Phng thc truy cp mng Ethernet Nhm sinh

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. (*) http: //vi. wikipedia. org/wiki/Ethernet, 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 � Phiên bản đầu môi tiêntrường của Ethernet tíchtopo hợpmạng phương pháp truy cập môi dùng chung truyền theo trường có tên gọi là Carrier Sense Multiple Access with Collision dạngtruyền bus 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

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). � 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

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.

Media Access Control (MAC) Lớp MAC có 2 chức năng cơ bản: Data Encapsulation Media Access Control

Địa chỉ MAC �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) 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

Khung dữ liệu

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 �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

Khung 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.

Thông tin 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 10 Mbps 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 first bit reached the end of the first 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-off between the need to reduce the impact of collision recovery (backoffand 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 first 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

Ethernet Broadcast �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 1 s �Rất nhiều giao thức mạng như Dynamic Host Configuration 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.

Ethernet Multicast �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. �Địa chỉ MAC cho multicast có giá trị bắt đầu từ 01 -00 -5 E hexa.

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 Multiple 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

CSMA Thế nhưng trì hoãn việc gởi khung cho đến khi nào? Theo dõi không kiên trì (Non-persistent CSMA): Nếu đường truyền bận, đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi tiếp tục nghe lại đường truyền. Theo dõi kiên trì (persistent CSMA): Nếu đường truyền bận, tiếp tục nghe đến khi đường truyền rỗi rồi thì truyền gói tin với xác suất bằng 1. Theo dõi kiên trì với xác suất p (P-persistent CSMA): Nếu đường truyền bận, tiếp tục nghe đến khi đường truyền rỗi rồi thì truyền gói tin với xác suất bằng p.

CSMA Tình huống: Khi một trạm vừa phát xong thì một trạm khác cũng phát sinh yêu cầu phát khung và bắt đầu nghe đường truyền. Nếu tín hiệu của trạm thứ nhất chưa đến trạm thứ hai, trạm thứ hai sẽ cho rằng đường truyền đang rảnh và bắt đầu phát khung. Khi đó sẽ xảy ra xung đột. Hậu quả: Mất khung, lãng phí tài nguyên. Làm sao để các node theo dõi được có đụng độ hay không? Khi có sẽ làm gì?

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Là phương thức đa truy nhập môi trường cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột. Không chỉ “nghe trước khi truyền” như CSMA mà CSMA/CD còn “nghe trong khi truyền”. CSMA/CD có 2 cải tiến quan trọng: phát hiện đụng độ và làm lại sau đụng độ.

CSMA

CSMA/CD Phát hiện đụng độ Khi 1 trạm truyền xong, kênh truyền là rỗi và sẵn sàng truyền. Nếu có 2 trạm cùng truyền sẽ xảy ra đụng độ.

CSMA/CD Phát hiện đụng độ Đụng độ có thể được phát hiện bằng cách theo dõi năng lượng hay độ rộng của xung của tín hiệu nhận được và đem so sánh với độ rộng của xung vừa truyền đi. Khi phát hiện đụng độ, trạm ngưng truyền và phát thêm 1 dãy nhồi (tăng cường va chạm tín hiệu khiến tất cả các node đều biết được có đụng độ).

CSMA/CD Làm lại sau khi đụng độ Khi đụng độ, các trạm sẽ chạy thuật toán back-off để tính toán thời gian phải chờ trước khi gửi lại khung. Thuật toán như sau: Chọn ngẫu nhiên M: 0<M<2 k, k = min(10, n), n là tổng số lần đụng độ. Trạm sẽ chờ trong M*TW, TW là thời gian tối đa node đợi sau khi truyền xong 1 khung. Khi n=16 thì hủy việc truyền khung.

