Chương 3: Lớp Datalink

Giáo trình mạng

Trang 1

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

CHƯƠNG III

LỚP DATA LINK

Trang 2

Lớp Data Link

 Mục tiêu :

– Cung cấp một giao tiếp tin cậy và hiệu quả giữa hai máy

 Các công việc :

– Xây dựng frame (framing)

– Điều khiển liên kết luận lý (Logical Link Control)

 Điều khiển dòng

 Điều khiển lỗi

– Điều khiển truy cập (Medium Access Control)

Trang 3

Lớp Data Link

Trang 4

Lớp Data Link

Trang 5

Lớp Data Link

 Các phương pháp :

– Dùng số đếm ký tự

– Ký tự bắt đầu & kết thúc kết hợp chèn ký tự

– Cờ đánh dấu đầu & cuối frame kết hợp chèn bit

– Mẫu bit không hợp lệ

Trang 6

Lớp Data Link

 Dùng ký tự đếm :

Trang 7

Lớp Data Link

 Dùng ký tự bắt đầu và kết thúc :

– Ký tự bắt đầu: DLE STX

– Ký tự kết thúc: DLE ETX

– Stuffing : Chèn DLE vào trước DLE của data

DLE STX A DLE DLE B DLE ETX (b)

DLE STX A DLE B DLE ETX (a)

DLE STX A DLE B DLE ETX

Stuffed DLE

Trang 8

Lớp Data Link

 Dùng bit đánh dấu :

– Chuỗi bit đánh dấu đầu & cuối frame: 01111110

– Stuffing : Chèn thêm bit 0 nếu có 5 bit 1 liên tục

 Dùng các mẫu bit không hợp lệ :

– Bit 1 là cặp high low

– Bit 0 là cặp low high

1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0

Stuffed bits

Trang 9

Lớp Data Link

 Điều khiển lỗi và điều khiển lưu lượng :

– Điều khiển lỗi

 Dùng tín hiệu ACK, NAK

 Dùng timer

 Dùng sequence number

– Điều khiển lưu lượng:

 Bên gởi nhanh, nhận chậm

 Mất dữ liệu khi gởi

 Cần có một qui tắc truyền nhận giữa hai bên

Trang 10

Lớp Data Link

 Các giao thức cơ bản lớp datalink :

– Giả thiết:

 Các lớp physical, datalink, network độc lập

 Phần cứng tự động tính toán bổ sung checksum

 Dùng cơ chế polling xử lý sự kiện

 Network luôn sẵn sàng & frame truyền theo thứ tự – Các giải thuật :

 Unrestricted Simplex Protocol (SGK)

 Simplex Stop-and-Wait Protocol (SGK)

Trang 11

Lớp Data Link

 Điều khiển truy cập :

– Xem xét đối với mô hình kết nối multiaccess

– Môi trường truyền được chia xẻ

•Thời gian trễ T

•Dung lượng kênh C bps

•Tốc độ truyền :  frames/sec

Trang 12

Lớp Data Link

 Điều khiển truy cập :

– LAN :

 Cấp phát kênh truyền động.

 Chỉ có một trạm được phát tín hiệu tại một thời điểm

 Các trạm sẽ thay đổi trạng thái.

 Các giao thức phải đảm bảo tính công bằng cho tất cả các trạm

 Sử dụng các giao thức đa truy cập sau :

– ALOHA

– Carrier Sense Multiple Access Protocols

– Collision-Free Protocols

– Limited-Contention Protocols

Trang 13

Lớp Data Link

 Các mô hình kết nối LAN cần xem xét :

Trang 14

Lớp Data Link

Hiệu suất kém

Trang 15

Lớp Data Link

 Thời điểm có thể xảy ra đụng độ

Trang 16

Lớp Data Link

 Thời gian chia thành slot

 Truyền bắt đầu tại slot

 Hiệu suất có cải thiện

Trang 17

Lớp Data Link

– Carrier Sense (CS) :

 Đợi cho đến khi kênh truyền rảnh

 Bắt đầu truyền dữ liệu (các frame)

– Multiple Access (MA) :

 Nhiều trạm làm việc cùng dùng chung một kênh truyền

 Mỗi trạm dùng một giải thuật về đa truy cập

– Vấn đề truyền đồng thời có thể xảy ra :

 Ảnh hưởng lẫn nhau

Gọi là “collission”

Trang 18

Lớp Data Link

– 1-persistent CSMA (SGK)

– Nonpersistent CSMA (SGK)

– p-persistent CSMA (SGK)

Trang 19

Lớp Data Link

– CSMA with Collision Detection (CSMA/CD) :

 Lắng nghe trong khi đang truyền.

 Phát hiện khi có tín hiệu của một trạm khác can thiệp vào.

 Ngưng truyền khi đụng độ và sau đó cố gắng trở lại sau một thời gian ngẫu nhiên.

 Khi có đụng độ thì bao lâu sẽ phát hiện được?

