CHƯƠNG 5: tầng liên kết dữ liệu MÔN MẠNG MÁY TÍNH

Chương 6: Tầng liên kết dữ liệu
Mục tiêu:
• Nắm được các nguyên lý đằng sau các dịch vụ của
tầng liên kết dữ liệu (LKDL) :
–
–
–
–
–

định khung và đồng bộ hóa
dị lỗi và sửa lỗi
cách thức chia sẻ một kênh truyền quảng bá: đa truy cập
đánh địa chỉ ở tầng LKDL
truyền dữ liệu tin cậy, kiểm sốt luồng

• Tìm hiểu một số công nghệ/kỹ thuật phổ biến ở tầng
LKDL
1


Giới thiệu
Một số thuật ngữ:

• hosts và routers được gọi là các
nút (nodes)
(bridges và switches cũng vậy)
• Các kênh truyền thông kết nối
các nút gần kề dọc theo đường
dẫn truyền thông được gọi là
các liên kết (links)

“link”

– các liên kết hữu tuyến
– các liên kết vô tuyến
– các mạng cục bộ

• đơn vị dữ liệu giao thức ở tầng
2 là frame, đóng gói/bao bọc
gam dữ liệu
Tầng liên kết dữ liệu có trách nhiệm truyền gam dữ liệu từ
một nút đến nút gần kề qua một liên kết truyền thông

2


Tầng LKDL: ngữ cảnh
• Gam dữ liệu được chuyên chở
bởi các giao thức khác nhau ở
tầng LKDL qua các liên kết
truyền thông khác nhau:
– Vd: Ethernet ở liên kết đầu tiên,
frame relay ở các liên kết trung
gian, 802.11 ở liên kết cuối cùng
(xem hình ở slide trước)

• Mỗi giao thức ở tầng LKDL
cung cấp các dịch vụ khác nhau
– Vd: có thể cung cấp dịch vụ
chuyển dữ liệu tin cậy hoặc

không qua liên kết truyền thông.

Tương tự như sự vận chuyển
• Một chuyến đi từ Nha Trang đến
Kiên Giang
– limo: Cần Thơ đến Kiên Giang
– plane: HCM đến Cần Thơ
– train: Nha Trang đến HCM

• khách du lịch = datagram
• đoạn vận chuyển = liên kết
truyền thơng
• phương thức vận chuyển =
giao thức tầng lkdl
• đại lý du lịch = giải thuật
định tuyến
3


Kết nối Host – Mạch giao tiếp mạng
• NIC hay card mạng là thiết bị tầng 2, mỗi NIC có một mã
duy nhất gọi là địa chỉ MAC.
• Khi lựa chọn một card mạng cần cân nhắc các yếu tố:
–
–
–
–
–

Kiến trúc mạng mà NIC đó hỗ trợ

Hệ điều hành
Loại phương tiện truyền
Tốc độ truyền dữ liệu
Loại bus sẵn có

4


Định khung và đồng bộ hóa
• Vấn đề: dồn dịng bit vào các khung
• Phải xác định các bit đầu tiên và cuối cùng của
khung
– Định khung và đồng bộ hóa có quan hệ chặt chẽ với
nhau

• Thường được thực thi bởi card mạng
• Bộ thích ứng mạng lấy/đặt các khung ra từ/vào
bộ nhớ host/switch

5


Các phương pháp định khung
• Hướng ký tự/byte
– Đếm số ký tự/byte
• Vấn đề: khi trường chứa số ký tự/byte của khung bị sai lệch do
lỗi truyền thì bên nhận mất đồng bộ.

• Phương pháp hướng ký hiệu
– Dùng các ký tự bắt đầu và kết thúc

• STX (start of text) và ETX (end of text)
• Vấn đề: khi dữ liệu có chứa những ký tự bắt đầu hay kết thúc?
• Nhồi ký tự
– Nhồi thêm vào trước các ký tự đặc biệt một ký tự “thoát” DLE
– Nếu dữ liệu chứa ký tự “thốt” thì sao?
6


Các phương pháp định khung (tiếp theo)
• Phương pháp hướng bit
– Mỗi frame bắt đầu và kết thúc với một chuỗi bit
đặc biệt
• Flag hay preamble 01111110

– Nhồi bit
• Bên gởi: khi nào có 5 bits 1 liên tiếp nhau trong phần
dữ liệu thì nhồi thêm một bit 0
• Bên nhận: khi 5 bits 1 liên tiếp đến thì
– nếu bit tiếp theo là 0 thì bỏ đi bit đó
– nếu các bit tiếp theo là 10: dấu hiệu kết thúc frame
– nếu các bit tiếp theo là 11: lỗi
7


Xử lý lỗi
• Dữ liệu có thể bị sai lệch trong q trình truyền
– giá trị bit thay đổi

• Đưa thêm vào khung thơng tin để kiểm sốt lỗi
– đặt vào bởi bên gởi

– được kiểm tra bởi bên nhận

• Dò lỗi so với sửa lỗi
– Cả hai đều cần thơng tin “thừa”
– Dị: lỗi có xuất hiện hay khơng
– Sửa: sửa lỗi nếu xuất hiện lỗi

• Chỉ là sự đảm bảo mang tính thống kê
8


Sự phát hiện lỗi
EDC= các bít “dư thừa” để dị và sửa lỗi
D = dữ liệu được bảo vệ bằng phương pháp kiểm tra lỗi, có thể bao gồm
các trường điều khiển
• Phát hiện lỗi khơng tin cậy 100%!
• các cơ chế dùng để kiểm sốt lỗi có thể bị sót một số lỗi (hiếm);
• trường EDC càng lớn thì có thể dị và sửa lỗi tốt hơn.

9


Kiểm tra tính chẵn lẻ (Parity Checking)
Single Bit Parity:
Detect single bit errors

Two Dimensional Bit Parity:
Detect and correct single bit errors

0

0

10


Các kỹ thuật phát hiện lỗi khác
• Kiểm tra tổng (Checksum)
– Xét dữ liệu như là dãy các số nguyên (integers)
– Tính và gửi số kiểm tra tổng
– Xử lý được nhiều bit lỗi
– Không thể xử lý được tất cả các lỗi

• Kiểm dư vịng (Cyclic Redundancy Check)
– Dùng các hàm tốn học để xét dữ liệu
– Tính tốn phức tạp hơn rất nhiều
– Có thể xử lý được nhiều lỗi hơn
11


Ví dụ về Checksum
Giả sử có hai thơng báo được gởi : 10101001, và 00111001. Checksum
được tính bằng cách lấy bù một tổng.
10101001
00111001
------------Sum : 11100010
Checksum : 00011101
Việc kiểm tra tại bên nhận:
10101001
00111001

00011101
------------Sum
11111111
Complement 00000000 điều này có nghĩa khơng có lỗi xảy ra tại bên nhận.


Kiểm dư vịng
Cyclic Redundancy Check
• xem các bit dữ liệu, D, như là các số nhị phân
• chọn đa thức sinh, G , mẫu r+1 bit
• mục tiêu: chọn r CRC bits, R, sao cho
– <D,R> có thể được chia hết hoàn toàn bởi G (theo modulo 2)
– bên nhận biết G, chia <D,R> bởi G. Nếu phần dư khác 0: lỗi bị phát
hiện!
– có thể phát hiện tất cả các lỗi ít hơn r+1 bits

• được sử dụng rộng rãi trong thực tế (Ethernet, HDLC)

13


Ví dụ về CRC
Ta muốn:

D.2r XOR R = nG
tương đương với:

D.2r = nG XOR R
Tương đương với:
nếu ta chia D.2r cho G,

ta có phần dư R
R=

phần dư

D.2r
[
G

]

Gởi đi: 101110011
 Ethernet và các mạng token ring sử dụng CRC-32


x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x5 + x4 + x2 + x + 1

14


Tóm tắt về sự phát hiện lỗi
• Để phát hiện lỗi có thể xảy ra trong q trình
truyền:
– Bên gởi thêm vào gói tin một số thơng tin
– Bên nhận dựa vào các thơng tin trên để kiểm tra

• Các kỹ thuật dị tìm lỗi phổ biến:
– Kiểm tra tính chẵn lẻ (Parity bit checking)
– Kiểm tra tổng (Checksum)
– Kiểm dư vịng (Cyclic Redundancy Check)

• Chỉ đảm bảo phát hiện được lỗi ở mức thống kê nào
đó mà thơi!
15


Mạng Cục Bộ
(Local Area Networks)

16


Mạng cục bộ - LANs
• Kết nối các máy tính trong phạm vi ngắn
• Làm thế nào để liên kết nhiều máy tính với
nhau
– Mỗi máy kết nối đến tất cả các máy khác
– Tất cả các máy nối đến một liên kết chia sẻ
– Nối theo dạng vòng
– Tất cả nối đến switch

17


Các công nghệ mạng cục bộ
Các vấn đề về tầng LKDL đã được đề cập:
– Các dịch vụ, phát hiện/sửa lỗi, đa truy cập, truy
cập điểm – điểm

Các vấn đề liên quan đến LAN sẽ được đề

cập:
– addressing
– Ethernet
– hubs, bridges, switches

18


Các ủy ban IEEE 802
802.0 SEC
802.1 High Level Interface (HILI)
802.2 Logical Link Control (LLC)
802.3 CSMA/CD Working Group
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring

IEEE 802.3 - 10

Mbit

IEEE 802.3u - 100 Mbit
IEEE 802.3z - 1000 Mbit

802.6 Metropolitan Area Network (MAN)
802.7 BroadBand Technical Adv. Group (BBTAG)
802.8 Fiber Optics Technical Adv. Group (FOTAG)
802.9 Integrated Services LAN (ISLAN)
802.10 Standard for Interoperable LAN Security
(SILS)
802.11 Wireless LAN (WLAN)

802.12 Demand Priority
802.14 Cable-TV Based Broadband Communication
Network
802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN)
802.16 Broadband Wireless Access (BBWA)

RPRSG Resilient Packet Ring Study Group (RPRSG)

19


IEEE 802 LAN Standard Family
Layer 3-5/7
802.2
Logical Link Control (LLC)

MAC
802.3
CSMA/CD

802.4
Token
Bus

802.5
Token
Ring

802.11
Wireless

PHY

Layer 2
Data Link

Layer 1
Physical

20


Chuẩn Ethernet
• Ethernet hiện là họ cơng nghệ mạng cục bộ được dùng rộng rãi nhất
trên thế giới.
• Chuẩn Ethernet được cung cấp (công bố) lần đầu tiên vào năm 1980
bởi một tiểu ban phối hợp giữa the Digital, Intel, và Xerox (DIX).
• IEEE lấy DIX Ethernet làm nền tảng cho đặc tả kỹ thuật IEEE 802.3
(1985).
• Sau đó, IEEE mở rộng thêm các ủy ban mới là 802.3u (Fast Ethernet),
802.3z (Gigabit Ethernet over Fiber), và 802.3ab (Gigabit Ethernet
over UTP)...
21


Ethernet Standards

22

Các đặc tả kỹ thuật cho Ethernet Ethernet
Specifications
Designation

Description

10Base-2

10 Mbps baseband Ethernet over coaxial cable with a maximum distance of 185 meters. Also
referred to as Thin Ethernet or Thinnet or Thinwire.

10Base-5

10 Mbps baseband Ethernet over coaxial cable with a maximum distance of 500 meters. Also
referred to as Thick Ethernet or Thicknet or Thickwire.

10Base-T

10 Mbps baseband Ethernet over twisted pair cables with a maximum length of 100 meters.

100Base-FX

100 Mbps baseband Ethernet over two multimode optical fibers.

100Base-T

100 Mbps baseband Ethernet over twisted pair cable.

100Base-T4

100 Mbps baseband Ethernet over four pairs of Category 3 or higher unshielded twisted pair
cable.

100Base-TX

100 Mbps baseband Ethernet over two pairs of shielded twisted pair or Category 4 twisted
pair cable.

1000Base-CX

1000 Mbps baseband Ethernet over two pairs of 150 shielded twisted pair cable.

1000Base-LX

1000 Mbps baseband Ethernet over two multimode or single-mode optical fibers using longwave
laser optics.

1000Base-SX

1000 Mbps baseband Ethernet over two multimode optical fibers using shortwave laser optics.

1000Base-T

1000 Mbps baseband Ethernet over four pairs of Category 5 unshielded twisted pair cable.

23


Ethernet Cable and Connector

24


Địa chỉ trong LAN và giao thức ARP
32-bit IP address:
• địa chỉ tầng mạng
• được dùng khi chuyển gói tin đến mạng IP đích
LAN (or MAC or physical or Ethernet) address:
• Được dùng khi chuyển gói tin/frame từ một mạch giao
tiếp này đến mạch giao tiếp khác - có kết nối về mặt
vật lý (cùng một mạng)
• Địa chỉ MAC có 48 bit (cho đa số các mạng cục bộ) và
được đốt vào ROM của bộ thích ứng mạng/card mạng
• e.g.: 1A-2F-BB-76-09-AD

• Địa chỉ quảng bá trong mạng LAN: FF-FF-FF-FF-FF-FF

25