CHƯƠNG 3. MẠNG CỤC BỘ – MẠNG LAN

CHƯƠNG 3. MẠNG CỤC BỘ – MẠNG LAN


3.1. ĐẶC TRƯNG MẠNG CỤC BỘ

Do nhu cầu thực tế của các cơ quan, trường học, doanh nghiệp, tổ chức cần kết nối các máy tính đơn lẻ thành một mạng nội bộ để tạo khả năng trao đổi thông tin, sử dụng chung tài nguyên (phần cứng, phần mềm). Ví dụ trong một văn phòng có một máy in, để tất cả mọi người có thể sử dụng chung máy in đó thì giải pháp nối mạng có thể khắc phục được hạn chế này.

Mục đích của việc sử dụng mạng ngày nay có nhiều thay đổi so với trước kia. Mặc dù mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu chia sẻ và dùng chung tài nguyên, nhưng mục đích chủ yếu vẫn là sử dụng chung tài nguyên phần cứng. Ngày nay mục đích chính của
mạng là trao đổi thông tin và CSDL dùng chung Æ công nghệ mạng cục bộ phát triển vô
cùng nhanh chóng

Để phân biệt mạng LAN với các loại mạng khác người ta căn cứ theo các đặc trưng
sau:
− Đặc trưng địa lý: cài đặt trong phạm vi nhỏ (toà nhà, một căn cứ quân sự,..) có
đường kính từ vài chục mét đến vài chục km Æ có ý nghĩa tương đối.
− Đặc trưng về tốc độ truyền: cao hơn mạng diện rộng, khoảng 100 Mb/s, có thể đến
1000 Mbps với công nghệ Gigabit.
− Đặc trưng độ tin cậy: tỷ suất lỗi thấp, có thể đạt 10-8 đến 10-11.
− Đặc trưng quản lý: thường là sở hữu riêng của một tổ chức Æ việc quản lý khai
thác tập trung, thống nhất.

Tuy nhiên sự phân biệt mạng LAN theo các đặc trưng trên chỉ mang tính tương đối, cùng với công nghệ ngày càng cao thì ranh giới giữa LAN, MAN, WAN ngày càng mờ đi.

3.2. KIẾN TRÚC MẠNG CỤC BỘ

3.2.1. Topology
Về nguyên tắc mọi topology của mạng máy tính nói chung đều có thể dùng cho mạng cục bộ. Song do đặc thù của mạng cục bộ nên chỉ có 3 topology thường được sử dụng: hình sao (star), hình vòng (ring), tuyến tính (bus)

3.2.1.1. Hình sao (star)

- Tất cả các trạm được nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ
các trạm và chuyển đến trạm đích của tín hiệu.

- 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.


S¬ ®å KiÓu kÕt nèi h×nh sao víi HUB ë trung t©m




M¸y 1 M¸y 2



M¸y 3 M¸y 4






M¸y 5 M¸y 6






Hình 3.1. Sơ đồ kết nối hình sao



3.2.1.2. Hình vòng (ring)

- Tín hiệu được lưu chuyển theo một chiều duy nhất

- Mỗi trạm làm việc được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater), có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển đến trạm kế tiếp trên vòng

Để tăng độ tin cậy của mạng, phải lắp vòng dự phòng, khi đường truyền trên vòng chính bị sự cố thì vòng phụ được sử dụng với chiều đi của tín hiệu ngược với chiều đi của mạng chính.
S¬ ®å KiÓu kÕt nèi d¹ng vßng



M¸y 3 M¸y 4


M¸y 2



M¸y 5


M¸y 1


M¸y 6


Hình 3.2. Sơ đồ kết nối vòng (ring)


3.2.1.3. Dạng đường thẳng (Bus)

- Tất cả các trạm đều dùng chung một đường truyền chính (Bus) được giới hạn bởi hai đầu nối (terminator).

- Mỗi trạm được nối vào Bus qua một đầu nối chữ T (T-connector).



- Khi một trạm truyền dữ liệu thì tín hiệu được quảng bá trên 2 chiều của Bus (tất cả
các trạm khác đều có thể nhận tín hiệu)

S¬ ®å KiÓu kÕt nèi d¹ng tuyÕn tÝnh (BUS)




M¸y B



Terminator Bus Terminator








M¸y A


Hình 3.3. Sơ đồ kết nối đường thẳng (bus))

* So sánh giữa các cách kết nối và ưu nhược điểm của chúng:

- Khác nhau: kiểu hình sao là kết nối điểm - điểm trực tiếp giữa hai máy tính thông qua một thiết bị trung tâm. Kiểu vòng thì tín hiệu lưu chuyển trên vòng là một chuỗi các kết nối điểm - điểm. Kiểu tuyến tính thì dữ liệu truyền dựa trên điểm - nhiều điểm hoặc quảng bá.

