Tài liệu báo cáo thực hành truyền số liệu ethernet network

Truyền số liệu – Ethernet Network BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM THỰC HÀNH TRUYỀN SỐ LIỆU ĐỀ TÀI: Ethernet Network Giảng viên hướng dẫn : Thái Thanh Tuấn Nhóm sinh viên thực hiện : Lê Hữu Hoàng Khương MSSV 1191021066 Nguyễn Thanh Nhàn MSSV 119102110 Nguyễn Đức Thịnh MSSV 1191021165 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2013 11HTHM1 Page 1 Truyền số liệu – Ethernet Network ETHERNET 1.Giới thiệu 1.1. Lịch sử Nguồn gốc của Ethernet được phát triển từ những thí nghiệm đối với cáp đồng trục được thực hiện ở tốc độ 3 Mbps và sử dụng nghi thức CSMA/CD (carrier sense multiple access collision detect) cho mạng LAN vào năm 1970 bởi tập đoàn Xerox. Sự thành công của đề án này đã sớm gây sự chú ý và đã dẫn đến sự phát triển của Ethernet 10 Mps bởi ba tập đoàn: Digital Equipment, Intel, Xerox. Khởi nguồn từ hơn 25 năm qua, Ethernet đã đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho các mạng chuyển mạch gói. Do chi phí thấp, độ tin cậy đã thử thách trong nhiều năm, việc cài đặt và bảo trì tương đối đơn giản, nên Ethernet ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống mạng. Để đáp ứng yêu cầu về tốc độ, Ethernet đã thích ứng để xử lý nhiều tốc độ nhanh hơn cũng như những yêu cầu về dung lượng đi kèm theo chúng Thành ngữ Ethernet có nguồn gốc với mạng LAN ( Local-Area Network) và việc sử dụng chuẩn IEEE 802.3. Chuẩn này được biết với nghi thức CSMA/CD. Có ba tốc độ được được dùng cho mạng Ethernet với đường truyền là cáp đồng trục, cáp đôi hay sợi quang.  10Mbps—10 base-T Ethernet.  100Mbps— Ethernet tốc độ cao (Fast Ethernet).  1000Mbps—Gigabit Ethernet. Ethernet 10-Gigabit đã phát triển và được đưa ra cùng chuẩn IEEE 802.3ae cuối 2001 và đầu 2002. Nó cũng tương thích với chuẩn IEEE 802.3. Ethernet được tạo ra phần lớn từ kỹ thuật mạng LAN (hiện tại đang được sử dụng cho gần 85% cho mạng LAN để nối PC và các máy trạm-workstations). Bởi vì ghi thức của nó có một số đặc điểm sau:  Dễ dàng sử dụng, thực hiện, quản lý và bảo trì.  Cho phép thực hiện mạng tốc độ thấp.  Cung cấp rất đa dạng mô hình mạng (topology).  Bảo mật thành công việc kết nối chung. 11HTHM1 Page 2 Truyền số liệu – Ethernet Network 1.2. Ethernet là gì Phần này sẽ cung cấp những hiểu biết sơ lược về hệ thống Ethernet . Chúng ta sẽ tìm hiểu nguồn gốc và chuẩn của Ethernet cũng như những yếu tố đặc trưng cho hệ thống Ethernet . Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa các máy tính với tốc độ từ 10 đến 100 triệu bít một giây (Mbps) . Hiện thời công nghệ Ethernet thường được sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi xoắn 10-Mbps. Công nghệ truyền thông 10-Mbps sử dụng hệ thống cáp đồng trục cỡ lớn , hoặc cáp đôi , cáp sợi quang . Tốc độ chuẩn cho hệ thống Ethernet hiện nay là 100-Mbps . 