Bài giảng Mạng máy tính - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu

pdf 73 trang huongle 3500
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạng máy tính - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mang_may_tinh_chuong_5_tang_lien_ket_du_lieu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mạng máy tính - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu

  1. Mạng máy tính Bộ môn Kỹ thuậtmáytínhvàMạng Khoa Công nghệ Thông tin ĐạihọcSư phạmHàNội 1-1
  2. Chương 5: Tầng liên kếtdữ liệu Mục đích: ‰ Hiểucácnguyêntắc bên trong củacácdịch vụ tầng liên kếtdữ liệu:  Phát hiệnvàsửalỗi  Chia sẻ một kênh broadcast: đatruycập  Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu  Truyềndữ liệutin cậy, điềukhiểnluồng: có! ‰ Ví dụ và cài đặtcủa các công nghệ tầng liên kết dữ liệu khác nhau 1-2
  3. Tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.1 Giớithiệuvàcác ‰ 5.6 Hub và switch dịch vụ ‰ 5.2 Phát hiệnvàsửalỗi ‰ 5.3 Các giao thức đa truy cập ‰ 5.4 Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.5 Ethernet 1-3
  4. Tầng liên kếtdữ liệu: Giớithiệu “liên kết” Mộtsố thuậtngữ: ‰ host và router: nút ‰ Kênh truyền thông kếtnốicác nút kề dọctheođường truyền thông gọilàliên kết(link)  Liên kết có dây  Liên kết không dây  LAN ‰ Các gói tin tầng 2 gọilàkhung (frame), đóng gói các datagram Tầng liên kếtdữ liệu có vai trò truyền các datagram từ một nút tớinútkề qua mộtliênkết 1-4
  5. Tầng liên kếtdữ liệu: Xem xét vớitầng khác ‰ Datagram đượctruyềnbởicác Tương tự vậntải: giao thứcliênkếtdữ liệu khác ‰ Chuyến đitừ Hà NộitớiCầnThơ nhau qua các liên kết khác  Đường sắt(tàuhỏa): HN -> Đà nhau: Nẵng  Ví dụ: Ethernet ở liên kết đầu  Đường không (máy bay): Đà tiên, frame relay ở liên kếtgiữa, Nẵng -> Tp HCM 802.11 ở liên kếtcuối cùng  Đường bộ (ô tô): Tp HCM -> ‰ Mỗigiaothứcliênkếtdữ liệu CầnThơ cung cấpcácdịch vụ khác nhau ‰ khách du lịch = datagram  Ví dụ: có thể hoặc không cung cấptruyềntin cậy qua liên kết ‰ transport segment = liên kết truyền thông (communication link) ‰ hình thứcvậntải= giao thức tầng liên kếtdữ liệu ‰ đại lý du lịch = thuật toán dẫn đường 1-5
  6. Các dịch vụ tầng liên kếtdữ liệu ‰ Đóng khung, truy cậpliênkết:  Đóng gói datagram thành các khung, thêm header, trailer  Truy cập kênh nếuphương tiện dùng chung (shared medium)  Các địachỉ “MAC” sử dụng trong header của khung để định danh nguồn, đích •Khácvới địachỉ IP! ‰ Truyềntin cậygiữa các nút kề  Đãhọccáchđể thựchiệntruyềntin cậy(chương 3)!  Ít khi sử dụng trên các liên kếtlỗibítthấp(vídụ: cáp quang, cáp xoắn đôi)  Liên kết không dây: tỷ lệ lỗicao •Q: Tạisaoxéttin cậycả mứcliênkếtdữ liệu và end- end? 1-6