- Ưu điểm: Cả ba cách kết nối đều đơn giản, dễ lắp đặt, dễ thay đổi cấu hình

Hình sao:

- Ưu điểm: Dễ kiểm soát. Do sử dụng liên kết điểm - điểm nên tận dụng được tối đa tốc độ của đường truyền vật lý

- Nhược điểm: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế
(trong vòng 100 m với công nghệ hiện tại)

Dạng vòng:
− Nhược điểm: Nếu xảy ra sự cố trên đường truyền, tất cả các máy trong mạng không thể giao tiếp với nhau. Đòi hỏi giao thức truy nhập đường truyền khá phức tạp (Tuy nhiên toàn bộ công việc này được hệ phần mềm giải quyết)

Dạng đường thẳng:

- Nhược điểm: nếu xảy ra sự cố trên đường truyền, toàn bộ các máy trong mạng không thể giao tiếp với nhau được nữa. Giao thức quản lý truy nhập đường truyền phức tạp

Do ưu nhược điểm của từng loại mà trong thực tế người ta thường chọn kiểu kết nối lai - là tổ hợp của các kiểu kết nối trên.



3.3.2. Đường truyền vật lý

Mạng cục bộ thường sử dụng 3 loại đường truyền vật lý và cáp đôi xoắn, cáp đồng trục, và cáp sợi quang. Ngoài ra gần đây người ta cũng đã bắt đầu sử dụng nhiều các mạng cục bộ không dây nhờ radio hoặc viba.

Cáp đồng trục đường sử dụng nhiều trong các mạng dạng tuyến tính, hoạt động truyền dẫn theo dải cơ sở (baseband) hoặc dải rộng (broadband). Với dải cơ sở, toàn bộ khả năng của đường truyền được dành cho một kênh truyền thông duy nhất, trong khi đó với dải rộng thì hai hoặc nhiều kênh truyền thông cùng phân chia dải thông của kênh truyền

Hầu hết các mạng cục bộ đều sử dụng phương thức dải rộng. Với phương thức này tín hiệu có thể truyền đi dưới cả hai dạng: tương tự (analog)và số (digital) không cần điều chế.

Cáp đồng trục có hai loại là cáp gầy (thin cable) và cáp béo (thick cable). Cả hai loại cáp này đều có tốc độ làm việc 10Mb/s nhưng cáp gầy có độ suy hao tín hiệu lớn
hơn, có độ dài cáp tối đa cho phép giữa hai repeater nhỏ hơn cáp béoÆ Cáp gầy thường
dùng để nối các trạm trong cùng một văn phòng, phòng thí nghiệm, còn cáp béo dùng để
nối dọc theo hành lang, lên các tầng lầu,..

Phương thức truyền thông theo dải rộng có thể dùng cả cáp đôi xoắn, nhưng cáp đôi xoắn chỉ thích hợp với mạng nhỏ hiệu năng thấp và chi phí đầu tư ít.

Phương thức truyền theo dải rộng chia dải thông (tần số) của đường truyền thành nhiều dải tần con (kênh), mỗi dải tần con đó cung cấp một kênh truyền dữ liệu tách biệt nhờ sử dụng một cặp modem đặc biệt. Phương thức này vốn là một phương tiện truyền
một chiều: các tín hiệu đưa vào đường truyền chỉ có thể truyền đi theo một hướng Æ
không cài đặt được các bộ khuyếch đại để chuyển tín hiệu của một tần số theo cả hai chiều. Vì thế xảy ra tình trạng chỉ có trạm nằm dưới trạm truyền là có thể nhận được tín hiệu. Vậy làm thế nào để có hai đường dẫn dữ liệu trên mạng. Điểm gặp nhau của hai đường dẫn đó gọi là điểm đầu cuối. Ví dụ, trong topo dạng bus thì điểm đầu cuối đơn giản chính là đầu mút của bus (terminator), còn với topo dạng cây (tree) thì chính là gốc của cây (root). Các trạm khi truyền đều truyền về hướng điểm đầu cuối (gọi là đường dẫn về), sau đó các tín hiệu nhận được ở điểm đầu cuối sẽ truyền theo đường dẫn thứ hai xuất phát từ điểm đầu cuối (gọi là đường dẫn đi). Tất cả các trạm đều nhận dữ liệu trên đường dẫn đi. Để cài đặt đường dẫn về và đi, có thể sử dụng cấu hình vật lý như trên hình 3.4.

Trong cấu hình cáp đôi (dual cable), các đường dẫn về và đi chạy trên các cáp riêng biệt và điểm đầu cuối đơn giản chỉ là một đầu nối thụ động của chúng. Trạm gửi và nhận cùng một tần số

Trong cấu hình tách (split), cả hai đường dẫn đều ở trên cùng một cáp nhưng tần số khác nhau: đường dẫn về có tần số thấp và đường dẫn đi có tần số cao hơn. Điểm đầu cuối là bộ chuyển đổi tần số.

- Chú ý: việc lựa chọn đường truyền và thiết kế sơ đồ đi cáp (trong trường hợp hữu tuyến) là một trong những công việc quan trọng nhất khi thiết kế và cài đặt một mạng máy tính nói chung và mạng cục bộ nói riêng. Giải pháp lựa chọn pháp đáp ứng được nhu cầu sử dụng mạng thực tế không chỉ cho hiện tại mà cho cả tương lai.

