
•10BASE5: tốc độ 10Mb/s, dùng cáp xoắn đôi không bọc kim UTP (Unshield
Twisted Pair), với phạm vi tín hiệu lên tới 500m, topo mạng hình sao.
•10BASE2: tốc độ 10Mb/s, dùng cáp đồng trục thin-cable với trở kháng 50
Ohm, phạm vi tín hiệu 200m,topo mạng dạng bus.
•10BASE-T: tốc độ 10Mb/s, dùng cáp đồng trục thick-cable (đường kính
10mm) với trở kháng 50 Ohm, phạm vi tín hiệu 500m, topo mạng dạng bus.
•10BASE-FL: dùng cáp quang, tốc độ 10Mb/s phạm vi cáp 2000m
1.1.1.4. CSMA/CD: Đa truy xuất cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột
D
B and C
Application
Presentation
Session
Transport
Netword
Data Link

Physical
Application
Presentation
Session
Transport
Netword
Data Link
Physical
Trên
mạng Ethernet, ở một thời điểm chỉ một hoạt động truyền được phép. Mạng
Ethernet được xem như mạng đa truy xuất cảm nhận mang sóng có phát hiện xung
đột. Điều này có nghĩa là hoạt động truyền của một node đi qua toàn bộ mạng và
được node tiếp nhận và kiểm tra. Khi tín hiệu đi đến cuối đoạn, thiết bị kết cuối
(terminator) hấp thụ để ngăn chặn sự phản hồi ngược lại trên đoạn mạng.
A B C D
Hình 1.6: Hoạt động của Ethernet /802.3
Khi một máy trạm muốn truyền tín hiệu , máy trạm sẽ kiểm tra trên mạng để
xác định xem có máy trạm khác hiện đang truyền thông.
Nếu mạng không bị bận, máy trạm sẽ thực hiện việc truyền. Trong lúc đang
gởi tín hiệu máy trạm sẽ kiểm tra mạng để đảm bảo không có máy trạm khác đang
truyền vào thời điểm đó. Có khả năng hai máy trạm cùng xác định mạng không bị
bận và sẽ truyền vào thời điểm xấp xỉ nhau. Nếu điều này sảy ra thì sẽ gây ra xung
đột như minh hoạ ở của hình 1.7.