Nghiên cứu công nghệ ADSL

Tìm hiểu công nghệ ADSL
Chơng 1
Công nghệ nền tảng của ADSL
Chúng ta có thể nghĩ đến Internet nh là những mạng xơng sống đợc tạo ra
và quản lý bởi các tổ chức quốc tế, các quốc gia hay các ISP khu vực. Mạng x-
ơng sống đợc nối với nhau bởi các thiết bị kết nối nh Router hay Switch. Điểm
cuối của mạng là nhà cung cấp mạng cục bộ khu vực hoặc kết nối theo kiểu
Point- to- point nối mạng LAN với mạng. Nhận thức Internet là một tập hợp của
Switching Wans (backbones), LANs, Point- to- point WANs.
Mặc dù bộ giao thức TCP/IP bình thờng bao gồm 5 lớp, nó chỉ định các
giao thức trên thành 3 lớp: TCP/IP duy nhất liên quan đến tầng mạng, tầng vận
chuyển và tầng ứng dụng. Điều này có nghĩa rằng TCP/IP giả thiết sự tồn tại của
WANs, LANs, và kết nối những thiết bị.
1.1. Mạng nội bộ (LAN)
A Local area network (LAN) là một hệ thống truyền thông tin, dữ liệu cho
phép kết nối các thiết bị độc lập liên lạc với nhau trong một vùng có giới hạn,
một toà nhà, hay một khu trờng.
Công nghệ mạng LAN phổ biến nhất hiện nay trên thế giới cũng nh ở Việt
Nam gồm có: Ethernet LANs, Token Ring LANs, Wireless LANs và ATM
LANs. Trong phần này chúng ta tìm hiểu loại công nghệ đầu tiên, còn công
nghệ ATM LANs sẽ đợc tìm hiểu thêm trong phần tìm hiểu công nghệ ATM ở
phần sau.
1.1.1. Công nghệ Ethernet và IEEE 802.3
1.1.1.1. Cấu trúc gói số liệu
Công nghệ Ethernet là phát minh của ba tập đoàn Xerox, DEC và Intel từ
đầu những năm 1970. Ethernet là công nghệ mạng cục bộ đợc tổ chức kết nối
theo dạng đờng thẳng (Bus), sử dụng phơng pháp điều khiển truy nhập ngẫu
nhiên CSMA/CD với tốc độ trao đổi số liệu 10 Mbps. Công nghệ Ethernet đợc
các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ở châu Âu và Mỹ quy chuẩn với tên là IEEE
802.3.
5
Tìm hiểu công nghệ ADSL
Điểm khác biệt lớn nhất giã Ethernet và IEEE 802.3 thể hiện ở một trờng
trong cấu trúc gói số liệu đợc mô tả ở hình sau:
Hình 1.1: Cấu trúc gói số liệu Ethernet và IEEE 802.3
Ethernet định nghĩa trờng loại số liệu (TYPE), cho biết số liệu trong tr-
ờng số liệu (Information Field) thuộc giao thức ở mức mạng trong khi IEEE
802.3 định nghĩa trong trờng độ dài (LEN) của gói số liệu. Trờng Preamble và
SFD gồm chuỗi bit 1010 10 phục vụ việc đồng bộ cho đơn vị điều khiển nhận.
6
Preamble
SFD SA FCSInfomationTYPEDA Preamble
1010 10.10.11
min: 64 Byte, max: 1518 byte
Included in FCS
9,6 às
byte 7 1 6 6 2 >46 4
Cấu trúc gói số liệu Ethernet
Preamble
SFD
SA FCSInfomationLENDA Preamble
1010 1010 11
min: 64 Byte, max: 1518 byte
Included in FCS
9,6
às
byte 7 1 6 6 2 >46 4
Cấu trúc gói số liệu IEEE 802.3
Tìm hiểu công nghệ ADSL
Với hai bit cuối cùng của trờng SFD là 11 vi phạm mẫu chuỗi bit đồng bộ, cho
biết khởi đầu phần tiêu đề của gói số liệu. Chuỗi byte kiểm tra FCS đợc tạo
thành theo mã nhị phân tuần hoàn, bao gồm trờng địa chỉ đích DA, địa chỉ
nguồn SA, trờng loại số liệu TYPE và trờng số liệu. Khoảng cách giữa hai gói số
liệu liên tiếp nhau (Interframe Gap) đợc quy định là 9,6às, cần thiết cho đơn vị
điều khiển thu xử lý nội bộ và chuẩn bị thu gói số liệu tiếp theo. Độ dài tối thiểu
của gói số liệu Ethernet là 64 byte, tơng đơng 512 bit, bằng 1 cửa sổ thời gian
.
