CHƢƠNG 6 TÔ PÔ MẠNG Mã bài: MH12-06 Giới thiệu Phƣơng thức truy nhập đƣợc định nghĩa là các thủ tục điều hƣớng trạm làm việc làm thế nào và lúc nào có thể thâm nhập vào đƣờng dây cáp để gửi hay nhận các gói thông tin. Mục tiêu: - Trình bày đƣợc kiến trúc dùng để xây dựng một mạng cục bộ; - Xác định mô hình mạng cần dùng để thiết kế mạng; - Mô tả đƣợc các phƣơng pháp truy cập từ máy tính qua đƣờng truyền vật lý. - Thực hiện các thao tác an toàn với máy tính. Kiến trúc mạng cục bộ 1.
Mạng dạng BUS Trong mạng trục tất cả các trạm phân chia một đƣờng truyền chung (bus). Đƣờng truyền chính đƣợc giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm đƣợc nối với trục chính qua một đầu nối chữ T (T- connector) hoặc một thiết bị thu phát (transceiver). - Khi một trạm truyền dữ liệu tín hiệu đƣợc quảng bá trên cả hai chiều của bus, tức là mọi trạm còn lại đều có thể thu đƣợc tín hiệu đó trực tiếp.
Đối với các bus một chiều thì tín hiệu chỉ đi về một phía, lúc đó các terminator phải đƣợc thiết kế sao cho các tín hiệu đó phải đƣợc dội lại trên bus để cho các trạm trên mạng đều có thể thu nhận đƣợc tín hiệu đó. Nhƣ vậy với topo mạng trục dữ liệu đƣợc truyền theo các liên kết điểm-đa điểm (point-to-multipoint) hay quảng bá (broadcast). Máy B Terminator Terminator Bus 61 H nh Sơ ồ kiểu kết nối dạng tuyến tính(bus) Ưu điểm : Dễ thiết kế, chi phí thấp Nhược điểm: Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động 1. Mạng dạng sao Trên mạng hình vòng tín hiệu đƣợc truyền đi trên vòng theo một chiều duy nhất.
Mỗi trạm của mạng đƣợc nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater) do đó cần có giao thức điều khiển việc cấp phát quyền đƣợc truyền dữ liệu trên vòng mạng cho trạm có nhu cầu. Mạng hình vòng có ƣu nhƣợc điểm tƣơng tự mạng hình sao, tuy nhiên mạng hình vòng đòi hỏi giao thức truy nhập mạng phức tạp hơn mạng hình sao. Để tăng độ tin cậy của mạng ta có thể lắp đặt thêm các vòng dự phòng, nếu vòng chính có sự cố thì vòng phụ sẽ đƣợc sử dụng. H nh Sơ ồ kiểu kết nối dạng vòng 1.
Mạng dạng vòng Mạng hình sao: Mạng hình sao có tất cả các trạm đƣợc kết nối với một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích Độ dài đƣờng truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100m, với công nghệ hiện nay). Thiết bị trung tâm có thể là Hub, Switch, router Vai trò của thiết bị trung tâm là thực hiện việc “bắt tay” giữa các trạm cần trao đổi thông tin với nhau, thiết lập các liên kết điểm - điểm giữa chúng. 62 Ưu điểm: Thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt các trạm), dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố, tận dụng đƣợc tối đa tốc độ truyền của đƣờng truyền vật lý. Nhược điểm: Độ dài đƣờng truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế Máy 1 Máy 2 Máy 3 Máy 3 Máy 5 H nh Sơ ồ kiểu kết nối hình sao với hub ở trung tâm Máy 6 1.
Mạng kết nối hỗn hợp Là sự phối hợp các kiểu kết nối khác nhau hub 63 Bộ chuyển đổi cáp H nh: Sơ ồ kiểu kết nối hỗn hợp 2 Cá phƣơng pháp ập ƣờng truyền vật lý Khi đƣợc cài đặt vào trong mạng, các máy trạm phải tuân theo những quy tắc định trƣớc để có thể sử dụng đƣờng truyền, đó là phƣơng thức truy nhập. Phƣơng thức truy nhập đƣợc định nghĩa là các thủ tục điều hƣớng trạm làm việc làm thế nào và lúc nào có thể thâm nhập vào đƣờng dây cáp để gửi hay nhận các gói thông tin. Có 3 phƣơng thức cơ bản 2. Phương pháp CSMA/ CD - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Phƣơng pháp đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột - Phƣơng pháp này sử dụng cho topo dạng tuyến tính, trong đó tất cả các trạm của mạng đều đƣợc nối trực tiếp vào bus.
Mọi trạm đều có thể truy nhập vào bus chung (đa truy nhập) một cách ngẫu nhiên và do vậy rất có thể dẫn đến xung đột (hai hoặc nhiều trạm đồng thời truyền dữ liệu). Dữ liệu đƣợc truyền trên mạng theo một khuôn dạng đã định sẵn trong đó có một vùng thông tin điều khiển chứa địa chỉ trạm đích - Phƣơng pháp CSMA CD là phƣơng pháp cải tiến từ phƣơng pháp CSMA hay còn gọi là LBT (Listen Before Talk - Nghe trƣớc khi nói). Tƣ tƣởng của nó: một trạm cần truyền dữ liệu trƣớc hết phải “nghe” xem đƣờng truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi thì truyền dữ liệu đi theo khuôn dạng đã quy định trƣớc.
