Bài giảng Mạng máy tính: Chương 5 - CĐ CNTT Hữu nghị Việt Hàn

Chia sẻ: Nguyễn Hà | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:119

Thêm vào BST

Báo xấu

89
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 5 lớp điều khiển truy cập mạng và các hệ thống mạng liên quan thuộc bài giảng mạng máy tính, cùng nắm kiến thức trong chương này thông qua việc tìm hiểu các nội dung chính sau: lớp điều khiển truy cập – Media Access Control MAC, mạng Ethernet, mạng không dây, công nghệ Bluetooth, kết nối và chuyển mạch ở lớp liên kết dữ liệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mạng máy tính: Chương 5 - CĐ CNTT Hữu nghị Việt Hàn

MẠNG MÁY TÍNH COMPUTER NETWORK Chương 5. Lớp Điều Khiển Truy Cập Mạng và Các Hệ Thống Mạng Liên Quan
5.1 Lớp điều khiển truy cập – Media Access Control MAC  Các giao thức dùng để xác định người dùng nào được quyền sử dụng kênh truyền đa truy cập thuộc vào lớp con của Lớp Liên kết dữ liệu, được gọi là lớp Điều khiển truy cập (Media Access Control – MAC)  Lớp này có vai trò quan trọng trong mạng LAN, là một mạng sử dụng kênh đa truy cập làm nền tảng truyền tin, khác với mạng WAN, sử dụng liên kết điểm-nối-điểm ngoại trừ thông tin vệ tinh
5.1.1 Phân bố kênh dữ liệu  Để phân bổ một kênh dữ liệu chung cho các người dùng có yêu cầu trên mạng, sử dụng 2 phương thức thực hiện:  phân bố tĩnh  phân bố động
5.1.1.1 Phân bố tĩnh  Phương thức phân bố kênh tĩnh đơn giản nhất là phân kênh theo tần số (FDM). Nếu số lượng người dùng là N thì băng thông được chia thành N phần bằng nhau, mỗi người dùng được gán một phần. Vì mỗi người dùng có một tần số riêng nên không xảy ra hiện tượng nhiễu lẫn nhau. Khi số lượng người dùng ít và cố định, mỗi kênh truyền có lưu lượng lớn thì cơ chế phân kênh FDM là đơn giản và hiệu quả.  Tuy nhiên, khi số lượng người dùng lớn và thay đổi hoặc bùng nổ lưu lượng, thì FDM sẽ gặp rắc rối.  Một phương thức phân kênh khác tương tự là phân kênh theo thời gian (TDM), mỗi người dùng được phân bố một khe thời gian. Nếu người dùng đó không sử dụng khe thời gian đó thì khe thời gian sẽ rỗi. Phương thức này cũng gặp phải các trở ngại tương tự như FDM
5.1.1.2 Phân bố động  Mô hình trạm: mô hình này gồm N máy trạm độc lập nhau (ví dụ các máy tính, điện thoại, máy cá nhân, ...), mỗi máy trạm có chương trình hoặc các người dùng tạo ra khung dữ liệu truyền đi. Chúng còn được gọi là các đầu cuối. Khi khung dữ liệu được tạo ra, máy trạm bị khóa và ngưng hoạt động cho đến khi khung được truyền đi.  Khái niệm về kênh đơn: một kênh đơn là kênh dữ liệu dùng cho tất cả các trường hợp truyền tin. Tất cả các máy trạm đều sử dụng nó để phát và thu tín hiệu. Các máy trạm đều có vai trò tương đương như nhau trên kênh truyền.  Khái niệm về xung đột: Nếu 2 khung truyền đồng thời thì chúng sẽ chồng lên nhau và gây méo tín hiệu. Hiện tượng này được gọi là xung đột. Trên thực tế, tất cả các trạm đều có khả năng dò xung đột.
5.1.1.2 Phân bố động  Thời gian liên tục: Các khung có thể truyền bất kỳ lúc nào. Không có một đồng hồ chủ để phân chia kênh thành các khe thời gian.  Khe thời gian: Thời gian được chia thành các khoảng rời rạc. Khung dữ liệu luôn luôn được truyền ở thời điểm bắt đầu của khe thời gian.  Cảm biến sóng mang: Các trạm có thể cảm nhận được kênh truyền trước khi truy cập. Nếu kênh bận sẽ không có trạm nào truy cập đến nó cho đến khi kênh ở trạng thái rỗi.  Không cảm biến sóng mang: máy trạm không cảm nhận được kênh truyền trước khi truy cập.
