TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
IỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
====O0O====

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MẠNG MÁY TÍNH
Đề tài: Lập trình mô phỏng mô hình mạng Token Ring. Đánh giá mô hình
mạng ở trạng thái tải thấp, vừa, cao.
Giảng viên hướng dẫn:

TS.

Hà Nội, 2017


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

2


PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG MÁY TÍNH
1. Khái niệm

 Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được nối với nhau bởi môi trường truyền

(đường truyền) theo một cấu trúc nào đó và thông qua đó các máy tính trao đổi thông
tin qua lại cho nhau.
 Môi trường truyền là hệ thống các thiết bị truyền dẫn có dây hay không dây dùng để

chuyển các tín hiệu điện tử từ máy tính này đến máy tính khác.

Hình 1: Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng
 Tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền còn được gọi là thông lượng của đường

truyền – thường được tính bằng số lượng bit được truyền đi trong một giây (bps).
2. Ứng dụng

3


 Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên của mạng (như thiết bị, chương trình,

dữ liệu) khi được trở thành các tài nguyên chung thì mọi thành viên của mạng đều có
thể tiếp cận được mà không quan tâm tới những tài nguyên đó ở đâu.
 Tăng độ tin cậy của hệ thống: Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc và lưu trữ

(backup) các dữ liệu chung và khi có trục trặc trong hệ thống thì chúng có thể được
khôi phục nhanh chóng. Trong trường hợp có trục trặc trên một trạm làm việc thì
người ta cũng có thể sử dụng những trạm khác thay thế.
 Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin: Khi thông tin có thể được sữ

dụng chung thì nó mang lại cho người sử dụng khả năng tổ chức lại các công việc với
những thay đổi hiệu quả hơn.
3. Thành phần cơ bản của Mạng Máy Tính
- Có ít nhất 2 máy tính.
- Một giao tiếp mạng trên mỗi máy (NIC : Network interface Card)
- Môi trường truyền :Dây cáp mạng hoặc môi trường truyền không dây.
- Hệ điều hành mạng : UNIX, Windows 98, Windows NT,…, Novell Netware,…
4. Các thiết bị liên kết mạng


 REPEATER (BỘ TIẾP SỨC)
Repeater là loại thiết bị phần cứng đơn giản nhất trong các thiết bị liên kết mạng, nó
được hoạt động trong tầng vật lý của mô hình hệ thống mở OSI. Repeater dùng để nối 2
mạng giống nhau hoặc các phần một mạng cùng có một nghi thức và một cấu hình.

 BRIDGE (CẦU NỐI)
Bridge là một thiết bị có xử lý dùng để nối hai mạng giống nhau hoặc khác nhau, nó
có thể được dùng với các mạng có các giao thức khác nhau.

 ROUTER (BỘ TÌM ĐƯỜNG)

4


Router là một thiết bị hoạt động trên tầng mạng, nó có thể tìm được đường đi tốt nhất
cho các gói tin qua nhiều kết nối để đi từ trạm gửi thuộc mạng đầu đến trạm nhận thuộc
mạng cuối. Router có thể được sử dụng trong việc nối nhiều mạng với nhau và cho phép
các gói tin có thể đi theo nhiều đường khác nhau để tới đích.

 GATEWAY (CỔNG NỐI)
Gateway dùng để kết nối các mạng không thuần nhất chẳng hạn như các mạng cục bộ
và các mạng máy tính lớn (Mainframe), do các mạng hoàn toàn không thuần nhất nên
việc chuyển đổi thực hiện trên cả 7 tầng của hệ thống mở OSI.

 HUB (BỘ TẬP TRUNG)
Hub thường được dùng để nối mạng, thông qua những đầu cắm của nó người ta liên
kết với các máy tính dưới dạng hình sao.
5. Mô hình mạng
 Dạng đường thẳng (Bus)

 Dạng vòng tròn (Ring)
 Dạng hình sao (Star)
6. Các loại Mạng máy tính

 Mạng cục bộ LAN (Local Area Networks )
- Có giới hạn về địa lý
- Tốc độ truyền dữ liệu khá cao

5


- Do một tổ chức quản lý
- Thường dùng multiaccess channels
- Các kỹ thuật thường dùng: Token Ring: 16 Mbps, Mạng hình sao

 Mạng diện rộng WAN ( Wide Area Networks )
- Không có giới hạn về địa lý
- Thường là sự kết nối nhiều LAN
- Tốc độ truyền dữ liệu khá thấp
- Do nhiều tổ chức quản lý
- Thường dùng kỹ thuật point to point channels
- Các kỹ thuật thường dùng: Các đường điện thoại
- Truyền thông bằng vệ tinh.