Ngƣợc lai, nếu bận (tức là đã có dữ liệu khác) thì trạm phải thực hiện một trong 3 giải thuật sau (gọi là giải thuật “kiên nhẫn”) + Tạm “rút lui” chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi lại bắt đầu nghe đƣờng truyền (Non persistent - không kiên trì) + Tiếp tục “nghe” đến khi đƣờng truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất =1 + Tiếp tục “nghe” đến khi đƣờng truyền rỗi thì truyền đi với xác suất p xác định trƣớc (0 < p <1) 64 - Với giải thuật 1 có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền khi thấy đƣờng truyền bận sẽ cùng “rút lui” chờ đợi trong các thời đoạn ngẫu nhiên khác. Nhƣợc điểm có thể có thời gian chết sau mỗi cuộc truyền - Giải thuật 2: khắc phục nhƣợc điểm có thời gian chết bằng cách cho phép một trạm có thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc. Nhƣợc điểm: Nếu lúc đó có hơn một trạm đang đợi thì khả năng xảy ra xung đột là rất cao - Giải thuật 3: Trung hoà giữa hai giải thuật trên. Với giá trị p lựa chọn hợp lý có thể tối thiểu hoá đƣợc cả khả năng xung đột lẫn thời gian chết của đƣờng truyền. Xảy ra xung đột là do độ trễ của đƣờng truyền dẫn: một trạm truyền dữ liệu đi rồi nhƣng do độ trễ đƣờng truyền nên một trạm khác lúc đó đang nghe đƣờng truyền sẽ tƣởng là rỗi và cứ thể truyền dữ liệu đi xung đột.
Nguyên nhân xảy ra xung đột của phƣơng pháp này là các trạm chỉ “nghe trƣớc khi nói” mà không “nghe trong khi nói” do vậy trong thực tế có xảy ra xung đột mà không biết, vẫn cứ tiếp tục truyền dữ liệu đi gây ra chiếm dụng đƣờng truyền một cách vô ích - Để có thể phát hiện xung đột, cải tiến thành phƣơng pháp CSMA CD (LWT - Listen While Talk - nghe trong khi nói) tức là bổ xung thêm các quy tắc: - Khi một trạm đang truyền, nó vẫn tiếp tục nghe đƣờng truyền. Nếu phát hiện thấy xung đột thì nó ngừng ngay việc truyền nhƣng vẫn tiếp tục gửi sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả các trạm trên mạng đều có thể nghe đƣợc sự kiện xung đột đó. - Sau đó trạm chờ đợi một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo các quy tắc của CSMA Rõ ràng với CSMA/CD thời gian chiếm dụng đƣờng truyền vô ích giảm xuống bằng thời gian để phát hiện xung đột. CSMA CD cũng sử dụng một trong 3 giải thuật “kiên nhẫn” ở trên, trong đó giải thuật 2 đƣợc ƣa dùng hơn cả.
Phương pháp TOKEN BUS - Phƣơng pháp truy nhập có điểu khiển dùng kỹ thuật “chuyển thẻ bài” để cấp phát quyền truy nhập đƣờng truyền. Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thƣớc và có chứa các thông tin điều khiển trong các khuôn dạng - Nguyên lý: Để cấp phát quyền truy nhập đƣờng truyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu,một thẻ bài đƣợc lƣu chuyển trên một vòng logic thiết lập bởi các trạm đó. Khi một trạm nhận đƣợc thẻ bài thì nó có quyền sử dụng đƣờng truyền trong một thời gian định trƣớc. Trong thời gian đó nó có thể truyền một hoặc nhiều đơn vị dữ liệu.
Khi đã hết dữ liệu hay hết thời đoạn cho phép, trạm phải chuyển thẻ bài đến trạm tiếp theo trong vòng logic. Nhƣ vậy công việc phải làm đầu tiên là thiết lập vòng logic (hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang có 65 nhu cầu truyền dữ liệu đƣợc xác định vị trí theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cùng của chuỗi sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiên. Mỗi trạm đƣợc biết địa chỉ của các trạm kề trƣớc và sau nó. Thứ tự của các trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý.
Các trạm không hoặc chƣa có nhu cầu truyền dữ liệu thì không đƣợc đƣa vào vòng logic và chúng chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu. A B C D Mạng tuyến tính H G F E Đƣờng truyền vật lý Vòng logic Trong hình vẽ, các trạm A, E nằm ngoài vòng logic, chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu dành cho chúng. Hình: vòng logic trong mạch bus Vấn đề quan trọng là phải duy trì đƣợc vòng logic tuỳ theo trạng thái thực tế của mạng tại thời điểm nào đó. Các giải thuật cho các chức năng duy trì vòng logic có thể làm nhƣ sau: - Bổ sung một trạm vào vòng logic, mỗi trạm trong vòng có trách nhiệm định kỳ tạo cơ hội cho các trạm mới nhập vào vòng.
Khi chuyển thẻ bài đi, trạm sẽ gửi thông báo “tìm trạm đứng sau” để mời các trạm (có địa chỉ giữa nó và trạm kế tiếp nếu có) gửi yêu cầu nhập vòng. Nếu sau một thời gian xác định trƣớc mà không có yêu cầu nào thì trạm sẽ chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nó nhƣ thƣờng lệ. Nếu có yêu cầu thì trạm gửi thẻ bài sẽ ghi nhận trạm yêu cầu trở thành trạm đứng kề sau nó và chuyển thẻ bài tới trạm mới này. Nếu có hơn một trạm yêu cầu nhập vòng thì trạm giữ thẻ bài sẽ phải lựa chọn theo giải thuật nào đó.
- Loại một trạm khỏi vòng logic: Một trạm muốn ra khỏi vòng logic sẽ đợi đến khi nhận đƣợc thẻ bài sẽ gửi thông báo “nối trạm đứng sau” tới trạm kề trƣớc nó yêu cầu trạm này nối trực tiếp với trạm kề sau nó - Quản lý lỗi: Để giải quyết các tình huống bất ngờ. Chẳng hạn, trạm đó nhận đƣợc tín hiệu cho thấy đã có các trạm khác có thẻ bài.