Đồ án Về Ethernet

iệu từ giao thức mức trên. Tối đa1500byte CRC, FCS 32bit Mã phát hiện lỗi trong khung dữ liệu IV.1. Khuôn dạng khung Ethernet Có bốn kiểu khuôn dạng dữ liệu khác nhau được sử dụng trong mạng Ethernet bao gồm Ethernet 802.2, Ethernet 802.3, Ethernet II, và Ethernet SNAP. Mỗi kiểu khuôn dạng có phần khác nhau và chúng đều có bốn trường chung: địa chỉ nguồn (source addres), địa chỉ đích (destination address), dữ liệu (data) và trường kiểm tra lỗi (error-checking). Các kiểu khuôn dạng Ethernet được sử dụng thông thường nhất là Ethernet 802.2 và Ethernet 802.3. Các khuôn dạng Ethernet có kích thước biến đổi từ tối thiểu 64 byte tới tối đa 1518 byte. (Mỗi khuôn dạng chứa thông tin header kích thước 14 byte cộng với trường Frame Check Sequence chiều dài 4 byte. Phần dữ liệu của khuôn dạng có kích thước biến đổi từ 46 byte tới tối đa 1500 byte. Kích thước tổng cộng của frame được tính toán đơn giản bằng cách cộng kích thước của tất cả các trường – Nếu trường dữ liệu của frame nhỏ hơn 46 byte, frame sẽ được đệm thêm trường pad để kích thước tối thiểu của nó là 46 byte. IV.1.1. Ethernet 802.2 Khuôn dạng Ethernet 802.2 là khuôn dạng mặc định được sử dụng cho mạng Novell Netware 4.x và hệ điều hành mạng cao hơn. Khuôn dạng này hỗ trợ giao thức IPX/SPX cũng như giao thức TCP/IP và là khuôn dạng Ethernet thông thường nhất được sử dụng ngày nay. Các khuôn dạng này chứa một điểm truy nhập dịch vụ đích (Destination Service Access Point - DSAP) và một điểm truy nhập dịch vụ nguồn (Source Service Access Point - SSAP). Một điểm truy nhập dịch vụ (Service Access Point - SAP) định danh một nút hoặc quá trình bên trong, mà quá trình này sử dụng tầng con Logical Link Control của tầng Data Link. Mỗi quá trình xảy ra giữa nút nguồn và nút đích trên mạng có một SAP duy nhất. Hình 6 : Định dạng frame Ethernet 802.2 IV.1.2. Ethernet 802.3 Kiểu khuôn dạng Ethernet 802.3 là kiểu khuôn dạng Novell Netware ban đầu. Nó dùng cho các mạng đang sử dụng Novell Netware 3.12 và các phiên bản thấp hơn. Giống như Ethernet 802.2, kiểu khuôn dạng này cũng hỗ trợ giao thức IPX/SPX, nhưng nó không hỗ trợ các giao thức khác như TCP/IP. Không có các bit điều khiển (DSAP và SSAP) bên trong khuôn dạng 802.3. Hình 7 : Định dạng frame Ethernet 802.3 IV.1.3. Ethernet II Ethernet II là kiểu khuôn dạng Ethernet đầu tiên được phát triển bởi DEC, Intel và Xerox. Nó được phát triển trước chuẩn IEEE 802. Nó tương tự khuôn dạng Ethernet 802.3, nhưng không chứa trường length. Thay thế, khuôn dạng Ethernet II chứa trường Ethernet Type, mà nó cho phép phân biệt việc sử dụng các giao thức IPX/SPX, TCP/IP và AppleTalk. Hình 8 : Định dạng frame Ethernet II IV.1.4. Ethernet SNAP (Sub-Network Access Protocol) Ethernet SNAP là một sự điều chỉnh của khuôn dạng Ethernet 802.2 và Ethernet II. Kiểu khuôn dạng này sử dụng cùng các trường điều khiển như khuôn dạng 802.2 – Destination Service Access Point (DSAP) và Source Service Access Point (SSAP). Nó cũng bổ sung trường Ethernet Type từ khuôn dạng Ethernet II cộng