- VD: muốn truyền dữ liệu đa phương tiện thì không thể chọn loại cáp chỉ cho phép thông lượng tối đa là vài Mb/s , mà phải nghĩ đến loại cáp cho phép thông lượng




trên 100 Mb/s. Việc lắp đặt hệ thống trong cáp trong nhiều trường hợp (toà nhà nhiều tầng) là tốn rất nhiều công của Æ phải lựa chọn cẩn thận, không thể để xảy ra trường
hợp sau 1 -2 năm gỡ bỏ, lắp hệ thống mới.



Hình 3.4. Cấu hình vật lý cho Broadband

3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP ĐƯỜNG TRUYỀN VẬT LÝ

3.3.1. Giới thiệu

Đối với topo dạng hình sao, khi một liên kết được thiết lập giữa hai trạm thì thiết bị trung tâm sẽ đảm bảo đường truyền được dành riêng trong suốt cuộc truyền. Tuy nhiên đối với topo dạng vòng và tuyến tính thì chỉ có một đường truyền duy nhất nối tất cả các trạm với nhau bởi vậy cần phải có một quy tắc chung cho tất cả các trạm nối vào mạng để bảo đảm rằng đường truyền được truy nhập và sử dụng một cách tốt đẹp

Có nhiều phương pháp khác nhau để truy nhập đường truyền vật lý, được phân làm hai loại: phương pháp truy nhập ngẫu nhiên, và phương pháp truy nhập có điều kiện.

Các phương pháp truy nhập





Truy nhập ngẫu nhiên

Truy nhập có điều khiển







CSMA CSMA/CD Slotted Ring Token Ring Token Bus Collision Avoidance



Trong đó có 3 phương pháp hay dùng nhất trong các mạng cục bộ hiện nay: phương pháp CSMA/CD, Token Bus, Token Ring

3.3.2. Phương pháp CSMA/CD

Phương pháp đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Phương pháp này sử dụng cho topo dạng bus, trong đó tất cả các trạm của mạng đều được 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 được truyền trên mạng theo một khuôn dạng đã định sẵn trong đó có một vùng thông tin điều khiển chứa địa chỉ trạm đích.

Phương pháp CSMA/CD là phương pháp cải tiến từ phương pháp CSMA hay còn gọi là LBT (Listen Before Talk - Nghe trước khi nói). Tư tưởng của nó: một trạm cần truyền dữ liệu trước hết phải “nghe” xem đường truyền đang rỗi hay bận. Nếu rỗi thì truyền dữ liệu đi theo khuôn dạng đã quy định trước. Ngược 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”)

1. Tạm “rút lui” chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi lại bắt đầu nghe
đường truyền (Non- persistent)

2. Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất bằng
1 (1- persistent)

3. Tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền đi với xác suất p xác định trước (0 < p <1) (p- persistent)
Với giải thuật 1 có hiệu quả trong việc tránh xung đột vì hai trạm cần truyền khi thấy đường truyền bận sẽ cùng “rút lui” chờ đợi trong các thời đoạn ngẫu nhiên khác.Æ Nhược điểm có thể có thời gian chết sau mỗi cuộc truyền

Giải thuật 2 khắc phục nhược điểm có thời gian chết bằng cách cho phép một trạm có thể truyền ngay sau khi một cuộc truyền kết thúc. Æ Nhược 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 được cả khả năng xung đột lẫn thời gian chết của đường truyền. Xảy ra xung đột là do độ trễ của đường truyền dẫn: một trạm truyền dữ liệu đi rồi nhưng do độ trễ đường truyền nên một trạm khác lúc đó đang nghe đường truyền sẽ tưởng là rỗi và cứ thể
truyền dữ liệu đi Æ xung đột. Nguyên nhân xảy ra xung đột của phương pháp này là các
trạm chỉ “nghe trước 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 Æ gây ra chiếm dụng đường truyền một cách vô ích

Để có thể phát hiện xung đột, cải tiến thành phương 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 đường truyền. Nếu phát hiện thấy xung đột thì nó ngừng ngay việc truyền nhưng 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 được 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
Æ Rõ ràng với CSMA/CD thời gian chiếm dụng đường 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 được ưa dùng hơn cả.

3.3.3. Phương pháp Token Bus

Phương pháp truy nhập có điểu khiển dùng kỹ thuật “chuyển thẻ bài” để cấp phát quyền truy nhập đường truyền. Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và có chứa các thông tin điều khiển trong các khuôn dạng

Nguyên lý: Để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu,một thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logic thiết lập bởi các trạm đó. Khi một trạm nhận được thẻ bài thì nó có quyền sử dụng đường truyền trong một thời gian định trước. 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. Như vậy công việc phải làm đầu tiên là thiết lập vòng logic (hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu được 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 được biết địa chỉ của các trạm kề trước và sau nó. Thứ tự của các trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý. Các trạm không hoặc chưa có nhu cầu truyền dữ liệu thì không được đưa vào vòng logic và chúng chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu.




