Chương 5. Giao thức tầng liên kiết dữ liệu (data link) ĐH CNTT

Giao thức tầng liên kết dữ liệu 5.1 5.1 -- Introduction and services Introduction and services 5.2 - Error detection and correction5.3 - Multiple access protocols & LAN5.4 - Link-layer a

Trang 1

Chương 5.

Giao thức tầng liên kiết dữ liệu (data link)

Mạng Máy Tính

Nguyễn Duy Khoa Mạng Máy Tính và Truyền Thông Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin

Ch5 Giao thức tầng liên kết dữ liệu

5.1 5.1 Introduction and services Introduction and services

5.2 - Error detection and correction5.3 - Multiple access protocols & LAN5.4 - Link-layer addressing & ARP5.5 - Specific link layer technologies

Trang 2

duyn@uit.edu.vn 9/30/2011

Introduction & services

 packet  nhiều frame

link là truyền các các packet (datagram) từ nút này tới nút khác

“link”

Trang 3

Data Link & frame

 Link:

 router-router; host-host; router-host

 frame: dữ liệu của tầng data link

application transport network link physical

network link physical

M M M M

5 of 44

Các dịch vụ của tầng data link

link access)

 đóng gói tin vào các frame

 truy nhập đường truyền (đường truyền dùng chung cần

có quy tắc truy nhập)

 địa chỉ vật lý (physical addr) được sử dụng.

 Truyền tin cậy (reliable delivery): rdt

Trang 4

Các dịch vụ của tầng data link (cont)

 Flow control (điều khiển lưu lượng!!!)

 đảm bảo lưu lượng truyền hợp lý, nút nhận không bị quá tải

 Error detection

 lỗi có thể phát sinh do nhiễu, tín hiệu yếu…

 nút nhận phát hiện lỗi, bỏ qua hoặc yêu cầu nút gửi gửi lại.

 Error correction

 nút nhận xác định bit bị lỗi và sửa lỗi.

 Half-duplex and Full-duplex

 half-duplex: các nút không thể truyền nhận đồng thời.

 full-duplex: các nút có thể truyền nhận đồng thời.

network link physical

M M M M

Trang 5

5.1 - Introduction and services

5.2 5.2 Error detection and correction Error detection and correction

5.3 - Multiple access protocols & LAN5.4 - Link-layer addressing & ARP5.5 - Specific link layer technologies

9 of 44

Error detection and correction

 D = Data

 EDC= Error Detection and Correction bits

 Bits thêm vào với mục đích kiểm soát lỗi.

 Số lượng bit càng cao thì khả năng kiểm soát lỗi càng tốt.

 Error detection: không phải lúc nào cũng phát hiện được lỗi!

Trang 6

Parity

 Parity: cân bằng!!! (chẵn lẻ)

 Parity chẵn (even parity)

 tổng số các bit 1 (bao gồm cả bit parity) là chẵn.

 vd: parity của 101010101 là 1 (tổng số bit 1 = 5+1).

 Parity lẻ (odd parity):

 tổng số các bit 1 (bao gồm cả bit parity) là lẻ.

 vd: parity của 101010101 là 0 (tổng số bit 1 = 5).

11 of 44

Parity checking

Single Bit Parity:

Detect single bit errors

Two Dimensional Bit Parity:

Detect and correct single bit errors

Trang 7

 sender puts checksum value into UDP checksum field

 YES - no error detected But

maybe errors nonetheless?

More later ….

Goal: detect “errors” (e.g., flipped bits) in transmitted

segment (note: used at transport layer only)

13 of 44

CRC – Cyclic Redundancy Check

 Data = d bits dữ liệu (D).

 Sender chọn r+1 bit sinh (G - generator).

 Chọn r CRC bits (R) sao cho:

 DR = D*2 r XOR R (= (D << r ) XOR R)

 receiver: nhận D’R’; biết trước G; chia D’R’ cho G, nếu phép chia có dư  có lỗi.

có thể phát hiện lỗi <= r bit.

 CRC được sử dụng rộng rãi trong thực tế.

Trang 8

Phép tính modulo 2

 K/quả modulo N = kết quả bình thường mod N.