thêm một trường khác gọi là trường Organisation ID (OUI). Trường này định danh kiểu mạng mà các khuôn dạng đó đang hoạt động. Ethernet SNAP thì thích hợp với các giao thức IPX/SPX, TCP/IP và AppleTalk, nhưng khuôn dạng này hiếm khi được sử dụng. Hình 9 : Định dạng frame Ethernet SNAP Tại tầng liên kết dữ liệu, cấu trúc khung là gần như giống nhau cho tất cả mọi tốc độ của Ethernet từ 10 – 10000 Mbps. Ethernet quy định một khung (frame) không ít hơn 64 octets (bytes) và không nhiều hơn 1518 octets. IV.2. Địa chỉ Ethernet Mỗi host trong một mạng Ethernet (thật ra là tất cả các host trên thế giới) có một địa chỉ Ethernet duy nhất. Mô tả một cách kỹ thuật, địa chỉ được gắn vào card mạng chứ không phải máy tính; nó được ghi vào ROM trên card mạng. Các địa chỉ Ethernet thường được in theo thể thức mà con người có thể đọc được: một dãy gồm 6 bytes được viết dưới dạng thập lục phân, cách nhau bởi dấu hai chấm “:”. Ví dụ, 80:be:b2 là cách biểu diễn dễ đọc của địa chỉ Ethernet sau : 00001000 00000000 10110001 11100100 10110001 00000010 Để đảm bảo rằng mọi card mạng được gán một địa chỉ duy nhất, mỗi nhà sản xuất thiết bị Ethernet được cấp cho một phần đầu địa chỉ (prefix) khác nhau. Ví dụ, Advanced Micro Devices đã được cấp phần đầu dài 24 bit x08002 (hay 8:0:2). Nhà sản xuất này sau đó phải đảm bảo phần đuôi (suffix) của các địa chỉ mà họ sản xuất ra là duy nhất. Mỗi khung được phát ra Ethernet sẽ được nhận bởi tất cả các card mạng có nối với đường truyền. Mỗi card mạng sẽ so sánh địa chỉ đích trong khung với địa chỉ của nó, và chỉ cho vào máy tính những khung nào trùng địa chỉ. Địa chỉ duy nhất như vậy gọi là địa chỉ unicast. Ngoài ra còn có loại địa chỉ broadcast là loại địa chỉ quảng bá, có tất cả các bit đều mang giá trị 1. Mọi card mạng đều cho phép các khung thông tin có địa chỉ đích là broadcast đi đến host của nó. Cũng có một loại địa chỉ khác gọi là multicast, trong đó chỉ một vài bit đầu được đặt là 1. Một host có thể lập trình điều khiển card mạng của nó chấp nhận một số lớp địa chỉ multicast. Địa chỉ multicast được dùng để gởi thông điệp đến một tập con (subset) các host trong mạng Ethernet. IV.3. Thuật toán truyền 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. Tất cả các trạm đều thấy frame truyền. Mỗi trạm phải kiểm tra mỗi frame để xác định xem nó có phải là đích của frame hay không. Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung còn gọi là đuờng trung gian. Tín 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 MAC (Medium Access Control) được đặt trong mỗi trạm. Khi một tín hiệu trên thiết bị trung gian Ethernet tới mọi node được gắn trên mạng, địa chỉ nhận được rõ ràng trong Frame để có thể nhận diện ra người nhận. Đặc tả Ethernet ban đầu có đề cập đến vấn đề collision có thể xảy ra trên LAN. Khi hạ tầng mạng là dùng chung, bất kỳ một tín hiệu điện này cũng được truyền dẫn trên đường dây cũng có thể xung đột với một tín hiệu của một thiết bị khác. Khi hai hoặc nhiều Ethernet frame chồng lấp lên đường truyền ở một thời điểm nào