Hình 3.5. Token Bus


Trong hình vẽ, các trạm A, E nằm ngoài vòng logic, chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu dành cho chúng.

Vấn đề quan trọng là phải duy trì được vòng logic tuỳ theo trạng thái thực tế của mạng tại thời điểm nào đó. Cụ thể cần phải thực hiện các chức năng sau:

— Bổ sung một trạm vào vòng logic: các trạm nằm ngoài vòng logic cần được xem xét định kỳ để nếu có nhu cầu truyền dữ liệu thì bổ sung vào vòng logic.



— Loại bỏ một trạm khỏi vòng logic: Khi một trạm không còn nhu cầu truyền dữ
liệu cần loại nó ra khỏi vòng logic để tối ưu hoá việc điều khiển truy nhập bằng thẻ bài

— Quản lý lỗi: một số lỗi có thể xảy ra, chẳng hạn trùng địa chỉ (hai trạm đều nghĩ
rằng đến lượt mình) hoặc “đứt vòng” (không trạm nào nghĩ đến lượt mình)

— Khởi tạo vòng logic: Khi cài đặt mạng hoặc sau khi “đứt vòng”, cần phải khởi tạo lại vòng.

- Các giải thuật cho các chức năng trên có thể làm như 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 trước mà không có yêu cầu nào thì trạm sẽ chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nó như thường 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 được thẻ bài sẽ gửi thông báo “nối trạm đứng sau” tới trạm kề trước 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 được tín hiệu cho thấy đã có các trạm khác có thẻ bài. Lập tức nó phải chuyển sang trạng thái nghe (bị động, chờ dữ liệu hoặc thẻ bài). Hoặc sau khi kết thúc truyền dữ liệu, trạm phải chuyển thẻ bài tới trạm kề sau nó và tiếp tục nghe xem trạm kề sau đó có hoạt động hay đã bị hư hỏng. Nếu trạm kề sau bị hỏng thì phải tìm cách gửi các thông báo để vượt qua trạm hỏng đó, tìm trạm hoạt động để gửi thẻ bài.

— Khởi tạo vòng logic: Khi một trạm hay nhiều trạm phát hiện thấy đường truyền không hoạt động trong một khoảng thời gian vượt quá một giá trị ngưỡng (time out) cho trước - thẻ bài bị mất (có thể do mạng bị mất nguồn hoặc trạm giữ thẻ bài bị hỏng). Lúc đó trạm phát hiện sẽ gửi đi thông báo “yêu cầu thẻ bài” tới một trạm được chỉ định trước có trách nhiệm sinh thẻ bài mới và chuyển đi theo vòng logic.

3.3.4. Phương pháp Token Ring

Phương pháp này dựa trên nguyên lý dùng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập đường truyền. Thẻ bài lưu chuyển theo vòng vật lý chứ không cần thiết lập vòng logic như phương pháp trên

Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đó có một bít biểu diễn trạng thái sử dụng của nó (bận hoặc rôĩ). Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài rỗi. Khi đó nó sẽ đổi bít trạng thái thành bận và truyền một đơn vị dữ liệu cùng với thẻ bài đi theo chiều của vòng. Giờ đây không còn thẻ bài rỗi trên vòng nữa, do đó các trạm có dữ liệu cần truyền buộc phải đợi. Dữ liệu đến trạm đích sẽ được sao lại, sau đó cùng với thẻ bài đi tiếp cho đến khi quay về trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu, đổi bít trạng thái thành rỗi cho lưu chuyển tiếp trên vòng để các trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu.



Sự quay về trạm nguồn của dữ liệu và thẻ bài nhằm tạo một cơ chế nhận từ nhiên: trạm đích có thể gửi vào đơn vị dữ liệu các thông tin về kết quả tiếp nhận dữ liệu của mình.

+ Trạm đích không tồn tại hoặc không hoạt động

+ Trạm đích tồn tại nhưng dữ liệu không sao chép được

+ Dữ liệu đã được tiếp nhận

- Phương pháp này cần phải giải quyết hai vấn đề có thể gây phá vỡ hệ thống:

+ Mất thẻ bài: trên vòng không còn thẻ bài lưu chuyển nữa

+ Một thẻ bài bận lưu chuyển không dừng trên vòng




Hình 3.6. Sơ đồ hoạt động của phương pháp Token Ring

Giải quyết:

Đối với vấn đề mất thẻ bài, có thể quy định trước một trạm điều khiển chủ động. Trạm này sẽ phát hiện tình trạng mất thẻ bài bằng cách dùng cơ chế ngưỡng thời gian (time out) và phục hồi bằng cách phát đi một thẻ bài “rỗi” mới.

Đối với vấn đề thẻ bài bận lưu chuyển không dừng, trạm monitor sử dụng một bit trên thẻ bài (gọi là monitor bit) để đánh dấu đặt giá trị 1 khi gặp thẻ bài bận đi qua nó. Nếu nó gặp lại một thẻ bài bận với bít đã đánh dấu đó thì có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài “bận” cứ quay vòng mãi. Lúc đó trạm monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ thành rỗi và chuyển tiếp trên vòng. Các trạm còn lại trên trạm sẽ có vai trò bị động: chúng theo dõi phát hiện tình trạng sự cố của trạm monitor chủ động và thay thế vai trò đó. Cần có một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm monitor hỏng.

