Bài giảng Mạng máy tính - Mạng LAN

3 kết nối4 máy  6 kết nốiN máy  N(N-1)/2 kết nốiNhận xét: Mạng điểm - điểm chỉ thích hợp khi N nhỏ 4Copyright © 2006, HaiVDCMạng chia sẻ dùng chung đường truyềnCác máy tính trên mạng có thể chia sẻ dùng chung các kết nối  tiết kiệm được số kết nốiMạng cục bộ LAN là mạng chia sẻ dùng chung đường truyền sao cho các máy có thể truy cập thông tin với nhau trên mạngPhạm vi hoạt động LAN: vài km, thích hợp với các văn phòng, công ty, trường học,...5Copyright © 2006, HaiVDCCác mô hình LANMô hình LAN xác định cách thức các máy tính kết nối lại với nhau như thế nàoCó nhiều mô hình:BUSSTARRINGMeshTree (ít dùng)6Copyright © 2006, HaiVDCMô hình BUSCác máy được nối với nhau vào 1 đường truyền chung gọi là BUSTín hiệu được truyền theo 2 hướng của bus  tất cả các máy đều nhận được tín hiệu.Tín hiệu đến 2 đầu bus có thể bị dội lại  gây nhiễu.Terminator dùng để hấp thu tín hiệu không cho dội lạiƯu: dễ lắp đặt, đơn giản, ít tốn cáp.Khuyết:Bus đứt  toàn bộ mạng tê liệtKhó thêm máy mớiKhó bảo trì cápHiệu suất mạng giảm đáng kể nếu nhiều máy sử dụng mạng7Copyright © 2006, HaiVDCMô hình STARCác máy được nối vào 1 hộp mốc trung tâm gọi là HUBHUB nhận tín hiệu từ 1 máy gởi đến truyền tín hiệu đến tất cả các máy khácSwitch (HUB thông minh): nhận tín hiệu gởi đến, chỉ truyền tín hiệu đến máy cần nhậnƯu: Dễ thêm/bớt máy vào mạngDễ bảo trì cáp, khi 1 sợi cáp đứt chỉ một máy nối với cáp không sử dụng được mạng, các máy khác vẫn vào mạng bình thườngNếu dùng Switch hiệu suất mạng vẫn đảm bảo nếu nhiều máy sử dụng mạngKhuyết: HUB hư  mạng tê liệtChi phí cao hơn (chi phí cho HUB, nhiều cáp hơn)8Copyright © 2006, HaiVDCMô hình RINGCác máy nối trực tiếp vào 1 vòng trònTín hiệu được truyền theo 1 chiều trên vòngCó 2 loại vòng:Trực tiếpQua HUB vòngVòng đứt  mạng tê liệt9Copyright © 2006, HaiVDCCác mô hình kết hợpBUS – BUS: Các bus nối với nhau qua thiết bị cầu nối bridge  giảm tải trên BUS nếu BUS quá nhiều máy10Copyright © 2006, HaiVDCCác mô hình kết hợpBUS-STAR11Copyright © 2006, HaiVDCCác mô hình kết hợpSTAR-STAR12Copyright © 2006, HaiVDCHoạt động của LAN – Card mạngThiết bị cơ bản để nối mạng LAN là card mạng (LAN card)LAN card có chức năng truyền/nhận dữ liệu theo khungCấu trúc LAN card:Chip điều khiển: điều khiển các hoạt động trên LAN cardBộ thu phátVùng đệm: bộ nhớ nằm trong CardĐầu nối cápBoot ROM (option)Cài đặt LAN card: cấu hìnhĐường IRQ (015): đường liên lạc với CPUI/O port13Copyright © 2006, HaiVDCĐịa chỉ trạm trên LANĐể phân biệt các máy tính trên LAN, mỗi máy được quy định 1 địa chỉ duy nhất gọi là địa chỉ trạmĐịa chỉ trạm trên LAN được quy định bởi phần cứng LAN Card (địa chỉ vật lý – MAC (Medium Access Control))Có 3 cách quy định địa chỉ:Địa chỉ tĩnh: mỗi LAN Card khi sản xuất được gán 1 địa chỉ duy nhất trong phần cứng LAN CardĐịa chỉ khả cấu hình: một số LAN Card cho phép người dùng tự quy định được địa chỉ LAN Card bằng phần mềm.