Giáo trình hệ thống mạng máy tính ccna semester 1 version 4 0 phần 2

Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu
Chương

zz¡ [MỊ

®

7:

LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU
Mơ hình tham chiếu OSI chia các tính năng của mạng thành các lớp. Chúng ta đã tìm

hiểu qua các lớp:

Lớp Applieation cung cấp giao diện giao tiếp cho người dùng.
Lớp Transport có nhiệm vụ chia và quản lý các cuộc trao đổi giữa các tiến trình
đang chạy trên hai hệ thống cuối.
Lớp Network tổ chức dữ liệu cẩn giao tiếp để chuyển qua các mạng từ host nguồn

đến host đích.

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu vai trò của lớp Liên kết dữ liệu (Data Link). Lớp

này có nhiệm vụ chuẩn bị các packet từ lớp Network chuyển xuống để truyền chúng trên
mơi trường truyền thích hợp và điều khiển việc truy cập môi trường truyén vat lý.
Sau khi hồn thành chương này, bạn sẽ có thể:
Diễn giải vai trò của các giao thức ở lớp Data Link trong việc truyền dữ liệu.

Mô tả cách lớp Data Link chuẩn bị dữ liệu như thế nào để truyền trên môi trường
truyền.

Mô tả các loại phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền khác nhau.
Nhận biết nhiều topo mạng luận lý (logical network topology) thông thường và mô
tả cách topo mạng luận lý quyết định phương pháp điều khiển truy cập mơi trường

truyền của mạng đó như thế nào.
Diễn

giải mục

đích của việc đóng gói các packet thành các frame

trong việc truy cập môi trường truyền.

để thuận tiện

Mô tả cấu trúc của frame lớp 2 (Data Link Layer) và nhận biết các cột phổ biến.
Diễn

giải

vai

trị

của

các

cột

chính

trong

frame

header

và

frame

trailer,

gồm

addressing, QoS, type of protocol ya Frame Check Sequence

7.1. Lớp Data Link - Truy cập môi trường truyền
7.1.1. Lớp Data Link - Hỗ trợ uà kết nốt đến các dịch uụ của lớp cao hon
Lép Data Link có nhiệm vụ là cung cấp các phương pháp để trao đổi dữ liệu trên môi
trường truyền cục bộ. Nó thực hiện hai dịch vụ cơ bản:


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

Cho phép các lớp trên truy cập môi trường truyền bằng các kỹ thuật như

framing.

*

Điều khiển cách thức dữ liệu được đặt vào môi trường truyền và được nhận
từ môi trường truyền bằng các kỹ thuật điều khiển truy cập môi trường
truyền và phát hiện lỗi.

Giống như các lớp khác của mơ hình tham chiếu OSI, lớp Data Lánk cũng có một số
thuật ngữ riêng của nó. Hình 7.1.1.1 chỉ ra một số thuật ngữ thường được dùng:

Frans

PDU của lớp Data

Link được gọi là rame

Application
—
=
{

7

Session

TiaHSbBIE
Network

—
=

Media

M

are

`

Một% node là một&

“
b

At
`

Media là phương tiện

vật lý được dùng để
mang

tín hiệu dữ liệu

Một network là hai
hay nhiều thiết bị

Network

được nối đến một
môi trường truyền

chung.
Hinh 7.1.1.1: Cac thudt ngit cia lép Data Link.
*

Frame - 1a mét don vi dit liéu giao thức (PDU) của lớp Data Link.

*

Node - Mot node là một thiết bị trên mạng.

“

Media/medium - phương tiện vật lý để mang thông tin giữa hai node.

*

Network

(physical network) - hai hay nhiều node được kết nối đến cùng

một rnedia chung. Một physical network khác với một logical network.
Logical network được định nghĩa tại lớp Network bằng cách sắp xếp cơ chế
địa chỉ phân cấp. Physical network biểu diễn mối kết nối giữa các thiết bị
trên một media chung. Thỉnh thoảng, một physical network cũng được xem
như là một network segment,


23s [MỊ

Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu
Lớp eao hơn truy cập môi trường truyền
Như chúng ta đã biết trong các chương trước,
có một sự hỗ tương cho nhau. Trên tinh thần
bằng cách nhận dữ liệu từ lớp trên, sau đó đặt
lại. Tùy vào mỗi loại mơi trường truyển mà
Link sẽ khác nhau.

các lớp trong mơ hình tham chiếu OSI
đó, lớp Data Link giúp đỡ các lớp trên
chúng vào môi trường truyền; và ngược
tiến trình thực hiện này của lớp Data

Trong bất kỳ một cuộc trao đổi paeket nào của lớp
chuyển tiếp giữa các media và lớp Data Link. Tại mỗi
trung gian - thường là router - nhận các frame từ
chuyển tiếp paeket trong một frame mới thích hợp

này.

