phần mở đầu, phần đệm trước khi đưa dữ liệu xử lý ở giao thức cao hơn. Địa chi MAC Địa chi MAC là một day số có độ rộng 48 bit của phần cứng máy tính, được nhà sản xuất thiết lập có định lên card mạng. Địa chi MAC có thể hiéu như là địa chỉ vật lý của thiết bị mạng đó, muốn gửi dữ liệu đến thiết bị thì phải biết địa MAC của thiết bị đó. Địa chi MAC bao gồm 6 byte, được biểu diễn bằng 6 cặp chữ số và được ngăn cách bởi dấu hai chấm.
Địa chỉ Mac có 3 loại: Unicast, Broadcast, Multicast. e Unicast: Dia chi Unicast MAC được sử dụng cho máy nguồn, là địa chỉ mà nó chỉ được gửi đến một thiết bị mạng cụ thể. Nếu LSB của byte đầu tiên của một địa chỉ MAC có gia trị là 0, thì địa chi MAC nay chỉ tiếp cận một card mạng nhận. © Multicast: Địa chi Multicast dùng để gửi dữ liệu đến nhóm thiết bị.
Đối với địa chỉ Multicast ở tầng Data link, LSB của byte đầu tiên của một địa chỉ MAC có giá trị 1. Vi du, IEEE sẽ cung cấp các địa chỉ 01-80-C2-xx-xx-xx (01-80-C2-00-00-00 đến 01-80-C2-FF-FF-FF) cho các địa chỉ của các nhóm thiết bị để kết nối với nhau. e_ Broadcast: Địa chi Broadcast có tất cả các bit đều mang giá trị 1 (FF-FF-FF- FF-FF-FF). Các frame có địa chi MAC là FF-FF-FF-FF-FF-FF sẽ được kết nỗi với mọi máy tính thuộc mang LAN đó.
Media Independent Interface 2. Tổng quan về Media Independent Interface (MII) Media-independent interface (MII) được định nghĩa là một giao diện tiêu chuẩn dé kết nối khối MAC thuộc tang datalink tới tầng vat lý của mô hình OSI. Media independent ở đây có nghĩa là các loại thiết bị PHY khác nhau, với các loại kết nối khác nhau (ví dụ như cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang,.), đều có thể dựa vào chuẩn đã được quy định trước mà kết nối tới MAC mà không phải thay đồi thiết kế. Do đó, bat kỳ khối MAC nào cũng có thé kết nói được tới một PHY bat kỳ.
Dữ liệu được chạy ở tốc độ 25 MHz dé dat được thông lượng 100 Mbit/s. Thiết kế MII ban đầu đã được mở rộng để hỗ trợ giảm tín hiệu và tăng tốc độ. Một số phiên bản được phát triển của Ethernet được liệt kê trong Bảng 2.2: Các phiên bản của MII và tốc độ tương thích Tên biến thé Tốc độ Reduced media-independent interface (RMII) 100Mbit/s Gigabit media-independent interface (GMII) 1000Mbis/s Reduced gigabit media-independent interface (RGMII) 1000MbiUs Serial media-independent interface (SMII) Serial gigabit media-independent interface (serial GMII, SGMII) | 1000Mbit/s High serial gigabit media-independent interface (HSGMII) 2.5Gbit/s Quad serial gigabit media-independent interface (QSGMII) SGbit/s 10-gigabit media-independent interface (XGMII) 10Gbit/s 2. Gigabit Media Independent Interface (GMI) Vi khóa luận này thiết kế một IP Ethernet chuẩn 1 Gbit/s nên sẽ lựa chon phiên bản GMII dé tham khảo quy định các tín hiệu và tốc độ truyền nhận trên module MII.