đó, collision xảy ra. Collision sẽ dẫn đến các lỗi bit và mất frame (bit error). Đặc tả của Ethernet định nghĩa thuật toán CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) để giải quyết những collisions không thể tránh khỏi. CSMA/CD sẽ giúp giảm thiểu số collisions nhưng khi nó xảy ra, CSMA/CD sẽ chỉ ra việc các máy gửi dữ liệu sẽ nhận ra collision và truyền lại frame như thế nào. IV.4. Ethernet – Dịch vụ phi kết nối, không tin cậy Phi kết nối : không bắt tay giữa bộ thích ứng bên gởi và nhận. Không tin cậy : bộ thích ứng mạng bên nhận không gởi tin báo nhận / không nhận (ACK hay NACK) đến bộ thích ứng mạng bên gởi. + Dòng của các gam dữ liệu được chuyển lên cho tầng mạng có thể có các khoảng trống. + Các khoảng trống này sẽ được lấp nếu ứng dụng sử dụng TCP ở tầng vận chuyển. Nếu không thì ứng dụng sẽ “ thấy” các khoảng trống đó (xử lý hay không tùy nó). IV.5. Các loại địa chỉ khung Ethernet Địa chỉ Unicast : được dùng khi 1 trạm muốn truyền khung đến trạm khác trên mạng (1-1). Khi đó vùng địa chỉ nguồn và đích là địa chỉ của các trạm. Địa chỉ Broadcast : dùng khi 1 trạm muốn truyền khung đến tất cả các trạm khác trên mạng (1-n). Khi đó vùng địa chỉ đích có tất cả các bit là (FF:FF:FF:FF:FF:FF) Địa chỉ Multicast : được dùng khi 1 trạm muốn truyền khung đến trạm khác trên 1 mạng con (subnet). Khi đó vùng địa đích có 3 byte đầu tiên là 01:00:5E, các byte còn lại là địa chỉ nhóm IV.6. Các loại lỗi trên khung Ethernet · Runts: Kích thước khung < 64 bytes, khung sẽ bị hủy Nguyên nhân: thường do đụng độ, nhiễu hoặc dây tiếp xúc kém · Bad CRC: xảy ra khi khung ở máy thu không giống với khung phát đi ở máy phát. CRC cũng khác nhau · Long : Kích thước khung nhận được : 1518-> 6000 bytes Nguyên nhân : phần cứng, phần mềm mạng trên trạm phát có vấn đề · Giant : kích thước khung nhận được > 6000 bytes Nguyên nhân : phần cứng, phần mềm mạng trên trạm phát có vấn đề CHƯƠNG V : CÁC MẠNG VÀ THIẾT BỊ ETHERNET V.1. Các mạng Ethernet Tên gọi Tên gọi của lớp con MAC Khoảng cách tối đa Loại cáp 10Base5 802.3 500m 50-Ohm thick coaxial cable 10Base2 802.3 185 m 50-Ohm thin coaxial cable 10BaseT 802.3 100 m Category 3, 4, or 5 UTP 10BaseFL 802.3 2000 m Fiber 100BaseTx 802.3u 100 m Category 5 UTP 100BaseT4 802.3u 100 m Category 3 UTP 100BaseT2 802.3u 100 m Category 3, 4, or 5 UTP 100BaseFx 802.3u 400/2000 m Multimode fiber 100BaseFx 802.3u 10,000m Single-mode fiber 1000BaseSx 802.3z 220-550m Multimode fiber 1000BaseLx 802.3z 3000m Single-mode or multimode fiber 1000BaseCx 802.3z 25m Shielded copper 1000BaseT 802.3ab 100m Category 5 UTP Các chuẩn mạng Ethernet : 10Base-5-Thicknet 10Base-2-Thinnet 10Base-T Fast Ethernet : 100Base-TX 100Base-FX Gigabit Ethernet : 1000Base-CX 1000Base-LX 1000Base-SX V.2. Mạng 10Base-5-Thick Ethernet (Thicknet) - Thông số kỹ thuật: Cáp Đồng trục cứng (10mm) Tốc độ truyền tối đa 10Mbps Chiều dài tối đa 1 segment 500 m Khoảng cách tối thiểu giữa 2 trạm 2,5m Cấu hình lớn nhât 2500 m (5 đoạn, 4 repeater) Số trạm làm việc tối đa 1000 (200 trạm/segment)x 5 