3.3.5. So sánh các phương pháp

- Độ phức tạp của phương pháp dùng thẻ bài đều lớn hơn nhiều so với CSMA/CD.

- Những công việc mà một trạm phải làm trong phương pháp CSMA/CD đơn giản hơn nhiều so với hai phương pháp dùng thẻ bài.



- Hiệu quả của phương pháp dùng thẻ bài không cao trong điều kiện tải nhẹ: một trạm phải đợi khá lâu mới đến lượt

- Tuy nhiên phương pháp dùng thẻ bài cùng có những ưu điểm: Khả năng điều hoà lưu thông trong mạng, hoặc bằng cách cho phép các trạm truyền số lượng đơn vị dữ liệu khác nhau khi nhận được thẻ bài, hoặc bằng cách lập chế độ ưu tiên cấp phát thẻ bài cho các trạm cho trước. Đặc biệt phương pháp dùng thẻ bài có hiệu quả cao hơn CSMA/CD trong trường hợp tải nặng.

3.4. PHẦN CỨNG VÀ CÁC THIẾT BỊ MẠNG

3.4.1. Thiết bị cấu thành mạng máy tính

Máy chủ (file server - FS), các trạm làm việc (Workstation - WS), các thiết bị ngoại vi dùng chung (máy in, ổ đĩa cứng,...), card mạng, các đầu nối, đường truyền, và một số thiết bị khác như HUB, Switch.
a. Máy chủ

- Hoạt động như một máy chính của mạng, quản lý các hoạt động của mạng (như phân chia tài nguyên chung, trao đổi thông tin giữa các trạm,..). Thông thường máy chủ còn đặt cơ sở dữ liệu dùng chung. Thường thì máy chủ có cấu hình mạnh.

- Trong dạng mạng ngang quyền (Peer to Peer) thì không có máy chủ.

b. Các trạm làm việc

- Là các máy tính cá nhân kết nối với nhau và nối với máy chủ.

- Các máy trạm có thể sử dụng tài nguyên chung của toàn bộ hệ thống mạng.

c. Card mạng (NIC)

- Là thiết bị để điều khiển việc truyền thông và chuyển đổi dữ liệu sang dạng tín hiệu
điện hay quang.

- Gồm các bộ điều khiển và thu phát thông tin.

+ Bộ điều khiển thực hiện các chức năng điều khiển truyền thông, đảm bảo dữ liệu
được truyền chính xác tới các nút mạng.

+ Bộ thu phát thông tin làm nhiệm vụ chuyển dữ liệu sang dạng tín hiệu điện hay quang và ngược lại.

- Được lắp vào khe cắm của mỗi máy tính của mạng.

- Tuỳ theo yêu cầu sử dụng lựa chọn card mạng cho phù hợp với máy tính, đường truyền dẫn, nhu cầu phát triển trong tương lai.
d. Đường truyền

- Là môi trường truyền dẫn, liên kết các nút mạng, truyền dẫn các tín hiệu điện hay quang.



- Mạng cục bộ sử dụng chủ yếu là các loại cáp, trong đó có hai loại cáp thường được sử dụng: cáp đồng trục, cáp đôi dây xoắn.

3.4.2. Các thiết bị ghép nối mạng

a. Bộ khuyếch đại tín hiệu - Repeater

- Làm việc với tầng thứ nhất của mô hình OSI - tầng vật lý.

- Repeater có hai cổng. Nó thực hiện việc chuyển tiếp tất cả các tín hiệu vật lý đến từ
cổng này ra cổng khác sau khi đã khuyếch đại Æ tất cả các Lan liên kết với nhau qua repeater trở thành một LAN.

- Nó chỉ có khả năng liên kết các LAN có cùng một chuẩn công nghệ.

b. Bộ tập trung - HUB

- Là tên gọi của Repeater nhiều cổng. Nó thực hiện việc chuyển tiếp tất cả các tín hiệu vật lý đến từ một cổng tới tất cả các cổng còn lại sau khi đã khuyếch đại

- Tất cả các LAN liên kết với nhau qua HUB sẽ trở thành một LAN

- HUB không có khả năng liên kết các LAN khác nhau về giao thức truyền thông ở
tầng liên kết dữ liệu.

c. Cầu nối - Bridge

- Làm việc với tầng thứ hai của mô hình OSI: tầng liên kết dữ liệu.

- Nó được thiết kể để có khả năng nhận tín hiệu vật lý, chuyển đổi về dạng dữ liệu và chuyển tiếp dữ liệu.