 Mạng MAN (Wide Area Networks )
- Có kích thước vùng địa lý lớn hơn LAN tuy nhiên nhỏ hơn WAN
- Do một tổ chức quản lý
- Thường dùng cáp đồng trục hay sóng ngắn.

 INTERNETWORK

- Kết nối hai hay nhiều mạng riêng biệt
- Đòi hỏi có các thiết bị mạng tạo điều kiện thuận lợi cho kết nối này.

6


 INTERNET
- Mạng toàn cầu đặt biệt kết nối mạng của các tổ chức , các nhân trên thế giới.
- Kết nối từ máy tính cá nhân đến Internet
- Kết nối các LAN bởi WAN tạo nên Internet

PHẦN 2. MÔ HÌNH MẠNG TOKEN RING
1. Khái niệm
 Kiến trúc Token Ring là một phần trong giải pháp và khả năng kết nối dành cho

toàn bộ giữa các máy tính và trong môi trường máy tính do công ty IBM cung cấp
vào năm 1984 gồm:
- Máy tính cá nhân

7


- Máy tính trung tâm(mid-range computer)
- Máy chính(mainframe) và môi trường kiến trúc mạng hệ thống(Systems Network

Architecture)
 Mục tiêu của Token Ring là thực hiện một cấu trúc đi dây đơn giản, dùng cáp xoắn đôi

nối máy tính vào mạng thông qua ở cắm điện trên tường và có đường dây chính tập trung
ở một nơi.


Hình 2 : Mô hình mạng TokenRing
2. Các đặc tính của Token Ring:
a. Kiến trúc:

Kiến trúc Token Ring điển hình bắt đầu với một vòng vật lý. Trong thực tế, các
máy tính được nối với nhau bằng vòng cáp hình sao(token ring), các máy tính trên
mạng được nối với một hub trung tâm. Vòng logic biểu thị đường đi của thẻ bài
(token) giữa 2 máy tính. Vòng cáp vật lý trong thực tế nằm trong hub. Người dùng là
thành phần của vòng, nhưng họ lại nối kết với vòng qua hub.
b. Đặc điểm cơ bản của Token Ring:

8


-

Cấu hình star ring

-

Phương pháp truy nhập: chuyển thẻ bài (token passing)

-

Cáp UTP và STP

-

Tốc độ truyền 4Mbps và 16Mbps


-

Truyền dải gốc

-

Quy cách kỹ thuật 802.5

3. Phương thức vận hành của vòng chuyển thẻ bài:
 Khi máy tính đầu tiên trong mạng Token Ring đăng nhập mạng, mạng tạo ra một thẻ

bài(token). Thẻ bài này di chuyển vòng quanh các máy theo một chiều, thăm dò từng
máy tính một đến khi có một máy tính phát tín hiệu cho biết nó muốn truyền dữ liệu
và giành quyền điều khiển thẻ bài.
 “Thẻ bài” là một luồng bit định sẵn, cho phép máy tính đặt dữ liệu lên cáp mạng.

Máy tính có thể không truyền dữ liệu lên cáp trừ phi nó đã đoạt được quyền sở hữu
thẻ bài; trong khi thẻ bài đang chịu sự điều khiển của một máy tính, những máy tính
còn lại không thể tiến hành truyền dữ liệu.

9


Hình 3: Hoạt động của Thẻ bài
 Sau khi đoạt được thẻ bài máy tính gởi đi một khung dữ liệu lên mạng, khung này

tiếp tục chuyển quanh vòng rồi dừng lại tại máy tính có địa chỉ khớp với địa chỉ đích
trên khung. Máy tính đích sao chép khung dữ liệu sang vùng nhớ đệm của nó rồi
đánh dấu vào trường trạng thái(frame status) của khung để thông báo rằng dữ liệu đã