seg -Thiết bị kết nối: + Cáp đồng trục cứng (RG-8) + Cáp AUI (Attachment Unit Interface) : cáp giao tiếp nối giữa card mạng và đường trục cáp chính. Chiều dài cáp tối đa 50m, sử dụng đầu nối DB-15. + Tranceiver : Thiết bị chuyển đổi từ đầu DB-15 của cáp AUI sang trục cáp chính. Kiểm tra tín hiệu CSMA/CD. + Tranceiver Tap: đầu kim loại trên Tranceiver cho phép gắn Tranceiver vào trục cáp chính V.2.1 Cáp đồng trục cứng RG-8 Hình 10 : Cáp đồng trục cứng RG-8 Tranceiver Hình 11 : Tranceiver V.2.2. Mô hình mạng 10Base-5 Hình 12 : Mô hình mạng 10Base-5 V.3. Mạng 10Base-2(độ dài một đoạn mạng dài xấp xỉ 200m) -Thin Ethernet (Thinnet) - Thông số kỹ thuật: Cáp Đồng trục mềm (5mm) Tốc độ truyền tối đa 10Mbps Chiều dài tối đa 1 segment 185 m Khoảng cách tối thiểu giữa 2 trạm 0,5m Cấu hình lớn nhât 925 m (5 đoạn, 4 repeater) Số trạm làm việc tối đa 150 (30 trạm/segment)x 5 seg - Thiết bị kết nối: + Cáp đồng trục mềm lõi nhiều sợi hoặc 1 lõi. + Card mạng : giao tiếp giữa máy tính và cáp mạng. + Chuyển đổi từ đầu DB-15 của cáp AUI sang trục cáp chính. Kiểm tra tín hiệu CSMA/CD. + BNC : Đầu nối cáp dạng BNC + BNC-T : Nối giữa card mạng và cáp nối có dạng chữ T + Terminator : Điện trở kết thúc nối vào đầu BNC-T của 2 card mạng cuối cùng V.3.1. Cáp đồng trục mềm lõi nhiều sợi (RG-58A/U) hoặc 1 lõi (RG-58/U) Hình 13 : Cấu tạo của cáp đồng trục RG-58 V.3.2. Card mạng Hình 14 : Card mạng V.3.3. Đầu nối BNC Hình 15 : Đầu nối BNC V.3.4. Đầu nối BNC-T Hình 16 : Đầu nối BNC-T V.3.5. Terminator Hình 17 : Terminator V.4. Mạng 10Base-T: Twisted-Pair Ethernet - Thông số kỹ thuật Cáp Xoắn không có vỏ bọc (UTP) Tốc độ truyền tối đa 10Mbps Chiều dài tối đa 1 segment 100 m Số Hub kết nối 4 - Thiết bị kết nối: + Cáp xoắn UTP 3 (4 cặp dây xoắn) + Đầu nối RJ-45 : kết nối cáp với card mạng và cáp với Hub + Hub (Bộ tập trung) : khi 1 trạm phát 1 gói tin đến Hub, Hub sẽ chuyển gói tin đến tất cả các cổng khác V.4.1. Cáp UTP : Unshielded Twisted Pair Hình 18 : Cáp UTP và đầu nối RJ-45 V.4.2. Hub - Một trạm phát 1 gói tin đến Hub, nó sẽ chuyển gói tin đến tất cả các cổng khác - Có thể mở rộng mạng hình sao bằng cách ghép nhiều Hub để tăng số cổng giao tiếp với máy trạm. - Cáp nối giữa các Hub được nối thông qua cổng Uplink Hình 19 : Kết nối các hub Hình 20 : Kết nối hub với các thiết bị V.4.3. Mô hình mạng Ethernet 10Base-T Hình 21 : Mạng Ethernet 10Base-T V.5. Fast Ethernet Ethernet tốc độ cao Tập tiêu chuẩn Ethernet sử dụng cho mạng LAN với tốc độc truyền 100Mbps Sử dụng phương pháp CSMA/CD Cùng dạng khung dữ liệu giống Ethernet 10Mbps Tốc độ nhanh hơn 10Base-T nhờ Switch (thay cho Hub) Hoạt độn g: 1 trạm phát 1 khung, Switch sẽ chuyển đến đúng port (đúng địa chỉ đích trên khung) => cùng 1 lúc có thể có nhiều trạm phát mà không gây ra đụng độ (khác với Hub) Các tiêu chuẩn của Fast Ethernet là: + 100Base-TX : gồm 100Base-T, 100Base-4T + 100Base-FX Ưu điểm: Tương thích với Ethernet nên dễ tích hợp vào LAN 10Mbps Phát triển dựa trên Ethernet 10Mbps => không cần đầu tư thêm cho thiết bị Có thể truyền