CHƯƠNG 1 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. 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. Công nghệ Ethernet và IEEE 802. 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 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL Ethernet được các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ở châu Âu và Mỹ quy chuẩn với tên là IEEE 802. 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: Included in FCS min: 64 Byte, max: 1518 byte 9,6 μs Preamble SFD DA SA TYPE Infomation FCS Preamble 1010.11 byte 7 1 6 6 2 >46 4 Cấu trúc gói số liệu Ethernet Included in FCS min: 64 Byte, max: 1518 byte 9,6 Preamble SFD DA SA LEN Infomation FCS Preamble 1010.11 byte 7 1 6 6 2 >46 4 Cấu trúc gói số liệu IEEE 802.1: Cấu trúc gói số liệu Ethernet và IEEE 802.3 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL 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 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.
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 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL TxM Assemble Frame Deferring On? Stat TxM NO YES Collision ? NO Send JAM TxM done? YES Iner, attempts TxM OK YES Too many Attempts ? NO Collision Error Calo,Backoff Wait Backoff 5 Transmitt procedure LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL RxM Start receiving NO Receive Done ? YES YES Frame too smal ? NO YES Address OK ? NO FCS OK ? YES NO NO LEN OK ? Extra bit ? NO YES Diasemble Align Error CRC Error Frame LEN Error RxM done OK 6 LUAN VAN CHAT LUONG download Receive:procedure add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL Hình 1. 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 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: TWait= Tslot* TR với 0< TR< 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 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL 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. Hình thức kết nối vật lý Sau đây là tóm tắt các đặc trưng kết nối vật lý của công nghệ mạng Ethernet Max.50m ES ES ES ES Hình 1.3: “thick” Ethernet 10BASE-5 Hình 1.4:“Thin” Ethernet 10BASE-2 Hub Hub Max.4 Hub ES ES 100m ES ES 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. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL 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. CSMA/CD: Đa truy xuất cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột 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 D B and C Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Netword Netword Data Link Data Link 9 Physical Physical LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL 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. Xung đột A B C D JAM JAM JAM JAM JAM JAM JAM hình 1.7 Xung đột giữa máy trạm 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm hiểu công nghệ ADSL Khi tất cả node đang truyền mà phát hiện ra xung đột, node truyền đi một tín hiệu nhồi (jam signal) nhấn mạnh thêm xung đột đủ lâu dài để tất cả node khác nhận ra.
Tất cả node khác đang truyền sẽ ngừng việc gửi frame trong thời gian được chọn ngẫu nhiên trước khi cố gắng gửi lại. Nếu lần gởi lại cũng dẫn đến kết quả xung đột, node đó sẽ gửi lại và số lần gửi lại là 15 lần trước khi bỏ hẳn việc gửi. Các đồng hồ chỉ định thời quay lui tại các máy khác nhau là khác nhau. Nếu hai bộ định thời đủ khác nhau, một máy trạm sẽ thực hiện lần gởi kế thành công.
Fast Ethernet Để truyền các loại dữ liệu lớn hay phức tạp chúng ta sử dụng giao thức Fast Ethernet (100 Mbps). Trong tầng MAC, Fast Ethernet sử dụng cùng nguyên lý như Ethernet truyền thống (CSMA/CD) chỉ có điều tốc độ đường truyền đã được tăng lên từ 10 Mbps đến 100 Mbps.