- Bridge có hai cổng: sau khi nhận tín hiệu vật lý và chuyển đổi về dạng dữ liệu từ một cổng, bridge kiểm tra địa chỉ đích, nếu địa chỉ này là của một node liên kết với chính cổng nhận tín hiệu, nó bỏ qua việc xử lý. Trong trường hợp ngược lại dữ liệu được chuyển tới cổng còn lại, tại cổng này dữ liệu được chuyển đổi thành tín hiệu vật lý và gửi đi. Để kiểm tra một node được liên kết với cổng nào của nó, bridge dùng một
bảng địa chỉ cập nhật động Æ tốc độ đường truyền chậm hơn so với repeater.

- Dùng để liên kết các LAN có cung giao thức tầng liên kết dữ liệu, có thể khác nhau về môi trường truyền dẫn vật lý. Không hạn chế về số lượng bridge sử dụng. Cũng có thể được dùng để chia một LAN thành nhiều LAN con Æ giảm dung lượng thông tin truyền trên toàn LAN.
d. Bộ chuyển mạch - Switch

- Làm việc như một Bridge nhiều cổng. Khác với HUB nhận tín hiệu từ một cổng rồi chuyển tiếp tới tất cả các cổng còn lại, switch nhận tín hiệu vật lý, chuyển đổi thành dữ liệu, từ một cổng, kiểm tra địa chỉ đích rồi gửi tới một cổng tương ứng.
- Nhiều node mạng có thể gửi thông tin đến cùng một node khác tại cùng một thời điểm Æ mở rộng dải thông của LAN. Switch được thiết kế để liên kết các cổng của nó với dải thông rất lớn (vài trăm Mbps đến hàng Gbps)



- Dùng để vượt qua hạn chế về bán kính hoạt động của mạng gây ra bởi số lượng repeater được phép sử dụng giữa hai node bất kỳ của một LAN

- Là thiết bị lý tưởng dùng để chia LAN thành nhiều LAN “con” làm giảm dung lượng thông tin truyền trên toàn LAN

- Hỗ trợ công nghệ Full Duplex dùng để mở rộng băng thông của đường truyền mà không có repeater hoặc Hub nào dùng được

- Hỗ trợ mạng đa dịch vụ (âm thanh, video, dữ liệu)

d. Bộ dẫn đường -Router

- Làm việc trên tầng network của mô hình OSI.

- Thường có nhiều hơn 2 cổng. Nó tiếp nhận tín hiệu vật lý từ một cổng, chuyển đổi về dạng dữ liệu, kiểm tra địa chỉ mạng rồi chuyển dữ liệu đến cổng tương ứng.

- Dùng để liên kết các LAN có thể khác nhau về chuẩn LAN nhưng cùng giao thức mạng ở tầng network.

- Có thể liên kết hai mạng ở rất xa nhau

e. Cổng giao tiếp - Gateway

- Là thiết bị mạng hoạt động ở tầng trên cùng của mô hình OSI.

- Dùng để liên kết các mạng có kiến trúc hoàn toàn khác nhau

- Có thể hiểu và chuyển đổi giao thức ở tầng bất kỳ của mô hình OSI

3.5. CÁC CHUẨN LAN

Các chuẩn LAN là các chuẩn công nghệ cho LAN được phê chuẩn bởi các tổ chức chuẩn hoá quốc tế, nhằm hướng dẫn các nhà sản xuất thiết bị mạng đi đến sự thống nhất khả năng sử dụng chung các sản phẩm của họ vì lợi ích của người sử dụng và tạo điều kiện cho các nghiên cứu phát triển.

3.5.1. Chuẩn Ethernet

Các chuẩn Ethernet LAN hiện đạng sử dụng phổ biến nhất, đến mức đôi khi hiểu đồng nghĩa với LAN. Sự phát triển của nó trải qua các giai đoạn với tên gọi là DIX standard Ethernet và IEEE802.3 standard.

Năm 1972 công ty Xerox triển khai nghiên cứu về chuẩn LAN. 1980 chuẩn này được 3 công ty DEC (Digital), Intel, Xerox chấp nhận phát triển và gọi là chuẩn DIX Ethernet. Nó đảm bảo tốc độ truyền thông 10 Mpbs, dùng môi trường truyền dẫn là cáp đồng trucj béo, cơ chế truyền tin CSMA/CD.

IEEE (Institute of Electrical and Electrionics Engineers) - một tổ chức chuẩn hoá của Mỹ đưa ra chuẩn IEEE802.3 về giao thức LAN dựa trên DIX Ethernet với các môi trường truyền dẫn khác nhau, gọi là IEEE802.3 10BASE-5, IEEE802.3 10BASE-2 và IEEE802.3 10BASE-T. Đảm bảo tốc độ truyền thông 10Mbps.



3.5.1.1. 10BASE-5
♦ Mô hình phần cứng của mạng
- Topo dạng BUS
- Dùng cáp đồng trục béo 50 Ω còn gọi là cáp vàng, AUI connector (Attachement
Unit Interface)
- Hai đầu cáp có hai Terminator 50 Ω, chống phản hồi sóng mang tín hiệu. Dữ liệu truyền thông sẽ không được đảm bảo đúng đắn nếu một trong hai Terminator này bị thiếu hoặc bị lỗi.