Network, có thể có nhiều vị
hop thuộc đường đi, một thiết.
một media, mở frame và sau
với media của đoạn mạng vật

trí
bị
đó
lý

Tưởng tượng có một cuộc trao đổi dữ liệu giữa hai máy rất xa nhau, chẳng hạn như
một PC ở Paris với một Server ở Japan. Mặc dù hai máy này giao tiếp với nhau thơng
qua các giao thức lớp Network (ví dụ IP), nhưng các giao thức ở lớp Data link được sử

dụng để vận chuyển các packet IP qua rất nhiều loại LAN và WAN

khác nhau. Các

packet được trao đổi giữa hai thiết bị địi hỏi có các giao thức đa dạng ở lớp Data link.
Mỗi vị trí chuyển tiếp tại router có thể cần một giao thức lớp Data link khác để vận
chuyển packet vào một. môi trường truyền (media) mới.
Các giao thức ở lớp Data
Link chịu trách nhiệm

se

định dạng frame phù hợp.
với các loại media
-

am

Các giao thức khác nhau
có thể được sử dụng trên
2.

các media khác nhau

aA

¢&

E

Hình 7.1.1.2: Lớp Data Link.
Trong hình 7.1.1.2 trên, bạn có thể thấy rằng mỗi liên kết giữa các thiết bị sử dụng
một môi trường truyền khác. Giữa PC và router là Ethernet. Các router được kết nối
qua vệ tỉnh (Satellite), và máy laptop được kết nối tới router cuối cùng qua wireless.


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu
Trong ví dụ này, khi một IP packet đi chuyển từ PC đến Laptop, packet này được

đóng gói thành các Ethernet frame, mở gói, xử lý và lại đóng gói thành một frame
mới để truyền vào môi trường truyền vệ tỉnh. Ở liên kết cuối, sử dụng wireless để di

chuyển packet từ router đến laptop

Lớp Data Link tách rời các tiến trình giao tiếp tại các lớp cao hơn ra khỏi những thay
đổi của môi trường truyền khi di chuyển packet từ đầu này đến đầu kia. Khi nhận

được một packet, nó sẽ chuyển trực tiếp đến một giao thức của lớp trên, trong trường

hợp này là IPv4 hoặc IPv6, giao thức này không
dụng media nào.

cần biết rằng cuộc giao tiếp sẽ sử

Khơng có lớp Data Link, một giao thức của lớp Network,

như IP, sẽ phải tự kết nối

đến mỗi loại media có thể tôn tại trên đường vận chuyển. Hơn nữa, IP phải tự điều
chỉnh mỗi khi một kỹ thuật mạng hay media được phát triển. Tiến trình này sẽ làm

cản trở sự đổi mới và phát triển của giao thức và media. Đây là một lý do chính để
dùng một phương pháp phân lớp cho mạng.

Các dịch vụ ở lớp Data Link bao gồm tất cả các loại media được dùng hiện nay và các
phương pháp truy cập chúng. Khái quát hóa vai trò của các dịch vụ lớp Data Link và
cung cấp các ví dụ về chúng là một việc làm khó khăn. Chính vì lý do đó, bất kỳ giao

thức nào cũng có thể hoặc khơng hỗ trợ tất cả các dịch vụ lớp Data Link

7.1.3. Lớp Data Link - Điều khiển uiệc uận chuyển trong media cục bộ
Các

giao thức ở lớp 2 chỉ ra cách đóng gói một packet thành một frame và các kỹ

thuật để truyền một packet đã được đóng gói vào và ra ở mỗi mơi trường truyền. Kỹ
thuật được dùng để truyền một frame vào và ra môi trường truyền được gọi là phương
pháp điều khiển truy cập môi trường truyền (media access control). Để dữ liệu được
truyền qua một số loại media khác nhau, phải có nhiều phương pháp điều khiển truy
cập mơi trường truyền khác nhau trong suốt quá trình trao đổi này.
Các giao thức ở lớp Data Link mô tả các phương pháp điều khiển truy cập môi trường

truyền bằng cách định nghĩa các tiến trình mà theo đó thiết bị mạng nào có thể truy
cap media va truyén cdc frame.
Một node là một thiết bị cuối sử dụng card mạng dùng một bộ điều hợp (adapter) để
tạo kết nối đến mạng. Ví dụ, để kết nối đến một LAN, thiết bị sẽ dùng một NIC phù

hợp để kết nối đến môi trường truyền. Adapter quản lý việc định khung (raming) và
điều khiển truy cập mơi trường truyền. Hai hình 7.1.2.1 và 7.1.9.2 cho bạn biết cách
đóng gói một packet thành frame khi thay đổi môi trường truyền từ LAN sang WAN


Chương ï: Lớp liên kết dữ liệu

23s [AI?

avons FEED a nar

Serial Connection

Erect

Connection

Hinh

Lớp Data Link chịu

trách nhiệm điểu khiển '

việc truyển các frame
ngang qua media

7.1.2.1: Truyén ede frame.

er EY Wan Tater,

2

Serial Connection

Eee

Connection

Lép Data Link chiu

trach nhiém diéu khién

|

việc truyền cdc frame

Hinh 7.1.2.2: Truyén cde frame.
Tại các thiết bị trung gian như router, mỗi mạng kết nối vào mỗi interface cua router
có thể có các mơi trường truyền khác nhau. Các interface của router sẽ đóng gói

packet thành frame thích hợp và một phương thức điều khiển

truy cập mơi trường

truyền thích hợp được dùng để truy cập mỗi đường liên kết (link). Router trong hình

7.1.3.2 trên có một cổng Ethernet để kết đến LAN và một cổng serial để kết nối đến

WAN. Khi router xử lý các frame, nó sẽ dùng các dịch vụ lớp Data Link để nhận
frame từ một media, mở nó ra thành PDU lớp 3, đóng gói lại PDU lớp 3 thành một

frame mới và đặt frame vào media của mạng kế tiếp.