 Vd: 5+9 (mod 4) = 14 mod 4 = 2.

 Thực hiện với từng bit.

 1+1 (mod 2) = 0; 1+0 (mod 2) = 1… (không nhớ!!!)

Trang 9

5.1 - Introduction and services5.2 - Error detection and correction

5.3 5.3 Multiple access protocols & LAN Multiple access protocols & LAN

5.4 - Link-layer addressing & ARP5.5 - Specific link layer technologies

17 of 44

Multiple Access

Hai loại “links”:

 point-to-point

 PPP (dial-up access: kết nối Internet tại nhà qu modem)

 point-to-point link giữa Ethernet switch và host

 broadcast (chia sẻ: shared wire or medium)

Trang 10

MAP: Multiple Access Protocols

 xung đột (collision).

 chỉ có một nút truyền thành công!!!

 các quy tắc quy định việc sử dụng đường truyền chung giữa các nút mạng.

 Class: đôi khi SV mất trật tự  xung đột (collision).

 Cocktail party: multiple languages

19 of 44

Ideal Mulitple Access Protocol

Đường truyền có tốc độ (rate) = R

 Khi một nút muốn truyền, tốc độ là R

 Điều khiển truy nhập phân tán:

 không cần một nút đặc biệt để điều khiển (các nút tự điều khiển).

 không cần các tín hiệu đồng bộ

Trang 11

MAP: taxonomy (phân loại)

 Channel partitioning (phân mảnh kênh truyền)

 kênh truyền được chia thành các “miếng” nhỏ (theo thời gian, tần

số, code).

(collision).

 Random access (truy nhập ngẫu nhiên)

 nút nào muốn truyền, ngẫu nhiên truy cập kênh truyền  có khả năng xung đột; xử lý xung đột?

 Taking turns (truy nhập lần lượt)

 các nút phối hợp chặt chẽ trong việc sử dụng đường truyền  không xung đột.

 Goal: efficient, fair, simple, decentralized

21 of 44

Channel Partitioning MAP: TDMA

TDMA: time division multiple access

 Các nút được lần lượt truy cập đường truyền trong khoảng thời gian xác định (time slot)

(idle slot)

 Vd: 6 slots, 3 idle do nút 2,5,6 không có nhu cầu.

Trang 12

Channel Partitioning MAP: TDMA

FDMA: frequency division multiple access

 Phổ của kênh truyền được chia thành nhiều dải tần

 Như vậy, nút không có nhu cầu truyền thì dải tần dành cho nó bị lãng phí (unused, idle)

Channel Partitioning MAP: CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access)

 Tất cả các nút sử dụng chung tần số nhưng lại có

mã riêng (CQ - chipping sequence) để mã hoá và giải mã dữ liệu

 Sử dụng chủ yếu trong mạng wireless (cellular, satellite…)

Trang 13

CDMA example: encode/decode

25 of 44

CDMA example: two-sender interference

sender 1

sender 2

Trang 14

Random Access Protocols

 truy nhập đường truyền và truyền với tốc độ R

 không có chế độ ưu tiên cho nút nào cả.

 cần có cơ chế phát hiện xung đột (collision detection).

 khôi phục khi có xung đột (recovery): chờ một lúc rồi truyền lại…

 Nút luôn bắt đầu truyền từ thời điểm bắt đầu slot

 Nếu xung đột, sẽ truyền lại frame tại thời điểm bắt đầu slot tiếp theo với xác suất p chọn trước

VD

At best:channel use for useful transmissions 37%

of time!

Trang 15

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

 Carrier Sense:

 lắng nghe trước khi truyền.

 Nếu kênh truyền rỗi thì truyền toàn bộ frame

 thử lại ngay lập tức với xác suất p cho tới khi kênh truyền rỗi.

 thử lại sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên.

29 of 44

CSMA collisions

 space:

 khoảng cách giữa các nút.

 time: thời gian.

 Xung đột vẫn có thể xảy

ra nếu trong khoảng thời gian t1-t0 tín hiệu chưa lan truyền được từ

Trang 16

CSMA/CD (Collision Detection)

 nghe trước khi truyền.

 dò xung đột trong một khoảng thời gian ngắn (đủ lớn).

 nếu phát hiện xung đột thì dừng truyền để tránh lãng phí.

