Bài giảng Mạng máy tính: Chương 2 - PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh

Chia sẻ: Thuong Thuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

88
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Mạng máy tính - Chương 2: Mạng cục bộ" cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu chung về mạng cục bộ, kỹ thuật hỏi vòng (polling), kỹ thuật dành sẵn kênh truyền với phương pháp điều khiển truy nhập phân tán (channel reservation with distributed control), truy nhập ngẫu nhiên (random access). Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mạng máy tính: Chương 2 - PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh

Chương 2. Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN) PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Bộ môn Kỹ thuật thông tin Viện Điện tử - Viễn thông ĐHBK Hà Nội Email: thanhnh@mail.hut.edu.vn Nội dung Giới thiệu chung Kỹ thuật hỏi vòng (polling) Kỹ thuật dành sẵn kênh truyền với phương pháp điều khiển truy nhập phân tán (channel reservation with distributed control) Truy nhập ngẫu nhiên (random access) 1
Medium Access Control (MAC) Giới thiệu Internetwork Hỏi vòng Logical Link Truy nhập LLC (IEEE 802.2) Control Network Access phân tán Truy nhập Medium IEEE 802.11 IEEE 802.15 IEEE 802.16 IEEE 802.20 3GPP IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.6 ngẫu nhiên Access 3GPP Control 3G, LTE HSPA Bài tập PHY CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 3 Nhiệm vụ của lớp MAC Giới thiệu  Một trong những vấn đề cơ bản mà các mạng băng rộng tập trung vào là lớp MAC Hỏi vòng (Medium Access Control) - Lớp điều khiển truy nhập Truy nhập  Nhiệm vụ phân tán Quy định việc đánh địa chỉ MAC cho các thiết Truy nhập bị mạng ngẫu nhiên Đưa ra cơ chế chia sẻ môi trường vật lý kết nối Bài tập nhiều máy tính Phỏng tạo kênh truyền song công (duplex channel), đa điểm (multipoint) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 4 2
Nhiệm vụ của lớp MAC (tiếp…)  Một số vấn đề cơ bản Giới thiệu tại lơp MAC:  Hiệu suất: Chia sẻ tài Hỏi vòng nguyên kênh truyền với hiệu suất cao nhất  với một kênh truyền Truy nhập phân tán với dung lượng C, phải Medium truyền với thông lượng Truy nhập TC ngẫu nhiên  Tính công bằng: Chia sẻ tài nguyên (băng Bài tập thông, tài nguyên vô tuyến …) một cách công bằng giữa các thiết bị truy cập CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 5 Các phương pháp điều khiển truy nhập Giới thiệu 2 phương pháp chia sẻ tài nguyên kênh truyền: Hỏi vòng Ghép kênh (multiplexing) Truy nhập Đa truy nhập (multiple access) phân tán Truy nhập ngẫu nhiên Bài tập CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 6 3
Các phương pháp điều khiển truy nhập (tiếp…)  Ghép kênh: Giới thiệu  Tần số W  Thời gian Hỏi vòng  Mã 1 2 … n  Ưu điểm: không xảy f Truy nhập ra tranh chấp tài phân tán nguyên tf  Nhược điểm: Truy nhập 1 2 … n ngẫu nhiên  Phải thiết lập kênh t truyền trước khi gửi dữ ts liệu  không thích hợp Bài tập cho truyền số liệu  Hiệu suất kênh truyền thấp CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 7 Các phương pháp điều khiển truy nhập (tiếp…)  Ghép kênh (tiếp…): End-user Network device Giới thiệu   Ghép kênh phù hợp cho phương pháp Hỏi vòng hướng liên kết (connection-oriented) Thiết lập kết nối Truy nhập  Hướng liên kết: quá phân tán trình trao đổi thông Dữ liệu Truy nhập tin có 3 giai đoạn: ngẫu nhiên  Thiết lập kết nối Hủy bỏ kết nối (connection setup) Bài tập  Trao đổi dữ liệu  Hủy bỏ kết nối (connection tear- t t down) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 8 4