7.1.8. Lép Data Link - Tao frame
Mơ tả frame là một nhiệm vụ chính của mỗi giao thức ở lớp Data Link. Các giao thức

ở lớp Data Link cần các thơng tin điều khiển để có thể hoạt động.


286

Chương 7: Lóp liên kết dữ liệu

Các thơng tin điều khiển này cho biết:
*

Node nao dang giao tiép vdi node.

+

Giao tiếp giữa các node bắt đầu khi nào và kết thúc khi nào.

#

Những lỗi nào đã xảy ra trong lúc các node đang giao tiếp.

Những Node nào sẽ giao tiếp kế tiếp.

Lớp Data Link chuẩn bị một packet để truyền qua mơi trường truyền cục bộ bằng cách

đóng gói nó với một header và một trailer để tạo thành một frame. Hình 7.1.3.1 chỉ
ra cấu trúc của một frame.

Hình 7.1.3.1: Cấu trúc của một frdrne.

Không giống với những PDU ở các lớp khác, frame lớp Data Link gồm:
*

Data - packet tit lép Network.

*

Header - chứa thông tin điều khiển như địa chỉ và được đặt ở đầu PDU.
Trailer - chứa thông tin điều khiển và được gán vào cuối PDU.

Những thành phần này sẽ được mô tả chỉ tiết hơn trong các phần sau.

Định dạng dữ liệu cho việc truyền dữ liệu
Trước khi dữ liệu đi trên môi trường truyền, nó được chuyển thành một chuỗi các bit 1
hoặc 0. Nếu một node đang nhận một chuỗi dài các bit, làm sao node đó biết nơi nào

bắt đâu và kết thúc một frame hay những bit nào biểu diễn địa chỉ?

Việc định khung (framing) đã tách chuỗi dài thành những nhóm có thể đọc được, với
thơng tin điều khiển được thêm vào trong header và trailer. Định dang nay dua vao


zsr [MỊ°

Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

các tín hiệu vật lý một cấu trúc mà các node có thể nhận

được và giải mã thành các

packet tại đích.

A.

#

`

Packet

HEADER

z

` (Dab) „

Frame |addressing| Type| Cust’
jo fa |r fr fo

se

DATA

Error Detection]

Frame Stop

fojafsfolo[+[
a] a] of olf] qo

Một mẫu bit
chỉ ra bắt đầu

—

4}

Một mẫu bit
khác chỉ ra kết

một frame

thúc mộtframe

|

Hình 7.1.3.2: Cấu triic mét frame.

Các cột điển hình trong header và trailer:
*

Cột start và stop - giới hạn về bắt đầu và kết thúc một frame.

+

Cột Addressing - cột tên hoặc địa chỉ.

+

Cột type - loại PDU được chứa trong frame.

+

Quality - các cột điều khiển.

s*

Data - packet lép Network.

Các cột tại cuối frame hinh thành trailer. Những cột này được dùng để phát hiện lỗi
và đánh đấu kết thúc frarne.
Không phải tất cả các giao thức ở lớp Data Link đều có tất cả các cột này. Tùy vào

một giao thức cụ thể sẽ có định nghĩa dạng thực sự của frame. Các ví dụ về các định
dạng frame sẽ được mô tả tại cuối chương này.

7.1.4. Lớp Data Link - Kết nốt các dịch uụ lớp trên uào môi trường
truyền
Lớp Data Link tôn tại như một lớp kết nối giữa các tiến trình phần mềm của các lớp

Network trên nó và lớp Physical dưới nó. Hiểu theo nghĩa hẹp, lớp Data link chuẩn bị


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

các packet lớp Network để truyền qua một vài loại môi trường truyễn, chẳng hạn như

cáp đồng, cáp quang, hoặc khơng khí.
Lớp Data Link liền kết
các lớp phần mềm
và phần cứng
7 Application
6 Presentation

[

b

5 Session

ey

,

i

| ~~)

t

|

4 Transport

Implemented in :
3

software

|

~

ï

i

|

j

3 Network

|

Te

|

2 Data Link

Ễ ———

4 Physical

Lớp Data Link trong
các thiết bị vật lý có cả

các thành phần phần
cứng và phần mềm

)_

ea Ti

Implemented in
hardware

ị

Hình 7.1.4.1: Kết nối các dịch uụ lớp trên uào môi trường truyền.

