Tài liệu Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu ppt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (745.23 KB, 15 trang )
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Chương 5.
Giao thức tầng liên kiết dữ liệu (data link)
Đặng Xuân Hà
Computer Networking 2006
( />Dept. of CS, HAU1.
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
1-6/2006
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
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
3
1
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Ethernet Star Topology example
Ethernet là mạng
Broadcast có thể
sử dụng Star hoặc
Bus topology
1-6/2006
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 Ỉ 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
1-6/2006
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 quá 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.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
6
2
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Ethernet: CSMA/CD (cont)
jam signal:
một
số nút có thể khơng cảm nhận được xung đột 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.
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).
n
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
7
Ethernet Technologies
Công nghệ Ethernet: 10Base2;10BaseT;100BaseT.
10Base2:
10Base2
= 10Mbps; cáp đồng trục (coaxial) < 200m.
topology.
Rất rẻ.
Cáp: <=185m (185 ~ 200). Có thể dùng repeater để tăng k/c.
Khơng cịn phổ biến nữa.
Bus
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
8
Ethernet Technologies: 10BaseT & 100BaseT
10BaseT và 100BaseT là cơng
nghệ Ethernet LAN phổ biến hiện
nay (cịn gọi là Fast Ethernet)
10Mbps; 100Mbps; sử dụng cáp
đôi xoắn (Twisted pair).
hai
cặp dây xoắn (1 truyền, 1 nhận)
Sử dụng hub.
chuyển
tiếp bit (tầng vật lý)
cáo thống kê (bandwidth usage,
collision...).
ngắt các nút gặp sự cố khỏi mạng.
10/100BaseT sử dụng hub (star)
báo
Độ dài tối đa của cáp từ hub tới
host: 100m.
1-6/2006
STP (Shielded Twisted Pair)
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
9
3
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
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.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
10
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, Vd
10BaseT và 100BaseT (khơng đồng bộ được tốc độ do khơng có
bộ đệm). Bị giới hạn về số lượng nút.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
11
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
12
Multi-tier hub
1-6/2006
4
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
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).
Bridge cho phép kết nối các segment có kiến trúc khác
nhau (Vd. 10/100BaseT)
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.
Không bị giới hạn về số lượng nút mạng.
1-6/2006
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
13
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
có 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.
1-6/2006
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) Ỉ learning.
Nếu khơng tìm thấy địa chỉ nút nhận trong bảng thì gửi
frame tới tất cả cổng cịn lại.
Bridge là thiết bị Plug-and-Play
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
15
5
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Spanning Tree
Để tăng độ tin cậy, nhiều bridge được sử dụng Ỉ
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
1-6/2006
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.
1-6/2006
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.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
18
6
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Star topology
Truyền với tốc độ tối đa
(full-duplex, dedicated access):
+ A to A’
+ B to B’
+ C to C’
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
19
Hub + switch + router in a company
1-6/2006
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
Ỉ đích rồi nhận đến đâu chuyển đến đấy).
Store and Forward: dùng trong router & brigde
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
21
7
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Tổng kết một số đặc tính của hub, router, switch
hubs
routers
switches
traffic
isolation
no
yes
yes
plug & play
yes
no
yes
optimal
routing
cut
through
no
yes
no
yes
no
yes
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
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
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
23
Point-to-Point Data Link Control
Point-to-Point: một sender, một receiver:
không
cần Media Access Protocol.
cần địa chỉ vật lý MAC addr.
PPP sử dụng phổ biến để kết nối máy tính của người
dùng với ISP (dial-up, ISDN…).
khơng
Một số giao thức PP DLC Protocols:
PPP
(Point-to-Point Protocol)
(High Level Data Link Control):
HDLC
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
24
8
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
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.
1-6/2006
25
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
PPP data frame
flag: phân định ranh rới frame
address: không sử dụng
control: chưa sử dụng
protocol: giao thức tầng trên (PPP-LCP, IP, IPCP…)
info: dữ liệu (gói tin) của tầng trên.
check: mã kiểm tra lỗi CRC
1-6/2006
26
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
Byte stuffing
Trong trường hợp dữ liệu cần
đóng frame có chứa dãy bit
(byte) trùng với flag (01111110)
Ỉ cần thêm vào trước đó 1 byte
(stuffs byte) = 01111101.
Khi receiver nhận frame và bắt
gặp stuffs byte thì nó xác định
byte tiếp theo khơng phải flag.