The Gigabit media-independent Interface (GMII) là một giao diện giữa lớp con MAC và tầng Physical (Hình 2. Interface này hoạt động ở tốc độ lên đến 1000 Mbit/s, được triển khai bằng giao diện dữ liệu có tốc độ 125 MHz với các đường dữ liệu 8 bit riêng biệt để nhận và truyền, và tương thích ngược với đặc điểm kỹ thuật MII và có thé hoạt động ở tốc độ dự phòng 10 hoặc 100 Mbit/s. [5] GMII lần đầu tiên được định nghĩa cho 1000BASE-X trong IEEE 802.3z-1998 và sau đó được kết hợp vào IEEE 802. Các tín hiệu truyền được mô tả trong Bảng 2.3: Các tín hiệu truyền với GMII [5] Tên tínhiệu | Mô tả GTXCLK Tín hiệu Clock cho gigabit TX (125Mhz) TXD[7:0] Dữ liệu truyền TXEN Tín hiệu cho phép truyền TXER Tín hiệu lỗi (sử dụng dé dé cố ý làm hỏng gói dit liệu nếu cần ) Các tín hiệu nhận được mô tả trong Bảng 2.4: Các tín hiệu nhận với GMII [Š] Tên tínhiệu | Mô tả RXCLK Tín hiệu Clock nhận dữ liệu RXD[7:0] Dữ liệu nhận RXDV Xác nhận dữ liệu hợp lệ RXER Tín hiệu báo dữ liệu lỗi gmii_rx_ clk | gmii_‹_ dv gmii_rxd x xén5 D1 )< KX D2XD3 )xÉn0è< D6 << D6 D7 Dạ XDI x gmii_r_er [I Tin hiệu nhận lỗi, Bỏ Z qua dữ liệu này trong Payload Hình 2.3: Sơ đồ định thời của GMII Rx gmii_tx clk | omit | gmibd ¢ x end D1 X02 XD3 KX D4 D6 X DEX D7 KDB XDIX x —»> gmii_t_er Hình 2.4: So đồ định thời của GMII Tx 2.
Frame 10 Dữ liệu từ tầng cao nhất trong mô hình mạng được gói gọn trong tầng tiếp theo, sau đó dữ liệu tầng này tiếp tục được gói gọn trong tầng tiếp theo, việc đóng gói này xảy ra ở mỗi cấp độ của giao thức. Quá trình đóng gói trong phạm vi khóa luận nay có thé dễ dàng hiểu được khi nhìn vào Hình 2. Việc đóng gói dữ liệu cung cấp tính trừu tượng cho các giao thức, giao thức cao nhất sẽ gửi dữ liệu xuống các lớp khác. Dữ liệu bắt đầu đóng gói cho đến khi chúng đến lớp cuối cùng và dữ liệu được truyền đi.
Điều này đơn giản hóa việc giao tiếp và tương tác giữa các lớp. Ethernet frame 6 bytes 6 bytes 2 bytes 46 to 1500 bytes 4 bytes MAG DST MAC LENGTH SRC TYPE/ DAT | (CRC) | FCS Hình 2.6: Cấu trúc một frame Ethernet [3] Một frame Ethernet điển hình bao gồm hai phần chính: phần Header và phần Payload. Kích thước tối đa của phần Payload là 1500 byte; nhưng trong một số biến thé tốc độ cao của giao thức, hỗ trợ khả năng gửi các frame khổng 16 tăng giới hạn lên tới 9000 byte. [3] Các phần chính của frame Ethernet có thể được nhìn thấy trong Hình 2.6, em tiến hành giải thích từng trường thông tin: e Preamble and Start frame delimiter (SFD): Một gói Ethernet bắt dau bằng 7 byte Preamble và 1 byte Start Frame Dilimiter (SDF).
Phần mở dau (Preamble) bao gồm 56-bit xem kẽ các bit 0 và 1, cho phép dễ dàng đồng bộ giữa tín hiệu của hệ thống nhận dữ liệu với tốc độ nhận dir liệu từ bên gửi. Theo sau đó là 1 byte SDF có giá trị 0xD5 để đồng hóa mức byte và đánh dấu một frame mới đến. Các thiết bị truyền nhận dir liệu tốc độ theo chuẩn Gigabit Ethernet sử dụng bus GMII, là giao diện rộng có độ rộng 8 bit, do đó, chuỗi 11 Preamble mở dau và theo sau bởi SED sẽ là 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0xD§ (theo byte). e Destination MAC address : Trường Destination Address theo sau trường Preamble.
Mỗi giao diện Ethernet được gán một địa chỉ 48 bit duy nhất, được gọi là địa chỉ phần cứng hoặc địa chỉ vật lý của giao diện. Trường địa chỉ đích nay chứa 48 bit địa chi Ethernet tương ứng với địa chỉ giao diện của trạm mà khung được gửi đi, ngoài ra địa chỉ này còn có thé là dia chi multicast hoặc broadcast. M6t giao dién Ethernet doc moi khung trong qua trinh nhan va thong qua it nhất trường địa chỉ đích. Nếu địa chỉ đích không không khớp với địa chỉ giao diện của một tram nào đó và cũng không khớp với địa chỉ multicast hoặc broadcast, thì nó sẽ được phép bỏ qua dữ liệu của khung này.