1.3 Ethernet là công nghệ mạng thiết bị và thông dụng Mặc dù ngày nay có nhiều công nghệ LAN nhưng Ethernet vẫn là công nghệ được sử dụng nhiều nhất . Năm 1994 ước tính có khoảng hơn 40 triệu nút Ethernet được sử dụng trên toàn cầu . Từ khi chuẩn Ethernet ra đời , các đặc tính kĩ thuật và trình tự để xây dựng nên 1 mạng Ethernet đã trở nên dễ dàng hơn đối với mọi người . Những đặc tính này cùng với tính dễ sử dụng đã tạo nên một thị trường Ethernet rộng lớn và là nguyên nhân cho sự ứng dụng rộng rãi của Ethernet trong nền công nghiệp máy tính . Phần lớn các hãng sản xuất máy tính ngày nay trang bị cho sản phẩm của họ thiết bị 10-Mbps Ethernet khiến cho thiết bị của họ có thể sẵn sàng kết nối vào mạng Ethernet cục bộ . Khi chuẩn Ethernet 100-Mbps đã trởnên phổ biến hơn thì máy tính được trang bị các thiết bị Ethernet hoạt động ở cả hai tốc độ 10-Mbps và 100-Mbps . Những quản lí viên mạng Ethernet ngày nay cần thiết phải biết liên kết một số lượng lớn các máy tính lại với nhau bằng công nghệ mạng thiết bị trung gian . Rất nhiều mạng LAN ngày nay hỗ trợ các máy tính được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau , tuy nhiên cần phải đảm bảo được sự tương thích giữa các dòng máy tính . 1.4 Sự phát triển của các chuẩn Ethernet Ethernet đã được phát minh ra tại trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Alto vào những năm 1970 bởi tiến sĩ Robert M. Metcalfe . Nó đã được thiết kế với mục đích phục vụ nghiên cứu trong “ hệ thống công sở trong tương lai” , bao gồm trạm cá nhân đầu tiên trên thế giới , trạm Xerox Alto . Trạm Ethernet đầu tiên chạy với tốc độ xấp xỉ 3-Mbps và được biết đến với tên gọi : “ tiền Ethernet” . Ethernet chính thức được công bố vào năm 1980 bởi liên minh DEC-Intel-Xerox(DIX) . Nỗ lực này đã chuyển “tiền Ethernet” trở thành một hệ thống Ethernet mở và có chất lượng với tốc độ 10-Mbps. Công nghệ Ethernet được công nhận là tiêu chuẩn bởi uỷ ban tiêu chuẩn LAN nằm trong viện kỹ thuật điện và điện tử thế giới(IEEE 802) . Chuẩn IEEE đã được công bố lần đầu tiên vào năm 1985 , với tiêu đề “ IEEE 802.3 khuyến nghị về lớp vật lý và phương thức truy nhập đa truy nhập sóng mang phát hiện va chạm “ . Chuẩn IEEE đã được thừa nhận bởi tổ chức chuẩn hoá của thế giới (ISO ) . 11HTHM1 Page 3 Truyền số liệu – Ethernet Network Chuẩn IEEE cung cấp hệ thống kiểu Ethernet dựa trên nền là công nghệ DIX Ethernet . Mọi hệ thống Ethernet từ năm 1985 đều được xây dựng dựa trên chuẩn IEEE 802.3 . Nói chính xác hơn , chúng ta đã dựa trên công nghệ “IEEE 802.3 CSMA/CD” . Tuy nhiên hầu hết mạng Ethernet hiện nay đều từ mạng Ethernet nguyên thuỷ mà ra. Chuẩn 802.3 được nâng lên từng bước bao gồm các chuẩn công nghệ mới . Từ nằm 1985 chẩn đã được tăng cường những công nghệ 10-Mbps ( ví dụ cáp xoắn ) cũng như các khuyến nghị mới về mạng Ethernet nhanh 100 Mbps. 1.5.Các thành phần của Ethernet Hệ thống Ethernet bao gồm 3 thành phần cơ bản : 1.Hệ thống trung gian truyền tín hiệu Ethernet giữa các máy tính. 2.Các nhóm thiết bị trung gian đóng vai trò giao diện Ethernet làm cho nhiều máy tính có thể kết nối tới cùng 1 kênh Ethernet. 3.Các khung Ethernet đóng vai trò làm các bit chuẩn để luân chuyển dữ liệu trên Ethernet. 