- Trên mỗi đoạn cáp có thể liên kết tối đa 100 AUI Transceiver Connector “cái”.
Khoảng cách tối đa giữa hai AUI là 2,5 m, khoảng cách tối đa là 500m Æ trên cáp có
đánh các dấu hiệu theo từng đoạn bội số của 2,5m và để đảm bảo truyền thông người ta thường chọn khoảng cách tối thiệu giữa hai AUI là 5 m.

- Việc liên kết các máy tính vào mạng được thực hiện bởi các đoạn cáp nối từ các AUI connector đến NIC trong máy tính, gọi là cáp AUI. Hai đầu cáp AUI liên kết với hai AUI connector “đực”. Chiều dài tối đa của một cáp AUI là 50 m.

- Số 5 trong tên gọi 10BASE-5 là bắt nguồn từ điều kiện khoảng cách tối đa giữa hai
AUI trên cáp là 500 m.
♦ Quy tắc 5- 4-3
- Repeater: Như đã trình bày ở trên, trong mỗi đoạn mạng dùng cáp đồng trục béo không được có quá 100 AUI, khoảng cách tối đa giữa hai AUI không được vượt quá
500m. Trong trường hợp muốn mở rộng mạng với nhau bằng một thiết bị chuyển tiếp tín hiệu gọi là Repeater. Repeater có hai cổng, tín hiệu được nhận vào ở cổng này thì sẽ được phát tiếp ở ra sau cổng kia sau khi đã được khuyếch đại. Tuy nhiên có những hạn chế bắt buộc về số lượng các đoạn mạng và nút mạng có thể có trên một Ethernet LAN

- Quy tắc 5-4-3 là quy tắc tiêu chuẩn của Ethernet được áp dụng trong trường hợp muốn mở rộng mạng, nghĩa là muốn xây dựng một LAN có bán kính hoạt động rộng hoặc có nhiều trạm làm việc vượt quá những hạn chế trên một đoạn cáp mạng (segment).

- Quy tắc 5-4-3 được áp dụng cho chuẩn 10BASE-5 dùng repeater như sau:

+ Không được có quá 5 đoạn mạng

+ Không được có quá 4 repeater giữa hai trạm làm việc bất kỳ

+ Không được có quá 3 đoạn mạng có trạm làm việc. Các đoạn mạng không có trạm làm việc gọi là các đoạn liên kết.












Hình 3.8. Mở rộng chuẩn 10 Base 5 bằng repeater






3.5.1.2. 10BASE-2
♦ Mô hình phần cứng
- Topo dạng BUS

Hình 3.9. Luật 5-4-3

- Dùng cáp đồng trục mỏng 50 Ω, đường kính xấp xỉ 5mm, T-connector, BNC
connector
- Hai đầu cáp có hai Terminator 50 Ω, chống phản hồi sóng mang dữ liệu. Dữ liệu truyền thông sẽ không được đảm bảo đúng đắn nếu một trong hai Terminator này bị thiếu hoặc bị lỗi.

- Trên mỗi đoạn cáp có thể liên kết tối đa 30 trạm làm việc. Khoảng cách tối thiểu giữa hai trạm là 0.5 m. Khoảng cách tối đa giữa hai trạm là 185m. Để bảo đảm chất lượng truyền thông người ta thường chọn khoảng cách tối thiểu giữa hai trạm là 5 m.

- Việc liên kết các máy tính vào mạng được thực hiện bởi các T - connector và BNC
connector.




- Số 2 trong tên gọi 10BASE-2 là bắt nguồn từ điều kiện khoảng cách tối đa giữa hai trạm trên đoạn cáp là 185m ≈ 200m
♦ Quy tắc 5 - 4 -3
- Quy tắc 5-4-3 được áp dụng cho chuẩn 10BASE-2 dùng repeater cũng tương tự
như đối với trường hợp cho chuẩn 10BASE-5

+ Không được có quá 5 đoạn mạng

+ Không được có quá 4 repeater giữa hai trạm làm việc bất kỳ

+ Không được có quá 3 đoạn mạng có trạm làm việc. Các đoạn mạng không có trạm làm việc gọi là các đoạn liên kết.



Hình 3.10. Chuẩn 10 Base-2





Hình 3.11. Mở rộng chuẩn 10 Base-5 bằng repeater

3.5.1.3. 10BASE-T
♦ Mô hình phẫn cứng của mạng
- Dùng cáp đôi xoắn UTP, RJ 45 connector, và một thiết bị ghép nối trung tâm gọi là
HUB



- Mỗi HUB có thể nối từ 4 tới 24 cổng RJ45, các trạm làm việc được kết nối từ NIC tới cổng HUB bằng cáp UTP với hai đầu RJ45. Khoảng cách tối đa từ HUB đến NIC là 100m

- Về mặt vật lý (hình thức) topo của mạng có dạng hình sao

- Tuy nhiên về bản chất HUB là một loại Repeater nhiều cổng vì vậy về mặt logic, mạng theo chuẩn 10BASE-T vẫn là mạng dạng BUS

- Chữ T trong tên gọi 10BASE-T bắt nguồn từ chữ Twisted pair cable (cáp đôi dây xoắn)


Hình 3.12. Chuẩn 10 Base- T

♦ Quy tắc mở rộng mạng
- Vì HUB là một loại Repeater nhiều cổng nên để mở rộng mạng có thể liên kết nối tiếp các HUB với nhau và cũng không được có quá 4 HUB giữa hai trạm làm việc bất kỳ của mạng (hình 3.13.)

