TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

Các chức năng 2 l Nếu là mạng đa truy nhập, cần có các giao thức truy nhập đường truyền cho nhiều máy trạm l Kiểm soát luồng: l Kiểm soát tốc độ truyền của bên gửi sao cho bên nhận h

1

Chương 5:

Tầng liên kết dữ liệu

2

Tổng quan

l  Tầng liên kết dữ liệu

l   Dịch vụ:

l   Đóng gói, địa chỉ hóa

l   Phát hiện và sửa lỗi

l   Kiểm soát luồng

l   Kiểm soát truy nhập đường

3

Giới thiệu về Tầng liên kết dữ liệu

l   Hữu tuyến: Ethernet LAN,

ADSL, fiber optic…

l   Không dây: Wi-fi, Wi-Max,

Ethernet

802.4 Token Bus

802.5 Token Ring

802.11 Wi-Fi

802.16 Wi-Max

7

Các chức năng (1)

l  Đóng gói - Framing:

l  Bên gửi: đặt gói tin tầng mạng vào khung tin,

thêm phần đầu, phần đuôi

l  Bên nhận: Bỏ phần đầu, phần đuôi và lấy gói tin truyền lên tầng mạng

l  Địa chỉ hóa - Addressing:

l  Địa chỉ vật lý đặt trong phần đầu gói tin để định danh nút nguồn, nút đích

8

Các chức năng (2)

l  Nếu là mạng đa truy nhập, cần có các giao thức truy nhập đường truyền cho nhiều máy trạm

l  Kiểm soát luồng:

l  Kiểm soát tốc độ truyền của bên gửi sao cho bên nhận hoạt động tốt, không bị quá tải

l  Kiểm soát lỗi:

l  Phát hiện và sửa các lỗi bít

l  e.g parity check, checksum, CRC check

10

Kiểm soát lỗi

Phát hiện lỗi Phát hiện và sửa lỗi

11

Nguyên lý phát hiện lỗi

EDC= Error Detection Code (redundancy)

l   Phát hiện và sửa lỗi bít đơn

l   Khái niệm về checksum của

Internet?

101011 111100 011101 001010

101011 101100 011101 001010

13

CRC: Cyclic Redundancy Check

Mã vòng

l   Dữ liệu được xem như một số nhị phân: D

l   Chọn một chuỗi r+1 bit, G (chuỗi sinh – Generator)

l   Tìm một chuỗi R độ dài r bit, sao cho chuỗi ghép của D và R

là một số nhị phân chia hết cho G (chia modulo 2)

l  Có nghĩa là R là số dư khi chia D.2r

cho G (phép chia modulo 2)

R= D.2r mod G

l  Ví dụ

10101001000 1001

1001 1011110 1110

1001 1110 1001 1111 1001 1100 1001 1010 1001 110

R=110, chuỗi bít gửi đi là

l  G càng dài, mã CRC phát hiện lỗi càng hiệu quả

l  CRC được sử dụng rộng rãi trong thực tế

l   Wi-fi, ATM, Ethernet…

l   Phép toán XOR được cài đặt bởi phần cứng

l   Phát hiện chuỗi bít bị lỗi có độ dài nhỏ hơn r+1 bit

16

Các kỹ thuật kiểm soát lỗi

l   Đảm bảo truyền tin tin cậy

trên môi trường truyền tin

không tin cậy

l   Điều kiện

l   Các khung dữ liệu luôn

luôn được truyền chính xác

l   Độ trễ truyền tin không

đáng kể

l  Các loại lỗi

l   Mất khung dữ liệu

l   Khung dữ liệu bị lỗi

l   Thông báo lỗi bị mất

l  Các kỹ thuật sử dụng:

l  Phát hiện lỗi (đã học)

l  Báo nhận

l  Truyền lại với timeout

l  Truyền lại với báo không nhận

l  Kỹ thuật tự động truyền lại (ARQ automatic repeat request) Có 3 phiên bản chuẩn hóa

l  Dừng và chờ (Stop and Wait)ARQ

l  Quay lại N(Go Back N) ARQ

l  Loại bỏ chọn lọc (Selective Reject) ARQ

l  Tương tự cơ chế kiểm soát luồng dữ liệu

17

Kiểm soát truy nhập

đường truyền

l   Truy nhập ngẫu nhiên:

l   Kênh không được chia, cho phép đồng thời truy nhập, chấp nhận là có xung đột

l   Cần có cơ chế để phát hiện và tránh xung đột

l   e.g Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA/CD, CSMA/CA…

l   Lần lượt:

l   Theo hình thức quay vòng

l   Token Ring, Token Bus…

20

Các phương pháp chia kênh

l  TDMA: time division multiple access

l  CDMA: code division multiple access

frequency

time

4 máy

Ví dụ:

l  Và chỉ được phục hồi duy nhất ở cuối kênh với mã

ngẫu nhiên tương ứng

l  Áp dụng lý thuyết trải phổ (spread spectrum), CDMA

đưa ra hàng loạt các ưu điểm mà nhiều công nghệ

khác chưa thể đạt được

http://en.wikipedia.org/wiki/Spread_spectrum

l   Nếu có dữ liệu cần truyền, truyền

l   Nếu đang truyền mà nhận được dữ liệu

của trạm khác à có xung đột Tất cả các

trạm cần truyền lại

l  Vẫn có thể xung đột khi truyền lại

l   Không kiểm tra đường truyền trước khi

truyền

l   Các gói mầu ghi bị xung đột (có overlap

về thời gian)

23

Truy nhập ngẫu nhiên: CSMA

l   Carrier Sense Multiple Access (Đa truy nhập sử dụng sóng mang)

l   Thế nào là CSMA: trong một cuộc họp

26

CSMA

l  Nếu kênh rỗi, truyền toàn bộ dữ liệu

l  Nếu kênh bận, chờ

l  Tại sao lại có xung đột?