1.6 Sự khác nhau của Internet, Intranet và Ethernet INTERNET: Internet thì đã quá quen thuộc. Nó là mạng thông tin liên lạc toàn cầu. Xuất xứ của Internet là mạng ARPAnet, một hệ thống máy tính của Bộ Quốc phòng Mỹ được đưa ra thí nghiệm vào năm 1969. Mục đích ban đầu của nó là để tạo thuận lợi trong việc kết nối thông tin, hợp tác khoa học giữa các thành viên trong các công trình nghiên cứu về quốc phòng. Mạng này đã đặt ra nền tảng truyền thông bình đẳng (peer-to-peer) cho mạng Internet sau này. Nghĩa là, bất cứ máy tính nào hội đủ các điều kiện cơ bản để hòa mạng đều có thể giao tiếp với bất kỳ máy tính thành viên nào khác. Và chính nhờ được phát triển với mục đích gốc là phục vụ việc liên lạc, chia sẻ, hợp tác khoa học, công nghệ Internet cho phép mọi hệ thống đều có thể kết nối với Internet qua cổng điện tử. Hiện nay đã có hơn 100 nước với hàng chục triệu máy tính kết nối vào mạng Internet. Mạng máy tính toàn cầu World Wide Web này không chỉ phục vụ nhu cầu thông tin, liên lạc, chuyển tải dữ liệu, mà cung cấp các dịch vụ cho phép người tiêu dùng có thể mua vô số món hàng hóa theo phương thức trực tuyến (online), nghĩa là chọn hàng, đặt hàng và thanh toán qua mạng. INTRANET: 11HTHM1 Page 4 Truyền số liệu – Ethernet Network Intranet là mạng thông tin, liên lạc cục bộ cũng dùng giao thức TCP/IP như Internet, của một tổ chức nào đó (thường là một công ty) chỉ cho phép các thành viên công ty hay những người được cấp quyền truy cập. Người dùng máy tính ở Việt Nam trước khi được ngao du trên mạng Internet như hiện nay, hồi nẳm đã được làm quen với mạng Intranet, như Cinet, Phương Nam,... Do là mạng cục bộ, tuy bạn cũng dùng giao thức quay số kết nối Dial-up bằng modem tới số điện thoại máy chủ và duyệt thông tin, tải file, gửi và nhận e-mail giống hệt với Internet; nhưng khác là chỉ loanh quanh trong phạm vi mạng mình làm thành viên, không thể liên thông với các mạng khác chứ đừng nói chi héo lánh ra được tới mạng Internet. Có thể nói cho dễ hiểu, Intranet là mạng Internet cục bộ. ETHERNET: Ethernet là một kiến trúc mạng cục bộ LAN (local area network, LAN) do hãng Xerox phát triển. Mạng Ethernet đầu tiên đã được nhà nghiên cứu Bob Metcalfe thiết kế và chạy thử tại Trung tâm Nghiên cứu Palo Alto của hãng Xerox vào năm 1973. Trong mạng này, các máy tính trang bị card mạng có thể kết nối với nhau thông qua một máy chủ bằng một sợi cáp duy nhất. Tới năm 1976, nó đã được nhóm Digital Equipment, Intel và Xerox hợp tác phát triển thành một tiêu chuẩn chung (còn gọi là DIX Ethernet). Nhưng nó chỉ thật sự phổ biến rộng khi hồi đầu thập niên 1980, Viện các Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) chính thức chuẩn hóa một mạng CSMA/CD có chức năng tương tự và gọi là chuẩn IEEE 802.3, hợp chuẩn quốc tế ISO. Xin lưu ý, Ethernet và IEEE 802.3 chỉ hơi khác nhau về mặt thuật ngữ và định dạng dữ liệu cho các frame. Còn lại thì chúng như anh em sinh đôi. Vì thế, ngày nay, người ta dùng thuật ngữ Ethernet để gộp chung hai chuẩn DIX Ethernet và IEEE 802.3. 