Các phương pháp điều khiển truy nhập (tiếp…)  Đa truy nhập: Giới thiệu  Người sử dụng sử dụng W chung một băng tần Hỏi vòng  Nhiều người sử dụng f có thể truy nhập kênh truyền tại cũng một Truy nhập u1 u2 phân tán thời điểm  Ưu điểm: Truy nhập ngẫu nhiên  Không phải thiết lập tf kênh truyền trước khi gửi dữ liệu … Bài tập t  Nhược điểm:  Tranh chấp tài nguyên u1 u2 CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 9 Các phương pháp điều khiển truy nhập (tiếp…) Giới thiệu  Đa truy nhập (tiếp…):  Đa truy nhập phù hợp cho cơ chế truyền không liên kết (connectionless) Hỏi vòng  Không liên kết: thiết bị mạng khi có nhu Truy nhập cầu có thể gửi trực tiếp dữ liệu lên mạng phân tán (không cần phải thiết lập và hủy bỏ kết Truy nhập ngẫu nhiên nối)  Khái niệm xung đột (collision): Xung đột Bài tập xảy ra khi 2 hay nhiều thiết bị mạng cùng truy nhập kênh truyền tại cùng một thời điểm CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 10 5
Các phương pháp điều khiển truy nhập (tiếp…) Giới thiệu Chú ý: Ghép kênh luôn sử dụng cho cơ chế Hỏi vòng hướng liên kết Truy nhập Tuy nhiên, hướng liên kết có thể áp phân tán dụng cả ghép kênh lẫn đa truy nhập Truy nhập ngẫu nhiên Phương pháp không liên kết chỉ sử dụng đa truy nhập, không sử dụng ghép Bài tập kênh CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 11 Các phương pháp điều khiển truy nhập (tiếp…) MAC Giới thiệu Không liên kết Hướng liên kết (connectionless) (connection-oriented) Hỏi vòng Roll Call Hỏi vòng ATM WiMAX Tập trung Truy nhập (Polling) Hub phân tán Dành sẵn kênh truyền với Truy nhập phương pháp điều khiển truy Token Ring ngẫu nhiên nhập phân tán (channel reservation with Token Bus Phân tán Bài tập distributed control) Truy nhập ngẫu nhiên Ethernet (random access) WiFi CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 12 6
Cấu hình kênh truyền trong mạng băng rộng Giới thiệu  Hữu tuyến: Bus Hỏi vòng Ring Star Truy nhập phân tán Truy nhập ngẫu nhiên Bài tập CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 13 Cấu hình kênh truyền trong mạng băng rộng (tiếp…)  Vô tuyến Giới thiệu  Cấu hình kênh truyền ảnh hưởng đến phương pháp truy nhập kênh: Hỏi vòng  Môi trường quảng bá (broadcasting domain): bus, ring, kênh vô tuyến, (star) – dữ liệu gửi đi được nhận bởi Truy nhập tất cả các nút phân tán  Môi trường không quảng bá: star Kênh vô tuyến Truy nhập  Cấu hình kênh trong các mạng thực ngẫu nhiên tế:  LAN, MAN: bus, star, ring (thông thường là quảng bá) Bài tập  MAN, WAN: star CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 14 7