Địa chỉ động: gán địa chỉ 1 cách tự động khi khởi động.Thông thường thì dùng phương pháp gán địa chỉ tĩnhNgười ta dùng 48 bit để biểu diễn địa chỉ LAN CardCó dạng XX XX XX XX XX XX ví dụ: 00-0B-5D-55-B5-DB Mã nhà SX Mã LAN Card14Copyright © 2006, HaiVDCHoạt động của LANMột máy muốn truyền khung sẽ kèm theo địa chỉ đíchKhung được truyền lên mạng, tất cả các máy đều có thể nhận khung. Tuy nhiên chỉ máy có địa chỉ trạm trùng với địa chỉ trạm đích mới nhận khung, các máy khác bỏ qua khung.Nếu muốn truyền nhiều máy phải thêm 1 địa chỉ LAN Card đặc biệt gọi là địa chỉ broad cast có dạng FF FF FF FF FF FF cho phép khung gởi đến tất cả các máy trên LAN15Copyright © 2006, HaiVDCPhương pháp truy cập trên LANMạng LAN sử dụng đường truyền chia sẻ dùng chung  phải có 1 phương pháp truy cập đường truyền chung để các máy không bị xung độtCó nhiều phương pháp truy cập:CSMA/CDCSMA/CAToken passingToken bus.........16Copyright © 2006, HaiVDCPhương pháp truy cập CSMA/CDCSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): phương pháp đường dây đa truy cập với phát hiện sự xung độtMột máy muốn truyền, trước tiên phải kiểm tra đường truyền, nếu máy rãnh thì truyền. Ngược lại, máy tiếp tục thử cho tới khi rãnh và truyền.Có khả năng xảy ra trường hợp: Nếu 2 máy cùng kiểm tra đường truyền, cùng thấy rãnh và cùng truyền  2 tín hiệu sẽ va chạm  gây ra xung độtĐể giải quyết xung đột: 1 máy khi truyền vẫn tiếp tục kiểm tra đường truyền nếu phát hiện xung đột thì ngưng truyền và đợi 1 khoảng thời gian ngẫu nhiên < d, rồi tiếp tục thử lại.17Copyright © 2006, HaiVDCPhương pháp truy cập CSMA/CD18Copyright © 2006, HaiVDCPhương pháp truy cập CSMA/CDCó thể xảy ra đa xung đột. Để giải quyết đa xung độtXung đột lần đầu: số ngẫu nhiên < d (khoảng thời gian đợi)Xung đột lần 2: số ngẫu nhiên < 2dXung đột lần k: số ngẫu nhiên < kdPhạm vi số ngẫu nhiên càng lớn  xác suất trùng càng thấp, quy định tối đa 16 lần xung đột. Nếu sau 16 lần vẫn xung đột  bỏ qua khung  thông báo lỗi “truyền bị lỗi”.Cách Chọn d: Gọi là tín hiệu lan truyền hết đường kính mạngChọn d = 2 là khoảng thời gia tối đa phát hiện được xung đột19Copyright © 2006, HaiVDCPhương pháp truy cập CSMA/CDNhận xétPhương pháp CSMA/CD phụ thuộc vào tải mạng (số máy sử dụng mạng)Tải nhỏ: rất hiệu quả  nhanh do ít xung độtTải nặng: hiệu quả bị giảm đáng kể do các máy dễ bị xung đột hơn20Copyright © 2006, HaiVDCPP truy cập token passing (chuyển thẻ bài)Phương pháp này chỉ dùng trên mô hình vòng (ring).Một thể bài (token) được di chuyển liên tục quanh vòng.Một máy muốn truyền phải đợi token đến, giữ token và truyền khung dữ liệuKhung dữ liệu đến máy đích, máy sẽ sao chép khung vào máy và chuyển khung trở về lại máy gởi ban đầuMáy gởi bỏ khung và trả token đến máy kế trên vòngQuá trình tiếp tục21Copyright © 2006, HaiVDCPP truy cập token passingNhận xét:Phương pháp này không bị xung độtSo với phương pháp CSMA/CD:Tải năng: hiệu quả hơnTải nhẹ: không hiệu quả22Copyright © 2006, HaiVDCCác công nghệ mạng LANCó nhiều công nghệ mạng LANArcNet (xưa nhất)Ethernet (phổ biến nhất)Token RingFDDIApple talk100 Base – any LANATM (mới nhất)23Copyright © 2006, HaiVDCMạng EthernetMạng Ethernet được hãng Xerox nghiên cứu vào những năm 1970. Về sau các hãng Intel và Digital Equipment và Xerox kết hợp đưa ra chuẩn Ethernet 10 BaseĐặc điểm:Sử dụng mô hình: BUS/STAR kết hợpCáp: xoắn đôi, đồng trục, quangKỹ thuật truyền: BasebandTốc độ: 10MbpsDùng phương pháp truy cập CSMA/CDCác cấu hình Ethernet 10 BaseCấu hình 10 Base 5Cấu hình 10 Base 2Cấu hình 10 Base TCấu hình 10 Base F24Copyright © 2006, HaiVDCCấu hình 10 Base 5Mô hình BUS với cáp đồng trục dày (thick)Mạng cho phép tối đa 5 đoạn BUS. Các đoạn nối với nhau qua bridgeMỗi đoạn dài tối đa 500m, nối tối đa 100 máy  dài tối đa 2500m, nối