  7. Các dịch vụ tầng liên kếtdữ liệu ‰ Điềukhiểnluồng:  Tốc độ giữa nút nhận và nút gửikề nhau ‰ Phát hiệnlỗi:  Các lỗi gây ra bởi suy hao và nhiễutínhiệu  Bên nhậnpháthiệnsự tồntạicủalỗi: •Báohiệu cho bên gửibiết để gửilạihoặcloạibỏ khung ‰ Sửalỗi:  Bên nhậnxácđịnh và sửa các bít lỗi không phảisử dụng đếnviệctruyềnlại ‰ Half-duplex và full-duplex  Với half duplex, các nút tạicả hai điểmcuốicủaliênkếtcó thể truyềnnhưng không tạicùngthời điểm 1-7
  8. Truyền thông thích nghi datagram giao thứctầng liên kếtdữ liệu nút Nút nhận gửi frame frame adapter adapter ‰ Tầng liên kếtdữ liệu ‰ Bên nhận đượccàiđặttrong  Tìm kiếmlỗi, rdt, điềukhiển “adaptor” (còn gọilàNIC) luồng,  Ethernet card, PCMCI card,  Tách ra datagram, chuyển 802.11 card tới nút nhận ‰ Bên gửi: ‰ adapter là bán tự trị  Đóng gói datagram trong ‰ Tầng vậtlývàliênkếtdữ mộtframe liệu  Thêm các bít kiểmtralỗi, rdt, điềukhiểnluồng, 1-8
  9. Tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.1 Giớithiệuvàcác ‰ 5.6 Hub và switch dịch vụ ‰ 5.2 Phát hiệnvàsửalỗi ‰ 5.3 Các giao thức đa truy cập ‰ 5.4 Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.5 Ethernet 1-9
  10. Phát hiệnlỗi EDC= Error Detection and Correction bits (phầndôithừa) D = Dữ liệu đượcbảovệ bằng kiểmtralỗi, có thể bao gồmcáctrường header • Phát hiệnlỗi không 100% tin cậy! •Giaothứccóthể không phát hiệnramộtsố lỗinhưng tỷ lệ rấtthấp •Trường EDC càng rộngthìpháthiệnvàsửalỗi càng tốt 1-10
  11. Kiểmtratínhchẵnlẻ Bít chẵnlẻđơn: Bít chẵnlẻ 2 chiều: Phát hiệnmộtbítlỗi Phát hiệnvàsửa mộtbítlỗi 0 0 1-11
  12. Internet checksum Mục đích: Phát hiệnlỗi trong segment đãtruyền(Chúý: chỉ sử dụng tạitầng giao vận) Bên gửi: Bên nhận: ‰ Xem xét nội dung củacác ‰ Tính toán checksum của segment như mộtchuỗicác segment đãnhận số nguyên 16 bít ‰ Kiểmtranếugiátrị checksum ‰ checksum: tổng (bù 1) của đãtínhbằng giá trị trường nội dung segment checksum: ‰ Bên gửi đặtgiátrị  NO – Lỗi được phát hiện checksum vào trong trường  YES – Không phát hiệnra checksum củaUDP lỗi. Nhưng có thể có lỗi? 1-12
  13. Checksumming: Cyclic Redundancy Check ‰ Coi các bít dữ liệu D như mộtsố nhị phân ‰ Chọnr+1 bítmẫu (generator), G ‰ Mục đích: chọn r bít CRC, R, ví dụ  chia hết cho G (modulo 2)  Bên nhậnbiết G, chia cho G. Nếuphầndư khác không: lỗi được phát hiện!  Có thể phát hiệncáclỗiíthơnr+1 bít ‰ Sử dụng rộng rãi trong thựctế (ATM, HDCL) 1-13
  14. Ví dụ CRC Muốn: D.2r XOR R = nG Tương đương: D.2r = nG XOR R Tương đương: NếuD.2r chia G, phầndư là R D.2r R = Phầndư [ ] G 1-14
  15. CRC ‰ Chuẩnquốctếđã định nghĩa 8-, 12-, 16- và 32-bit generator, G. ‰ 8-bit CRC sử dụng để phát hiệnlỗi trong ATM cell ‰ 32-bit bít CRC sử dụng để phát hiệnlỗi trong giao thức IEEE củatầng liên kếtdữ liệu, sử dụng GCRC-32 = 10000010 01100000 10001110 110110111 1-15
