Khóa luận Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Fast Ethernet, 100Base - AnyLAN và FDDI

vùng tần số bằng 1 nửa tốc độ dữ liệu. Do vậy, các loại mã này phù hợp tốt với truyền thông tốc độ cao. 2.6 Tốc độ điều biến Khi mà các kỹ thuật mã hoá tín hiệu được sử dụng, thì xuất hiện nhu cầu so sánh giữa tốc độ dữ liệu (bit/giây) và tốc độ điều biến (baud). Tốc độ dữ liệu hay còn được gọi là tốc độ bit được tính bằng 1/t B trong đó t B là nhịp bit. Tốc độ điều biến là tốc độ phát ra các tín hiệu nguyên tố. Ví dụ, khi xem xét mã Manchester, tín hiệu nguyên tố có độ dài nhỏ nhất là một xung kéo dài nửa nhịp bit. Đối với một xung chỉ toàn 0 hoặc toàn 1 thì mã Manchester phát ra một chuỗi toàn những xung như vậy. Vì thế, tốc độ điều biến lớn nhất của mã Manchester là 2/t B . Trạng thái này được thể hiện trong hình 2.8. Hình 2.8 đưa ra trạng thái truyền của 1 chuỗi bit 1 với tốc độ dữ liệu là 1 Mbps khi sử dụng mã hoá NRZI và Manchester. Tổng quát, ta có công thức sau: D = R/b = R/log 2 L Trong đó Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 22Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN D = Tốc độ điều biến (baud) R = Tốc độ dữ liệu (bps) L = Số lượng các tín hiệu nguyên tố khác nhau b = số lượng bit cho mỗi tín hiệu nguyên tố Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 23Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Chương 3: FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Chuẩn mạng LAN FDDI được phát triển bởi viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI – American National Standards Institute). Hiện nay, nó là 1 chuẩn quốc tế và được định nghĩa trong ISO 9314. Nó dựa trên cơ sở kiến trúc mạng vòng và hoạt động ở tốc độ truyền dữ liệu là 100 Mbps. Giống như mạng token-ring, nó sử dụng vòng khép kín đôi để tăng cường sự tin cậy. Sợi cáp quang đa lõi nối các trạm với nhau và tổng độ dài của vòng có thể lên đến 100 km. Có thể có tới 500 trạm (DTEs) có thể kết nối vào vòng và vì thế nó la ̀ mẫu lý tưởng cho mạng xương sống (backbone). 3.1 Các thành phần của FDDI FDDI xác định phần vật lý và phần điều khiển truy cập môi trường truyền trong mô hình tham chiếu OSI. Thực tế, FDDI không phải là một thành phần đơn lẻ mà nó là tập hợp của bốn phần riêng biệt, mà từng phần có chức năng riêng. Kết hợp các thành phần trên mang đến khả năng cung cấp kết nối tốc độ cao giữa các giao thức tầng cao như TCP/IP, IPX với môi trường truyền như là cáp quang. Bốn thành phần của FDDI là điều khiển truy cập đường truyền (MAC - Media Access Control), giao thức tầng vật lý (PHY - Physical Layer Protocol), giao thức phu ̣ thuộc môi trường truyền vật lý (PMD - Physical-Medium Dependent) và thành phần ̣ quản lý trạm (SMT - Station Management). Thành phần MAC định nghĩa phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền, nó bao gồm cả định dạng gói tin, điều khiển thẻ bài, cách đánh địa chỉ, thuật toán để tính giá trị kiểm tra CRC (cyclic redundancy check) và các cơ chế khắc phục lỗi. Thành phần PHY định nghĩa hàm mã hoá, giải mã dữ liệu, các yêu cầu thời gian, và các chức năng khác. Thành phần PMD định nghĩa các đặc điểm của môi trường truyền, bao gồm các liên kết sợi quang, các mức của nguồn, tốc độ lỗi bit, các thành phần quang học và các bộ kết nối. Thành phần SMT định nghĩa cấu hình trạm FDDI, cấu hình vòng và các đặc trưng điều khiển vòng bao gồm thêm vào và loại bỏ một trạm, khởi tạo vòng, cô lập lỗi và phục hồi vòng, lập lịch và các số liệu thống kê. FDDI tương tự như chuẩn IEEE 802.3 Ethernet và IEEE 802.5 Token Ring trong mối quan hệ với mô hình OSI. Mục đích chính của nó là cung cấp kết nối giữa các tầng cao hơn trong mô hình OSI với môi trường truyền. Hình 3.1 chỉ ra bốn thành phần và quan hệ giữa chúng với nhau và với với tầng LLC (Logical Link Control) được định nghĩa trong chuẩn IEEE. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 24Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.1 Quan hệ giữa các đặc tả của FDDI với mô hình tham chiếu OSI 3.2 Môi trường truyền FDDI sử dụng cáp quang học như là môi trường truyền thông chính, nhưng có thể thực thi trên cáp đồng. FDDI sử dụng cáp đồng được đề cập đến như là CDDI (Copper-Distributed Data Interface). Cáp quang có một vài ưu điểm so với cáp đồng, cụ thể là hiệu suất, tính tin cậy và tính bảo mật. Ưu điểm nổi bật nhất của cáp quang là nó không phát ra tín hiệu điện tử. Với môi trường truyền vật lý có phát tín hiệu điện tử thì có thể bị mắc trộm và vì thế có thể bị truy cập trái phép vào dữ liệu trên đường truyền. Hơn nữa, cáp quang sẽ không bị nhiễu điện từ gây ra bởi giao thoa tần số radio và giao thoa điện từ. Về mặt khả năng thì cáp quang hỗ trợ băng thông truyền cao hơn so với cáp đồng mặc dù những tiến bộ về công nghệ gần đây đã nâng khả năng của cáp đồng lên tốc độ truyền thông 100 Mbps. Cuối cùng, FDDI cho phép khoảng cách giữa hai trạm khi sử dụng cáp quang đa mốt (multimode) là 2 km, thậm chí với khoảng cách lớn hơn khi sử dụng cáp đơn mốt (single-mode). Hình 3.2 Nguồn phát khác nhau cho cáp single-mode và cáp multimode Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 25Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN FDDI định nghĩa hai loại cáp quang học: cáp single-mode và multimode. Mode ở đây là một tia ánh sáng được cho vào sợi cáp với một góc chiếu riêng. Cáp multimode sử dụng LED như là thiết bị phát sinh ánh sáng trong khi cáp single mode sử dụng tia laze (hình 3.2). Cáp multimode cho phép nhiều tia ánh sáng lan truyền trong sợi cáp. Tại vì các tia ánh sáng này vào cáp với các góc khác nhau nên chúng sẽ ra đầu kia của cáp tại các thời điểm khác nhau. Đặc điểm này được gọi là modal dispersion. Đặc điểm modal dispersion hạn chế băng thông và khoảng cách. Và với lý do đấy, cáp multimode thường được sử dụng kết nối trong một toà nhà hoặc trong môi trường tập trung về mặt địa lý. Cáp single-mode cho phép chỉ có một tia sáng được lan truyền trong cáp. Do vậy, modal dispersion không hiện diện trong cáp single-mode. Vì vậy, cáp single-mode có khả năng đạt được hiệu suất cao hơn và có thể kết nối trong khoảng cách lớn hơn. Đấy là lý do cáp single-mode được sử dụng để kết nối giữa các toà nhà và trong môi trường phân tán về mặt