5.1.2 Các giao thức đa truy cập  Trên thực tế, có nhiều giao thức khác nhau để phân bố kênh dữ liệu. Ở trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu một số các giao thức điển hình. 5.1.2.1 ALOHA a- Pure ALOHA: Nguyên tắc cơ bản của Pure ALOHA tương đối đơn giản như sau: - Cho phép người sử dụng truyền tin bất kỳ thời điểm nào - Chấp nhận xung đột dữ liệu và các khung dữ liệu có thể sẽ bị phá hỏng trong quá trình truyền - Xung đột có thể được cảm nhận bởi các máy trạm bằng cách lắng nghe kênh truyền - Nếu xung đột xảy ra, đầu phát sẽ đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi thực hiện phát lại
5.1.2 Các giao thức đa truy cập
5.1.2 Các giao thức đa truy cập  Một khung dữ liệu sẽ không bị xung đột với các khung khác nếu trong thời gian truyền khung dữ liệu đó không có khung nào khác truyền đi. Nếu trong thời gian đó có xung đột xảy ra (như hình vẽ) thì Pure ALOHA cũng không đưa ra biện pháp nào để khắc phục sự cố này.
b- Slotted ALOHA  Năm 1972, Roberts đưa ra một phương pháp làm tăng gấp đôi dung lượng của hệ thống ALOHA như sau:  Khung thời gian truyền được phân chia thành các khoảng thời gian nhỏ, mỗi khoảng thời gian đó tương ứng với một khung dữ liệu. Như vậy dữ liệu của người sử dụng phải được đồng bộ và gửi ở thời điểm bắt đầu của khung.  Phương pháp này giảm thiểu xung đột vì các dữ liệu của người dùng không ảnh hưởng đến nhau. Tuy nhiên, khi có 2 hoặc nhiều dữ liệu của người sử dụng cố gắng truyền ở thời điểm bắt đầu của một khung thì vẫn xảy ra xung đột. Trong trường hợp này, các máy trạm phải đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi phát lại.
5.1.2 Các giao thức đa truy cập
5.1.2.2 Giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang (CSMA) a- Persistent và Non-Persistent CSMA  1-Persistent CSMA: Khi một trạm muốn gửi dữ liệu, đầu tiên nó phải lắng nghe trạng thái hiện tại của kênh truyền. Nếu kênh truyền bận thì nó sẽ đợi cho đến khi kênh truyền rỗi. Máy trạm sẽ phát một khung dữ liệu khi dò thấy kênh truyền rỗi. Nếu xảy ra xung đột, máy trạm sẽ đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên và phát lại.  Giao thức này được gọi là 1-Persistent vì xác suất phát dữ liệu là 1 khi dò thấy kênh truyền rỗi.  Đối với giao thức Non-persistent CSMA, trước khi gửi dữ liệu, nếu dò thấy kênh rỗi thì nó sẽ tiến hành gửi dữ liệu, nếu kênh truyền bận, máy trạm sẽ không tiếp tục cảm nhận sóng mang nữa mà thay vào đó, nó sẽ đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên và lặp lại quá trình trên. Phương thức này làm tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền nhưng độ trễ lại lớn hơn so với phương pháp 1-persistent CSMA
5.1.2.2 Giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang (CSMA)  Một giao thức nữa thuộc nhóm giao thức này là p-persistent CSMA. Giao thức này sử dụng phương thức phân khe thời gian cho kênh truyền. Khi dò thấy kênh truyền rỗi, máy trạm bắt đầu phát với xác suất là p. Với một xác suất là q = 1-p , nó sẽ ngưng phát cho đến khe kế tiếp. Nếu kênh tiếp tục rỗi thì nó hoặc là tiếp tục phát hoặc là ngưng phát với xác suất là p và q. Quá trình này đượclặp lại cho đến khi toàn bộ khung được phát đi hoặc có một trạm khác bắt đầu phát dữ liệu. Giao thức này ít xảy ra xung đột hơn vì tất cả các trạm muốn gửi dữ liệu sẽ không gửi đồng thời khi kênh truyền rỗi
5.1.2.2 Giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang (CSMA)
5.1.2.2 Giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang (CSMA)  b- Giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang/dò xung đột (CSMA/CD)  Trong các giao thức trước, các máy trạm sẽ phát hết toàn bộ khung dữ liệu bất chấp có xung đột với một khung dữ liệu khác. Nếu trạm phát bỏ qua việc phát khung dữ liệu ngay khi dò có xung đột sẽ tiết kiệm được thời gian và băng thông của kênh truyền. Giao thức CSMA/CD dò xung đột bằng cách đo năng lượng hoặc độ rộng xung của tín hiệu thu được và so sánh với tín hiệu phát.  Sau khi dò thấy có xung đột, nó sẽ hủy bỏ việc phát dữ liệu, đợi trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên và phát lại. Mô hình này gồm các quá trình: giành quyền phát dữ liệu, truyền dữ liệu và quá trình rỗi
5.1.2.3 Giao thức Collision-Free  Mặc dù xung đột không xuất hiện trong mô hình CSMA/CD một khi trạm phát đã giành được kênh truyền, nhưng trong quá trình tranh chấp kênh truyền vẫn có thể xảy ra xung đột. Các xung đột này ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống, đặc biệt đối với trường hợp độ dài cáp lớn và kích thước khung dữ liệu nhỏ. Trong phần này, chúng ta sẽ khảo sát một số giao thức giải quyết vấn đề trên mà không gây xung đột dữ liệu.
5.1.2.3 Giao thức Collision-Free a- Giao thức Bit-map  Mỗi quá trình tranh chấp kênh dữ liệu được chia thành N khe thời gian. Nếu trạm thứ 0 trong mạng muốn gửi dữ liệu, nó sẽ phát bit 1 vào khe thứ 0, các trạm khác không được sử dụng khe thời gian thứ 0 này. Trong khi đó trạm thứ 1 vẫn có thể phát bit 1 vào khe thời gian 1 nếu có nhu cầu phát dữ liệu. Một cách tổng quát, trạm thứ j sẽ thông báo có nhu cầu gửi dữ liệu bằng cách phát bit 1 vào khe thời gian j. Như vậy, kết thúc quá trình ta sẽ xác định được trạm nào có nhu cầu phát dữ liệu và thực hiện quá trình phát dữ liệu theo thứ tự.
5.1.2.3 Giao thức Collision-Free b- Phương pháp đếm ngược nhị phân  Một vấn đề nảy sinh đối với giao thức Bit-map là phải gắn thêm phần mào đầu 1 bit cho mỗi trạm, vì vậy nếu số trạm tăng lên hàng ngàn thì nó sẽ chiếm một băng thông lớn. Vấn đề này được giải quyết bằng cách sử dụng phương pháp đánh số nhị phân cho các trạm. Một trạm muốn sử dụng kênh truyền sẽ phát địa chỉ của mình ở dạng chuỗi nhị phân có trọng số và các chuỗi địa chỉ có cùng độ dài. Trong trường hợp này, ta giả sử độ trễ của truyền dẫn không đáng kể các trạm có thể nhận ra địa chỉ một cách tức thời.
5.1.2.4 Giao thức Limited-Contention  Xét các chiến lược giành kênh dữ liệu trong mạng máy tính gồm: tranh chấp và giải tỏa xung đột (collision-free), mỗi chiến lược tác động đến 2 yếu tố hoạt động quan trọng của mạng là: gây trễ ở trường hợp tải thấp và hiệu quả truyền tin ở tải cao. Với trường hợp tải thấp, chiến lược tranh chấp có ưu thế hơn do độ trễ thấp. Khi tải tăng lên, chiến lược tranh chấp trở nên không hiệu quả do phần mào đầu lớn. Ngược lại, đối với trường hợp tải cao, hiệu quả kênh truyền sẽ được cải thiện khi sử dụng chiến lược giải tỏa xung đột.  Một giao thức kết hợp cả 2 đặc tính trên, sử dụng chiến lược tranh chấp ở trường hợp tải thấp và chiến lược giải tỏa xung đột ở tải cao để nâng cao hiệu quả kênh truyền được gọi là giao thức tranh chấp tới hạn (Limited-Contention).  Để thực hiện được điều này, giao thức Limited-Contention sử dụng thuật toán adaptive tree walk để cấp khe thời gian động cho các máy trạm. Khi tải có dung lượng thấp, một khe có thể sử dụng cho nhiều trạm, khi tải dung lượng cao thì số trạm sử dụng ít hơn.
5.1.2.4 Giao thức Limited-Contention