Kỹ thuật hỏi vòng  Kỹ thuật hỏi vòng (polling): Giới thiệu  Roll Call Polling  Hub Polling Hỏi vòng  Mạng hỏi vòng tuy không còn được sử dụng rộng rãi nhưng nó là cơ sở để đánh giá hiệu năng một Truy nhập phân tán số mạng thông dụng khác Truy nhập ngẫu nhiên C Bài tập CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 15 Nguyên lý chung Giới thiệu Nguyên lý chung: Việc điều khiển truy nhập kênh thông Hỏi vòng qua một trạm trung tâm Trung tâm C gửi lần lượt lệnh “poll Truy nhập phân tán command” cho từng trạm con. Trạm Truy nhập nào nhận được “poll command” sẽ được ngẫu nhiên phép truyền dữ liệu Bài tập Việc trao đổi dữ liệu phải được thực hiện thông qua trung tâm C (trạm A  trung tâm  trạm B) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 16 8
Roll Call Polling C i i+1 poll i tp Giới thiệu  Ts: Thời gian phục ets pac k vụ gói dat a .  Nm: Số gói trong bộ Hỏi vòng . NmxTs đệm đầu ra tại thời . điểm phục vụ Truy nhập  w: Thời gian đợi từ ead khi trạm i được phân tán Tc go- ah . w phục vụ xong cho Truy nhập . poll i+1 đến khi trạm (i+1) ngẫu nhiên . được phục vụ .  Tc: Chu kỳ gửi lệnh ead Bài tập . go- ah poll hết một vòng poll  tp: trễ lan truyền tín i hiệu trên kênh t t t truyền CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 17 Hub Polling C i i+1 poll i Giới thiệu ets pac k dat a . Hỏi vòng . NmxTs . Truy nhập 1) go- ah ead(i+ ead( i+ go- ah phân tán 1) ets Truy nhập pac k dat a . ngẫu nhiên . . go- a Bài tập 2) h ead ead(i+ ( i+2) go- ah t t t CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 18 9
Phương pháp điều khiển truy nhập phân tán Giới thiệu Không có trạm trung tâm điều phối việc truy nhập kênh Hỏi vòng Các trạm trên mạng cùng tham gia Truy nhập phân tán vào quá trình điều khiển truy nhập Truy nhập Điển hình của phương pháp điều ngẫu nhiên khiển phân tán là các mạng: Bài tập Token Ring Token Bus CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 19 Token Ring Giới thiệu  Được phát triển bởi IBM vào năm Hỏi vòng 1985  Token Ring về sau Truy nhập phân tán được chuẩn hóa Truy nhập bởi IEEE theo ngẫu nhiên IEEE 802.5 Bài tập  Cấu hình kênh: hình vòng (Ring) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 20 10
Token Ring – Nguyên lý  Các gói tin được truyền theo một chiều nhất định Giới thiệu trên kênh truyền  Khi nhận được header của gói tin, một trạm kiểm Hỏi vòng tra địa chỉ MAC đích, nếu gói tin không gửi cho nó thì trạm sẽ tự động gửi gói đến trạm tiếp theo mà Truy nhập không cần đợi đến khi nhận được toàn bộ gói tin phân tán đó  Nhược điểm: Truy nhập ngẫu nhiên  Nếu card mạng một trạm bị hỏng thì toàn bộ mạng không hoạt động  Trễ toàn mạng tỷ lệ thuận với số trạm trong mạng Bài tập  2 phương pháp truy nhập kênh:  Thẻ bài đơn (single token)  Đa thẻ bài (multiple tokens) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 21 Token Ring – Nguyên lý (tiếp…)  Truy nhập kênh: Giới thiệu  Token Ring sử dụng thẻ bài (token) để điều khiển truy nhập. Hỏi vòng  Thẻ bài là một gói đặc biệt, lưu thông trên kênh token Truy nhập truyền phân tán  Trạm nào nhận được thẻ bài thì được phép truy Truy nhập nhập kênh ngẫu nhiên  Mỗi lần truy nhập mỗi trạm chỉ được phép gửi Bài tập một gói tin  Sau khi gửi gói tin, trạm vừa phát gói phải gửi trả thẻ bài lên mạng CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 22 11
Phương pháp thẻ bài đơn Giới thiệu  Giả thiết A cần gửi dữ liệu đến C B Hỏi vòng  t0: một thẻ bài đang lưu thông từ Truy nhập C A phân tán D  A: A giữ thẻ Truy nhập bài và bắt đầu ngẫu nhiên phát gói dữ liệu token Bài tập D CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 23 Phương pháp thẻ bài đơn (tiếp…) Giới thiệu  t1: B nhận được gói dữ liệu từ A, B Hỏi vòng sau khi phân tích data địa chỉ MAC đích Truy nhập phân tán (C), B gửi tiếp gói A C Truy nhập dữ liệu lên kênh ngẫu nhiên truyền Bài tập D CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 24 12
Phương pháp thẻ bài đơn (tiếp…) Giới thiệu  t2: C tiếp nhận B được gói dữ liệu A Hỏi vòng gửi cho nó, sau khi copy gói dữ liệu C Truy nhập A phân tán vào bộ đệm thu, C Truy nhập gửi gói này theo ngẫu nhiên hướng C  D với data Bài tập trường FC=1 D (Frame Copied) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 25 Phương pháp thẻ bài đơn (tiếp…) Giới thiệu  t3: A nhận được gói dữ liệu với B Hỏi vòng FC=1, nó hiểu C đã nhận được gói token Truy nhập phân tán dữ liệu. A trả lại A C Truy nhập thẻ bài lên mạng ngẫu nhiên Bài tập D CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 26 13
Phương pháp thẻ bài đơn (tiếp…) Giới thiệu  Nhược điểm của phương pháp thẻ Hỏi vòng bài đơn: Tại một thời điểm ring Truy nhập phân tán có tối đa một gói dữ liệu trên kênh Truy nhập data ngẫu nhiên  Hiệu suất của kênh truyền thấp, Bài tập đặc biệt trong trường hợp kích thước gói ngắn CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 27 Phương pháp đa thẻ bài Giới thiệu  Mục đích: nâng hiệu suất kênh B Hỏi vòng truyền  t0: một thẻ bài Truy nhập C A phân tán đang lưu thông từ Truy nhập D  A: A giữ thẻ ngẫu nhiên bài và bắt đầu token Bài tập phát gói dữ liệu D CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 28 14
Phương pháp đa thẻ bài (tiếp…) Giới thiệu  t1: B nhận được gói B Hỏi vòng dữ liệu từ A, sau khi phân tích địa data Truy nhập chỉ MAC đích (C), B Atoken C phân tán gửi tiếp gói dữ liệu Truy nhập lên kênh truyền ngẫu nhiên Sau khi gửi hết gói Bài tập dữ liệu, A lập tức D giải phóng thẻ bài CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 29 Phương pháp đa thẻ bài (tiếp…) Giới thiệu  Ưu điểm của đa thẻ bài so với đơn Hỏi vòng thẻ bài: Trong cùng một ring Truy nhập phân tán thời điểm có thể có nhiều gói dữ Truy nhập data ngẫu nhiên liệu  hiệu suất kênh truyền có token Bài tập thể đạt tới 100% CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 30 15
Cấu trúc khung của IEEE 802.5 SD AC FC Gói token Giới thiệu Dest. Src. Gói dữ SD AC FC Data Checksum ED FS Addr. Addr. liệu Hỏi vòng Truy nhập  SD, ED: bắt đầu, kết thúc một gói tin phân tán  AC (access control byte): bao gồm token bit Truy nhập ngẫu nhiên  FC: Frame Copied  Dest./Src. Addr: 48 bit địa chỉ MAC Bài tập  Checksum: CRC  FS (frame status) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 31 Truy nhập ngẫu nhiên Giới thiệu  Truy nhập ngẫu nhiên: Random Access  Đặc điểm chung: Hỏi vòng Không có các cơ chế điều khiển truy nhập kênh (khác với cơ chế hỏi vòng và điều khiển Truy nhập truy nhập phân tán) phân tán Ưu điểm: do không cần phối hợp giữa các trạm Truy nhập  các trạm có thể được lắp đặt hoặc tháo ra ngẫu nhiên khỏi mạng dễ dàng Nhược điểm: tại một thời điểm, nếu có hơn 2 Bài tập trạm cùng tranh chấp kênh truyền  va đập (collision) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 32 16