11HTHM1 Page 5 Truyền số liệu – Ethernet Network Ban đầầu, mỗỗi thiếết bị trong mạng Ethernet chỉ có th ể cách nhau tỗếi đa vài trăm mét. Các ứng dụng cỗng nghệ mới đã giúp kéo dài khoảng cách này tới hàng ch ục km. Ứng d ụng ph ổ biếến nhầết của mạng Ethernet quen gọi là mạng LAN (local area network, mạng c ục bộ), nỗếi kếết các máy tnh trong một đơn vị (thường là chung một tòa nhà) l ại v ới nhau thỗng qua máy ch ủ. Còn nếếu ph ải kếết nỗếi xa hơn, có khi cách nhau nhiếầu cầy sỗế, ng ười ta dùng cỗng ngh ệ m ạng di ện r ộng WAN (wide area network). Mô hình kết hợp Ethernet với chuẩn kết nối không dây qua hệ điều hành Windows XP. Tốc độ truyền tải dữ liệu ban đầu của Ethernet LAN là 10Mbps (10Base). Sau này phát triển lên 100Mbps (100Base), còn gọi là Fast Ethernet. Chuẩn cao cấp nhất hiện nay là Gigabit Ethernet LAN (1000Base), đạt tốc độ tới 1 Gbps. Nhưng tốc độ của nó cũng đang được một nhóm gọi là Liên minh 10 Gigabit Ethernet (10 Gigabit Ethernet Alliance, 10GEA) thành lập năm 2002 cố gắng đẩy lên tới 10 Gbps (sử dụng cáp sợi quang), gọi là chuẩn 10GbE. Hiện nay, các mainboard thế hệ mới nhất đều hỗ trợ chuẩn GigaLAN. Trên thị trường Việt Nam cũng đã bắt đầu xuất hiện một số LAN switch 1 Gbps. 1.7. Hoạt động của Ethernet CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) - Tạm dịch: Cơ chế Đa Truy cập Dò sóng Mang để phát hiện Va chạm: Là nguyên lý hoạt động của mạng Ethernet: tất cả các trạm trên mạng LAN đều có quyền truy cập mạng (gửi, nhận, thăm dò thông tin). Tuy nhiên, khi phát hiện ra sự "va chạm" của nhiều gói thông tin khác nhau trên mạng thì toàn bộ các gói thông tin sẽ bị "loại bỏ" (drop) để truyền lại. Điều này ngược lại với nguyên lý truy cập Dựa vào thẻ bài của mạng Token Ring LAN: khi trạm nào nắm giữ được "thẻ bài ưu tiên" (Token) thì trạm đó mới có quyền truyền, sau khi truyền xong thì nó lại thả "thẻ bài" lưu hành trên mạng để "trao lượt" truyền cho người sở hữu thẻ bài tiếp theo. Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm , hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng , không có một trạm điều khiển trung tâm.Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung còn gọi là đuờng trung gian. Tín 11HTHM1 Page 6 Truyền số liệu – Ethernet Network hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi , từng bit một , qua đường trung gian tới tất cả các trạm thành viên. Để gửi dữ liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh có rỗi không , nếu rỗi thì mới gửi đi các gói ( dữ liệu). Cơ hội để tham gia vào truyền là bằng nhau đối với mỗi trạm . Tức là không có sự ưu tiên . Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết dịnh bởi nhóm điều khiển truy nhập trung gian ( Medium Access Control-MAC) được đặt trong mỗi trạm . MAC thực thi dựa trên cơ sở sự phát hiện va chạm sóng mang ( CSMA/CD). -Giao thức CSMA/CD . - Xung đột -Truyền dữ liệu 2. Tình huống Xây dựng 1 mô hình mạng máy tính Công Ty bắt đầu gồm 15 máy tính chia làm 3 phòng ban gồm, kế toán, kỹ thuật, bán hàng mỗi phòng ban gồm 5 máy tính, phòng ban bán hàng và kế toán tất cả máy tính sẽ kết nối thong qua 1 Switch và 5 máy tính phòng kĩ thuật sẽ kết nối với 1 Switch,2 Switch sẽ kết nối với nhau và kết nối với 1 server.Tất cả các phòng ban sẽ được sử dụng thư điện tử, cơ sở dữ liệu và các ứng dụng web vào máy trạm của họ. Thanh toán và bộ phận bán hàng sẽ được ở tầng hai. -Hoạt cảnh: + Hoạt cảnh 1:Mô hình 1 gồm 15 máy tính kết nối như trên với đường truyền là 10Mbps + Hoạt cảnh 2: Mô hình thứ 2 vẫn với mô hình như trên hoặt cảnh 1 nhưng tăng gấp đôi số lượng máy tính lên