địa lý. 3.3 Cấu tru ́c mạng . Hình 3.3 Cấu hình mạng FDDI điển hình Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 26Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN FDDI sử dụng hai vòng khép kín để tăng độ tin cậy; vòng chính và vòng thứ hai. Vòng thứ nhất dùng để truyền chính, còn vòng thứ hai được sử dụng như là phần truyền thêm vào hoặc chỉ dùng để dự phòng trong tình huống vòng chính bị lỗi. Cấu hình mạng điển hình được chỉ trong hình 3.3. Như chúng ta thấy, có hai loại trạm (DTEs): trạm kết nối kép (DAS - Dual Attach Station) và trạm kết nối đơn (SAS – Single Attach Station). SAS chỉ kết nối với vòng chính thông qua bộ tập trung (concentrator). Một trong những ưu điểm chính của thiết bị SAS là khi thiết bị ngắt kết nối hoặc bị mất nguồn thì nó không gây ảnh hưởng đến vòng. Mỗi thiết bị DAS có hai cổng: A và B. Hai cổng này sẽ kết nối DAS với vòng FDDI kép. Vì thế, mỗi cổng sẽ cung cấp một kết nối tới cả vòng chính và vòng thứ hai. Các thiết bị DAS sẽ gây ảnh hưởng tới vòng nếu như nó bị mất điện hoặc ngắt kết nối. Hình 3.4 chỉ ra hai cổng A và B của DAS kêt nối tới hai vòng. Hình 3.4 Các cổng của DAS kết nối tới vòng chính và vòng thứ hai của FDDI Bộ kết nối của FDDI (co ̀n được gọi là DAC - dual-attachment concentrator) góp phần xây dựng lên mạng FDDI. Nó kết nối trực tiếp vào hai vòng của mạng và đảm bảo rằng bất cứ SAS nào bị hỏng hóc hay mất điện không gây ảnh hưởng đến vòng. Nó thực sự hữu dụng để kêt nối máy tính (PCs) với vòng vì máy tính thường xuyên tắt bật. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 27Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.5 Cấu trúc hub/tree của FDDI Hình 3.6 Trung tâm máy tính của FDDI Mặc dù cấu trúc logic là mạng vòng, nhưng thông thường cấu trúc vật lý của FDDI thì giống như dạng cấu trúc hub/tree. Hình 3.5 đưa ra ví dụ trong trường hợp này. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 28Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Để chắc chắn rằng những thay đổi của đường dây sẽ được thực thi, chúng ta sử dụng kết hợp bảng đấu cáp (patch panel) với các bộ tập kết. Điển hình là những thiết bị trên được đặt trong buồng lắp đặt hệ thống cáp, mà phòng này có liên kết với các phòng khác (với mạng FDDI cục bộ) hoặc là một toà nhà (với mạng xương sống). Trong trường hợp hình 3.6, các patch panel được nối với nhau để tạo lên một cấu trúc cây với gốc ở bên trong được gọi là trung tâm máy tính. Mỗi một patch panel có một số lượng các điểm có thể nối được. Nếu điểm đó không có trạm, cầu nối tới thì vòng được duy trì bằng cách sử dụng các đoạn cáp ngắn để nối các điểm đó với nhau. Muốn thêm vào một trạm mới thì chỉ cần bỏ đoạn cáp ngắn đó ra và thay thế bằng đoạn cáp tương ứng để nối trạm đó vào. Cách tiếp cận này được hiểu như là hệ thống cấu trúc. 3.4 Khả năng khắc phục hỏng hóc của mạng FDDI FDDI cung cấp một vài chức năng khắc phục khi mạng xuất hiện lỗi. Trong thực tế, mô hình vòng kép của FDDI, việc sử dụng các bộ chuyển mạch quang ho ̣c (optical bypass switch) và sự hỗ trợ của kỹ thuật dual-homing đã khiến FDDI trở thành công nghệ truyền thông đảm bảo (mau chóng khắc phục lỗi). 3.4.1 Mô hình vòng kép Chức năng chịu đựng hỏng hóc chính của FDDI là mô hình vòng kép. Nếu một trạm DAS trong vòng bị hỏng hoặc bị mất điện, hoặc cáp bị hỏng thì vòng kép sẽ tự động nhập vào trở thành vòng đơn, cấu trúc vòng đôi sẽ trở thành cấu trúc vòng đơn. Dữ liệu vẫn tiếp tục truyền trong quá trình hai vòng nhập vào nhau. Hình 3.7 và 3.8 sẽ đưa ra ví dụ trong trường hợp có một trạm bị hỏng và trong trường hợp cáp bị hỏng. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 29Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.7 Vòng được phục hồi sau khi một trạm bị hỏng Hình 3.8 Vòng được phục hồi sau khi một đoạn cáp bị hỏng. Chú ý một điều là vòng FDDI thực sự chỉ phục hồi nếu chỉ có một hỏng hóc. Nếu có hai hoặc nhiều lỗi xuất hiện, vòng FDDI sẽ bị phân chia thành hai hoặc nhiều vòng độc lập nhau, khiến cho các trạm ở hai vòng khác nhau không thể truyền thông cho nhau. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 30Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN 3.4.2 Công tắc chuyển quang học Hình 3.9 Công tắc chuyển quang học đảm bảo tính toàn vẹn của mạng Công tắc chuyển quang học cung cấp sự hoạt động tiếp tục của vòng kép trong trường hợp có một thiết bị trong vòng kép bị hỏng. Nó được sử dụng để ngăn ngừa việc phân đoạn mạng và cô lập trạm lỗi ra khỏi vòng. Công tắc chuyển quang học thực hiện chức năng trên bằng cách sử dụng gương quang học để chuyển ánh sáng trực tiếp từ vòng đêń thiết bị DAS. Nếu thiết bị DAS bị hỏng, nó sẽ chuyển ánh sáng qua chính nó bằng cách sử dụng gương bên trong và bằng cách đấy giữ cho tính toàn vẹn của mạng. Ích lợi của phương pháp này là tránh trường hợp hai vòng của mạng nhập vào nhau khi có một thiết bị DAS bị hỏng. Hình 3.9 mô tả chức năng này của công tắc chuyển quang học trong mạng FDDI. 3.4.3 Dual home Các thiết bị then chốt của mạng, như là các router hoặc các máy tính cung cấp host có thể sử dụng kỹ thuật khắc phục lỗi được gọi là dual home. Với kỹ thuật dual home, các thiết bị then chốt được nối với hai bộ kết nối. Hình 3.10 mô tả cấu hình dual home cho file servers và routers. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 31Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.10 cấu hình dual home cho file servers và routers Một trong hai liên kết tới hai bộ kết nối là liên kết chính, còn liên kết còn lại là liên kết phụ. Liên kết phụ được sử dụng dự phòng trong trường hợp liên kết chính (hoặc bộ kết nối của liên kết chính) bị lỗi. Trong trường hợp đó, liên kết phụ sẽ tự động được khởi động. 3.5 Giao diện vật lý Giao diện vật lý của FDDI có sử dụng cáp quang được chỉ ra trong hình 3.11. Trong mạng token ring cơ bản luôn có một bộ điều khiển vòng động nhằm cung cấp nhịp đồng hồ chính cho vòng. Mỗi luồng bit lưu thông được mã hoá bởi bộ điều khiển vòng động này trở thành mã hoá Differential Manchester. Tất cả các trạm trong vòng sau đó sẽ thường xuyên đồng bộ hoá đồng hồ của mình theo luồng bit này. Tuy nhiên, phương pháp này không thích hợp với tốc độ dữ liệu 100 Mbps của vòng FDDI vì nó yêu cầu tốc độ điều biến là 200Mbaud. Thay vào đó, mỗi giao diện vòng có một đồng hồ của riêng nó. Dữ liệu được truyền đi thì sử dụng đồng hồ này trong khi đó bên nhận nhận dữ liệu đến sẽ thường xuyên đô ̀ng bộ hoá lại đồng hồ bằng các chuyển tiếp trong luồng dữ liệu đến. Như chúng ta sẽ thấy, tất cả dữ liệu được mã hoá trước khi được truyền để đảm bảo có ít nhất một sự chuyển tiếp trong luồng bit đối với từng 3 nhịp bit một, nhằm chắc chắn rằng các bit nhận được được lấy mẫu gần trung tâm của nhịp bit. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 32Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.11 Giao diện vật lý của FDDI Tất cả dữ liệu được truyền trước hết được mã hoá bằng cách sử dụng nhóm mã 4 trong 5 (4 of 5 group code). Điều này có nghĩa là mỗi nhóm 4 bit của dữ liệu được mã hoá thành một từ mã 5 bit, hệ mã hoá này được gọi là 4B5B (hay còn được gọi là 4B/5B). Các từ mã 5 bit tương ứng với 16 nhóm dữ liệu 4 bit được chỉ ra trong hình 3.12. Như chúng ta thấy, có tối đa 2 bit 0 liên tiếp nhau trong mỗi từ mã. Từ mã này sau đó sẽ được chuyển giao cho bộ mã hoá NRZI, bộ mã hoá này sẽ mã hóa bằng cách tạo ra một chuyển tiếp khi truyền bit 1 và không chuyển tiếp khi truyền bit 0. Với cách này thì sẽ đảm bảo có ít nhất một chuyển tiếp tín hiệu đối với từng 3 bit một. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 33Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.12 Bảng mã hoá 4B5B và các kí tự điều khiển Dùng từ mã 5 bit để thể hiện 16 từ mã 4 bit có nghĩa rằng có 16 từ mã 5 bit sẽ không được sử dụng. Một vài trong số này được sử dụng cho các chức năng điều khiển khác, như là xác định điểm bắt đầu hay kết thúc của gói tin hay của thẻ bài. Danh sách các kí tự điều khiển được chỉ ra trong hình 3.12. Đồng hồ cục bộ được sử dụng trong giao diện vật lí là 125MHz, nguyên nhân là do nó sử dụng mã hoá 4B5b và với tốc độ dữ liệu là 100MHz. Do sử dụng mã hóa 4B5B, nên các từ mã 4 bit của dữ liệu truyền được mã hoá thành các từ mã 5 bit, mỗi kí tự 5 bit trước hết tập trung tại bộ đệm tại bên nhận trước khi được giải mã. Tuy nhiên, việc sử dụng 2 kí tự điều khiển J và K cho trường SD (được chỉ trong phần sau) khiến cho vùng đệm sử dụng ở bên nhận phải là 10 bit. Điều này được hiểu là vùng đệm trễ vì nó tạo ra 10 bit trễ trong vòng. Với tốc độ 125 Mbps, điều này tương đương với độ trễ 0.08 µ s, nhưng thực tế, độ trễ bình thường của một trạm là khoảng 1µ s cho mỗi trạm. Ví dụ 3.1 Giả định rằng độ trễ do lan truyền tín hiệu là 5.085 µ s/1 km, chúng ta sẽ tìm được độ trễ của vo ̀ng trong các cấu hình mạng sau, giả định với tốc độ bit là 100 Mbps. (a) 2 km với 20 trạm (b) 20 km với 200 trạm (c)100 km với 500 trạm Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 34Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Độ trễ của vòng T l = độ trễ do lan truyền tín hiệu T p + N * độ trễ của trạm T s trong đó N là số trạm. (a) T l = 2*5.085 + 20*1 = 30.17 µ s hoặc 3017 bit (b) T l = 20*5.085 + 200*1 = 301.7 µ s hoặc 30170 bit (c) T l = 100*5.085 + 500*1 = 1008.5 µ s hoặc 100850 bit Chú ý rằng kết quả trên đạt được với giả định là chỉ có vòng chính được sử dụng. Nếu lỗi xảy ra và vòng kép nhập vào thành vòng đơn, thì độ trễ do lan truyền tín hiệu sẽ tăng gấp đôi và độ trễ của các trạm DAS sẽ tăng gấp đôi. 3.6 Định dạng gói tin và thẻ bài Hình 3.13 Định dạng của gói tin và thẻ bài Trong hình 3.13 đưa ra định dạng của gói tin và thẻ bài. Chuẩn định nghĩa đơn vị của định dạng này là từ mã 4 bit. Nguyên nhân là do giao diện vật lý, dữ liệu được mã hoá từng 4 bit một. Một gói tin như trên hình 3.13 bao gồm các trường sau: ƒ Preamble. Đồng bộ hoá gói tin với đồng hồ của mỗi trạm. Gói tin nguyên thuỷ sử dụng 16 kí tự điều khiển IDLE (64 bit) cho trường này, các trạm lặp lại sau có thể thay đổi độ dài của trường này cho phù hợp với yêu cầu của đồng hô ̀. ƒ Starting delimiter (SD). Xác định điểm bắt đầu của gói tin. Nó bao gồm hai kí tự điều khiển J và K. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 35Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN ƒ Frame control (FC). Có định dạng bit như sau: CLFFZZZZ, trong đó C xác định xem gói tin này là đồng bộ hay không đồng bộ; L cho biết địa chỉ sử dụng là 16 hay 48 bit; FF xác định đây có phải là gói tin điều khiển LLC, điều khiển MAC, hay là gói tin thông thường. Nếu gói tin là gói tin điều khiển thì 4 bit sau cùng để xác định kiểu của nó. ƒ Destination address (DA). Xác định trạm mà gói tin hướng đến. Nó có thể là một địa chi vật lý đơn lẻ, một địa chỉ nhóm broadcast, hoặc một địa chỉ broadcast. Vòng có thể chứa hô ̃n hợp địa chỉ 16 bit và địa chỉ 48 bit. ƒ Source address (SA). Xác định trạm gửi gói tin. ƒ Information. Chứa đơn vị dữ liệu tầng LLC hoặc thông tin liên quan đến thao tác điều khiển. ƒ Frame check sequence (FCS). Kiểm tra tình trạng dư thừa của vòng 32 bit, dựa trên cơ sở các trường FC, DA, SA và trường thông tin. ƒ Ending delimiter (ED). Chứa kí tự điều khiển T, đánh dấu phần cuối của gói tin. ƒ Frame status (FS). Chứa chỉ báo E – phát hiện ra lỗi, chỉ báo A – địa chỉ được công nhận, chỉ báo C – gói tin được copy. Mỗi một chỉ báo được biểu diễn bởi một kí tự điều khiển, trong đó R là “reset” hay “false”, còn S là “set” hay “true”. Khi gói tin được truyền, mỗi trạm trên vòng có thể kiểm tra các bit truyền qua và có thể gán chỉ báo E nếu phát hiện lỗi. Nếu một trạm xác định gói tin được truyền cho mình, nó sẽ gán chỉ báo A cho trường này, nếu nó copy lại nội dung gói tin, nó sẽ gán chỉ báo C cho trường này. Các trường hợp trên đã cho phép trạm nguồn sau khi loại bỏ gói tin của mình ra khỏi vòng có thể xác định được các trường hợp sau: ƒ Gói tin có bị lỗi hay không. ƒ Có tìm thấy trạm đích hay không. ƒ Gói tin có được copy hay không. Thẻ bài bao gồm các trường sau Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 36Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN ƒ Preamble. Như trên ƒ Starting delimiter. Như trên ƒ Frame control (FC). Có định dạng bit là 10000000 hoặc 11000000 để xác định đây là thẻ bài. ƒ Ending delimiter (ED). Bao gồm một cặp kí tự điều khiển T để kết thúc thẻ bài. 3.7 Sự truyền và nhận gói tin Do thời gian trễ của mạng token ring cơ bản ít, nên một trạm sau khi bắt đầu truyền