Các mạng sử dụng kỹ thuật truy nhập ngẫu nhiên Giới thiệu Truy nhập ngẫu nhiên Hỏi vòng ALOHA 1-persistentCSMA Truy nhập phân tán Slotted ALOHA p-persistentCSMA Truy nhập ngẫu nhiên CSMA none-persistentCSMA Bài tập CSMA/CD CSMA/CA (IEEE 802.3) (IEEE 802.11) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 33 ALOHA Giới thiệu Giới thiệu Được phát triển bởi ĐH Hawaii năm Hỏi vòng 1971 Truy nhập Mạng truyền số liệu không dây đầu tiên phân tán Sử dụng tần số UHF Truy nhập ngẫu nhiên Là mạng đầu tiên sử dụng truy nhập Bài tập ngẫu nhiên (sau này được sử dụng nhiều trong Ethernet và mạng thông tin vệ tình INMARSAT) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 34 17
ALOHA (tiếp…) Yêu cầu kết nối và truyền dữ liệu giữa Oahu và Giới thiệu các đảo khác Hỏi vòng Truy nhập Oahu (Univ. of Hawaii) phân tán Truy nhập ngẫu nhiên Bài tập CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 35 ALOHA – Nguyên tắc hoạt động  Khi một trạm có dữ liệu, nó gửi ngay lên đường truyền vô Giới thiệu tuyến  Va đập sẽ xảy ra khi có hơn một trạm cùng truy nhập kênh  mất gói Hỏi vòng  Không có cơ chế kiểm tra trạng thái kênh truyền  Không có cơ chế phát hiện mất gói do va đập  việc phát Truy nhập lại phụ thuộc vào các giao thức bậc cao (lớp host-to-host) phân tán  “send-and-pray” Truy nhập ngẫu nhiên ALOHA Bài tập CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 36 18
ALOHA – Đánh giá hiệu năng  Giả thiết:  Có n trạm gửi dữ liệu vào mạng với lưu lượng tuân Giới thiệu theo tiến trình Poisson, tham số tương ứng {1, 2 ,…, n}. Như vậy lưu lượng tổng cộng gửi vào mạng tuân theo tiến trình Poisson, tham số: Hỏi vòng n   i 1 i Truy nhập  Kênh truyền có dung lượng là C (bit/s) phân tán  Các gói tin có kích thước cố định L  thời gian phục vụ gói: ts=L/C Truy nhập ngẫu nhiên   Bài tập ALOHA  CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 37 ALOHA – Đánh giá hiệu năng (tiếp…) Giới thiệu  Giả thiết:  Tại t0, gói pi của trạm i truy nhập kênh. Hỏi vòng Gọi Tx là khoảng “thời gian nhạy cảm”, nếu trong khoảng thời gian này các trạm khác truy Truy nhập phân tán nhập kênh thì va đập sẽ xảy ra pi Truy nhập ngẫu nhiên Trạm i t0 t0+ts Tx Bài tập t0-ts Trạm j t0+ts CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 38 19
ALOHA – Đánh giá hiệu năng (tiếp…) Giới thiệu Như vậy: t x  2t s (8.23) Hỏi vòng Gọi G là số lần truy nhập kênh trung Truy nhập phân tán bình trong một đơn vị thời gian ts – G Truy nhập chính là tải đầu vào ngẫu nhiên G  ts    (8.24) Bài tập CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 39 ALOHA – Đánh giá hiệu năng (tiếp…) Giới thiệu Gọi S là số lần truy nhập thành công trung bình trong khoảng thời gian ts Hỏi vòng – S chính là thông lượng của ALOHA Truy nhập  S=G.P[không có truy nhập nào trong phân tán khoảng Tx]  theo phân bố Poisson có: Truy nhập ngẫu nhiên t x 0 t S  G.PN(t x  2t )  0  G. s e x  Ge2ts  Ge2G Bài tập 0! (8.25) CHƯƠNG 2 – MẠNG CỤC BỘ PGS.TS.Nguyễn Hữu Thanh 40 20