dữ liệu âm thanh, hình ảnh, video với tốc độ cao gấp 10 lần Ethernet => đáp ứng nhiều yêu cầu đa dạng của LAN Dễ nâng cấp và tích hợp với Ethernet 10Mbps nhờ các bộ chuyển mạch tự động nhận V.5.1 Fast Ethernet : 100Base-TX - Thông số kỹ thuật Cáp UTP Cat 5 Tốc độ truyền tối đa 100Mbps Chiều dài tối đa 1 segment 100 m Khoảng cách tối đa giữa trạm -Hub/Switch 100m Khoảng cách tối đa giữa Hub-Switch 225m IEEE-spec 802.3u - Mô hình mạng Ethernet: 100Base-TX Hình 22 : Mạng Ethernet 100Base-TX V.5.2. Fast Ethernet: 100Base-FX - Thông số kỹ thuật Cáp Fiber Tốc độ truyền tối đa 100Mbps Chiều dài tối đa 1 seg – full duplex Chiều dài tối đa 1 seg – half duplex 2000m 412m Khoảng cách tối đa giữa trạm -Hub/Switch 412m Khoảng cách tối đa giữa các Repeater 20km(m.mode),10km(sm) IEEE-spec 802.3u Hình 22 : Mạng Ethernet 100Base-FX V.6. Gigabit Ethernet (GbE) Sử dụng cáp quang Tốc độ truyền 1Gbps Dùng làm trục chính để nối các LAN Fast Ethernet Một số chuẩn : 1000Base-CX 1000Base-LX 1000Base-SX V.6.1 Gigabit Ethernet (GbE) : 1000Base-CX Được xây dựng dựa trên chuẩn 802.3z Sử dụng cáp xoắn STP Khoảng cách truyền tối đa giữa trạm và GbE Switch/Hub là 25m Thường sử dụng kết nối giữa Switch – Switch; Switch – Server V.6.2. Gigabit Ethernet (GbE) : 1000Base-LX Được xây dựng dựa trên chuẩn 802.3z Sử dụng cáp quang đa mode hoặc đơn mode Tín hiệu truyền trên cáp là tín hiệu laser, λ=1300nm (dài) Chế độ truyền song công trên cáp quang 2 lõi Chiều dài segment tối đa phụ thuộc vào chất lượng cáp Loại cáp Chiều dài Segment Đơn mode 10µm 10km Đa mode 50µm 550m Đa mode 62,5µm 440m Thường sử dụng kết nối giữa Switch – Switch; Switch – Server V.6.3. Gigabit Ethernet (GbE) : 1000Base-SX Được xây dựng dựa trên chuẩn 802.3z Sử dụng cáp quang đa mode Tín hiệu truyền trên cáp là tín hiệu laser, λ=850nm (ngắn) Chế độ truyền song công trên cáp quang 2 lõi Chiều dài segment tối đa phụ thuộc vào chất lượng cáp Loại cáp Chiều dài Segment Đa mode 50µm 500m Đa mode 62,5µm 420m Thường sử dụng kết nối giữa các Hub tốc độ cao; Ethernet Switch hoặc Router. V.6.4. Các mạng Ethernet : 1000Base-SX-LX(fiber) Hình 22 : Mạng Ethernet 1000Base-SX-LX V.7. Media Access Control (MAC) Kỹ thuật Shared-media broadcast MAC trong Ethernet thực hiện ba chức năng sau : + Gửi và nhận các Frame + Kiểm tra địa chỉ MAC xem có hợp lệ không trước khi chuyển lên tầng trên (OSI) xử lí tiếp + Kiểu tra xem FRAME có lỗi hay không ĐỊA CHỈ MAC Còn gọi là Ethernet address Địa chỉ lớp 2 – Data Link, gồm 6 byte = 48 bit, thường được biểu diễn bằng 12 số hexa (cơ số 16), trong đó 24 bit đầu là mã số của công ty sản xuất Card mạng đó (cisco, 3com, planet,…); còn 24 bit sau là số seri của từng Card mạng đối với một hãng sản xuất. Ví dụ: 00-0B-CD-33-26-9D - Thiết bị nào cần MAC Address ? Layer 2 trở lên (bridge, switch, NIC). - Xem MAC Address trên Windows winipcfg (Win9x), ipconfig/all (Win2K,XP) Access Router A1-44-D5-1F-AA-4C D4-47-55-C4-B6-9F To Internet Ethernet Switch/Hub B2-CD-13-5B-E4-65 C3-2D-55-3B-A9-4F Broadband Modem Client Client