được tiếp nhận.
 Khung dữ liệu lại quay trở về máy gửi theo chiều cùng chiều đi, khi phản hồi đến

máy gửi thì sẽ xác nhận là đã thành công. Máy gửi sẽ loại bỏ khung dữ liệu ra khỏi
vòng và gửi lên vòng một thẻ bài mới. Mỗi lần chỉ có một thẻ bài hoạt động trên
mạng và thẻ bài chỉ xoay vòng theo một chiều.
 Nếu thẻ bài có sẵn, máy tính đóng vai trò như một bộ chuyển tiếp một chiều, tái tạo

thẻ bài và chuyển nó đi.
 Nhận biết máy tính:

10


•

Khi một máy tính mới đăng nhập, hệ thống Token Ring kết nạp máy tính đó để
nó trở thành một phần của vòng. Thủ tục “kết nạp” bao gồm:
-

Kiểm tra xem có địa chỉ trùng nhau không.

-

Thông báo cho các máy tính khác trên mạng biết về sự hiện diện của máy
tính mới.

 Giám sát hệ thống
•


Máy tính đầu tiên đăng nhập mạng được hệ thống Token Ring phân công giám
sát hoạt động mạng. Bộ giám sát này kiểm tra nhằm bảo đảm khung dữ liệu
được truyền-nhận đúng địa chỉ, bằng cách kiểm tra xem có khung dữ liệu nào
luân chuyển từ một vòng trở lên và bảo đảm mỗi lần chỉ có một thẻ bài trên
mạng.

•

Nếu chiều dài tính theo bit của ring ngắn hơn chiều dài của frame, thì điều
kiện đầu tiên bao hàm cả điều kiện thứ 2. Điều kiện thứ 2 đảm bảo chỉ một
frame số liệu tại một thời điểm trên vòng và chỉ một trạm có thể truyền tại một
thời điểm, nhờ đó đơn giản được thủ tục khắc phục lỗi.

4. Khuôn dạng frame IEEE 802.5:

11


Hình 4: Mô tả kiến trúc frame cho giao thức 802.5
 Sarting delimiter(SD): chỉ định đầu frame. SD bao gồm các mẫu báo hiệu có thể

phân biệt với số liệu. Nó được mã hóa như sau: JK0JK000. Trong đó J và K là các ký
hiệu không phải là số liệu. Dạng thực sự của một ký hiệu khác số liệu được mã hóa
trên môi trường.
 Access control(AC): có dạng PPPTMRRR, trong đó PPP và RRR là 3 bit đầu ưu tiên

và các biến dự trữ, M là bit giám sát. T chỉ ra frame là token hay số liệu.
 Frame control(FC): chỉ cho biết đây có phải là frame số liệu LLC hay không. Nếu

không phải, các bit trong field này điều khiển hoạt động của giao thức MAC trên

ring.
 Data: chứa các đơn vị số liệu của LLC
5. Các lỗi hay gặp trong mạng Token Ring
 Thẻ bài bị lỗi

12


- Để phát hiện ra việc thẻ bài bị mất, khi thẻ bài chạy ngang qua monitor, nó sẽ bật một bộ

đếm thời gian để tính giờ.
- Nếu bộ đếm đạt đến giá trị tối đa mà monitor vẫn không thấy thẻ bài chạy qua nó nữa thì

nó sẽ tạo ra thẻ bài mới.
 Khung dữ liệu bị lỗi
- Khung dữ liệu sẽ được thêm vào một bit điều khiển gọi là monitor bit.
- Khi được phát lần đầu tiên, monitor bit trên khung sẽ nhận giá trị 0.
- Khi khung đi ngang qua monitor, monitor sẽ đặt monitor bit lên 1. Nếu monitor

thấy khung này lại chạy qua nó với monitor bit là 1, nó sẽ rút khung này ra khỏi
vòng.
 Máy trạm bị lỗi:
- Nếu một trạm trong vòng bị chết, nó sẽ làm đứt vòng.
- Để tránh tình trạng này người ta thêm vào trạm một rờ-le điện tử (relay).