Trong nhiều trường hợp, lớp Data Link được thể hiện như một thực thể vật lý, như
một NIC, được gắn vào bus hệ thống của một máy tính và tạo kết nối giữa các tiến
trình phần mềm dang chạy trên máy tính và môi trường truyền vật lý. Tuy nhiên,
NIC không đơn thuần là một thực thể vật lý. Phần mềm của NIC cho phép NIC thực
hiện các tính năng trung gian của nó như: chuẩn bị đữ liệu để truyền và mã hóa đữ

liệu thành các tín hiệu để có thể gởi trên môi trường truyền đang kết nối đến.

Các lớp con của lớp Data Link
Để hỗ trợ nhiều tính năng mạng khác nhau, lớp Data Link được chia thành 2 lớp con:
một lớp con ở trên và một lớp con ở đưới. Hình 7.1.4.2 chỉ ra hai lớp con của lớp Data
Link.

Lớp con ở trên định nghĩa các tiến trình phần mềm
cho các giao thức của lớp Network.

mà chúng cung cấp các dịch vụ

Lớp con ở dưới định nghĩa các tiến trình truy cập mơi trường truyền được thực hiện
bởi phần cứng.


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

Packet

Một packet được đóng gói thành 1 frame
TT
+
+

Frames the Network layer packet
Identifies the Network layer protocol

2 Data Link Layer
MEDIA ACCESS CONTROL

+ Addresses the frame
+ Marks the beginning and ending of the frame

1 |o |1 [o |o

[1] ojos

EIIRERIRIRIERIRIRERIRIRR

Frame được mã hóa thành tín hiệu ở
lớp Physical

Hình 7.1.4.2: Các lớp con của lớp Data Link.

Hai lớp con phổ biến của LAN là:
Logical Link Control (LLC)
LLUC nhận dạng giao thức nào đang được dùng ở lớp Network va dat thong tin dé vao
trong frame. Thông tin này cho phép nhiều giao thức ở lớp 3, như IP và IPX, sử dụng
cùng NIC và media.

Media Access Control (MAC)
MAC

cung cap viéc danh dia chi lép Data Link va dinh ranh giới của dữ liệu theo các

yêu cầu về tín hiệu vật lý của môi trường truyền và loại giao thức ở lớp Data Link
đang được dùng.

7.1.5. Lớp Data Link - Cức chuẩn
Không giống như các giao thức của các lớp trên trong họ TCP/IP, các giao thức của lớp
Data Link thường không được định nghĩa trong RFC. Mặc dù IETF duy trì các dịch vụ
và giao thức cho họ giao thức TCP/IP trong các lớp trên, nhưng IETF không định
nghĩa các tính năng và thao tác của lớp truy xuất Network trong mơ hình này. Lớp
Network Access cia mơ hinh TCP/IP tuong duong v6i lép Data Link va Physical. Hai
lớp này sẽ được mô tả trong các chương sau.
Các tổ chức khoa học (như IEEE, ANSI, và ITU) và các công ty truyền thông đã định
nghĩa các giao thức và dịch vụ của lớp Data Link. Các tổ chức khoa học đưa ra những

240

Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

giao thức và các chuẩn mở. Các cơng ty truyền thơng có thể chỉnh sửa và sử dụng các

giao thức thích hợp sao cho có thể tận dụng những ưu điểm của kỹ thuật.

Có nhiêu chuẩn đã định nghĩa các dịch vụ và tiêu chuẩn kỹ thuật của lớp Data Link.
Những chuẩn này dựa trên các kỹ thuật và môi trường truyền khác nhau được áp dụng
trong các giao thức. Một

vài chuẩn tích hợp các dịch vụ cả lớp 1 và lớp 32.

Iso:

HDLC (High Level Data Link Control)

- IEEE:

802.2 (LLC),

802.11 (Wireless LAN)
NU:

kẽ

i

.

ANSI:

=

Q.922 (Frame Relay Standard)
Q.921 (ISDN Data Link Standard)

HDLC (High Level Data Link Control)
379.5
š
ADCCP (Advanced Data Communications

Control Protocol)

Hình 7.1.5.1: Các chuẩn của lớp Data Link.
Các tổ chức khoa học đã định nghĩa các chuẩn và các giao thức mở của lớp Data Link

gồm:

International Organization for Standardization (ISO)
*

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

*

American National Standards Institute (ANSI)

*

International Telecommunication Union (ITU)

Không giống như các giao thức của lớp trên, mà phần lớn chúng được hiện thực trong
phần mềm

như hệ điều hành của máy hay các ứng dụng, các tiến trình lớp Data Link

hiện thực trong cả phần mềm và phần cứng. Các giao thức tại lớp này được hiện thực
trong các mạch điện tử của NIC hay PCMCIA (dành cho laptop).


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

241

l®

7.9. Các kỹ thuật điều khiển truy xuất môi trường truyền (Media
Access

Control

Techniques)

7.9.1. Đặt dữ liệu uào môi trường truyền
Qui định vẻ sự sắp đặt các frame vào media được biết như là điều khiển truy cập môi

trường truyền. Trong số các thi hành khác nhau của các giao thức ở lớp Data Link, có các

phương pháp khác nhau về điểu khiển truy cập môi trường truyền. Những phương pháp
này định nghĩa xem các node có chia sẻ đường truyền hay khơng và chia sẻ như thế nào.