Server Server Hình 22 : Mô hình kết nối Ethernet tới các thiết bị CHƯƠNG VI : ỨNG DỤNG CỦA ETHERNET VI.1. Sử dụng Ethernet cho các hệ thống an ninh giám sát diện rộng với độ tin cậy cao Ngày càng có nhiều tổ chức đảm bảo an ninh cho chính mình bằng cách ứng dụng các hệ thống an ninh giám sát và hệ thống kiểm soát vào ra điện tử cho cơ sở vật chất, hạ tầng. Các hệ thống này, cả ở công cộng và tư gia, đã phát triển rầm rộ trong những năm gần đây. Các hệ thống giám sát này có thể được sử dụng trong các cụm văn phòng, khu công nghiệp, trường đại học, các siêu thị bán lẻ, hệ thống giao thông công cộng, những nơi mà an ninh được đặt lên hàng đầu. Cùng với sự hiện diện rộng rãi các sản phẩm an ninh, trong đó có camera, hệ thống thông tin liên lạc, các thiết bị kiểm soát vào ra, các hệ thống báo động và điều khiển là chúng ngày càng có kết cấu phức tạp. Thách thức đặt ra đầu tiên là để đảm bảo rằng tất cả các thiết bị sử dụng chung một nền tảng truyền thông. Ethernet là sự lựa chọn đương nhiên. Đây là một giao thức truyền thông được chứng minh có khả năng cung cấp dịch vụ nhanh đáng tin cậy. Để đảm bảo độ tin cậy tối đa, cần xem xét cẩn thận cấu trúc liên kết mạng, băng thông thích hợp và cả hệ thống dự phòng. VI.1.1. Cấu trúc liên kết hình sao Cấu hình liên kết mạng sao luôn là phương pháp thiết kế một cấu trúc liên kết mạng bảo mật quy mô nhỏ với khả năng truy cập không dây hiệu quả nhất. Nó là một thiết kế rất đơn giản cho phép sử dụng các thiết bị chuyển mạch không quản lý tại hiện trường được gắn trực tiếp với chuyển mạch trung tâm với một bảng nổi đa năng. Cổng quang trong ví dụ này có thể được sử dụng để kết nối các chuyển mạch hiện trường với khoảng cách tới 80 KM kể từ trạm giám sát. Chuyển mạch cấp nguồn qua Ethernet (PoE) tại hiện trường sẽ cung cấp cả khả năng giao tiếp và nguồn cho các thiết bị có khả năng cấp nguồn PoE qua cáp CAT5. Hình 23 : Cấu trúc liên kết hình sao Hình 24 mô tả một cấu trúc liên kết vòng dự phòng điển hình được sử dụng cho một hệ thống thông tin liên trường đại học. Hệ thống này bao gồm các điểm kiểm soát vào ra của tòa nhà, các điểm truy cập không dây đến các khu vực công cộng và tư nhân trên khắp khuôn viên trường và giám sát tài sản thông qua camera IP. Hình 24 : Cấu trúc liên kết dạng vòng VI.1.2. Cấu trúc liên kết vòng Vòng liên kết quang gigabit đảm bảo sự cách điện giữa các tòa nhà đồng thời mang đến băng thông thích hợp để hỗ trợ camera và các điểm truy cập wireless. Cấu trúc liên kết vòng cũng cung cấp các cổng giao tiếp dự phòng trong trường hợp mất đường liên kết sợi quang. Việc giám sát hệ thống được thực hiện thông qua chuyển mạch triển khai trong vòng. Các thiết bị này sử dụng hoặc giao thức hình cây mở rộng nhanh (RSTP) hoặc giao thức điều khiển vòng độc quyền tốc độ cao như N-Ring của N-TRON để gửi các gói heartbeat Ethernet tới các thiết bị quanh vòng. Công cụ quản lý vòng được chỉ định sẽ khóa một trong những cổng của liên kết này, do đó tất cả các dòng dữ liệu ngoại trừ gói heartbeat, sẽ được truyền qua cổng khác. Các