Trang 17

“Taking Turns” MAP

 hiệu quả khi nhiều nút cùng sử dụng

 ngược lại, gây lãng phí khi chỉ có vài nút cần truyền tin.

 hiệu quả khi ít nút sử dụng: một nút có thể toàn quyền

sử dụng đường truyền với tốc độ cao nhất.

 khi một nút kết thúc truyền, master thông báo cho nút khác.

 Thẻ bài được luân chuyển giữa các nút.

 Vấn đề:

 Một nút gặp sự cố ảnh hưởng tới toàn mạng.

 nút nào đó sao nhãng việc chuyển thẻ bài cho nút khác  cần một

Trang 18

 Vd: LAN kết nối Internet

 chia sẻ đường truyền.

 Các loại LAN:

 FDDI (Fiber Distributed Data Interface): Token-passing.

35 of 44

5.1 - Introduction and services5.2 - Error detection and correction5.3 - Multiple access protocols & LAN

5.4 5.4 Link Link layer addressing & ARP layer addressing & ARP

5.5 - Specific link layer technologies

Trang 19

Link layer address

32-bit IP address:

 network-layer address

 IP được đóng trong các gói tin (nguồn, đích).

LAN (or MAC or physical) address:

 48 bit (6 bytes) MAC address (đối với hầu hết LANs)

 được ghi trong adapter ROM

*MAC: Media Access Control (Link layer = MAC + LLC (Logical Link Control)

37 of 44

LAN Addresses and ARP

Mỗi adapter có một địa chỉ vật lý duy nhất, tương tự như số CMTND.

Broadcast address = FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adapter 1A-2F-BB-76-09-AD

71-65-F7-2B-08-53

LAN (wired or wireless)

Trang 20

MAC address (cont)

 Địa chỉ vật lý được phân bổ bởi IEEE

 Nhà sản xuất phải đăng ký dải địa chỉ với IEEE

chỉ IP thay đổi nhưng địa chỉ vật lý không thay đổi

 So sánh:

 địa chỉ vật lý: số CMTND.

 địa chỉ IP: địa chỉ hòm thư.

 Các frame muốn gửi tới đích thì cần chứa địa chỉ vật lý của nút đích

223.1.3.2 223.1.3.1

223.1.3.27

A

B

E

A gửi packet tới B, A sẽ:

 Tra cứu địa chỉ mạng của B, phát hiện ra B cùng mạng với A

 link layer gửi packet tới B thông qua frame.

B’s MAC addr

A’s MAC addr

A’s IP addr

B’s IP addr IP payloaddatagram

frame source, dest address packet source,dest address

Trang 21

ARP: Address Resolution Protocol

 Mỗi nút mạng (Host, Router) đều có ARP

table

 ARP Table: cho phép từ

IP tra cứu ra MAC addr Cấu tạo bản ghi:

< IP address; MAC address; TTL>

thời gian tồn tại của bản ghi tới khi bị xoá.

???: Làm thế nào để biết địa chỉ vật lý của B khi biết IP của B?

Trường hợp chưa biết MAC addr của nút

ARP table)

 A đã biết IP của B (ipb).

 A gửi ARP query packet tới tất cả các nút (broadcast), trong đó có chứa IP của B (ipb) hỏi xem nút nào có địa chỉ IP là ipb.

 Tất cả các nút đều nhận được và kiểm tra xem ipb có

Trang 22

Trường hợp hai nút ở hai mạng khác nhau

 A (111.111.111.111) muốn gửi tin tới B (222.222.222.222)

 A không biết MAC addr của B, nếu gửi ARP pkt hỏi LAN1  không có nút nào trả lời.

A

R

B

43 of 44

 A creates IP packet with source A, destination B

 A uses ARP to get R’s physical layer address for 111.111.111.110

 A creates frame with R's physical address as dest, frame contains to-B IP datagram

A- A’s data link layer sends frame

 R’s data link layer receives frame

 R removes IP datagram from frame, sees its destined to B

 R uses ARP to get B’s physical layer address

 R creates frame containing A-to-B IP datagram sends to B

A

R

B

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	0,94 MB