một gói tin có thể đợi cho đến khi nhận được trường FS tại đuôi gói tin trước khi truyền một thẻ bài mới mà không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả của vòng. Tuy nhiên, với ví dụ 3.1, chúng ta có thể suy luận rằng nếu nếu áp dụng phương pháp trên vào mạng FDDI thì hiệu quả của mạng sẽ bị giảm đáng kể do độ trễ của mạng. Bởi vậy, với vòng FDDI, giao thức thả thẻ bài sớm được sử dụng, nghĩa là thẻ bài được truyền ngay lập tức sau khi trạm truyền trường FS ở đuôi gói tin. Trạm sẽ truyền kí tự IDLE sau khi truyền thẻ bài cho đến khi nó nhận được kí tự SD biểu thị điểm bắt đầu của một gói tin hoặc thẻ bài. Hình 3.14 đưa ra một ví dụ của hoạt động của vòng. Sau khi trạm A nắm được thẻ bài, nó sẽ truyền gói tin F1, và ngay lập tức truyền thẻ bài mới. F1 được gửi đến trạm C, trạm C sẽ copy gói tin này ngay khi nó chạy qua. Gói tin này cuối cùng sẽ quay lại trạm A và bị huỷ bỏ tại đây. Trong lúc ấy, trạm B nắm được thẻ bài và truyền gói tin F2 và ngay sau đó là thẻ bài. Các hoạt động này sẽ được lặp lại vô hạn lần, nên gây ra tại một thời điểm có nhiều gói tin di chuyển trên vòng. Như chúng ta thấy, với một mạng token ring cơ bản thì trạm nguồn sẽ xoá một gói tin sau khi gói tin đi được một vòng. Tuy nhiên, với phương pháp truyền và nhận gói tin trong mạng FDDI như trên thì tại một thời điểm có thể có nhiều hơn một gói tin được truyền trên vòng. Mặc dù không được chỉ ra trên hình 3.14 nhưng giao diện của vòng phải chuyển tiếp 3 trường SD, FC và DA trước khi nó so sánh trường SA với địa chỉ của nó để xác định xem gói tin ấy có phải của nó không. Kết quả là một hoặc nhiều phân mảnh gói tin (bao gồm 3 trường SD, FC, DA) được truyền trên vòng. Vì vậy mà khi một trạm nhận thẻ bài và bắt đầu truyền các gói tin thì đồng thời có trách nhiệm nhận và loại bỏ bất cứ phân mảnh gói tin nào đang được truyền trên vòng. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 37Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.14 Ví dụ về hoạt động của vòng FDDI 3.8 Giao thức timed token rotation Không giống như giao thức điều khiển truyền của mạng token ring cơ bản, mạng FDDI sử dụng cùng một nguyên lý với mạng bus token. Đấy là giao thức Timed token rotation được điều khiển dựa trên cơ sở là một tham số được xác định trước gọi là TTRT (target token rotation time). Giao thức timed token rotation đảm bảo sự truy cập công bằng giữa các trạm trên vòng và các trạm trên vòng đều có cùng một mức ưu tiên. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 38Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Ở đây ta chỉ xét các trạm chỉ truyền dữ liệu không đồng bộ. Việc truyền dữ liệu đồng bộ sẽ được đề cập chi tiết trong phần sau. 3.8.1 Các tham số của giao thức Giao thức timed token rotation sử dụng các tham số và các biến sau: ƒ TTRT (target token rotation time). Khi mạng khởi tạo, giá trị TTRT được xác định, giá trị này thể hiện giá trị mong đợi của thời gian quay một vòng quanh mạng của thẻ bài. TTRT được chọn đủ nhỏ để đáp ứng yêu cầu thời gian hồi đáp của các gói tin trong tất cả các nốt trên mạng. ƒ TRT i (Token Rotation timer của trạm i). Biến này biểu diễn thời gian lớn nhất mà một trạm có thể truyền gói tin không đồng bộ khi trạm i nhận được thẻ bài. Khi trạm nhận được thẻ bài, nếu là thẻ bài muộn thì nó sẽ không được truyền dữ liệu không đồng bộ, còn nếu là thẻ bài sớm thì nó có thể truyền dữ liệu không đồng bộ cho đến khi giá trị TRT hết hiệu lực (bằng 0). ƒ THT i (Token Holding timer của trạm i). Biến này dùng để điều khiển lượng thời gian mà trạm i có thể sử dụng để truyền dữ liệu không đồng bộ. ƒ LC i (Late Counter của trạm i). Biến này dùng để đếm số lần TRT i bị hết hạn kể đến trước đó của thẻ bài. 3.8.2 Các ràng buộc và hoạt động của giao thức Sau khi vòng được khởi tạo, các tham số sau được khởi tạo ở tất cả các nốt: ƒ THT i := 0 ƒ LC i := 0 ƒ TRT i := TTRT Giá trị TRT i luôn đếm giảm xuống. Nếu giảm về 0, thì các thao tác sau sẽ được thực thi: ƒ TRT i := TTRT ƒ LC i := LC i + 1 Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 39Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Giá trị LC i tăng lên một đơn vị mỗi khi giá trị TRT i giảm về 0, sau đó giá trị TRT i lại tiếp tục quá trình đếm giảm. Bình thường, nếu giá trị LC i vượt quá 1 (xác định có lỗi xảy ra) thì quá trình khôi phục vòng sẽ được khởi tạo. Khi một trạm nhận được thẻ bài, nếu LC i = 0 thì thẻ bài đó là thẻ bài sớm (early token), nếu LC i > 0 thì thẻ bài đó là thẻ bài muộn (late token). Khi một thẻ bài sớm đến nốt i, các thao tác sau được thực thi: ƒ THT i := TRT i ƒ TRT i := TTRT ƒ Trạm bắt đầu đếm giảm giá trị THT i đồng thời truyền các gói tin không đồng bộ. Quá trình này có thể kéo dài chừng nào THT i > 0. ƒ Sau khi THT i hết hiệu lực hoặc trạm không còn gói tin để truyền, trạm sẽ phát ra thẻ bài mới. Khi một thẻ bài muộn đến nốt i, các thao tác sau được thực thi: ƒ LC i := 0 ƒ Trạm giải phóng thẻ bài Chú ý rằng khi nhận thẻ bài muộn, giá trị TRT i không được khởi tạo lại và không có gói tin không đồng bộ nào được truyền. Ví dụ 3.2 Một ví dụ của giao thức Timed token rotation khi truyền giữ liệu không đồng bộ. Hình 3.15 đưa ra đồ thị thời gian của các sự kiện trong trường hợp có ba trạm hoạt động trong mạng FDDI. Ba trạm đó là S1, S2 và S3. Thời gian được biểu diễn theo chiều thẳng đứng, thẻ bài được biểu diễn bằng đường ngang đậm, và việc truyền gói tin được biểu diễn bằng đường chấm nối giữa các điểm thời gian. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 40Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.15 Đồ thị thời gian của các sự kiện với ba trạm hoạt động trong FDDI Giả định rằng các trạm đều không có gói tin cần truyền trong khoảng thời gian t = T l (ở đây, T l là độ trễ của vòng). Sau khoảng thời gian T l , cả ba trạm đều bị bùng nổ gói tin cần được truyền. Một chuỗi các sự kiện diễn ra như sau: 1. t = 0: Trạm S1 nhận được thẻ bài và khởi tạo lại giá trị TRT vì nó không có gói tin cần truyền và thẻ bài được truyền đến trạm tiếp theo. 2. t = t 12 : Trạm S2 nhận được thẻ bài và khởi tạo lại giá trị TRT. Ở đây t12 là độ trễ do lan truyền tín hiệu từ trạm S1 đến S2. 3. t = t 13 : Trạm S2 nhận được thẻ bài và khởi tạo lại giá trị TRT. Ở đây t13 là độ trễ do lan truyền tín hiệu từ trạm S1 đến S2. 