với đường truyền là 10Mbps + Hoạt cảnh 3: Mô hình thứ 3 như mô hình trong hoặt cảnh 2 với đường truyền là 100Mbps 3.Mục đích Xác định lưu lượng, tốc độ của một mạng Ethernet chia sẻ trong các điều kiện khác nhau của tải dữ liệu. 11HTHM1 Page 7 Truyền số liệu – Ethernet Network 4.Quá trình thực hiện Bước 1: Xây dựng mô hình mô phỏng: Khởi động OPNET IT Guru Academic Edition. Chọn tab File => New… Trên cửa sổ mới mở chọn Project rồi nhấp chuột OK Thay đổi Project Name thành Ethernet_Network. Đổi tên Scenario Name thành 10Mpbs rồi nhấp OK. Trên cửa sổ Initial Topology, chọn Create Empty Scenario rồi nhấp Next. 11HTHM1 Page 8 Truyền số liệu – Ethernet Network Trên cửa sổ Choose Network Scale, chọn Office rồi nhấp Next. Trên cửa sổ Specify Size, giữ nguyên các tham số, chỉ nhấp Next. 11HTHM1 Page 9 Truyền số liệu – Ethernet Network Trên cửa sổ Select Technologies, cuộn thanh cuốn xuống, chọn họ mô hình Ethernet rồi nhấp Next. Trên cửa sổ Review, nhấp OK. Review để xem lại và nhấn Ok sẽ được như hình 11HTHM1 Page 10 Truyền số liệu – Ethernet Network Trước hết tạo và cấu hình hệ thống mạng hình sao: Chọn tab Topology => Rapid Configuration. Đặt Configuration về kiểu Star và nhấp OK. Đặt Center Node Model là ethernet16_switch. Đặt Periphery Node Model là ethernet_wkstn. Đặt Link Model là 10BaseT. Đặt Number là 15, rồi nhấp OK. 11HTHM1 Page 11 Truyền số liệu – Ethernet Network Kết quả như hình: Tạo thêm 1 hệ thống mạng hình sao với 5 máy tính tương tự như trên: Đặt lại Number là 5, rồi nhấp OK. 11HTHM1 Page 12 Truyền số liệu – Ethernet Network Sau khi tạo 2 hệ thống mạng hình sao ta được như sau: Tạo 1 Server để kết nối từ Server đến hệ thống mạng: 11HTHM1 Page 13 Truyền số liệu – Ethernet Network Từ cửa sổ object Palette chọn ethernet_server kéo thả qua Workpace Đổi tên tất cả các thiết bị như hình: 11HTHM1 Page 14 Truyền số liệu – Ethernet Network Đổi tên các node nhanh trong mạng sao ở 1st_fl_switch: nhấp phải chuột lên bất kì node nào rồi chọn Edit similar Nodes 11HTHM1 Page 15 Truyền số liệu – Ethernet Network Sửa tên các Node trong cột Name như hình: 11HTHM1 Page 16 Truyền số liệu – Ethernet Network Sau đó nhấn OK được kết quả như sau: Kết nối với Server: Từ cửa sổ Object Palettet chọn đường truyền 10BaseT 11HTHM1 Page 17 Truyền số liệu – Ethernet Network Nối đường truyền từ Server đến 2 hệ thống mạng hình sao như hình: 11HTHM1 Page 18 Truyền số liệu – Ethernet Network Bước 2: Cấu hình các thiết bị Ta cần cấu hình một số loại lưu lượng cho phép chạy trên hệ thống mạng, để làm được điều này ta cần 2 loại : Application definition và Profile Definition + Application definition : để cấu hình các loại dịch vụ mạng như : http,Mail,…. + Profile definition : cài đặt cho mỗi loại thiết bị trong mạng có các dịch vụ riêng Từ Object Palette , chọn Profile_Config và Application_Config đặt vào workspace 11HTHM1 Page 19 Truyền số liệu – Ethernet Network Sau đó đổi tên như hình: Cấu hình cho Application_Configuration Chuột phải lên biểu tượng Application_Configuration chọn Edit Attributes, chọn dấu + mục Application Definitions để xem các dịch vụ có thể dùng trong Profile definitions ->OK 11HTHM1 Page 20