Độ trễ lan truyền

27

Xung đột trong CSMA

l   Giả sử kênh truyền có 4

CSMA/CD (Collision detection)

l  Dùng trong mạng Ethernet

l  CSMA có phát hiện xung đột: Listen while talk

l  Nếu đường truyền rỗi, truyền

l  Nếu bận, chờ rồi truyền với xác suất p

xung đột chỉ phát 1 tín hiệu báo xung đột ngắn

và dừng ngay

l   Không tiếp tục truyền như CSMA

l  Thử truyền lại sau một khoảng thời gian ngẫu

l   Nghe trong thời gian bao lâu?

l   Nếu phát hiện thấy xung đột: Hủy bỏ quá trình truyền và quay lại trạng thái chờ, nghe

l   Một số biến thể của CSMA

l   CSMA kiên nhẫn (persistance)

l   CSMA không kiên nhẫn

l   CSMA với xác suất p nào đó

31

So sánh chia kênh và truy

nhập ngẫu nhiên

l   Chia kênh

l   Hiệu quả, công bằng cho đường truyền với lưu lượng lớn

l   Lãng phí nếu chúng ta cấp kênh con cho một nút chỉ cần lưu lượng nhỏ

l   Truy nhập ngẫu nhiên

l   Khi tải nhỏ: Hiệu quả vì mỗi nút có thể sử dụng toàn bộ

kênh truyền

l   Tải lớn: Xung đột tăng lên

l   Phương pháp quay vòng: Có thể dung hòa ưu điểm của hai phương pháp trên

l   Nút nào giữ thẻ bài

sẽ được gửi dữ liệu

l   Gửi xong phải chuyển

34

Kiểm soát luồng dữ

liệu

35

Kiểm soát luồng dữ liệu

l  Đảm bảo trạm nguồn không làm quá tải trạm đích

l  Trạm đích

l  Không đặt vấn đề lỗi truyền tin

l  Giải pháp

36

Cơ chế dừng và chờ

l  Nguyên tắc

l   Nguồn gửi một khung dữ liệu

l   Đích nhận khung dữ liệu, xử lí, sau đó thông báo sẵn sàng nhận các khung dữ liệu tiếp theo bằng một

thông báo báo nhận (acknowledgement)

l   Nguồn chờ đến khi nhận được báo nhận mới truyền tiếp khung dữ liệu tiếp theo

38

l  Khung dữ liệu dài khả năng lỗi lớn

l  Trong môi trường truyền tin chia sẻ, không cho phép trạm nào chiếm dụng lâu đường truyền

40

Cơ chế cửa sổ trượt: nguyên tắc

l   Gửi nhiều khung dữ liệu để giảm thời gian chờ

l   Các khung đã gửi đi chưa báo nhận được lưu trữ tạm thời trong bộ nhớ đệm

l   Số khung được truyền đi phụ thuộc vào bộ nhớ

đệm

l   Khi nhận được báo nhận

l   giải phóng khung dữ liệu đã truyền thành công khỏi bộ

nhớ đệm

l   Truyền tiếp các khung bằng với số khung đã truyền thành công

41

Cơ chế cửa sổ trượt: Nguyên tắc

l   Xét hai trạm A, B kết nối bằng một đường truyền song

42

Cơ chế cửa sổ trượt

Trong cửa sổ là các khung sẽ phát Trong cửa sổ là các khung chờ nhận

43

Cơ chế cửa sổ trượt

44

Cơ chế cửa sổ trượt

l   Các khung dữ liệu đang được gửi đi được đánh số

Số thứ tự phải lớn hơn hoặc bằng kích thước cửa

45

Cơ chế cửa sổ trượt

l   Nguồn quản lý

l   Các khung đã gửi đi thành công

l   Các khung đã gửi đi chưa báo nhận

l   Các khung có thể gửi đi ngay

l   Các khung chưa thể gửi đi ngay

l   Đích quản lý

l   Các khung đã nhận được

l   Các khung đang chờ nhận

l   Nếu không, B gửi một khung báo nhận riêng

l   Sau khi gửi báo nhận, nếu B truyền khung dữ liệu, B vẫn đặt số báo nhận trong khung dữ liệu

l   Cơ chế cửa sổ trượt hiệu quả hơn nhiều so với

dừng và chờ!

l   Quản lý phức tạp hơn

Bài tập

l  Cho một liên kết có tốc độ R=100Mbps

l  Cần truyền 1 dữ liệu có kích thước tổng tại tầng liên kết

dữ liệu là L=100KB

l  Giả sử kích thước một khung liên kết dữ liệu là: 1KB

l  RTT giữa 2 nút của liên kết là 3ms

l  Hỏi thời gian truyền khi áp dụng phương pháp kiểm soát luồng Stop-and-wait

l  Thời gian truyền với phương pháp cửa sổ trượt với kích thước cửa sổ =7

l  Thời gian truyền nhanh nhất với phương pháp cửa sổ trượt đạt được khi kích thước cửa sổ bằng bao nhiêu?

47

Thời gian phát với cơ chế dừng và chờ

Thời gian phát với cơ chế

Cơ chế cửa sổ trượt

50

Thời gian truyền với cửa sổ 7

l  T truyền nhanh nhất = (T phát 7 gói + chờ )

Thời gian truyền nhanh nhất

với cửa sổ trượt

đạt được khi nguồn phát xong gói cuối của cửa sổ thì đã nhận được ACK của gói đầu tiên

l  T phát (W gói) >= T phát gói đầu + RTT

52

W gói

ACK

Thời gian truyền nhanh nhất

với cửa sổ trượt (cont.)