Fast Ethernet Chuẩn Ethernet đầu tiên (Ethernet II-1980 s) cho phép hoạt động ở tốc độ 10 Mbps: 10 Base 5 10 Base 2 10 Base. T 1995 s, chuẩn IEEE 802. 3 u cho phép nâng tốc độ Ethernet lên 100 Mbps: 100 Base-T 4 100 Base-TX 100 Base-FX

Gigabit Ethernet �IEEE 802. 3 a e z cải thiện tố độ Ethernet lên đến Gbps � 1000 Base-LX � 1000 Base-SX � 1000 Base-CX � 1000 Base-T �Gigabit Ethernet cho phép mạng truyền số liệu tới tốc độ 1000 Mbps mà vẫn sử dụng dây cable theo tiêu chuẩn Cat 5 UTP (Unshielded Twisted Pair). � Với chuẩn này, dây cable CAT 5 có tốc độ xung nhịp đồng hồ là 125 MHz chỉ có thể truyền 100 Mbps như ở Ethernet 100 Mbps mà có thể truyền được 1000 Mbps.

Gigabit Ethernet Dây cable Ethernet Cat 5 có 4 cặp dây ( Four pairs ), nhưng theo tiêu chuẩn truyền số liệu 10 Base. T và 100 Base. T chỉ sử dụng 4 dây ( hai cặp dây ). Một cặp dây được dùng để truyền số liệu và một cặp dây khác được dùng để nhận số liệu.

Gigabit Ethernet � Ethernet sử dụng kỹ thuật khử nhiễu. � Khi có dòng điện chạy trên dây dẫn sẽ phát ra trường điện từ xung quanh. Trường điện từ đủ lớn sẽ tạo ra dòng điện chạy bên trong của dây dẫn bên cạnh và làm hỏng số liệu truyền trong dây dẫn bên cạnh đó. => Nhiễu xuyên âm (cross talk). � Để khử nhiễu, một tín hiệu được truyền hai lần, tín hiệu thứ hai gọi là mirored - mang cực đảo - để so sánh với tín hiệu đầu tiên. Khi nhận hai tín hiệu, thiết bị nhận có thể so sánh hai tín hiệu này, nếu tín hiệu là đúng thì tức là mirored. Sự khác nhau giữa hai tín hiệu là nhiễu, thiết bị nhận sẽ biết đó là nhiễu và huỷ tín hiệu này.

Gigabit Ethernet �Truyền số liệu �Theo chuẩn 10 Base. T, mỗi bit mà máy tính muốn truyền là một mã vật lí duy nhất được truyền đi, có nghĩa là một nhóm truyền 8 Bit thì có 8 mức tín hiệu được truyền trong dây dẫn. Nếu tốc độ truyền 10 Mbps thì tốc độ xung nhịp là 10 MHz, bởi vì một xung là một Bit được truyền. �Chuẩn 100 Base. T sử dụng mã hoá 8 B/10 B, ở đó mỗi một nhóm số liệu 8 Bit được mã hoá thành tín hiệu 10 Bit. Do đó khác với 10 Base. T là mỗi một Bit không trực tiếp đại diện cho một tín hiệu trên dây dẫn. Tốc độ truyền 100 Mps thì tốc độ xung nhịp của đồng hồ là 125 MHz (10/8 x 100).

Gigabit Ethernet �Truyền số liệu �Gigabit Ethernet sử dụng kỹ thuật điều chế tín hiệu 4 D -PAM 5 (Four Dimensional-Pulse Amplitude Modulation 5), dùng 5 mức điện áp khác nhau (điên áp thứ 5 được dùng trong kỹ thuật kiểm tra lỗi). �Một tín hiệu truyền Gigabit trên cable đại diện cho hai Bit số liệu. Nói một cách khác , thay thế chỉ dùng hai mức điện áp mà đại diện đơn thuần là 0 hoặc 1 thành 4 mức điện áp để đại diện cho 00 , 01 , 10 , 11. �Thay thế sử dụng 4 dây trên cable , Gigabit Ethernet sử dụng tất cả các dây dẫn.

Gigabit Ethernet Bảng dưới đây bạn có thể kiểm tra Cable đầu ra : BI có nghĩa là Bi-directional ( hai hướng , thu và nhận ). DA , DB , DC, Đ có nghĩa là Data A , Data B , Data C , Data D