Dưới đây là hai tiêu chuan triển khai địa chi bit. e Source MAC address : Trường tiếp theo trong khung là Source Address (dia chỉ nguồn). Day là dia chỉ thực của thiết bị đã gửi khung. Địa chỉ nguồn không được sử dụng theo bat kỳ cách thức nào bởi giao thức Ethernet MAC, mặc dù nó phải luôn là địa chỉ unicast của thiết bị gửi khung.
Nó được cung cấp đề sử dụng các giao thức mạng cấp cao hơn và hỗ trợ khắc phục sự cố. Nó cũng được sử dụng bởi các bộ chuyền mạch để xây dựng một bảng liên kết các địa chỉ nguồn VỚI Các cổng chuyển mạch. Một trạm Ethernet sử dung dia chỉ vat lý của nó làm địa chỉ nguồn trong bat kỳ khung nào mà nó truyền đi. e EtherType: Trường thông tin này có thể đại diện cho hai thứ khác nhau: Đối với các giá trị lớn hơn 1536, nó cho biết giao thức lớp trên (tang Network) được đóng gói trong phần Payload.
Ví dụ: giao thức Ipv4 là 0x0800 trong trường Ethertype và giao thức ARP là 0x0806. Các khung Ethernet II sử dụng trường theo cách này. 12 Đối với các giá trị từ 0 đến 1500, nó biểu thị độ dài của tải trọng theo byte. e Payload Kích thướng tối thiểu của trường Payload là 42 byte khi trường tag 802.1Q được sử dụng và 46 byte nếu không sử dụng trường IEEE 802.
Nếu trọng tải ngắn hơn thì bắt buộc phải gắn phần đệm vào nhằm đảm bảo kích thước tối thiểu. Và kích thước tối đa của trường Payload là 1500 byte. e FCS Trường cuối cùng trong cả khung là trường trình tự kiểm tra khung (FCS - frame check sequence), còn được gọi là kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC - cyclic redundancy check). Trường 32 bit này chứa một giá trị được sử dụng dé kiểm tra tính toàn vẹn của các bit khác nhau trong các trường khung (không bao gồm phần mở đầu/SFD).
Giá trị này được tính bằng CRC, một đa thức được tính bằng cách sử dụng nội dung của trường đích, nguôn, kiểu (hoặc độ dài) và dữ liệu. Khi khung được tạo bởi trạm truyền, giá trị CRC đồng thời được tính toán. 32 bit của giá trị CRC là kết quả của phép tính này được đặt trong trường FCS khi khung được gửi đi. Hệ số x31 của da thức CRC được gửi dưới dạng bit đầu tiên của trường và hệ số x0 là bit cuối cùng.
CRC được tính toán lại bởi giao diện trong trạm nhận khi khung được đọc vào. Kết quả của phép tính thứ hai này được so sánh với giá trị được gửi trong trường FCS bởi trạm gốc. Nếu hai giá trị giống hệt nhau, thì trạm nhận được cung cấp mức độ đảm bảo cao rằng không có lỗi nào xảy ra trong quá trình truyền qua kênh Ethernet. Nếu các giá trị không giống nhau, thì giao diện có thể loại bỏ khung và tăng bộ đếm lỗi khung.
ARP packet Giao thức phân giải địa chi (ARP - Address Resolution Protocol) là một giao thức được sử dụng trong truyền thông để khám phá địa chỉ lớp liên kết của thiết bị được liên kết với địa chỉ lớp mạng đã cho. Giao thức này được định nghĩa trong IETF RFC 826. [9] 13 Trong trường hợp làm việc với Ipv4 qua Ethernet, giao thức ARP sẽ tìm địa chỉ MAC của một hệ thống cụ thể với mà địa chỉ IP tương ứng mà nó đã nhận được. Giao thức ARP là một giao thức rất quan trọng trong bộ giao thức Internet, vì Ipv4 cần giao thức đó đề có thé truyền thông điệp một cách chính xác.
Cấu trúc các trường thông tin của một ARP Packet được mô tả trong Hình 2.