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

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 5.5 -- Sp

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 - Introduction and services 5.2 - Error detection and correction 5.3 - Multiple access protocols & LAN 5.4 - Link-layer addressing & ARP

5.5 5.5 Specific link layer technologies Specific link layer technologies

Trang 2

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

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

Bản thiết kế khai sinh Ethernet

3 of 42

Ethernet Star Topology example

Ethernet là mạng Broadcast

Trang 3

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…)

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.

Trang 4

Ethernet: CSMA/CD (cont)

 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,…,2 m – 1} với m:=min (n,10).

Trang 5

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 ).

 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.

Trang 6

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

 Repeater (bộ lặp): khôi phục tín hiệu đã bị yếu

 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 (không cần cấu hình)…

 Không 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

 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.

Trang 7

 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.

Không 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

13 of 42

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 không tìm thấy địa chỉ nút nhận trong bảng thì gửi frame tới tất cả cổng còn lại

Trang 8

 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, không có cơ chế bảo vệ khi bị flood, router có

Trang 9

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.

17 of 42

Star topology Truyền với tốc độ tối đa (full-duplex, dedicated access):

+ A to A’

+ B to B’

+ C to C’

Trang 10

Hub + switch + router in a company

19 of 42

Packet processing at switch, router and host

 Cut-through switching: nếu buffer trống, không cần chờ nhận toàn bộ frame mới chuyển tiếp (chỉ cần nhận header

 đích rồi nhận đến đâu chuyển đến đấy)

Trang 11

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

hubs routers switches

traffic isolation

optimal routing

cut through

21 of 42

Trang 12

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 of 42

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.

Trang 13

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

25 of 42

Byte stuffing

 Trong trường hợp dữ liệu cần đóng frame có chứa dãy bit (byte) trùng với flag (01111110)

 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 không phải flag

 Trường hợp dữ liệu có chứa stuffs byte  hai stuffes bytes

kế tiếp nhau  receiver vẫn phân biệt được

flag byte pattern plus stuffed byte in transmitted data

Trang 14

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

27 of 42

Trang 15

Wireless LAN: IEEE 802.11

 Wireless LAN: Kết nối các thiết bị mobile, không cần sử dụng dây

 IEEE 802.11 standard:

 MAC Protocol

 unlicensed frequency spectrum: 900Mhz, 2.4Ghz

 BSS - Basic Service Set (cell)

 Wireless host

 AP (Access Point)

29 of 42

Một số chuẩn wireless

Trang 16

Ad hoc network

 Ad hoc network:

Không có Access Point (center control)

Không kết nối với mạng ngoài

31 of 42

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)

Trang 17

IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA

802.11 CSMA: sender

 chờ kênh truyền rỗi DISF sec rồi

truyền toàn bộ frame (không 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, không

lỗi, thì trả lời bằng ACK sau SIFS

Allocation Vector).

 Các host khác nghe thấy thông tin này để xác định thời điểm cho phép truyền

 tránh xung đột.

Trang 18

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”

35 of 42

Mạng điện thoại di động (cellular phone network)

Trang 19

có tên là piconet.

piconet

37 of 42

Trang 20

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  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  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)

39 of 42

ATM: Internet backbone

Trang 21

Frame Relay & X.25

 Ra đời vào đầu 1980s.

 X.25 được coi như công nghệ chuyển mạch gói công 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, được sử dụng để truyền các packet của tầng IP giữa các router.

 X.25, Frame Relay là những công nghệ của “quá khứ”

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	893,24 KB