4. t = T l : Trạm S1 nhận được thẻ bài. Lúc này, nó có yêu cầu truyền gói tin. Nó giữ lấy gói tin và nhận thấy giá trị của TRT của nó là TTRT - T l , giá trị LC của nó là 0. Vì thế nó gán THT := TRT, TRT := TTRT và giữ lấy thẻ bài để truyền trong khoảng thời gian là TTRT - T l để truyền các gói tin. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 41Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN 5. t = TTRT: Giá trị THT tại trạm S1 đã hết hiệu lực. Trạm S1 thả thẻ bài. 6. t = TTRT + t12 : Trạm S2 nhận được thẻ bài. Lần nhận thẻ bài trước đó là tại thời điểm t = t12 . Vậy thời gian kể từ lần nhận thẻ bài trước đến lần nhận thẻ bài này là TTRT, vì vậy, giá trị TRT của S2 tại thời điểm này là TTRT và giá trị LC là 1. Trạm S2 nhận thấy không thể truyền gói tin đi được. Vì thế nó gán giá trị LC của nó về 0 và thả thẻ bài. 7. t = TTRT + t13 : Trạm S3 nhận được thẻ bài. Lần nhận thẻ bài trước đó là tại thời điểm t = t13 . Vậy thời gian kể từ lần nhận thẻ bài trước đến lần nhận thẻ bài này là TTRT, vì vậy, giá trị TRT của S3 tại thời điểm này là TTRT và giá trị LC là 1. Trạm S3 nhận thấy không thể truyền gói tin đi được. Vì thế nó gán giá trị LC của nó về 0 và thả thẻ bài. 8. t = TTRT + T l : Trạm S1 nhận được thẻ bài. Lần nhận thẻ bài trước đó là tại thời điểm t = T l . Vậy thời gian kể từ lần nhận thẻ bài trước đến lần nhận thẻ bài này là TTRT, vì vậy, giá trị TRT của S1 tại thời điểm này là TTRT và giá trị LC là 1. Trạm S1 nhận thấy không thể truyền gói tin đi được. Vì thế nó gán giá trị LC của nó về 0 và thả thẻ bài. 9. t = TTRT + T l + t 12 : Trạm S2 nhận được thẻ bài. Lúc này, nó có yêu cầu truyền gói tin. Nó giữ lấy gói tin và nhận thấy giá trị của TRT của nó là TTRT - T l , giá trị LC của nó là 0. Vì thế nó gán THT := TRT, TRT := TTRT và giữ lấy thẻ bài để truyền trong khoảng thời gian là TTRT - T l để truyền các gói tin. Nó ngừng truyền tại thời điểm t = TTRT + T l + t 12 + (TTRT - T l ) và thả thẻ bài. 11. t = 2*TTRT + t 13 : Trạm S3 nhận được thẻ bài, thẻ bài này là thẻ bài muộn nên nó sẽ thả thẻ bài. 12. t = 2*TTRT + T l : Trạm S1 nhận được thẻ bài, thẻ bài này là thẻ bài muộn nên nó sẽ thả thẻ bài. 13. t = 2*TTRT + T l + t 12 : Trạm S2 nhận được thẻ bài, thẻ bài này là thẻ bài muộn nên nó sẽ thả thẻ bài. 14. t = 2*TTRT + T l + t 13 : Trạm S3 nhận được thẻ bài. Lúc này, nó có yêu cầu truyền gói tin. Nó giữ lấy gói tin và nhận thấy giá trị của TRT của nó là TTRT - T l , giá Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 42Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN trị LC của nó là 0. Vì thế nó gán THT := TRT, TRT := TTRT và giữ lấy thẻ bài để truyền trong khoảng thời gian là TTRT - T l để truyền các gói tin. Nó ngừng truyền tại thời điểm t = 2*TTRT + T l + t 13 + (TTRT - T l ) và thả thẻ bài. 19. t = 3*TTRT + 2*T l : trạm S1 nhận lấy thẻ bài và bắt đầu lặp lại kể từ sự kiện thứ 4. 3.9 Hiệu suất của giao thức Timed token rotation 3.9.1 Lập biểu thức tính hiệu suất Có hai đơn vị đo hiệu suất quan trọng thường được dùng cho các loại mạng chia sẻ môi trường truyền (shared-medium network): thông lượng đạt được cực đại và độ trễ truy cập lớn nhất. Cả hai đơn vị này đều chịu nhiều ảnh hưởng của thuật toán ở tầng MAC, thuật toán này được sử dụng dùng để chia sẻ khả năng truyền giữa các trạm trong mạng. Như chúng ta đã đề cập ở trên, đối với FDDI, thuật toán này dựa trên cơ sở sử dụng thẻ bài và giao thức timed token protocol. Tham số quan trọng liên quan đến giao thức này là TTRT, đây là một giá trị được định trước và có chung giá trị trong các trạm. Việc đánh giá ảnh hưởng của tham số TTRT đối với thông lượng đạt được và độ trễ là quan trọng. Mặc dù thông lượng chuẩn của FDDI là 100Mbps, nhưng vì độ trễ của vòng và cơ chế điều khiển truy cập nên thông lượng đạt được cực đại nhỏ hơn giá trị này. Chúng ta có thể tính toán được thông lượng cực đại đạt được bằng cách đề cập đến kịch bản thực thi như trong ví dụ 3.2 phía trên. Trong ví dụ đấy, trạm thứ nhất khi nhận được thẻ bài đã truyền một tập hợp các gói tin cho tới khi THT hết hiệu lực, sau đó mới giải phóng thẻ bài. Tất cả các trạm trong vòng bị ngăn chặn không được truyền bất cứ gói tin nào trong lượt quay đó của thẻ bài. Việc này kết thúc khi mà thẻ bài đến được trạm tiếp theo trong vòng quay thứ hai, khi đó, việc truyền tập hợp gói tin mới được diễn ra lần thứ hai trong vòng. Bởi vì thế, thời gian truyền bị mất trong suốt vòng quay của thẻ bài bao gồm ba phần: thời gian trạm thứ nhất truyền các gói tin, độ trễ của vòng khi thẻ bài truyền trong vòng và thời gian thẻ bài đến được trạm thứ hai. Chúng ta có thể biểu diễn sự hiệu suất cực đại của mạng U max như sau: U max = )/()( nTTTTTTRT TTTRT ltll l +++− − = tll l TTnTTTRTn TTTRTn +++− − )1()( )( Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 43Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Trong đó, TTRT là tham số target token rotation time, T l là độ trễ của vòng, T t là thời gian để truyền thẻ bài và n là số lượng các trạm trên vòng. Trong thực tế, giá trị TTRT lớn hơn rất nhiều so với T t , nên hiệu suất cực đại được tính gần đúng như sau: U max = l l TnTTRT TTTRTn + − )( Chúng ta có thể kết luận rằng, để đạt được hiệu suất vòng cao, chúng ta phải lựa chọn giá trị TTRT lớn hơn nhiều so với độ trễ của vòng. Thêm vào đó, giá trị TTRT được chọn phải cho phép một gói tin có kích thước cực đại có mặt trên vòng. Kích thước tối đa của một gói tin là 4500byte, cần 0.36ms để truyền ở tốc độ 100Mbps. Độ trễ của vòng cực đại (trong ví dụ 7.3) khi mà vòng thức hai được sử dụng và 500 trạm được kết nối kép, giá trị bằng 1.773 ms. Vì thế, giá trị TTRT nhỏ nhất có thể được là 2.13 ms. Trên thực tế, để cho phép có một số dư an toàn, thì giá trị TTRT nhỏ nhất theo chuẩn là 4ms. Nếu số lượng các trạm hoạt động tăng lên, hiệu suất sẽ tăng lên. Nếu số lượng các trạm tăng lên đến vô cùng thì hiệu suất cực đại tính gần đúng là: U max = 1 - TTRT Tl Độ trễ truy cập được định nghĩa như là thời gian trễ kể từ khi gói tin được yêu cầu phát ở trạm nguồn đến khi nó được phân phát trong vòng đến trạm đích. Vì thế, độ trễ truy cập bao gồm khoảng thời gian sử dụng để chờ đợi trong