vòng không được kiểm tra sẽ tạo ra hiện tượng nhiễu mạng làm ngắt mọi kết nối. Các gói heartbeat được phép đi qua các cổng bị chặn và được định thời bởi công cụ quản lý vòng nhằm đảm bảo vòng liên kết không bị ảnh hưởng. Công cụ quản lý vòng phát hiện sự cố trong hệ thống nếu các gói heartbeat không được nhận đúng thời gian. Nó sẽ mở cổng bị chặn ngay tức thì. Hình 25 cho thấy hình ảnh từ trình duyệt web N-TRON N-Ring ở chế độ bình thường và mặc định. Trạng thái lỗi được biểu thị bằng màu đỏ và sẽ xác định vị trí của sự cố liên kết. Trong trường hợp này, sự cố xuất hiện giữa chuyển mạch 1, cổng A2 và chuyển mạch 2, cổng A2. Hình 25: Trạng thái vòng quản lý N-Ring qua trình duyệt WEB VI.1.3. Các ứng dụng giám sát mạng Chuyển mạch có quản lý N-TRON cung cấp công cụ giám sát OPC-based (OLE cho điều khiển quá trình) sẽ thông báo có trên 40 thông số hoạt động khác nhau trên từng cổng và trên từng 10 cổng. Phần mềm OPC, N-View, có thể được sử dụng như một công cụ giám sát độc lập hoặc có thể tích hợp vào hầu hết các hệ thống HMI Windows-based và SCADA. Một ví vụ điển hình có thể được thấy trong hình 26. Hình 26: Giám sát chuyển mạch SCADA sử dụng N-Tron, N-View OPC. VI.1.4. Thông số kỹ thuật chuyển mạch Chuyển mạch trong các ứng dụng này được ưu tiên cho những yêu cầu về môi trường mà không thể có trong các thiết bị IT thông thường. Chúng thường tiếp xúc với điều kiện môi trường khắc nghiệt và phải cung cấp dịch vụ liên tục trong những khoảng thời gian dài. Chỉ có các thiết bị bền nhất, đã được chứng nhận mới được sử dụng cho trường hợp này. Các thông số kỹ thuật sau đây về môi trường và về độ tin cậy cần được xem xét : Dải nhiệt độ hoạt động từ -40 ° đến 80 ° C 200g sốc  50g rung  Chống quá áp ESD16 KV Thời gian trung bình giữa 2 sự cố (MTBF) 1.000.000 giờ VI.1.5. Ứng dụng cho trạm cấp cứu Thiết bị chuyển mạch bền có vai trò rất quan trọng đối với các hệ thống báo động cấp cứu như ở đồn công an, trạm cứu hỏa và trạm y tế. Thiết bị này thường được sử dụng trong các trường đại học, các trung tâm thương mại, công viên và các khu vui chơi giải trí cũng như các khu đô thị khác. Hình 27 cung cấp hình ảnh của ứng dụng này. Trong trường hợp này, hệ thống sẽ sử dụng thiết bị có điện áp 24 VDC với thiết bị dự phòng là một UPS DC để dự phòng nguồn điện trong trường hợp cúp điện. Hình 27 : Trạm cấp cứu Các thành phần của một trạm cấp cứu Chuyển mạch gigabit có quản lý với khả năng quản lý vòng và giám sát OPC tốc độ cao. Modun vào ra từ xa MODBUS TCP/IP với đồng hồ thời gian thực. Thành phần này cho phép nhân viên an ninh điều khiển còi báo đồng, ánh sáng hoạt nghiệm và đèn tại một ví trí ở xa. Modun này cũng gửi một tin nhắn tới trung tâm điều khiển khi nút cảnh báo được ấn hoặc khi bộ lưu điện UPS gặp sự cố. Máy liên lạc IP sử dụng cho giao tiếp 2 chiều khẩn cấp với nhân viên an ninh. Camera IP để giám sát khu vực. Truy cập không dây IEEE 802.11 a, b, d, n cung cấp dịch vụ không dây cho khu vực xung quanh. Đèn LED được sử dụng để làm sáng trạm cấp cứu. Đèn báo động sử