Trang 20

Lớp Data Link



Trang 21

Lớp Data Link

– IEEE : Institure of Electrical and Electronic Engineers

– Chuẩn IEEE 802.3 & Ethernet

– Chuẩn IEEE 802.4 : Token Bus (SGK)

– Chuẩn IEEE 802.5 : Token Ring

– Chuẩn IEEE 802.11 : Wireless LAN (Phần sau)

– Chuẩn IEEE 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus)

Trang 22

Lớp Data Link

 Chuẩn IEEE 802.3 & Ethernet :

– Phổ biến trong hầu hết các LAN

– Xem xét vấn đề truyền nhận :

 Chỉ một trạm được phát tại một thời điểm.

 Tín hiệu lan truyền trong toàn bộ chiều dài cáp

 Tất cả các trạm nhận được tất cả dữ liệu đang truyền trên mạng

 Dùng giao thức CSMA/CD trong việc giải quyết truy cập

Trang 23

Lớp Data Link

 Chuẩn IEEE 802.3 & Ethernet : (Tiếp theo)

– Mã hoá Manchester

Bit stream 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 Binary encoding

Manchester encoding

Differential Manchester encoding

Transition here Lack of transition here

Trang 24

Lớp Data Link

– Giải thuật đa truy cập :

1. Nếu kênh truyền rảnh thì truyền Nếu không tiếp tục lắng nghe kênh truyền cho đến rảnh thì truyền

2. Lắng nghe kênh truyền trong khi truyền dữ liệu (frame)

3. Nếu phát hiện có đụng độ trong khi đang truyền thì phát tín

hiệu “jam” và dừng lại.

4. Quay lại bước 1 và cố gắng gởi trong một số lần tối đa (

max-try counter )

Trang 25

Lớp Data Link

– Giải thuật Binary Exponential Backoff :

 Chia thời gian thành nhiều slot

 1 Slot Time : thời gian để gởi 512 bits

 Khi đụng độ lần thứ nhất, ngẫu nhiên chọn {0,1} slot để đợi

 Khi đụng độ lần hai, ngẫu nhiên chọn{0,1,2,3} slot để đợi

 Cố gắng đến lần thứ 16, ngẫu nhiên chọn {0,…,1024} slot để đợi

Trang 26

Lớp Data Link

– Địa chỉ Ethernet :

 Theo chuẩn IEEE

 Mỗi trạm làm việc được gán một địa chỉ dài 48-bit

– Được xét khi NIC (Network Interface Card) được sản xuất

– Vấn đề nhận dữ liệu :

 Tất cả trạm đều nhận được dữ liệu đang truyền.

Mỗi frame có một địa chỉ đích.

Trang 27

Lớp Data Link

– Dạng frame :

Preamble Destination

Address

Source Address Data Pad ChecksumBytes 7 1 6 6 2 0-1500 0-46 4

Start of frame delimiter

Length of data field

Trang 28

Lớp Data Link

 Chiều dài frame tối thiểu là : 64 bytes

 Preamble : 7bytes mỗi byte có giá trị 10101010

 Start of frame : 10101011

 Địa chỉ nguồn và đích : 6 bytes

 Địa chỉ đích :

– Một địa chỉ đến (unicast)

– Tất cả các trạm (broadcast)

– Một số các trạm trên mạng (multicast)

Trang 29

Lớp Data Link

– Cơ chế hoạt động :

 Phần cứng giao tiếp mạng

– Nhận một bản copy của mỗi frame truyền

– Kiểm tra địa chỉ : chấp nhận hoặc loại bỏ

– Chuyển các frame chấp nhận đến phần mềm hệ thống.

 Phần mềm thiết bị mạng :

– Kiểm tra loại frame.

– Chuyển các frame đến các phần mềm tương ứng (chính xác)

Trang 30

Lớp Data Link

– Cáp triển khai :

Tên Loại cable Độ dài tối đa cho

một segment (m)

Số node trên một segment

Áp dụng

10Base5 Thick coax 500 100 Backbone

10Base2 Thin coax 200 30 Hệ thống nhỏ 10Base-T Twisted pair 100 1024 Dễ sửa chữa

Trang 31

Lớp Data Link

– Phân loại :

Core

Connector

Transceiver cable

Vampire tap Controller

Transceiver

Transceiver + controller

Twisted pair Controller

Trang 32

Lớp Data Link

 Các mô hình đi dây trong mạng Ethernet:

Trang 33

Trang 34

Lớp Data Link

– Ethernet tốc độ cao (High Speed Ethernet):

 Fast Ethernet

– Hoạt động ở tốc độ 100 Mbps

– 100BASE-TX và 100BASE-FX

– Các thiết bị đi kèm có thể là : 10/100 Mbps

 Gigabit Ethernet

– Hoạt động ở tốc độ 1 Gbps

– Hệ thống sử dụng cáp quang và switch.