Nếu không điều khiển tại bất cứ _ Nocontrol
nơi nào sẽ dẫn đến nhiều đụng.

46 (collision).

Collision la nguyén nhan

các frame và phải gởi lại

lam hu

Các phương pháp điều khiển dat
hiệu quả cao ngăn chắn được.
collision, những chỉ phí xử lý cao.
Các phương pháp điều khiển đạt
hiệu quả thấp có chi phí thấp,

—>®<—

FRAME

FRAME

Shared Media

Take turns.
f

%———————
BH
PRNMET CC.
TT
SharedMedia

_.

nhung co nhiéu collision xay ra.

?
:
FRAME

BANE

l2

Hình 7.9.1.1: Cức phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền.

Bạn hãy tưởng tượng điểu khiển truy cập môi trường truyền cũng giống như điều
khiển giao thông theo luật để điều phối các xe tham gia lưu thông trên đường.

Tuy nhiên, không phải tất cả các con đường và các làn xe đều giống nhau. Người lái xe

phải tuân thủ đúng các luật đối với mỗi loại con đường.

Cũng vậy, có nhiều cách khác nhau để qui định việc đặt các frame vào môi trường truyền.

Các giao thức tại lớp Data Link định nghĩa các luật để truy cập đến các môi trường

truyền khác nhau. Một vài phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền sử dụng
các tiến trình điều khiển cao để đảm bảo rằng các frame được đặt vào mơi trường truyền
một cách an tồn. Những phương pháp này được định nghĩa bởi các giao thức phức tạp.

Sử dụng phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền nào phụ thuộc vào:

+ Media sharing - các node có chia sẻ đường truyền hay khơng và chia sẻ như thế nào.
+ Topology - kết nối giữa các node xuất hiện đến lớp Data Link như thế nao.


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

7.9.9. Điều khiển truy cập môi trường truyền trong media chia sé
Một vai topo mang chia sẻ một môi trường truyền chung cho nhiều node. Tại bất kỳ
thời điểm nào, có thể có một số thiết bị cố gắng gởi/nhận dữ liệu đến/từ môi trường
truyền. Có một vài luật chi phối cách các thiết bị này chia sẻ môi trường truyền như
thế nào.

Đối với mơi trường truyền chia sẻ (shared media), có 2 phương pháp cơ bản điều khiển
truy cập môi trường truyền:

*

Controlled

#

Contention-based - tất cả các node cạnh tranh nhau để sử dụng mơi trường

truyền.

truyền.

- méi

node

có một

khoảng

thời

gian

để

sử dụng

mơi

trường

Truy cập controlled
[ToL eo mot packet

Dléu khién truy cập mỏi trường

pause dee thùng

truyền trên mói trưởng chia sẻ

chưa đến lượt tôi.
Tôi sẽ đợi

7

sẽ gỡi bay gid

Toi khơng có gì

A
—

pen VI To
=

để gời

FRAME

7

Shared Media

FRAME

ủ

Phương thức
Controlled Access _ + Tại một thời điểm chỉ có mệt node truyền.

* Các thiết bị muốn truyền phải đợi đến lượt
minh.

Ví dụ
* Token Ring

*

FDDI

» Khơng collision.

«+ Một vài mạng determinlstic sử dụng chuyển.

thé (token passing)

Hinh 7.2.2.1: Phương pháp truy cập controlled.
Khi sử dụng phương pháp truy cập controlled, các thiết bị mạng lần lượt truy cập môi
trường truyền. Phương pháp này cũng được biết như là truy cập được lập lịch (scheduled

aecess) hay thuyết tiền định (deterministie). Nếu một thiết bị không cần truy cập môi

trường truyền, cơ hội sử dụng môi trường truyền được chuyển đến thiết bị kế tiếp
trong dây chuyển. Khi một thiết bị đặt một frame vào môi trường truyền, khơng có

thiết bị nào khác có thể truy xuất mơi trường truyền đến khi đích nhận được frame và

xử lý nó.


Chương

7: Lớp liên kết dữ liệu

Mặc dù truy cập controlled được sắp đặt tốt và năng suất truyền có thể dự đốn trước,
phương pháp deterministic có thể khơng hiệu quả bởi vì một thiết bị phải đợi đến lượt

của mình trước khi nó c6 thể sử dụng mơi trường truyền.

Truy cập Contention-base
Điều khiển truy cặp môi trưởng

Tôi cố gắng

truyền trên mói trường chia sẻ

gối khi tơi
sẵn sàng

Ễ

đ

È

Nhung:
6 gang

ˆ_ gồi khi tôi

Tôicøgắng 7

ˆ gởi khi tôi

sẵn sing

"FRAME
Shared Media

Phương thức
| Contention Based

t

{

Access.

-* Tại một thời điểm có thể có nhiều node truyền.

* Tén tai collision.
s Tổn tại các cơ chế để giải quyết sự tranh chấp:
* CSMA/CD đối

¢

Ethernet

* Wireless

với mạng Ethernet.