dụng để cảnh báo khẩn cấp. Nút ấn báo động gửi tín hiệu tới nhân viên anh ninh khi có một ca cấp cứu đến Nguồn cấp 24 VDC. UPS DC và sạc pin 12 VDC (xem PULS UB10.241). Pin sạc 12 VDC VI.1.6. Các trạm kết nối Các trạm này thường được bảo mật và liên kết với nhau thông qua một cấu trúc liên kết sợi quang tốc độ cao. Các cáp quang và bộ biến năng trên mỗi chuyển mạch phải tương thích. Liên kết với khoảng cách nhỏ hơn 300 mét có thể sử dụng cáp sợi quang đa chế độ và bộ biến năng ở mỗi đầu của nút này. Liên kết trên 300 mét nên sử dụng sợi cáp quang chế độ đơn và bộ chuyển đổi chế độ đơn. Lưu ý, hai sợi cáp quang không tương thích do đó mạng cần được thiết lập với lời khuyên này. Việc lựa chọn cáp phải được thực hiện với sự tư vấn của nhà cung cấp với sự hiểu biết đầy đủ về cách thức cáp sẽ được triển khai và khoảng cách chính xác giữa mỗi liên kết. Các nhà cung cấp chuyển mạch nên biết chủng loại và độ dài của cáp để họ có thể cung cấp các biến năng thích hợp cho các ứng dụng. VI.1.7. Mạng liên kết vòng lớn hoặc nhiều vòng  Những khu vực địa lý lớn hơn có thể yêu cầu một giải pháp liên kết nhiều vòng. Hình 28 mô tả bốn vòng liên kết N-Ring tốc độ cao được gắn vào một mạng trung tâm điều khiển tập trung chạy RSTP. Hình 28: Mạng 4 vòng liên kết N-Ring Loại cấu trúc liên kết này phải được tính toán cẩn thận do toàn bộ các thiết bị liên quan tới một hệ thống. Hai yếu tố quan trọng cần thiết để hoàn thành hệ thống này là băng thông tương xứng và các địa chỉ IP đủ để điều khiển khối thiết bị. Vấn đề băng thông có thể được giải quyết bằng cách hạn chế số lượng thiết bị trên mạng hoặc sử dụng các trạm giám sát riêng biệt cho mỗi vòng. Máy chủ có thể được cấu hình để cung cấp băng thông lớn hơn thông qua việc sử dụng nhiều card giao tiếp mạng (NIC), mỗi card sử dụng cho mỗi vòng. Các mạng lớn hơn có thể cần thêm các địa chỉ IP hơn là 254 địa chỉ có sẵn trong một mạng con. Những hệ thống này cũng có thể cần phải phân đoạn các khu vực an nình vào các mạng riêng biệt sử dụng các mạng nội bộ ảo (VLAN) do đó các địa chỉ IP có thể được tái sử dụng trong từng khu vực. Chức năng N-Tron VLAN cho phép thiết lập từng cổng trong một chuyển mạch thành từng địa chỉ VLAN riêng. Chuyển mạch trong cấu trúc liên kết vòng điều khiển chính có thể được sử dụng để phân đoạn mạng thành các mạng VLAN. Cấu hình này cho phép sử dụng gấp đôi các địa chỉ IP trong từng mạng VLAN. VI.1.8. Các giao thức khác cần xem xét  Chất lượng dịch vụ (QoS) cho phép hội thoại qua IP và video thông qua việc ưu tiên gói IP. Các ứng dụng này yêu cầu QoS cung cấp lời thoại và video mà không có những khoảng trống trong cung cấp do sự chậm trễ đệm gói tin trên mạng. Hầu hết các camera IP và các hệ thống máy liên lạc sử dụng phương pháp gửi tin hàng loạt đòi hỏi mỗi chuyển mạch trong mạng có khả năng  truyền các tin này hợp lệ sử dụng giao thức quản lý nhóm internet (IGMP Snooping). Chuyển mạch có quản lý N-Tron tự động sử dụng IGMP Snooping để quản lý các nhóm tin nhắn được tạo ra từ thiết bị này. Bởi vì các hệ thống này