Trang 35

Lớp Data Link

– IBM đề xuất

– Tốc độ : 4Mbps, 16 Mbps

– Ít được sử dụng

– Mô hình vật lý là star, mô hình luận lý là ring

– Kết nối vật lý :

 Cable : Twisted Pair

 Thiết bị mạng : Hub còn gọi là MAU (Multistation Access Unit)

Trang 36

 Chuẩn IEEE 802.5 - Token Ring : ( Tiếp theo)

– Cấu tạo luận lý :

Ring

interface

1 bit buffer

To station stationFrom

Ring interface

To station stationFrom

Lớp Data Link

Trang 37

– Hoạt động :

 Kênh truyền point-to-point

 Token di chuyển quang vòng , muốn truyền thì station phải nhận được token

 Hai trạng thái : listen mode & transmit mode

 Listen mode : các bit nhập được copy sang output với thời gian delay 1bit time

 Transmit mode : interface tách ra ,truyền dữ liệu

 ACK : dùng 1 bit

Lớp Data Link

Trang 38

– Địa chỉ :

 6 Bytes địa chỉ

 Thường được gán khi chế tạo

 Định dạng của địa chỉ là không có quy tắc

Lớp Data Link

Trang 39

Destination Address

Source Address

Bytes 1 1 1 2 or 6 2 or 6 No limit 4 1 1

Frame control Access Control Starting delimiter

End delimiter Frame Status

ED AC

FC AC SD

802.5 frame format - Data frame format

Lớp Data Link

Trang 40

– Dạng frame : (tiếp theo)

 Mỗi frame có một địa chỉ đích

 Tất cả các trạm nhận và lặp lại tất cả các tín hiệu nhận được

 Các trạm tạo ra các bảng sao của các frame có đích là nó

 Quan trọng : giao tiếp phần cứng không phải phần mềm kiểm tra địa chỉ

 Hoạt động ở tốc độ 100 Mbps

1 Gbps cũng được xem xét

Lớp Data Link

Trang 41

– Vì sao Token Ring ít dùng :

 Chỉ do IBM đề xướng

 Giá cả

 Phức tạp

 Chỉ có một nhà cung cấp

Lớp Data Link

Trang 42

 FDDI :

– Dùng cáp quang

– Có độ tin cậy cao (dual rings)

– Không nhiễu

– Tiêu chuẩn của ANSI, gần với IEEE 802.5

– Truyền ở tốc độ 100 Mbps

Lớp Data Link

Trang 43

 FDDI Dual Ring:

Lớp Data Link

Trang 44

 Một số vấn đề khác :

– ATM : đã học

– Wireless (802.11) : sẽ học sau.

Trang 45

 Khái niệm :

– Một thiết bị phần cứng với phần mềm tối thiểu

– Kết nối 2 hay nhiều LANs gần giống lại với nhau

– Di chuyển các frame giữa các LAN được kết nối

– Không chuyển collisions, noise, beacons, etc

– Xem xét các thông tin trên lớp data link

– Cho phép các LAN hoạt động một cách độc lập

 Hoạt động :

– Lắng nghe trên tất cả các LAN

– Chỉ chuyển các frame giữa các LAN nếu cần thiết

LAN Bridges and Switches

Trang 46

 Kết nối :

Trang 47

 Kết nối : (Tiếp theo)

Trang 48

 Kết nối : (Tiếp theo)

Trang 49

 Mô hình :

 Các quy tắc trong suốt :

1 Theo dõi tất cả các frame trên mỗi LAN

2 Với mỗi frame, lưu trữ địa chỉ đích trong một cache (bridge table)

Trang 50

 Bridge giữa các mạng dùng chuẩn khác nhau:

Trang 51

 Minh hoạ tính trong suốt :

Trang 52

 Tính chất lọc :

– Dùng để điều khiển LAN traffic

– Xem xét các thông tin ở lớp data link

– Ví dụ :

 Không chuyển các frame từ địa chỉ MAC X

 Không chuyển các Ethernet frame loại X

 Không chuyển các frame broadcast từ X

 Giới hạn số hop là 6

Trang 53

 Switch :

– Vật lý thì giống với hub

– Luận lý thì giống với bridge

– Cho phép hoạt động ở chế độ full duplex

– Nhanh chóng thay thế công nghệ hub/bridge

Trang 54

 Cấu tạo :

 Hoạt động :

– Một segment LAN trên một host

– Kết nối giữa các segment hay các host lại với

nhau.

 Một số tính chất :

– Store và Forward

Trang 55

Spanning Tree Bridge

(a) Interconnected LANs (b) A spanning tree covering the

Trang 56

– Định nghĩa các broadcast domain

– Để di chuyển giữa các VLAN, cần

có router (thiết bị ở layer 3)

Trang 57

 Tổng kết :

– Các kiến thức cơ bản ở lớp Data Link

 Cách xây dựng frame

 Các giao thức cơ bản điều khiển liên kết luận lý

 Các giao thức cơ bản điều khiển đa truy cập

– Các chuẩn hiện nay ở lớp Data Link

 Ethernet & 802.3

 Token Ring & 802.5

 FDDI

– Cấu trúc của LAN bridge và Switch

Lớp Data Link

Tiêu đề	Chương 3: Lớp Datalink
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
Chuyên ngành	Khoa Công Nghệ Thông Tin
Thể loại	Tài liệu giảng dạy
Năm xuất bản	2001
Thành phố	Hồ Chí Minh