Trường hợp dữ liệu có chứa
stuffs byte Ỉ hai stuffes bytes
kế tiếp nhau Ỉ receiver vẫn
phân biệt được.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
flag byte pattern plus
stuffed byte in
transmitted data
27
9
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
PPP Data Control Protocol
PPP cần có cơ chế cho phép các bên tham gia:
Thiết
lập và cấu hình liên kết PPP (kích thước tối đa của
frame, authentication…).
Cấu hình network layer
Các
trạng
thái của
PPP
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
28
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
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
29
Wireless LAN: IEEE 802.11
Wireless LAN: Kết nối
các thiết bị mobile,
không cần sử dụng dây.
IEEE 802.11 standard:
MAC
Protocol
frequency
spectrum: 900Mhz,
2.4Ghz
unlicensed
BSS - Basic Service Set
(cell).
Wireless
AP
1-6/2006
host
(Access Point)
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
30
10
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Một số chuẩn wireless
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
31
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
32
Ad hoc network
Ad hoc network:
Khơng
có Access
Point (center
control).
Khơng kết nối với
mạng ngồi.
1-6/2006
Vấn đề chia sẻ “đường truyền”
Do tích chất của sóng Radio (Radio Frequency) nên:
Việc nghe trước khi truyền không phải lúc nào cũng thực hiện được.
Việc phát hiện xung đột gặp nhiều khó khăn.
Hidden terminal (a) & fading problem (b)
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
33
11
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA
802.11 CSMA: sender
chờ kênh truyền rỗi DISF sec. rồi
truyền tồn bộ frame (khơng có cơ
chế phát hiện xung đột).
nếu kênh truyền bận thì chuyển
sang binary backoff
802.11 CSMA receiver:
frame được nhận đầy đủ, khơng
lỗi, thì trả lời bằng ACK sau SIFS
sec.
DIFS (Distributed Inter Frame Space)
SIFS (Short Inter Frame Spacing)
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
34
IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA
802.11 CSMA: others
Các frame được sender
gửi đi đều chứa thêm
thông tin về thời gian
truyền frame, được gọi là
NAV (Network
Allocation Vector).
Các host khác nghe thấy
thông tin này để xác định
thời điểm cho phép truyền
Ỉ tránh xung đột.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
35
Collision Avoidance: RTS-CTS exchange
sender và receiver sử dụng
hai frame đặc biệt RTS và
CTS để “chiếm dụng kênh
truyền”.
RTS (Request To Send):
xin phép truyền.
CTS (Clear To Send):
receiver trả lời “đã sẵn
sàng, có thể gửi dữ liệu”.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
36
12
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Mạng điện thoại di động (cellular phone network)
37
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Bluetooth
IEEE 802.15
Hiện tại, Bluetooth chủ yếu
được sử dụng để kết nối các thiết
bị điện tử cá nhân với nhau
(gadget).
Điện
thoại di động
PDA
Laptop…
Phạm vi: 10-100m.
Mạng bao gồm 2-8 thiết bị cá
nhân kết nối sử dụng Bluetooth
có tên là piconet.
piconet
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
38
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
1-6/2006
Ethernet
PPP
Wireless Networks
ATM
Frame Relay
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
39
13
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
ATM (Asynchronous Transfer Mode)
Ra đời gần đây (mid-1980s).
Là mạng WAN kết hợp truyền telephone voice và dữ liệu
với tốc độ cao.
ATM là một kiến trúc mạng với bộ giao thức đầy đủ
(application Ỉ physical).
ATM sử dụng phương pháp chuyển mạch gói (packet
switch) với kích thước gói cố định = 53 bytes (cell); sử
dụng Virtual Circuit (Virtual Channel)
Giá thành cao, các ứng dụng cho ATM chưa được phát
triển mạnh Ỉ ATM chưa phổ biến.
Một số tầng dưới của ATM hiện được sử dụng để xây
dựng mạng xương sống của Internet (IP over ATM).
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
40
ATM: Internet backbone
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
41
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
1-6/2006
Ethernet
PPP
Wireless Networks
ATM
Frame Relay
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
42
14
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
1-6/2006
Frame Relay & X.25
Ra đời vào đầu 1980s.
X.25 được coi như công nghệ chuyển mạch gói
cơng cộng đầu tiên.
Frame Relay kế thừa từ X.25.
X.25 và Frame Relay đều là các công nghệ WAN.
Cũng giống ATM, X.25 và Frame Relay “núp dưới
bóng” của IP, đã thường được sử dụng để truyền
các packet của tầng IP giữa các router.
X.25 là công nghệ của “quá khứ”, Frame Relay sẽ
“biến mất” trong nay mai.
1-6/2006
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu
43
15