hàng đợi tại trạm nguồn cho đến khi thẻ bài có thể sử dụng được (thẻ bài sớm) đến trạm đấy. Điều này có ý nghĩa chỉ khi mà tải của mạng nhỏ hơn thông lượng đạt được cực đại cu ̉a vòng, nếu không thì hàng đợi của các trạm sẽ liên tục được làm đầy lên và độ trễ truy cập sẽ tăng lên rất nhiều. Cung cấp một tải đề nghị nhỏ hơn thông lượng đạt được cực đại, độ trễ truy cập cực đại (trong trường hợp xấu nhất) sẽ được suy ra từ ví dụ 3.2 ở phía trên. Giả thiết rằng tất cả các trạm nhận tập hợp các gói tin tại hàng đợi giao diện vòng của chúng đồng thời chúng tận dụng tất cả phần TTRT còn lại cho mỗi vòng quay của thẻ bài. Giả thiết rằng trạm thứ nhất là trạm đầu tiên có thể truyền gói tin, độ trễ truy cập cực đại sẽ được tính khi mà trạm cuối cùng của vòng, trạm thứ ba nhận được thẻ bài có thể sử Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 44Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN dụng được tại vòng quay thứ ba của thẻ bài. Giả thiết nếu như các gói tin trong hàng đợi của giao diện mạng của trạm thứ ba đều có địa chỉ đích là trạm thứ hai, thì độ trễ do lan truyền trên mạng trên sẽ bằng độ trễ của vòng. Biểu thức thông thường để tính toán độ trễ truy cập cực đại của vòng FDDI: A max được đưa ra như sau: A max = (n - 1)(TTRT - T l ) + nT l + T l = (n – 1)TTRT + 2T l Trong đó A max là thời gian trong trường hợp xấu nhất để gói tin đến được trạm đích. Rõ ràng, khi độ trễ của vòng được cố định theo cấu hình của vòng, thì giá trị TTRT tăng sẽ kéo theo độ trễ truy cập cực đại tăng. Nhưng như chúng ta sẽ thấy trong phần sau (đánh giá hiệu suất), ngoại trừ trường hợp cấu hình mạng cực đại, thông lượng đạt được lớn nhất của vòng FDDI có thể chấp nhận được với giá trị TTRT tương đối nhỏ (< 10 ms). Vì vậy, mặc dù giá trị chuẩn lớn nhất của TTRT là 165 ms, nhưng giá trị của TTRT thông thường nhỏ hơn rất nhiều. 3.9.2 Đánh giá ảnh hưởng của TTRT lên các giá trị hiệu suất Trước hết ta định nghĩa ba cấu hình mạng sẽ sử dụng để đánh giá ƒ Typical (trường hợp điển hình): 20 trạm đơn gắn vào vòng FDDI đường kính 4 km. Cấu hình này tương đối giống với cấu hình vòng điển hình, nhưng trong thực tế thì không như vậy. ƒ Big (mạng lớn): 100 trạm đơn gắn vào vòng FDDI đường kính 20 km. Càng nhiều trạm được gắn vào vòng thì sẽ làm tăng tốc độ lỗi bit. Tuy nhiên, ở đây ta giả định việc truyền dữ liệu là đáng tin cậy. ƒ Largest (mạng lớn nhất): 500 trạm kết nối kép gắn vào vòng có đường kính 200 km. Đây là cấu hình mạng mạng cực đại, tình huống này xảy ra khi mạng (500 DAS nối với vòng kép 100 km) bị lỗi và hai vòng nhập lại làm một. Vì vậy, mạng sẽ bao gồm 1000 MACs. Hình 3.16 cho thấy, với cả ba cấu hình, khi mà giá trị TTRT tăng thì hiệu suất đạt được cực đại sẽ tăng. Khi giá trị TTRT càng gần với độ trễ của vòng thì hiệu suất đạt được cực đại sẽ rất nhỏ. Đây là một lý do tại sao giá trị nhỏ nhất của TTRT trong FDDI là 4 ms. Tuy nhiên ta nên chú ý một điều là lợi ích của việc tăng TTRT (độ dốc của đồ thị) giảm khi TTRT tăng, đặc biệt là sau điểm uốn thì độ dốc giảm mạnh. Vị trí Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 45Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN xuất hiện của điểm uốn tuỳ thuộc vào cấu hình, cấu hình càng lớn thì giá trị TTRT mà điểm uốn xuất hiện càng lớn. Tuy nhiên, với cấu hình largest, thì điểm uốn xuất hiện trong khoảng 6 -> 8 ms.Với cấu hình typical thì sự thay đổi của TTRT hầu như không ảnh hưởng gì đến hiệu suất đạt được cực đại. Hình 3.16 Ảnh hưởng của TTRT lên hiệu suất đạt được cực đại Hình 3.17 cho thấy, trong cả ba cấu hình thì độ trễ truy cập cực đại tăng lên khi TTRT tăng. Với cấu hình mạng largest, khi TTRT đạt đến giá trị 165 ms thì độ trễ truy cập cực đại có thể lên đến 165 giây. Điều đó có nghĩa là với cấu hình mạng cực đại thì trong trường hợp xấu nhất, một trạm có thể phải đợi vài phút để có thể truyền. Với rất nhiều ứng dụng thì điều này là không thể chấp nhận được. Vì thế có thể khắc phục bằng cách giảm số trạm đi hoặc giảm giá trị TTRT xuống. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 46Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.17 ảnh hưởng của TTRT lên độ trễ truy cập cực đại Bảng 3.1 Bảng các giá trị độ trễ truy cập lớn nhất và hiệu suất đạt được cực đại phụ thuộc vào giá trị của TTRT. Độ trễ truy cập cực đại (s) Hiệu suất đạt được cực đại TTRT (ms) Typical Big Largest Typical Big Largest 4 0.08 0.40 4.00 98.94 71.87 49.55 8 0.15 0.79 8.00 99.47 85.92 74.77 12 0.23 1.19 11.99 99.65 90.61 83.18 16 0.30 1.59 15.99 99.74 92.95 87.38 20 0.38 1.98 19.98 99.79 94.36 89.91 165 3.14 16.34 164.84 99.97 99.32 98.78 Như chúng ta đã thấy ở bảng 3.1, giá trị TTRT lớn sẽ kéo theo hiệu suất đạt được sẽ tăng đồng thời làm tăng độ trễ truy cập. Vì thế phải chọn giá trị TTRT sao cho cân bằng giữa hai điều kiện này. Bảng trên chỉ ra độ đo của hai tham số này trong cả ba cấu hình mạng. Và ta nhận thấy với giá trị của TTRT là 8 ms thì hiệu suất của cả ba cấu hình mạng có thể đạt tới gần 80% và hơn thế, còn độ trễ truy cập cực đại nhỏ hơn 1 giây đối với cấu hình Big. Vì thế, 8 ms được đề nghị là giá trị mặc định của TTRT. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 47Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN 3.9.3 Ảnh hưởng của độ dài của cáp lên các giá trị hiệu suất Độ dài của cáp thay đổi làm thay đổi độ trễ của vòng T l , và vì thế làm thay đổi các giá trị hiệu suất của mạng. Hình 3.18 và 3.19 chỉ ra sự thay đổi này. Ta nhận thấy tổng độ dài cáp tăng sẽ khiến cho hiệu suất đạt được của mạng giảm đồng thời làm tăng nhẹ độ trễ truy cập cực đại. Hình 3.18 Ảnh hưởng của độ dài dây đối với hiệu suât đạt được cực đại Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 48Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.19 Ảnh hưởng của độ dài dây đối với độ trễ truy cập cực đại 3.9.4 Ảnh hưởng của số lượng trạm lên các giá trị hiệu suất Ta xét mạng FDDI có mô hình vật lý là hình sao với bán kính từ trạm đến trung tâm là Radius. Vì thế tổng độ dài cáp mạng là 2*Radius*số trạm Tổng số trạm là tổng các trạm hoạt động và các trạm không hoạt động. Thông thường tăng số lượng các trạm sẽ làm tăng độ dài dây vì thế làm tăng tổng độ trễ do đường truyền và tổng độ trễ do các trạm, kéo theo tăng độ trễ của vòng. Hình 3.20 và 3.21 chỉ ra ảnh hưởng của nó tới hiệu suất đạt được và độ trễ truy cập lớn nhất. Như chúng ta thấy, việc tăng số lượng trạm trên vòng sẽ kéo theo sự giảm của hiệu suất đạt được và sự tăng của độ trễ truy cập lớn nhất. Một vấn đề khác khi có nhiều trạm trên vòng là sự tăng của tốc độ lỗi bit. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 49Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.20 Ảnh hưởng của tổng số trạm lên hiệu suất đạt được Hình 3.21 Ảnh hưởng của tổng số trạm lên độ trễ truy cập cực đại Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 50Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN 3.9.5 Ảnh hưởng của số lượng trạm hoạt động lên các giá trị hiệu suất Khi số các trạm hoạt động trên mạng tăng sẽ kéo theo tải của mạng tăng lên. Hình 3.22 và 3.23 chỉ ra ảnh hưởng của nó lên các giá trị hiệu suất. Như chúng ta thấy, khi tăng số lượng các trạm hoạt động trong mạng lên sẽ kéo theo việc tăng hiệu suất đạt được và tăng thời gian truy cập lớn nhất. Hình 3.22 Ảnh hưởng của số lượng các trạm hoạt động lên hiệu suất đạt được Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 51Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN . Hình 3.23 Ảnh hưởng của số lượng các trạm hoạt động lên độ trễ truy cập cực đại 3.10 Dữ liệu đồng bộ Giao thức timed token protocol đảm bảo rằng các trạm đạt được việc truy cập vòng một cách công bằng với quyền ưu tiên ngang nhau. Trong trường hợp này, quyền ưu tiên ngang nhau ứng với các gói tin kiểu văn bản, kiểu file, thư điện tử và trong một vài sự giao dịch khác. Các gói tin như vậy được khởi tạo trong những khoảng thời gian ngẫu nhiên, nên chúng được gọi là gói tin dữ liệu không đồng bộ. Ngoài trường hợp dữ liệu không đồng bộ, chuẩn FDDI còn bao gồm một dịch vụ tuỳ chọn cho phép truyền dữ liệu đồng bộ. Dữ liệu đồng bộ là dữ liệu nhạy cảm về mặt thời gian và vì thế nên nó phải được truyền trong một khoảng thời gian cực đại an toàn. Ví dụ là một tập hợp gói tin bao gồm các khối mẫu liên tục của âm thanh, mẫu âm thanh điện tử được phát ra trong các khoảng thời gian đều nhau là 125 µ s và vì thế nó yêu cầu các gói tin kiểu này phải được truyền trong một khoảng thời gian nào đó để bên nhận nhận được gói tin trước 125 µ s. Để hỗ trợ dữ liệu đồng bộ, mỗi trạm này sẽ được xác định một phần băng thông cố định. Giá trị này là SAT (Synchronous Allocation Time) và định nghĩa lượng thời gian lớn nhất cho một trạm để truyền dữ liệu đồng bộ mỗi khi nhận được thẻ bài. Dữ Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 52Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN liệu đồng bộ không được điều khiển bởi giao thức timed token rotation, thay vào đó, sự phân phát băng thông của vòng cho các trạm riêng biệt được điều khiển bởi trạm quản lý vòng. Giản đồ này được chỉ ra trong hình 3.24. Hình 3.24 Mô hình dàn xếp giữ liệu đồng bộ Các trạm có nhu cầu truyền dữ liệu đồng bộ sẽ gửi yêu cầu đến trạm quản lý vòng. Nếu vẫn còn băng thông rỗi cho dữ liệu đồng bộ, thì trạm này sẽ xác định khoảng băng thông để truyền dữ liệu đồng bộ rồi gửi lại. Không phải tất cả các trạm đều cung cấp dịch vụ dữ liệu đồng bộ và không phải trạm nào cũng sử dụng hết phần băng thông dành cho dữ liệu đồng bộ của mình. Để thực hiện quá trình trên, mỗi trạm phải có khả năng kết nối với trạm quản lý mạng. Điều này có thể đạt được bằng cách mỗi trạm có một đơn vị quản lý riêng của nó được gọi là đơn vị quản lý trạm (SMT - station management), nó như là một đại lý dùng để liên lạc với trạm quản lý vòng theo cách thông thường, tức là sử dụng giao thức đã được định nghĩa phía trên. Cấu trúc giao thức trạm được chỉ ra trong hình 3.25. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 53Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.25 Cấu trúc giao thức trạm trong FDDI Ngoài chức năng dàn xếp lượng dữ liệu đồng bộ được truyền, SMT còn được sử dụng để xác định giá trị TTRT của mạng. Nhớ lại rằng giá trị TTRT của mạng có giá trị nhỏ nhất là 4 ms và lớn nhất là 165 ms. Trong thực tế, giá trị TTRT được xác định tại trạm quản lý vòng. Nếu một trạm yêu cầu một giá trị khác với giá trị TTRT của mạng hiện thời, nó có thể đưa ra cho trạm quản lý mạng để yêu cầu cài đặt giá trị TTRT mới. Nếu giá trị mới được đồng ý, giá trị này sẽ được tải đến từng trạm bằng cách sử dụng giao thức quản lý trạm. Để chắc chắn rằng thẻ bài được nhận bởi từng trạm mà có hỗ trợ dịch vụ dữ liệu đồng bộ trong một khoảng thời gian cực đại an toàn, trạm quản lý mạng phải giữ một bản ghi các khoảng thời gian chỉ định cho dữ liệu đồng bộ ứng với từng trạm. Tổng các khoảng thời gian này không được lớn hơn giá trị TTRT, giá trị được dùng để điều khiển việc truyền gói tin dữ liệu không đồng bộ. Nhớ lại rằng TTRT xác định thời gian cực đại để gói tin quay một vòng mạng khi truyền dữ liệu không đồng bộ. Vì thế, khi mà tổng băng thông dùng để truyền dữ liệu đồng bộ gần bằng TTRT thì thời gian lớn nhất để trạm nhận được thẻ bài kể từ lần nhận thẻ bài trước là hai lần TTRT. Khi một trạm hỗ trợ cả dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ, khi nhận được thẻ bài, đầu tiên trạm sẽ truyền bất cứ dữ liệu đồng bộ nào trong giới hạn thời gian dành Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 54Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN cho dữ liệu đồng bộ. Trong suốt quá trình đó, giá trị TRT của nó sẽ không thay đổi. Sau đó, trạm có thể truyền dữ liệu không đồng bộ theo cách thông thường. Chú ý rằng ở trên chúng ta đề cập tới thời gian quay một vòng của thẻ bài khi có truyền dữ liệu đồng bộ, tức là thời gian giữa hai lần truyền dữ liệu đồng bộ tại một trạm có thể lên đến hai lần TTRT. Tuy nhiên, nếu tải của dữ liệu không đồng bộ thấp thì thời gian này có thể giảm một nửa. Hơn nữa, nếu lượng dữ liệu đồng bộ thực sự được truyền trong một vòng quay của thẻ bài nhỏ hơn giá trị lớn nhất có thể, thì thời gian lớn nhất này có thể được giảm xuống. Điều này có nghĩa là khoảng thời gian thực sự của một vòng quay của thẻ bài có thể biến đổi từ giá trị nhỏ nhất có thể đến giá trị lớn nhất. Trong các dữ liệu đồng bộ chỉ yêu cầu về thời gian truy cập cực đại thì không bị ảnh hưởng bởi vấn đề này. Còn đối với loại