Việc giới hạn độ dài tối đa của gói số liệu Ethernet là 1518 byte cho phép
hạn chế thời gian phát, tơng ứng với thời gian chiếm kênh truyền của một trạm
và nh vậy, tăng khả năng truy nhập mạng và trao đổi số liệu cho các trạm khác
cũng nh giới hạn dung lợngbộ nhớ đệm phát và thu.
1.1.1.2. Nguyên tắc hoạt động
Lu đồ điều khiển truy nhập mạng Ethernet và quá trình phát, thu số liệu đ-
ợc mô tả trong hình 1.2
7
Tìm hiểu công nghệ ADSL

8
TxM
Assemble
Frame
Deferring
On?
Stat TxM
Collision
?
TxM
don
TxM OK
Send JAM
Iner, attempts
Too
many
Calo,Backoff
Wait Backoff
NO
YES
NO
NO
YES
YES
Collision Error
Transmitt procedure
Tìm hiểu công nghệ ADSL
Hình 1.2. Lu đồ điều khiển truy nhập mạng Ethernet
9
RxM
Start receiving
Receiv
e
Done ?
Frame too
smal ?
Address
OK ?
FCS OK ?
Extra bit ?
LEN OK ?
CRC Error
Align Error
Diasemble
Frame
RxM done
OK
LEN Error
NO
YES
NO
YES
YES
NO
NO
YES
NO
YES
NO
Receive procedure
Tìm hiểu công nghệ ADSL
Quá trình phát bắt đầu bằng việc chuẩn bị gói số liệu cần phát trong bộ nhớ
đệm phát. Nếu không ở trạng thái chờ ngẫu nhiên (deferring) vì phát hiện xung
đột trớc đó và kênh rỗi, quá trình phát đợc khởi động và kết thúc tốt đẹp. Trờng
hợp có xung đột truy nhập (Collision), chuỗi bit đặc biệt JAM ( jamming
sequence) đợc phát để thông báo trạng thái xung đột truy nhập cho các trạm
khác trong mạng biết. Nếu số lần xung đột truy nhập vợt quá giới hạn cho phép
là 16 (nhờ bộ đếm xung đột truy nhập riêng), quá trình phát đợc kết thúc với
thông báo lỗi Xung đột truy nhập. Trong trờng hợp ngợc lại, thời gian chờ
ngẫu nhiên trớc khi kiểm tra đờng truyền và phát lại, đợc tính theo công thức:
T
Wait
= T
slot
* T
R
với 0< T
R
< 2 exp min [n,16]
Trong đó n là số lần xảy ra xung đột truy nhập. Bằng cách tính trên đây,
thời gian chờ để kiểm tra kênh và phát lại khi có xung truy nhập tăng theo tỷ lệ
thuận theo hàm số mũ với số lần truy nhập và nh vậy, làm tăng thời gian truy
nhập mạng, đặc biệt khi lu lợng số liệu trao đổi trong mạng lớn, tơng ứng với
xác xuất xảy ra xung đột truy nhập cao. Phơng pháp điều khiển truy nhập này, vì
vậy, không thích hợp với các ứng dụng thời gian thực mà ở đó đòi hỏi thời gian
truy nhập mạng xác định là yêu cầu khắt khe nhất.