13


PHẦN 3. MÔ PHỎNG MÔ HÌNH MẠNG TOKENRING
1. Phương thức mô phỏng

 Để mô phỏng hoạt động của giao thức Token Ring, nhóm chúng em đã thực hiện
quá trình mô phỏng trêm môi trường Java. Sau đây là giao diện chính của chương
trình:

14


Hình 5: Giao diện chính của mô phỏng
 Trong đó:
- Màu xanh: Thể hiện chiều di chuyển của thẻ bài( theo chiều kim đồng hồ)
- Màu trắng: Máy ở trạng thái chờ, không sử dụng thẻ bài.
- Màu đỏ: Máy đang sử dụng thẻ bài để truyền dữ liệu và chờ nhận phản hồi.
- Màu vàng: Bản tin đang được gửi đến máy nhận và sau đó máy nhận gửi bản tin

phản hồi về máy gửi.
2. Kết quả mô phỏng
 Vòng có 10 máy.
 Bắt đầu chương trình, thẻ bài di chuyển theo một chiều xung quanh các
máy.( màu xanh)

15


Hình 6: Thẻ bài khi không có yêu cầu
 Khi nhận được yêu cầu từ máy nào đó, thẻ bài di chuyển đến máy

đó( màu đỏ), lấy bản tin và địa chỉ máy nhận và di chuyển đến máy nhận(
màu vàng).

16



Hình 7. Thẻ bài khi có yêu cầu
 Sau khi máy nhận nhận được bản tin sẽ gửi một bản tin hản hồi( màu

vàng) về máy gửi.

17


Hình 8: Máy nhận gửi bản tin phản hồi về máy gửi

18


 Máy gửi nhận được bản tin phản hồi thì quá trình thành công, thẻ bài

tiếp tục di chuyển xung quanh các máy để chờ yêu cầu tiếp theo ( màu
xanh).

Hình 9: Thực hiện yêu cầu thành công, thẻ bài tiếp tục di chuyển

PHẦN 4. ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH MẠNG TOKEN RING

1. Ưu - nhược điểm
19


1.1.








1.2.


Ưu điểm
Kỹ thuật đơn giản.
Giá rẻ và dễ cài đặt.
Dữ liệu được truyền nhanh chóng.
Việc truyền dữ liệu là tương đối đơn giản vì các gói tin đi theo một hướng.
Thêm các nút bổ sung có ít tác động đến băng thông.
Ngăn ngừa va chạm mạng
Hiệu suất tuyệt vời trong điều kiện tải nặng.
Nhược điểm
Trong các điều kiện tải trọng thấp, sự chậm trễ đáng kể trong khi đợi token đến,

mặc dù mạng không hoạt động.
 Các gói dữ liệu phải truyền qua mọi máy tính giữa máy gửi và máy nhận do đó
điều này làm cho quá trình truyền chậm hơn.
 Vì tất cả các trạm kết nối với nhau, để thêm một trạm bạn phải tắt mạng tạm

thời.
 Để tất cả các máy tính kết nối với nhau, tất cả các máy tính phải được bật
 Việc truyền Token sẽ không thực hiện được nếu xoay vòng bị đứt đoạn.
 Phải có cơ chế kiểm tra Token để kiểm tra và khôi phục Token bị mất.


2. Hiệu suất của giao thức CSMA/CD và Token Ring
 Các phương pháp dùng thẻ bài phức tạp hơn so với giao thức truy cập ngẫu nhiên

CSMA/CD. Hiệu quả không cao trong việc tải nhẹ. Một trạm có thể đợi khá lâu
mới đến lượt.
 Phương pháp dùng thẻ bài: khả năng điều hòa lưu thông trong mạng, lập chế độ ưu

tiên cấp phát thẻ bài cho các trạm cho trước. Đặc biệt hiệu quả trong các trường
hợp tải nặng.

20


KẾT LUẬN
 Kết quả mô phỏng thu được hoàn toàn chính xác với Nguyên lý hoạt động của

mô hình mạng TikenRing mà chúng em mong muốn.
 Tuy nhiên, do kiến thức và thời gian còn hạn hẹp, chúng em mới chỉ mô phỏng
một mô hình mạng TokenRing cơ bản nhất.
 Trong thời gian tới, nếu có điều kiện, chúng em sẽ nghiên cứu và mô phỏng thêm
những nâng cao của mô hình mạng TokenRing để nâng cao hiệu suất cao hơn
như:

21


-

Trong vòng sẽ có nhiều hơn một thẻ bài để có thể thực hiện nhiều yêu cầu


-

hơn trong cùng một thời điểm.
Thực hiện yêu cầu liên tiếp mà không cần phải chọn đi chọn lại máy gửi
và máy nhận.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].Slide bài giảng Mạng Máy Tính, T.S
[2]. />%C3%ADnh.
[3]. />[4]. />[5]. />
22


23