Tài liệu Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu ppt

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 - Specifi

Trang 1

Chương 5.

Giao thức tầng liên kiết dữ liệu (data link)

Đặng Xuân Hà

Computer Networking 2006 (http://www.hau1.edu.vn/it/dxha/courses/0506/comnet_k48th) Dept of CS, HAU1.

Chương 5 Tầng liên kết dữ liệu 2

1-6/2006

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

Wireless Networks

Frame Relay

Ethernet

Ethernet là kiến trúc LAN phổ biến nhất hiện nay

Bản thiết kế khai sinh Ethernet

Trang 2

1-6/2006

Ethernet Star Topology example

Ethernet là mạng Broadcast có thể

sử dụng Star hoặc Bus topology

1-6/2006

Ethernet Frame Structure

Destination & Source Address (6B): địa chỉ vật lý của nút

gửi và nhận

Data (16-1500B) Ethernet MTU = 1500B Æ nếu IP

datagram >1500 thì sẽ phải chia nhỏ ra

Type (2B): Giao thức tầng trên (IP, Novell IPX, Apple

Talk…)

Preamble (8B): Đồng bộ hoá sender/receiver, gồm 7 bytes

đầu tiên là10101010, byte tiếp theo là10101011

Ethernet: CSMA/CD

Ethernet sử dụng giao thức truy cập đường truyền

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

không, 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.

Trang 3

1-6/2006

Ethernet: CSMA/CD (cont)

jam signal:

một số nút có thể không 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.

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).

1-6/2006

Ethernet Technologies

Công nghệ Ethernet: 10Base2;10BaseT;100BaseT

10Base2:

10Base2 = 10Mbps; cáp đồng trục (coaxial) < 200m.

Bus topology.

Rất rẻ.

Cáp: <=185m (185 ~ 200) Có thể dùng repeater để tăng k/c.

Không còn phổ biến nữa.

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)

hai cặp dây xoắn (1 truyền, 1 nhận)

Sử dụng hub

chuyển tiếp bit (tầng vật lý)

báo cáo thống kê (bandwidth usage,

collision ).

ngắt các nút gặp sự cố khỏi mạng.

Độ dài tối đa của cáp từ hub tới

host: 100m

10/100BaseT sử dụng hub (star)

STP (Shielded Twisted Pair)

Trang 4

1-6/2006

Ethernet Technologies: Gigabit Ethernet

và quảng bá (chia sẻ đường truyền, sử dụng hub).

chia sẻ.

1-6/2006

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

Repeater (bộ lặp): khôi 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 (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, Vd

10BaseT và 100BaseT (không đồng bộ được tốc độ do không có

bộ đệm) Bị giới hạn về số lượng nút.

Multi-tier hub

Trang 5

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

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

có backbone bridge

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) Æ learning

Nếu không tìm thấy địa chỉ nút nhận trong bảng thì gửi

frame tới tất cả cổng còn lại

Bridge là thiết bị Plug-and-Play

Trang 6

1-6/2006

Spanning Tree

nhiều đường đi, các gói tin bị lặp (forward trở lại).

interface để đảm bảo không có vòng lặp.

Disabled

1-6/2006

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

firewall bảo vệ

Bridge không 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 mô nhỏ hơn

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.

Trang 7

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

Hub + switch + router in a company

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

Æ đích rồi nhận đến đâu chuyển đến đấy)

Store and Forward: dùng trong router & brigde

Trang 8

1-6/2006

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

traffic

isolation

no yes yes

optimal

routing

no yes no cut

1-6/2006

Ethernet

Wireless Networks

Frame Relay

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, ISDN…)

PPP (Point-to-Point Protocol)

HDLC (High Level Data Link Control):

Trang 9

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

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

Byte stuffing

Trong trường hợp dữ liệu cần

đóng frame có chứa dãy bit

(byte) trùng với flag (01111110)

Æ 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 Æ hai stuffes bytes

kế tiếp nhau Æ receiver vẫn

phân biệt được

flag byte pattern plus stuffed byte in transmitted data

Trang 10

1-6/2006

PPP Data Control Protocol

Thiết lập và cấu hình liên kết PPP (kích thước tối đa của

frame, authentication…)

Cấu hình network layer

Các trạng thái của PPP

1-6/2006

Ethernet

Wireless Networks

Frame Relay

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)

Trang 11

1-6/2006

Một số chuẩn wireless

1-6/2006

Ad hoc network

Không có Access

Point (center

control)

Không kết nối với

mạng ngoài

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 12

1-6/2006

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

sec.

DIFS (Distributed Inter Frame Space)

SIFS (Short Inter Frame Spacing)

1-6/2006

IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA

802.11 CSMA: others

gửi đi đều chứa thêm

thông tin về thời gian

truyền frame, được gọi là

NAV (Network

Allocation Vector).

thông tin này để xác định

thời điểm cho phép truyền

Æ tránh xung đột.

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”

Trang 13

1-6/2006

Mạng điện thoại di động (cellular phone network)

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

Phạm vi: 10-100m

Mạng bao gồm 2-8 thiết bị cá

nhân kết nối sử dụng Bluetooth

có tên là piconet.

piconet

Ethernet

Wireless Networks

Frame Relay

Trang 14

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 Æ 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 Æ 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)

1-6/2006

ATM: Internet backbone

Ethernet

Wireless Networks

Frame Relay

Trang 15

1-6/2006

Frame Relay & X.25

công cộng đầu tiên.

bóng” của IP, đã thường được sử dụng để truyền

các packet của tầng IP giữa các router.

“biến mất” trong nay mai.

Tiêu đề	Giao thức tầng liên kết dữ liệu (data link)
Tác giả	Bob Metcalfe, David Boggs
Người hướng dẫn	Đặng Xuân Hà
Trường học	HAU1
Chuyên ngành	Computer Networking
Thể loại	Tài liệu
Năm xuất bản	2006

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	745,23 KB