Quá trình thu kết thúc với việc kiểm tra độ dài gói số liệu thu đợc. Nếu độ
dài gói số liệu ngắn hơn độ dài tối thiểu quy định (64 byte), nghĩa là quá trình
phát có lỗi (ví dụ xung đột truy nhập), thì gói số liệu bị loại bỏ và quá trình đồng
bộ để thu gói tiếp theo đợc khởi động. điều này cũng xảy ra khi địa chỉ đích
không trùng với địa chỉ nguồn của địa chỉ thu. Gói số liệu thu đợc chỉ đợc ghi
vào bộ nhớ đệm thu sau khi khẳng định các byte kiểm tra FCS đúng. Trong tr-
ờng hợp ngợc lại, các thông báo lỗi thu, ví dụ: độ dài không đúng (LEN error)
hoặc phạm vi giới hạn gói dữ liệu (aligment error) hoặc lỗi CRC (CRC error), đợc
chuyển cho phần mềm điều khiển trao đổi dữ liệu.
1.1.1.3. Hình thức kết nối vật lý
Sau đây là tóm tắt các đặc trng kết nối vật lý của công nghệ mạng Ethernet


10
Tìm hiểu công nghệ ADSL
Hình 1.3: thick Ethernet 10BASE-5 Hình 1.4:Thin Ethernet 10BASE-2

Hình 1.5: Ethernet sử dụng cáp điện thoại 10 BASE-T
Các tiêu chuẩn kết nối vật lý này cho thấy sự tiến triển của công nghệ
mạng Ethernet qua thời gian.
Tầng vật lý của IEEE 802.3 có thể dùng các tiêu chuẩn sau để xây dựng:
10BASE5: tốc độ 10Mb/s, dùng cáp xoắn đôi không bọc kim
UTP (Unshield Twisted Pair), với phạm vi tín hiệu lên tới 500m,
topo mạng hình sao.
10BASE2: tốc độ 10Mb/s, dùng cáp đồng trục thin-cable với trở
kháng 50 Ohm, phạm vi tín hiệu 200m,topo mạng dạng bus.
10BASE-T: tốc độ 10Mb/s, dùng cáp đồng trục thick-cable (đ-
ờng kính 10mm) với trở kháng 50 Ohm, phạm vi tín hiệu 500m,
topo mạng dạng bus.
11
ES ES
ES
Max .185mMax. 500m
0.5mMax .2.5m
Max.50m
ES
Hub Hub
ES ES
ESES
Max.4 Hub
100m
Tìm hiểu công nghệ ADSL
10BASE-FL: dùng cáp quang, tốc độ 10Mb/s phạm vi cáp 2000m
1.1.1.4. CSMA/CD: Đa truy xuất cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột
Trên mạng Ethernet, ở một thời điểm chỉ một hoạt động truyền đợc phép.
Mạng Ethernet đợc xem nh mạng đa truy xuất cảm nhận mang sóng có phát
hiện xung đột. Điều này có nghĩa là hoạt động truyền của một node đi qua toàn
bộ mạng và đợc node tiếp nhận và kiểm tra. Khi tín hiệu đi đến cuối đoạn, thiết
bị kết cuối (terminator) hấp thụ để ngăn chặn sự phản hồi ngợc lại trên đoạn
mạng.
A B C D
Hình 1.6: Hoạt động của Ethernet /802.3
Khi một máy trạm muốn truyền tín hiệu , máy trạm sẽ kiểm tra trên mạng
để xác định xem có máy trạm khác hiện đang truyền thông.
12
D
B and C
Application
Presentation
Session
Transport
Netword
Data Link
Physical
Application
Presentation
Session
Transport
Netword
Data Link
Physical
Tìm hiểu công nghệ ADSL
Nếu mạng không bị bận, máy trạm sẽ thực hiện việc truyền. Trong lúc
đang gởi tín hiệu máy trạm sẽ kiểm tra mạng để đảm bảo không có máy trạm
khác đang truyền vào thời điểm đó. Có khả năng hai máy trạm cùng xác định
mạng không bị bận và sẽ truyền vào thời điểm xấp xỉ nhau. Nếu điều này sảy ra
thì sẽ gây ra xung đột nh minh hoạ ở của hình 1.7.