tối đa 500 máyCác thiết bị nối mạngLAN car đầu AUI (D-15)Bộ thu phát trên BUS gọi la transceiverTerminatorCáp nối AUICấu hình này không phổ biến  do chi phí cao25Copyright © 2006, HaiVDCCấu hình 10 Base 2Mô hình BUS với cáp đồng trục mãnh (thin)Mạng cho phép tối đa 5 đoạn BUS, các đoạn được nối với nhau qua bridgeMỗi đoạn dài tối đa 185m, nối tối đa 30 máy  mạng dài tối đa 925m, nối tối đa 150 máyCác thiết bị nối mạng:LAN Card đầu BNCTerminatorĐầu nối BNC và T_Connector1 thời gian được dùng rất phổ biến do chi phí rẻ, dễ cài đặt26Copyright © 2006, HaiVDCCấu hình 10 Base TMô hình STAR với cáp xoắn đôiKhoảng cách tối đa máy  HUB là 100mCác HUB có thể kết hợp lại: BUS-STAR, STAR-STARTối đa 1020 máyCác thiết bị nối mạng:LAN Card đầu RJ_45HUB/SwitchĐầu nối RJ_4527Copyright © 2006, HaiVDCCấu hình 10 Base FMô hình BUS với cáp quangCấu hình này chủ yếu chỉ dùng làm trục chính (backbone) để nối các mạng ở xa với nhau, dài tối đa 2km28Copyright © 2006, HaiVDCMã hóa tín hiệu truyềnDùng mã manchesterHiệu điện thế:0V biểu diễn bit 1-1,5V biểu diễn bit 029Copyright © 2006, HaiVDCCấu trúc khung EthernetTrường preamble (7 byte) có dạng 1 0 1 0 1 0 1 0  1 0 1 0 Dùng làm tín hiệu đồng hồ (clock) để đồng bộ giữa máy gởi và máy nhậnsof (start of frame) có giá trị 10101011 byte bắt đầu khungdest (2 hay 6 byte): xác định địa chỉ trạm đích (máy nhận)src (2 hay 6 byte): xác định địa chỉ nguồn (máy gởi)len (2 byte): xác định chiều dài data tính theo bytedata: xác định vùng dữ liệu cần truyềnpreamblesofdestsrclendatapadCRC7 byte12/62/6201500046430Copyright © 2006, HaiVDCCấu trúc khung EthernetPad: vùng dữ liệu giảTheo quy định 1 khung phải chứa ít nhất là 46 byte data (để có thể phát hiện xung đột)Nếu dữ liệu không đủ thì ta phải thêm dữ liệu giả 0 cho đủ 46 byteCRC: Mã kiểm lỗi CRC 32 bit dùng đa thức sinhG(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 131Copyright © 2006, HaiVDCFast Ethernet 100 BaseCải tiến từ Ethernet 10 Base  Fast Ethernet 100 Base với tốc độ 100Mbps.Cấu hình Fast Ethernet 100 Base như sau:100 Base T4: cấu hình STAR với cáp UTP CAT 5, dùng 4 cặp xoắn đôi (Ethernet 10 Base chỉ dùng 2 cặp xoắn đôi)  không tương thích với Ethernet 10 Base100 Base TX: cấu hình STAR với cáp UTP CAT 5 chỉ dùng 2 cặp xoắn đôi  tương thích với Ethernet 10 Base. Đây là cấu hình dùng phổ biến nhất hiện nay100 Base FX: dùng cáp quang.32Copyright © 2006, HaiVDCMạng Token RingĐược hãng IBM giới thiệu vào năm 1984Dùng mô hình Ring với HUB vòngCáp xoắn đôiTốc độ 4Mbps, về sau cải tiến lên 16MbpsKỹ thuật truyền basebandSử dụng phương pháp truy cập token passingMã hóa tín hiệu: dùng mã Manchester vi saiBit đầubit 1bit 0Các bit kế:Tín hiệu đảo chiều  bit 1Tín hiệu không đảo chiều  bit 033Copyright © 2006, HaiVDCMạng Token RingCấu trúc khung token ring phức tạp hơn EthernetCó 3 loại:Token: bắt đầu 2 tokenDữ liệu: chứa dữ liệu truyềnLệnh: chứa các lệnh token ringToken (3 byte): Khung dữ liệu / lệnhSDACEDSDACFCsrcdestdataCommandCRCEDFS1112/62/641234Copyright © 2006, HaiVDCMạng Token RingSD: byte bắt đầu khungED: byte kết thúc khungAC (Access Control): cho biết token hay khungDest: địa chỉ đíchSrc: địa chỉ nguồnData/command: chứa dữ liệu cần truyền hay lệnhFS (Frame Status): cho biết trạng thái frame được thành công hay lỗiFC: xác định khung dữ liệu hay khung lệnh35Copyright © 2006, HaiVDC