+ CSMA/CA đối với mạng wireless 802.11
Hình 7.9.2.2: Phương pháp truy cập Contention-based.

Truy

cập

Contention-base

còn

được

gọi

là là non-deterministic,

các

phương

pháp

contention-based cho phép các thiết bị cố gắng truy cập mơi trường truyền bất cứ khi

nào nó muốn gởi dữ liệu. Để ngăn chặn tình trạng hỗn độn trên media, những phương

pháp này sử dụng một tiến trình đa truy cập cảm nhận sóng mang (Carrier Sense
Multiple Access - CSMA). CSMA quy định: Nếu một thiết bị dang cố gắng truyền biết
được đang có thiết bị khác dùng mơi trường truyền thì nó sẽ đợi và cố gắng truy cập
trở lại sau một khoảng thời gian ngắn. Ngược lại nếu khơng có thiết bị nào sử dụng
mơi trường truyền thì nó truyền dữ liệu. Mạng Ethernet và wireless sử dụng phương
pháp truy cập contention-based.
Tiến trình CSMA

có thể bị lỗi khi hai thiết bị truyền

dữ liệu tại cùng thời điểm.

Điều

này được gọi là một dung dé (collision). Néu collision xdy ra, dit liéu đã được gởi bởi
hai thiết bị này sẽ bị hồng và sẽ phải truyền lại.

Phương pháp truy cập contention-based khơng có tăng chỉ phí giống như phương pháp
controlled và không dùng cơ chế để theo dõi đến lượt ai truy cập môi trường truyền.

Tuy nhiên, các hệ thống contention-based khó được mở rộng khi mơi trường truyền
q tải. Khi

số node tăng

lên, thì nhu

cầu truy

cập

mơi trường

truyền

càng tăng.

Do

đó, collision tăng làm cho xác suất truy cập media thành cơng giảm. Thêm vào đó, cần
các cơ chế khơi phục để sửa các lỗi do các collision này gây ra làm giảm công suất
truyền.


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu
CSMA thường được triển khai chung với một phương pháp về giải quyết sự tranh chấp

đường truyền. Hai phương pháp thường được sử dụng là:

Đa truy cập cảm nhận sóng mang có phát hiện đụng độ (CSMA/Collision
Detection- CSMA/CD)
Trong CSMA/CD, thiết bị theo đõi một tín hiệu dữ liệu trong mơi trường truyền. Nếu
một tín hiệu dữ liệu không tôn tại, nghĩa là media đang rảnh, thiết bị truyền dữ liệu.
Ngược lại nếu phát hiện tín hiệu trên đường truyền có nghĩa rằng thiết bị khác đã và
đang truyền dữ liệu tại cùng thời điểm, tất cả thiết bị dừng gởi và cố gắng trở lại sau
đó. Các hình thức Ethernet truyền thống sử dụng phương pháp này.

Đa truy cập cảm nhận sóng mang có tránh đụng độ (CSMA/Collision
Avoidance - CSAM/CA)
Trong CSMA/CA, thiết bị kiểm tra một tín hiệu đữ liệu trong đường truyền. Nếu

đường truyền rảnh, thiết bị gởi một thông báo qua đường truyền về ý định sử dụng
của nó. Sau đó, thiết bị gởi dữ liệu. Các kỹ thuật mạng wireless 802.11 sử dụng

phương pháp này.

Chú ý: CSMA/CD

sẽ được trình bày chỉ tiết trong chương 9.

7.2.3. Điều khiển truy cập môi trường truyền trong media không chia
sẻ

Các giao thức điều khiển truy cập môi trường truyền cho các môi trường truyền không

được chia sẻ (non-shared media) u cầu ít hoặc khơng u cầu điều khiển trước khi
đặt các frame vào môi trường truyền. Những giao thức này có các qui định và các thủ
tục điểu khiển truy cập môi trường truyền đơn giản hơn như trong trường hợp kết nối
point-to-point.
Trong các kết néi point-to-point, mdi trường truyền chỉ kết nối hai node. Trong trường
hợp này, các node không phải chia sẻ môi trường truyền với các node khác. Vì thế, các

giao thức của lớp Data Link ít phải điều khiển việc truy cập mơi trường truyền khơng

chia sẻ.

Song cơng hồn tồn (Full Duplex) và bán song công (Half Duplex)
Trong các kết nối point-to-point, lớp Data
duplex hay full-duplex.

Link phải xem xét cuộc giao tiếp là halí-

Giao tiép half-duplex có nghĩa rằng các thiết bị có thể truyền và nhận trên mơi trường
truyền nhưng khơng thể thực hiện đồng thời. Ethernet có những quy định phân xử để


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

245

my

giải quyết những sự đụng độ nảy sinh từ các thực thể khi nhiều hơn một node cố gắng
truyền tại cùng thời điểm.
¡ Chúng ta có

Ơ ` gởi và nhận.
nhưng khơng xay
ra đồng thời

Transmitting

i

Đi đến khi frame này
được nhân trước khi gởi

cái này

T”""t?
| _—————*

i

| RAME)
Receiving

Hinh 7.2.3.1: Phuong phdp truy cép Half-duplex.

“Trong giao tiép full-duplex, tat ca cdc thiét bi có thể vừa truyền và nhận trên môi trường
truyền tại cùng thời điểm. Lớp Data Link cho rằng mơi trường truyền là có sẵn để các
node truyền vào bất kỳ lúc nào. Vì thế, khơng cần thiết phải có sự phân xử mơi trường

truyền trong lớp Data Link.

Chúngtacó |
và nhận
ˆ thể gởi
_ đồng thời -

LỄ “Chúng ta có.
Í thể gỗi và nhận.
đồng thời.

Transmitting

RAME
Receiving

Receiving
Hình 7.9.3.2: Phương pháp truy cập Full-duplex.

Chỉ tiết về một kỹ thuật điều khiển truy cập mơi trường truyền được tìm thấy trong
mỗi giao thức. Trong cuốn sách này, chúng ta sẽ học Ethernet truyền thống, nó dùng

CSMA/CD. Những kỹ thuật khác các bạn sẽ tìm hiểu trong những tài liệu khác.


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

7.3.4. So sánh mô hình

(Topology - Topo)

luận lý mơ hình

uật lý

Cấu trúc của một mạng là sự sắp xếp hay mối quan hệ của các thiết bị mạng và những

kết nối liên nhau giữa chúng. Các mơ hình có thể được nhìn tại tầng vật lý (physical)
và tầng luận ly (logical).
Point-to-Point

Multi-Access

Hình

7.2.4.1: .Các mơ hình luận lý.

Mơ hình vật lý là một sự sắp xếp các node và các kết nối vật lý giữa chún,

vật lý biểu diễn về cách môi trường truyền được dùng để kết nối các thiết
bị
nào. Những mơ hình này sẽ được trình bày trong các chương sau của cuốn sách này.

Một mơ hình luận lý biểu điễn cách một mạng truyền frame từ một node đến node kế

tiếp như thế nào. Sự sắp xếp này gồm những kết nối ảo giữa các node của một mạng.

Nó độc lập với sự sắp xếp vat lý của các node. Các giao thức lớp Data Link dinh nghĩa
những đường tín hiện luận lý này. Lớp Data Link “xem” cấu trúc luận lý của một

mạng khi điểu khiển dữ liệu truy cập đến mơi trường truyền. Mơ hình luận lý ảnh

hưởng đến loại #raming và điều khiển truy cập môi trường truyền đã dùng.


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

247

Mơ hình vật lý hay cấu trúc cáp của một mạng hầu như không giống với mơ hình luận

lý.

Mơ hình luận lý của một mạng liên quan chặt chẽ với cơ chế được dùng để quản lý
truy cập mạng. Các phương pháp truy cập cung cấp các thủ tục để quản lý truy cập

mạng cho phép tất cả các node có thể truy cập. Khi nhiều node chia sẻ cùng môi
trường truyền, một vài cơ chế phải được thêm vào để điều khiển truy cập. Các phương

pháp truy cập được đưa vào để các mạng điều khiển truy cập môi trường truyền này.
Các phương pháp truy cập sẽ được mô tả chỉ tiết hơn trong phần sau.
Các mơ hình vật lý và luận lý được dùng là:
*

Point-to-Point

+

Multi-Access

+

Ring

7.2.5 M6 hinh Point-to-point

Node 1

:

Node 2

Chỉ có hai node
Hinh 7.2.5.1: M6 hinh point-to-point.

Mơ

hình

point-to-point

két néi hai node truc tiép véi nhau,

nhu mé

ta trong hinh

7.2.5.1. Trong các mạng với cấu trie point-to-point, giao thức điều khiển truy cập môi
trường truyền có thể rất đơn giản. Tất cả các frame trên mơi trường truyền chỉ có thể
đi hoặc đến từ hai node. Trong mạch point-to-point, một node
môi trường truyền và node kia sẽ nhận hoặc ngược lại.

sẽ đặt các rame

vào

Trong các mạng point-to-point, nếu dữ liệu chỉ có thể di chuyển theo một hướng tại

một thời điểm, nó là liên kết half-duplex. Nếu dữ liệu có thể di chuyển qua liên kết từ
mỗi node đơng thời tại một thời điểm, nó là một liên kết full-duplex.
Các giao thức của lớp Data Link có thể cung cấp nhiều tiến trình điều khiển truy cập
mơi trường truyền phức tạp cho các mơ hình luận lý point-to-point, nhưng điều này
chỉ làm tăng chỉ phí giao thức không cần thiết.


Chương
Các

mạng

7: Lớp liên kết dữ liệu

luận lý poin-to-point

Thêm các kết nối vật lý

ở giữa không làm thay đổi ¡
cấu trúc mạng luận lý

Source

Destination

Node

Node

Logical point-to-point connection
ÍKết nối luận ly point-to-point
thi giếng nhau
Hình

7.2.ã.2: Mơ hình luận lý poinf-tfo-point.

Các node đang giao tiếp trong một mạng point-to-point có thể được kết nối vật lý

thông qua một số thiết bị trung gian. Tuy nhiên, việc sử dụng các thiết bị vật lý trong
mạng không ảnh hưởng đến mơ hình luận ly. Nhu chi ra trong hinh 7.2.5.2, node

nguồn và đích có thể khơng được kết nối trực tiếp với nhau. Trong một vài trường

hợp, kết nối luận lý giữa các node được gọi là một mạch ảo (virtual eireuit). Một mạch
ảo là một kết nối luận lý được tạo giữa hai thiết bị mạng trong một mạng. Hai node
trên mạch ảo trao đổi các frame với nhau. Điều này xảy ra ngay cả khi các frame đi
ngang qua các thiết bị trung gian.
Mơ hình luận lý point-to-point quyết định về việc giao thức Data Link dùng phương pháp
truy cập môi trường truyền nào. Điều này có nghĩa rằng kết nối luan ly point-to-point

giữa hai node có thể khơng cần thiết là giữa hai node vật lý của một liên kết vật lý.

7.2.6. M6 hinh Multi-access
Tơi cần truyền đến E
Tơi kiểm tra xem có

ai đang truyền khơng.

Tơi phát hiện
khơng có ai truyề:
Bren

—

1x
B

E3
D

Hình 7.2.6.1: Mơ hình luận lý multi-access.

*


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

z4e [MỊ?

Tôi cần truyền đến E

Tơi kiểm tra xem có

ai đang truyền khơng.

Tơi phát hiện

khơng có ai truyền,
Transmitting... #

Tơi cần truyền đếnD_

“ TE

Tơi kiểm tra xem cớ

ai dang trun khéng.

TR

TÚ

=

Có người đang

_ Tơi sẽ đợi

ees

tru

Hình 7.9.6.2: Mơ hình luận lý multi-access.
Một mơ hình luận lý multi-access cho phép một số node giao tiếp trên mơi trường
được chia sẻ. Tại một thời điểm chỉ có một node được đặt dữ liệu vào môi trường

truyền. Mỗi node thấy tất cả các frame trên đường truyền, nhưng chỉ có node có địa
chỉ trùng với địa chỉ đích trong frame xử lý nội dung của frame.

Nếu có nhiều node chia sẻ việc truy cập đến môi trường truyền, thì cần phải có một

phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền để điều chỉnh việc truyền dữ liệu
nhằm làm giảm đụng độ (collision) giữa các tín hiệu khác nhau.

Các phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền được sử dụng bởi các mơ hình
luận lý multi-access là CSMA/CD

hay CSMA/CA.

thể (token passing) cũng có thể được dùng.

Tuy nhiên, các phương pháp chuyển

Một số kỹ thuật điều khiển truy cập mơi trường truyền có sẵn cho loại mơ hình luận

lý này. Giao thức lớp Data Link chỉ ra phương pháp điều khiển truy cập mơi trường

truyền mà nó sẽ cung cấp sự cân bằng thích hợp giữa diéu khién frame, bdo vé frame
và chi phi mạng.

7.2.7. M6 hinh Ring
Trong

một mơ

hình luận lý ring, mỗi node trong vịng nhận

một frame. Nếu frame

không được đánh địa chỉ đến node, node chuyển frame đến node kế tiếp. Vòng này sử
dụng một kỹ thuật controlled để điều khiển truy cập môi trường truyền, nó được gọi là
chuyển thẻ (token pasing).


Chương 7: Lớp liên kết dữ liệu

ney

{Frame nay co)
| phải của tơi |
khơng

|

—
||f Frame này c‹
|

Hình 7.2.7.1: M6 hinh ludn ly Ring.
Các node trong mơ hình luận lý ring lay frame tit ring, kiém tra địa chỉ, và gởi nó trở
lại nếu nó khơng được đánh địa chỉ của node đó. Trong một ring, tất cả các node xung

quanh ring - giữa node nguồn và đích - đều kiểm tra frame.

Có nhiều kỹ thuật điều khiển truy cập mơi trường truyền mà có thể được dùng với một

rỉng luận lý, phụ thuộc vào mức độ điều khiển được yêu cầu. Ví dụ, mơi trường truyền
chỉ có thể mang một frame tại một thời điểm. Nếu khơng có đữ liệu được truyền, một
tín hiện (biết như là một token) có thể được đặt vào mơi trường truyền và một node

chỉ có thể đặt frame vào mơi trường truyền khi nó có token.

Nhớ rằng lớp Data Link “nhận biết” một mơ hình luận lý ring. Mơ hình vật lý thực sự

có thể là một cấu trúc khác

7.3. Đánh

địa chỉ và framing dữ liệu

7.3.1. Cae giao thite 6 lép Data Link - Frame
Nhớ rằng mặc dù lớp Data Link có nhiễu giao thức khác nhau và với mỗi giao thức sẽ

có một cấu trúc frame khác nhau, nhưng tất cả các loại frame đều có ba phần cơ bản:
*

Header.

*

Data.

%

Trailer.