1
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
Giới thiệu
 Vị trí, chức năng của LAN trong mô hình OSI
 Giao thức ở tầng liên kết dữ liệu
 Vấn đề chung của mạng LAN
Các cơ chế truy cập ngẫu nhiên
 ALOHA
 CSMA
 CSMA-CD
WLAN LAN khô dâ à h ẩ 802 11 b
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications

WLAN
:
LAN

khô
ng
dâ
y v
à
c
h
u
ẩ
n
802
.
11

9 Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Network Layer
802.2 Logical Link Control
802 3
802 5
802 11
Other
LLC
IEEE 802.x
Data Link Layer
Network Layer
OSI
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
802
.
3
CSMA-CD
802
.
5
Token Ring
802
.
11
WLAN
Other

LAN
Various Physical Layer
MAC

Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
• LLC sublayer
9 IEEE 802.2: LLC nâng cấp các dịch vụ do MAC cung cấp
Unreliable Datagram Service
A
B
Reliable Datagram Service
AB
LLC LLC LLC
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
MAC
PHY
MAC
PHY
MAC
PHY
MAC
PHY
MAC
PHY
MAC
PHY
4
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
• LLC Services
9 Type 1: Unacknowledged connectionless service
o Unnumbered frame mode of HDLC (High-level Datalink Link

1 bit
7 bit
1 bit
7 bit
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
I/G: Individual or group address
C/R: Command or response frame
SAP address:
 06: IP packet
 E0: Novel IPX
 FE: OSI packet
 AA: Subnetwork Access Protocol (SNAP)
5
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
• Đóng gói MAC frame
IP
IP Packet
Data
LLC
Header
MAC
Header
FCS
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
Header
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
• Vấn đề chung của mạng LAN
9 Vấn đề cơ bản: Làm sao chia sẻ được môi trường ?

A B
A phát hiện
xung đột
tại t = 2t
prop
B

truyền

trước

t = t
prop
và phát
hiện xung đột
ot = 2t
prop
: Thời gian cần thiết capture channel
oX = L/R: Thời
g
ian tru
y
ền khun
g
có đ
ộ
dài L với tốc đ
ộ
tru
y

1
R
R
ρ
Eff
max
+
==
8
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
• ALOHA
9 Giới thiệu
o
Xuất phát từ ĐH Hawaii kếtnốicáckhuvựctrường nằmtrêncác
Các cơ chế truy cập ngẫu nhiên
2.2
o
Xuất

phát

từ

ĐH

Hawaii
,
kết


oP
success
: xác suất truyền khung thành công
oS = GP
success
oBắt đầu truyền khung trong X sec. sẽ có khả năng bị xung đột,
ngược lại sẽ thành công nếu bắt đầu truyền sau 2X sec.
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
9
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
9 Thông lượng của ALOHA
oS = GP
success
= G
o Thông lượng tối đa:
G
e
2−
%)4.18(~)2/(1
max
e
=
ρ
oNếu G nhỏ, S ≈ G; nếu G lớn, S → 0
o Xung đột có thể giảm thông lượng về 0
9 Slotted ALOHA
o Mô hình ALOHA có thể giảm xác suất xung đột khung
oTạo các khe thời gian rộng X sec.
o Các trạm chỉ được phép gửi khung khi bắt đầu một khe thời gian

9 Ví dụ
o BW = 9600 bps
o 1 Frame = 120 bit
%)8.36(~/1
max
e
=
ρ
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
oHệ thống truyền 9600 x 1frame/120 = 80 frames/sec.
o Thông lượng của ALOHA: 80 x 18.4% = 15 frames/sec.
o Thông lượng của slotted ALOHA: 80 x 36.8% = 30 frames/sec.
10
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
 Carrier Sense Multiple Access (CSMA)
9 Máy trạm ‘nghe’ trạng thái đường truyền gian ngẫu nhiên hoặc
t
backoff
trước khi truyền
o
Nếubận: Đợi trong khoảng thời
đã đượcthiếtlập
o
Nếu

bận:

Đợi


lại
oTrễ nhỏ, hiệu quả thấp
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
11
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
9 Non-persistent CSMA throghput
o Nghe đường truyền sau tưng khoảng t
backoff
o Thông lượng cao hơn 1-persistent CSMA khi a nhỏ
oTrễ lớn, hiệu quả cao
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
9 p-persistent CSMA throghput (adjustable greedy)
o Đợi đến khi đường truyền rỗi, truyền với xác suất p, hoặc chờ 1
khoảng bằng mini-slot và truyền lại với xác suất 1-p
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
 CSMA with Carrier Detect (CSMA-CD)
9 Kiểm soát xung đột và hủy bỏ quá trình truyền dẫn
oMáy trạm khi cần truyền sẽ ‘nghe’ đường truyền
oTrước khi bắt đầu truyền, máy trạm tiếp tục nghe để phát hiện
xung đột
oNếu có xung đột, máy trạm dừng quá trình truyền dẫn và thay
đổi t
backoff
9 CSMA gây lãng phí X giây – thời gian truyền một khung
9 CSMA-CD giảm lãng phí xuống bằng đúng thời gian phát hiện xung
đột và hủ
y
bỏ

cầu

truyền
oXác suất truyền thành công của 1 trong n trạm: P
success
= np(1-p)
n-1
oLấy đạo hàm 2 vế:
1/p n khi1/e
n
1
1
n
1
1
n
1
nP
1n1n
max
success
=→
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
⎟

đại:
() ()
Rd/vL 12e1
1
a 12e1
1
2ettX
X
ρ
propprop
max
++
=
++
=
++
=
v: vận tốc truyền lan của tín hiệu điện trong môi trường
d: khoảng cách truyền dẫn
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
13
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
9 Ứng dụng của CSMA-CD trong Ethernet LAN
o 1-persistent CSMA
o R = 10 Mbps
o2t
prop
= 51.2 microsec.
 Một khe thời gian: 512 bits = 64 byte

Nế đờ t ề ở t thái idl bắt đầ t ề ti Nế
1
.
Nế
u
đ
ư
ờ
ng
t
ruy
ề
n
ở

t
rạng
thái

idl
e,
bắt

đầ
u
t
ruy
ề
n
ti

 Slot time: 512 bits times
 InterFrameGap: 96 µsec
Giớih ố lầ t ề l i16

Giới

h
ạn s
ố

lầ
n
t
ruy
ề
n
l
ạ
i
:
16
 Giới hạn giá trị Backoff: 10
 Kích thước tín hiệu jam: 32 bits
 Kích thước khung tối đa: 1518 bytes
 Kích thước khung tối thiểu: 512 bits (64 bytes)
o IEEE 802.3 MAC Frame
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
 Preamble: đồng bộ, 7 bytes of 10101010
 Start of Frame Delimiter (SFD): 10101011
15

p
ad
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
g gp
- NIC huỷ các khung với độ dài sai hoặc FCS sai
16
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
o Original Ethernet và thông số
 Tốc độ truyền: 10 Mbps
 Khung tối thiểu: 512 bits = 64 bytes
Sl t ti 512 bit / 10 Mb 51 2

Sl
o
t

ti
me:
512

bit
s
/

10

Mb
ps =
51

oLớp vật lý IEEE 802.3
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
Cáp dầy: cứng, khó lắp đặt
T-connection
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
o Ethernet hub & switch
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
Twisted Pair: rẻ, dễ lắp đặt với độ
tin cậy cao
Star-topology CSMA-CD
Twisted Pair: rẻ
Sử dụng switch tăng khả năng mở rộng
Chia thành nhiều vùng xung đột (Colision
domain)
Hoạt động ở cơ chế song công (Full
duplex)
18
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
o Bus & hub
 Cấu hình bus
 Tất cả các trạm chia sẻ dung lượng bus (ví du: 10 Mbps)
 Chỉ 1 trạm thực hiện phiên truyền dẫn tại một thời điểm
 Hub kết nối các trạm theo hình sao
 Mọi phiên truyền dẫn đều đi qua hub
 Chỉ 1 trạm được truyền tại một thời điểm
oCơ chế song công (full duplex - FDX)
 Ethernet truyền thống sử dụng Half Duplex (HDX)
ể ồ