Khi tất cả node đang truyền mà phát hiện ra xung đột, node truyền đi một
tín hiệu nhồi (jam signal) nhấn mạnh thêm xung đột đủ lâu dài để tất cả node
khác nhận ra. Tất cả node khác đang truyền sẽ ngừng việc gửi frame trong thời
gian đợc chọn ngẫu nhiên trớc khi cố gắng gửi lại. Nếu lần gởi lại cũng dẫn đến
kết quả xung đột, node đó sẽ gửi lại và số lần gửi lại là 15 lần trớc khi bỏ hẳn
việc gửi. Các đồng hồ chỉ định thời quay lui tại các máy khác nhau là khác
nhau. Nếu hai bộ định thời đủ khác nhau, một máy trạm sẽ thực hiện lần gởi kế
thành công.
1.1.1.5. Fast Ethernet
Để truyền các loại dữ liệu lớn hay phức tạp chúng ta sử dụng giao thức Fast
Ethernet (100 Mbps). Trong tầng MAC, Fast Ethernet sử dụng cùng nguyên lý
nh Ethernet truyền thống (CSMA/CD) chỉ có điều tốc độ đờng truyền đã đợc
13
Xung đột
JAM JAM
JAM
JAM JAMJAM JAM
A B DC
hình 1.7 Xung đột giữa máy trạm
Tìm hiểu công nghệ ADSL
tăng lên từ 10 Mbps đến 100 Mbps. Để cho CSMA/CD làm việc, chúng ta có hai
sự lựa chọn: làm tăng độ dài cực tiểu khung kết cấu hoặc giảm sự va chạm miền
(tốc độ của ánh sáng không thể thay đổi đợc). Việc tăng thêm độ dài cực tiểu
của khung kết cấu kéo theo sự bổ sung ở phía trên. Nếu dữ liệu đợc gửi đi không
đủ dài, thì chúng ta cần phải tăng thêm bytes. Fast Ethernet có các tùy chọn
khác: miền va chạm có đợc giảm bớt bởi một hệ số của 10 ( từ 2500 m đến 250
m). Với mạng hình sao thì độ dài 250 m đợc chấp nhận trong nhiều trờng hợp.
Trong tầng vật lý, Fast Ethernet sử dụng những phơng pháp báo hiệu và phơng
tiện truyền thông khác nhau để đạt đợc tốc độ truyền dữ liệu 100 Mbps.
1.1.1.6. Sự thực thi Fast Ethernet:
Fast Ethernet có thể lựa chọn loại 2 dây (two-wire) hoặc loại 4 dây (four-
wire) trong khi thi hành. Loại 2 dây đợc dùng trong 100BASE-X, với mọi cáp
cặp xoắn (100BASE-TX) hoặc cáp sợi quang (100BASE-FX). Loại 4 dây chỉ đ-
ợc dùng cho loại cáp cặp xoắn (100BASE-T4).
1.1.1.7. Gigabit Ethernet
Muốn truyền tải các loại dữ liệu cao hơn 100mbps thì phải dùng giao thức
Gigabit Ethernet. Để đạt đợc tốc độ truyền dữ liệu này, thì lớp MAC có hai tuỳ
chọn: giữ lại giao thức CSMA/CD hoặc thả nó. Với vấn đề trớc, hai sự lựa chọn,
một lần nữa, giảm bớt sự xung đột miền hoắc làm tăng thêm cực tiểu độ dài kết
cấu. Không thể chấp nhận đợc sự xung đột miền trong khoảng 25m.
1.1.1.8. Sự thi hành Gigabit Ethernet
Gigabit Ethernet có thể phân chia thành một trong hai loại sử dụng loại 2
dây hoặc 4 dây. Loại 2 dây đợc dùng trong 1000BASE-X. Với sự phát triển của
loại sợi cáp quang học laze sóng ngắn báo hiệu (1000BASE-SX). Những sợi cáp
quang học laze sóng dài phát báo hiệu (1000BASE-LX), và phát triển thêm loại
cáp xoắn (1000BASE-CX). Loại 4 dây sử dụng các cặp cáp xoắn (1000BASE-
T).
1.1.2. Công nghệ mạng Token Ring
Công nghệ mạng Token Ring dựa trên tổ chức kết nối theo dạng đờng tròn,
sử dụng thẻ bài, một loạt gói số liệu đặc bịêt để xác định quyền truy nhập và
trao đổi số liệu trong mạng. Thực tế, các thiết bị đầu cuối đợc kết nối theo dạng
14

Xem chi tiết: Nghiên cứu công nghệ ADSL