- HUB có khả năng xếp chồng: là loại HUB có cổng riêng để liên kết các chúng lại với nhau bằng cáp riêng thành như một HUB. Như vậy dùng loại HUB này người dùng có thể dễ dàng mở rộng số cổng của HUB trong tương lai khi cần thiết. Tuy nhiên số lượng HUB có thể xếp chồng cũng có giới hạn và phụ thuộv vào từng nhà sản xuất, thông thường không vượt quá 5 HUB (hình 3.14).

- 10BASE-2 với HUB: Dù HUB có khả năng xếp chồng, người sử dụng có thể tăng số lượng máy kết nối trong mạng nhưng bán kính hoạt động của mạng vẫn không thay đổi vì khoảng cách từ cổng HUB đến NIC không thể vượt quá 100m. Một giải pháp để có thể mở rộng được bán kính hoạt động của mạng là dùng HUB có hỗ trợ một cổng AUI để liên kết các HUB bằng cáp đồng trục béo theo chuẩn 10BASE-2 (hoặc 10
Base-5). Một cáp đồng trục béo theo chuẩn 10BASE-5 có chiều dài tối đa là 500m
(hình 3.15).







http://www. 71











Hình 3.14. Mở rộng mạng 10 Base T khi số Hub nhiều hơn 4


Hình 3.15. Mở rộng mạng 10 Base T với mạng10 Base-2 làm trục chính



3.5.2. Token Ring

Chuẩn Token Ring hay còn được gọi rõ hơn là IBM Token Ring được phát triển bởi IBM, đảm bảo tốc độ truyền thông qua 4 Mbps hoặc 16 Mbps. Chuẩn này được IEEE chuẩn hoá với mã IEEE802,5 và được ISO công nhận với mã ISO 8802,5.
♦ Mô hình phần cứng
- Topo hình vòng tròn

- Dùng các MAU (multistation Access Unit) nhiều cổng MAU và cáp STP để liên kết các MAU thành một vòng tròn khép kín.

- Các trạm làm việc được liên kết vào mạng bằng các đoạn cáp STP nối từ cổng
MAU tới cổng của NIC. Chiều dài đoạn cáp này được quy định dưới 100m. Số lượng



tối đa các trạm làm việc trên một Ring là 72(4Mbps)và 260(16Mbps)khoảng cách tối
đa giữa hai trạm là 770m(4Mbps)và 346(16Mbps).

- Hiện tại chuẩn mạng này cũng đã hỗ trợ sử dụng cáp UTP với connector RJ45 và cáp sợi quang với connector SC.
♦ Cơ chế thâm nhập: Thâm nhập theo cơ chế phân phố lần lượt theo thẻ bài (Token)

3.5.3. FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Được chuẩn hoá bởi ANSI, đảm bảo tốc độ đường truyền 100Mbps.
♦ Mô hình phần cứng.
- Topo dạng vòng kép

- Dùng đôi cáp sợi quang multimode để liên kết các cáp nối DAS, SAS, DAC và SAC thành một vòng kép khép kín. Chiều dài tối đa của vòng là 100 km (200km khi vòng kép chuyển thành vòng đơn)

- DAS (Dual Attachment Station)-Bộ kết nối kép; SAS (Single Attachment Station)- Bộ kết nối đơn; DAC (Dual Attachment Concentrator )-Bộ tập trung kết nối; SAC (Single Attachment Concentrator)-Bộ tập trung kết nối đơn.

- Mỗi trạm làm việc kết nối với các bộ kết nối qua FDDI NIC bằng một hoặc hai đôi cáp sợi quang với đầu nối SC. Số trạm làm việc tối đa có thể nối vào một vòng là 500. Khoảng cách tối đa giữa hai trạm là 2 km.

- Nhờ sử dụng vòng kép nên chuẩn FDDI đã xây dựng được một cơ chế quản lý và tự khác phục sự cố trên đường truyền một cách khá hoàn hảo. Bình thường, mỗi trạm làm việc trao đổi thông tin với mạng ở chế độ dual với một đường gửi và một đường nhận thông tin đồng thời. Nếu một trong hai vòng bị sự cố, thông tin sẽ được gửi và nhận tại mỗi trạm trên cùng một đường truyền một cách luôn phiên. Nếu cả hai vòng cùng bị sự cố tại một điểm vòng kép cũng sẽ được khôi phục tự động thành một vòng đơn do tín hiệu được phản xạ tại hai bọ kêt nối ở hai vị trí gần nhất hai bên điểm xảy ra sự cố.
♦ Cơ chế thâm nhập: dùng cơ chế thẻ bài

3.5. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

(đang tiếp tục bổ sung)