C
arr
i
er ex
t
ens
i
on:
kh
ung
kí
c
h

th
ư
ớ
c n
hỏ

đ
ược m
ở
r
ộ
ng
thà
n
h


lớn
20
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
o Mô trình triển khai mạng Ethernet điển hình
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
Phương pháp truy nhập Scheduling trong MAC
9Hệ thống đặt chỗ (Reservation system)
oHệ thống tập trung: Bộ điều khiển trung tâm nhận yêu cầu từ các
máy trạmvàquảnlýviệccấp phép truyền
2.3
máy

trạm

và

quản

lý

việc

cấp

phép

truyền

i một trạm xác định khe thời gian từ
thông tin đặt chỗ trước khi truyền
o Đơn khung và đa khung
 Đặt chỗ đơn khung: Chỉ một phiên truyền có thể được đăng ký
trong khoảng thời gian đặt chỗ
 Đặt chỗ đa khung: Có thể nhiều phiên truyền được đăng ký
o
Đặtchỗ truy nhậpngẫu nhiên và đặtchỗ phân kênh
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
o
Đặt

chỗ

truy

nhập

ngẫu

nhiên

và

đặt

chỗ

phân


Quyền

truyền

khung

được

chuyển
từ trạm này sang trạm khác theo trật tự nào đó (token)
oCần có quá trình báo hiệu để có thể thiết lập thứ tự
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
9Tuỳ chọn trong hệ thống hỏi vòng
oGiới hạn dịch vụ: quy định phương thức truyền trong 1 lần hỏi vòng
 Exhaustive: Truyền cho đến khi bộ đệm rỗng (kể cả khung
mới đến)
mới

đến)
 Gated: Truyền toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm khi trạm nhận
được hỏi
 Frame-limited: Chỉ được truyền 1 khung /1 vòng
 Time-limited: Truyền trong khoảng thời gian cho phép
oCơ chế ưu tiên:
Cấpbăng thông và thiếtlậptrễ bé hơn cho các trạmxuấthiện
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications

Cấp

23
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
SD
Destination
Address
Source
Address
Information
FCS
14
ED
FC
2 or 6
2 or 6
1
1
AC
1
FS
1
SD AC
ED
Token Frame Format
Data Frame Format
P P P T
M
R R R
Access
control


Z

Z
Ending
delimiter
I intermediate-frame bit
E error-detection bit
Frame
status
A address-recognized bit
xx undefined
C frame-copied bit
IE
J K 1 J K 1
A C x x
A C x x
Fi 6 61
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
9 Ứng dụng: Token-passing rings
o Poll = Free token (thẻ bài)
o Frame delimiter chính là token
 Free = 01111110
 Busy = 01111111
Token bit trong header của khung
Delay
Mode truyền
Delay
Mode lắng nghe (listen)

oSingle-token
A
A
A
A
t=0, A begins frame
t=90, return
of first bit
t=210, return of
header
t=400, last bit enters
ring, reinsert token
oSingle-frame
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications
t=0, A begins frame
t=90, return
of first bit
t=400, transmit
last bit
t=490, reinsert
token
25
Chương 2
Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2
9 Thông lượng của token ring
o Định nghĩa
 : Ring latency - thời gian để bit đi qua 1 vòng của ring
'
τ
 X: thời gian truyền khung tối đa cho phép trên 1 trạm

)
'
,
τ
Xmax
(
)
(
)
/M
a
a
1
max
1
X
Mmax
MX
ρ
'
max
+
=
+
=
'''
τ
τ
o Single-frame operation
 Thời gian truyền khung hiệu quả =

=
++
=
''
ττ
Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications