Bài giảng Mạng máy tính: Chương 5 - TS. Trần Quang Diệu (tiếp)

Chương 5.
Giao thức tầng liên kiết dữ liệu (data link)
Quang Dieu Tran, PhD
Faculty of Information Technology
University of Communication and Transport (Branch in
Ho Chi Minh City)
Email:
Website: sites.google.com/sites/tranlectures


Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu
5.1 - Introduction and services
5.2 - Error detection and correction
5.3 - Multiple access protocols & LAN
5.4 - Link-layer addressing & ARP
5.5 - Specific link layer technologies






Ethernet
PPP
Wireless Networks
ATM
Frame Relay

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

2


Ethernet
Bản thiết kế
khai sinh
Ethernet

Tác giả: Bob Metcalfe và David Boggs.
 Ethernet là kiến trúc LAN phổ biến nhất hiện nay
 Ưu điểm: đơn giản, rẻ, tốc độ 10,100Mbps,1Gbps


23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

3


Ethernet Star Topology example
Ethernet là mạng
Broadcast

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

4

Ethernet Frame Structure







Destination & Source Address (6B): địa chỉ vật lý của nút
gửi và nhận.
Data (16-1500B). Ethernet MTU = 1500B  nếu IP
datagram >1500 thì sẽ phải chia nhỏ ra.
Type (2B): Giao thức tầng trên (IP, Novell IPX, Apple
Talk…).
CRC (4B): Mã CRC
Preamble (8B): Đồng bộ hoá sender/receiver, gồm 7 bytes
đầu tiên là 10101010, byte tiếp theo là 10101011

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

5


Ethernet: CSMA/CD
Ethernet sử dụng giao thức truy cập đường truyền
CSMA/CD.

 Ethernet CSMA/CD:


 Khi

NIC nhận được datagram từ tầng trên, đóng frame
rồi gửi vào buffer.
 Nếu kênh truyền rỗi (96 bit times) thì truyền. Nếu
khơng, chờ đợi.
 Trong q trình truyền, nếu phát hiện xung đột, dừng và
gửi đi 48-bit jam signal để báo cho các nút khác rồi
chuyển sang pha exponential backoff.
23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

6


Ethernet: CSMA/CD (cont)


jam signal:
 một

số nút có thể khơng cảm nhận được do những điều kiện khác
nhau!!!
 jam signal thông báo cho mọi nút biết rằng mạng đang bị xung
đột.


exponential backoff algorithm: giải thuật này khiến các nút
chịu khó chờ lâu hơn khi mức độ xung đột cao.
 bit

time: thời gian truyền 1 bit.
 n là số lần xung đột khi truyền một frame nào đó.
 sau n lần xung đột, nút sẽ đợi 512 x K bit time rồi truyền lại; K
được chọn ngẫu nhiên trong tập {0,1,2,…,2m – 1} với m:=min
(n,10).
23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

7


Ethernet Technologies



Công nghệ Ethernet: 10Base2;10BaseT;100BaseT.
10Base2:
 10Base2

= 10Mbps; cáp đồng trục (coaxial) < 200m.
 Bus topology.
 Rất rẻ.
 Cáp: <185m (185 ~ 200). Có thể dùng repeater để tăng k/c.
 Khơng còn phổ biến.

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

8


Ethernet Technologies: 10BaseT & 100BaseT





10BaseT và 100BaseT là công
nghệ Ethernet LAN phổ biến hiện
nay (còn gọi là Fast Ethernet)
10Mbps; 100Mbps; sử dụng cáp
đôi xoắn (Twisted pair).
Sử dụng hub.
 chuyển

tiếp bit (tầng vật lý)
 báo cáo thống kê (bandwidth usage,
collision...).
 ngắt các nút gặp sự cố khỏi mạng.


Độ dài tối đa của cáp từ hub tới
host: 100m.

23/8-10/10/2010

10/100BaseT sử dụng hub (star)

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

9


Bấm cáp mạng

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

10


Ethernet Technologies: Gigabit Ethernet
1000BaseT: IEEE802.3z
 Tốc độ: 1/10Gbps.
 Sử dụng cấu trúc frame chuẩn của Ethernet.
 Cho phép kết nối kiểu điểm-điểm (sử dụng switch)
và quảng bá (chia sẻ đường truyền, sử dụng hub).
 CSMA/CD được sử dụng để truy cập đường truyền
chia sẻ.


23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

11


Kết nối các LANs: repeater, hub, bridge, switch



Repeater (bộ lặp): khơi phục tín hiệu đã bị yếu.
Hub:
 Hoạt

động ở tầng vật lý với chức năng chính là chuyển các bit
nhận được từ một cổng tới các cổng còn lại.
 Hub cung cấp các thống kê về tình hình sử dụng mạng.
 Có thể dùng để nối các LAN segments (backbone hub).
 Đơn giản, rẻ, dễ lắp (khơng cần cấu hình)…
 Khơng có khả năng phân vùng xung đột (một nút ở segment này
có thể xung đột với nút ở segment khác).
 Không thể kết nối segment sử dụng kiến trúc khác nhau 10BaseT
và 100BaseT

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

12

Bridge
Bridge (cầu) được sử dụng để kết nối các đoạn
mạng (segment) khác nhau.
 Bridge hoạt động tại tầng data link có khả năng
thao tác với các frame (hub chỉ thao tác với bit).
 Chức năng chính: forwarding & filtering.
 Bridge forwarding: khi nhận một frame, bridge căn
cứ vào frame header phải quyết định chuyển tiếp
frame đó tới cổng ra nào (tra bảng – bridge table).
 Bridge filtering: một số frame được gửi giữa hai
nút cùng nối tới một hub sẽ bị bỏ qua.


23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

13


Khơng có backbone bridge
-EE và SE muốn liên lạc phải đi qua CS
-Khi CS gặp sự cố sẽ khiến EE và SE mất liên lạc





backbone bridge

Bridge có bộ đệm cho các frame nên có khả năng phân
vùng làm giảm xung đột (nút ở segment này không xung
đột với nút ở segment khác).
Bridge sử dụng CSMA/CD khi gửi frame tới một LAN
segment.

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

14


Bridge forwarding table






Bridge table cho phép tra cứu cổng (segment) cần gửi
frame tới khi biết địa chỉ đích.
Bảng này được xây dựng dần mỗi khi một cổng nhận được
frame gửi tới từ nút nào đó (địa chỉ nút gửi và cổng –
segment tương ứng)  learning.
Nếu khơng tìm thấy địa chỉ nút nhận trong bảng thì gửi
frame tới tất cả cổng còn lại.

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

15


Spanning Tree
Để tăng độ tin cậy, nhiều bridge được sử dụng 
nhiều đường đi, các gói tin bị lặp (forward trở lại).
 Spanning Tree: tạm thời vơ hiệu hố một số
interface để đảm bảo khơng có vịng lặp.


Disabled

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

16


Bridge và router








Cả hai đều là thiết bị store-and-forward.
Bridge là thiết bị của tầng data link, thao tác với frame còn
router là thiết bị tầng mạng thao tác với datagram.
Router: routing table, routing algorithm; bridge: filtering
tables, learning & spanning tree algorithm.
Bridge hoạt động đơn giản hơn, hỗ trợ ít hình trạng mạng
hơn, khơng có cơ chế bảo vệ khi bị flood, router có
firewall bảo vệ.
Bridge khơng cần cấu hình (plug-n-play), router cần phải
được cấu hình, có địa chỉ IP thì mới hoạt động.
Bridge sử dụng cho mạng có quy mơ nhỏ hơn.

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

17


Ethernet Switches
Switch là một thiết bị mạng có nhiều ưu điểm.
 Switch hoạt động ở tầng data link, có chức năng
giống với bridge.
 Điểm khác biệt cơ bản giữa switch và bridge là số
lượng cổng của switch lớn hơn; switch cho phép
kết nối các mạng khác nhau (10BaseT với
100BaseT…).
 Switch cho phép hoạt động ở chế độ full-duplex
(vừa gửi vừa nhận) với tốc độ tối đa (không xung

đột) khi được sử dụng trong star topology.


23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

18


Star topology
Truyền với tốc độ tối đa
(full-duplex, dedicated access):
+ A to A’
+ B to B’
+ C to C’

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

19


Hub + switch + router in a company

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

20


Packet processing at switch, router and host



Cut-through switching: nếu buffer trống, khơng cần chờ
nhận tồn bộ frame mới chuyển tiếp (chỉ cần nhận header
 đích rồi nhận đến đâu chuyển đến đấy)

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

21


Tổng kết một số đặc tính của hub, router, switch

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

22


Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu
5.1 - Introduction and services
5.2 - Error detection and correction

5.3 - Multiple access protocols & LAN
5.4 - Link-layer addressing & ARP
5.5 - Specific link layer technologies






Ethernet
PPP
Wireless Networks
ATM
Frame Relay

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

23


Point-to-Point Data Link Control


Point-to-Point: một sender, một receiver:
 không

cần Media Access Protocol.
 không cần địa chỉ vật lý MAC addr.

 PPP sử dụng phổ biến để kết nối máy tính của người
dùng với ISP (dial-up, IDSN…).


Một số giao thức PP DLC Protocols:
 PPP (Point-to-Point

Protocol)
 HDLC (High Level Data Link Control):

23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

24


Một số yêu cầu với PPP
packet framing: đóng frame các gói tin của các giao
thức tầng trên khác nhau.
 bit transparency: có khả năng chuyển tải bất cứ cấu
trúc bit nào.
 error detection: nhận biết lỗi rồi bỏ qua frame.
 connection liveness: duy trì kết nối và phát hiện lỗi
kết nối (bị ngắt…).
 network layer address negotiation: endpoint có thể
học/thiết lập đ/c IP cho điểm khác trong mạng.


23/8-10/10/2010

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

25