dữ liệu yêu cầu phát ra tại các khoảng thời gian liên tục thì đây là một vấn đề nghiêm trọng. Dạng của dữ liệu kiểu này được biết như là dữ liệu đẳng thời (isochronous data) và bao gồm âm thanh và video. Đặc trưng của dữ liệu loại này là nó không chỉ nhạy cảm về mặt độ trễ mà còn nhạy cảm về sự biến đổi hay sự thăng giáng của độ trễ. Sự thăng giáng độ trễ này là hạn chế trong việc sử dụng mạng FDDI đối với kiểu dữ liệu này. Ví dụ 3.3 Ví dụ về việc truyền dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ trong giao thức MAC của mạng FDDI. Các giả thiết về cấu hình mạng: ƒ Mạng có 4 trạm đều hỗ trợ truyền dữ liệu đồng bộ ƒ Kích thước các gói tin (đồng bộ và không đồng bộ) giống nhau . ƒ TTRT = thời gian phát 100 gói tin ƒ SA i = thời gian truyền 20 gói tin ƒ Tất cả các trạm đều tận dụng tất cả thời gian có thể để truyền dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ. ƒ Thời gian để thẻ bài đi một vòng mạng bằng thời gian phát 4 gói tin. Tức là thời gian đi từ một trạm đến trạm kế tiếp bằng thời gian phát một gói tin. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 55Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN ƒ Tại vòng quay đầu tiên của thẻ bài, không có trạm nào truyền dữ liệu (kể cả dữ liệu đồng bộ hoặc không đồng bộ). Hình 3.24 đưa ra thời điểm thẻ bài đến các trạm, giá trị TRT, và lượng dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ được truyền tại thời điểm đó (chú ý, tại cột TRT, nếu giá trị có dấu * nghĩa là LC = 1). Hình 3.24 Thời điểm thẻ bài đến các trạm, giá trị TRT, và lượng dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ được truyền Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 56Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN 3.11 Các quy tắc để cài đặt TTRT ƒ Với việc hỗ trợ dữ liệu đồng bộ, thời gian thẻ bài đi hết một vòng có thể kéo dài bằng hai lần TTRT. Vì thế, một trạm có thể không nhận được thẻ bài trong khoảng thời gian 2*TTRT. Vì thế, một trạm hỗ trợ dữ liệu đồng bộ nên yêu cầu giá trị TTRT bằng một nửa khoảng thời gian mà dịch vụ dữ liệu đồng bộ yêu cầu. Ví dụ một trạm âm thanh cần truyền dữ liệu trong khoảng 20 ms thì nó yêu cầu TTRT là 10ms. ƒ TTRT phải đủ lớn để truyền một gói tin với kích thước tối đa cộng với tổng thời gian truyền dữ liệu đồng bộ. ƒ TTRT ≥ đô ̣ trễ của vòng + thời gian phát thẻ bài + thời gian truyền gói tin kích thước lớn nhất + tổng thời gian truyền dữ liệu đồng bộ. ƒ Kích thước gói tin lớn nhất trong FDDI là 4500 byte (0.36 ms), độ trễ vòng lớn nhất là 1.773 ms, thời gian phát gói tin (11 byte với 8 byte preamble) là 0.00088 ms. Theo luật trên, giá trị TTRT phải lớn hơn 2.13 cộng với tổng thời gian truyền dữ liệu đồng bộ. ƒ Không có trạm nào yêu cầu giá trị TTRT nhỏ hơn T_min. Giá trị T_min mặc định là 4 ms. ƒ Không có trạm nào yêu cầu giá trị TTRT lớn hơn T_max. giá trị T_max mặc định là 165 ms. Ngoài ra, giá trị TTRT cần được chọn sao cho hiệu suất của vòng đạt được là tốt nhất. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 57Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Kết luận 4.1 Tóm tắt khóa luận Chương đầu tiên của khóa luận cho chúng ta cái nhìn tổng quan về lịch sử của chuẩn Ethernet và các nguyên nhân và động lực dẫn đến việc hình thành chuẩn Fast Ethernet. Ngoài ra, chương một còn đưa ra một cái nhìn khái quát về các giao thức điều khiển truy cập đường truyền như là phương pháp đa truy cập cảm nhận sóng mang có dò xung đột, phương pháp truyền thẻ bài và phương pháp truy cập quyền ưu tiên theo yêu cầu. Chương hai đề cập đến một số phương pháp mã hóa trên đường truyền nhằm cung cấp một số kiến thức cơ bản trợ giúp cho phần chương ba. Chương cuối đề cập đến trọng tâm của khóa luận tốt nghiệp này, đó là đề cập đến chuẩn FDDI, một chuẩn hỗ trợ tốc độ truyền thông 100Mbps và sử dụng cáp quang. Chương ba đã nêu nên được các thành phần của chuẩn FDDI, đặc điểm môi trường truyền thông, cấu trúc mạng, giao diện vật lý và giao thức điều khiển truy cập đường truyền đối với cả dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ. Phần cuối chương còn đưa ra các kết quả đánh giá ảnh hưởng của tham số TTRT và cấu hình mạng lên hiệu suất. Qua đó rút ra được các kết luận để chọn lựa cấu hình mạng và giá trị tham số TTRT nhằm nâng cao hiệu suất mạng. Bằng các tính toán định lượng, tôi đã chỉ ra được sự phụ thuộc của các đại lượng liên quan đến hiệu suất vào các tham số cơ bản của giao thức, vào chiều dài cáp mạng, số trạm kết nối vào ring ... Độ đo hiệu suất mà chúng tôi đã nghiên cứu là: hệ số sử dụng đường truyền (efficiency), thời gian truy cập cực đại (mac access time) ... 4.2 Hướng phát triển của đề tài Tên đề tài là “Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Fast Ethernet, 100Base-AnyLAN và FDDI”. Trong thời gian tới, tôi mong muốn được tiếp tục nghiên cứu theo hướng này, với hai bài toán chính là: 1. Kết hợp các mạng LAN tốc độ cao lại với nhau và với cấu hình mạng 10Base-T cũ nhằm tận dụng tối đa các nguồn tài nguyên sẵn có, kết hợp ưu điểm của chúng với nhau và tăng hiệu suất của mạng. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 58Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN 2. Đánh giá sự phụ thuộc chất lượng các dịch vụ (QoS) truyền thông multimedia trên các mạng LAN tốc độ cao vào các tham số của giao thức FDDI cũng như vào tải mạng và vào số máy kết nối mạng. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 59Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Tài liệu tham khảo [1] ThS Lê Phụng Long, MSCE Nguyễn Tâm Trung, Mạng căn bản, Nhà xuất bản thống kê, 2000 [2] GVC.TS. Nguyễn Đình Việt, Bài giảng môn học mạng Internet-II cho lớp cao học Hải Phòng, 2004 [3] Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Prentice Hall, New Jersey, Fourth Edition, 2003. [4] Biao Chen and Wei Zhao, Properties of the Timed Token Protocol, 1992 [5] Fred Halsall, Data Communication, Computer Networks and Open Systems, 4th Edition, Addition-Wesley Publishing Company, Inc. 1995. [6] Raj Jain, Performance Analysis of FDDI Token Ring Networks: Effect of Parameters and Guidelines for Setting TTRT [7] Willam Stallings, Data and Computer Communication, Prentice Hall, New Jersey, Fifth Edition, 1999. [8] [9]