  16. Tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.1 Giớithiệuvàcác ‰ 5.6 Hub và switch dịch vụ ‰ 5.2 Phát hiệnvàsửalỗi ‰ 5.3 Các giao thức đa truy cập ‰ 5.4 Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.5 Ethernet 1-16
  17. Các giao thứcvàliênkết đatruycập Hai kiểu liên kết: ‰ point-to-point  PPP trong truy cập dial-up  Liên kết point-to-point giữa Ethernet switch và host ‰ broadcast (chia sẻ phương tiện)  Ethernet  upstream HFC  802.11 wireless LAN 1-17
  18. Các giao thức đatruycập ‰ Kênh quảng bá, dùng chung, đơn ‰ hai hoặc nhiều nút truyền đồng thời: đan xen  Đụng độ nếu nút nhận hai hoặcnhiềutínhiệutạicùng mộtthời điểm Giao thức đatruycập ‰ Thuật toán phân tán xác định cách nút dùng chungkênh(xácđịnh khi nào một nút có thể truyền) ‰ Truyềnthôngvề việc dùng chung kênh phảisử dụng chính kênh đó!  Không có kênh ở ngoài cùng phốihợphoạt động 1-18
  19. Ý tưởng củagiaothức đatruycập Kênh quảng bá tốc độ R bps 1. Khi mộtnútmuốntruyền, nó có thể gửivớitốc độ R 2. Khi M nút muốntruyền, mỗinútcóthể gửivớitốc độ trung bình R/M 3. Hoàn toàn không tập trung:  Không có nút đặcbiệt để phốihợpviệctruyền  Không có sựđồng bộ của đồng hồ hay khe 4. Đơngiản 1-19
  20. Giao thức MAC: Phân loại Ba lớplớn: ‰ Phân chia kênh  Chia kênh thành các phầnnhỏ (khe thời gian, tầnsố, mã)  Cấp phát phần cho nút sử dụng riêng ‰ Truy cậpngẫu nhiên  Không chia kênh, cho phép đụng độ  “Khôi phục” từđụng độ ‰ Theo phiên lầnlượt  Các nút lầnlượttruyền theo phiên nhưng nút cầngửinhiều có thể chiếm phiên dài hơn 1-20
  21. Giao thức MAC kiểu phân chia kênh: TDMA TDMA: time division multiple access ‰ Truy cậptới kênh theo vòng ‰ Mỗitrạmnhậnmộtkhechiều dài cốđịnh (chiều dài = thờigian truyền gói tin) trong mỗivòng ‰ Các khe không sử dụng sẽ rỗi ‰ Ví dụ: 6 trạm LAN, 1,3,4 có gói tin, khe 2,5,6 rỗi ‰ TDM (Time Division Multiplexing): kênh được chia thành N khe thời gian, mộtkhechomộtngườisử dụng; không hiệuquả với ngườisử dụng chu kỳ thấpvàtảinặng. ‰ FDM (Frequency Division Multiplexing): chia theo tầnsố 1-21
  22. Giao thức MAC kiểu phân chia kênh: FDMA FDMA: frequency division multiple access ‰ Phổ của kênh được chia thành các băng tần ‰ Mỗitrạm được gán mộtbăng tầncốđịnh ‰ Thờigiantruyền không sử dụng trong băng tầnthìsẽ rỗi ‰ Ví dụ: 6 trạm LAN; 1,3,4 có gói tin; băng tần 2,5,6 rỗi thời gian n ầ ng t ă b ‰ TDM (Time Division Multiplexing): kênh được chia thành N khe thời gian, mộtkhechomộtngườisử dụng; không hiệuquả vớingườisử dụng chu kỳ thấpvàtảinặng 1-22 ‰ FDM (Frequency Division Multiplexing): chia theo tầnsố
  23. Giao thức MAC kiểu phân chia kênh: CDMA 1-23
  24. Giao thứctruycậpngẫu nhiên ‰ Khi nút có gói tin để gửi  Truyền trên toàn kênh vớitốc độ dữ liệuR  Không có sự phốihợptrướcgiữa các nút ‰ Hai hoặc nhiều nút truyền ➜ “đụng độ” ‰ Giao thức MAC truy cậpngẫu nhiên chỉ ra:  Cách phát hiện đụng độ  Cách khôi phụctừđụng độ (ví dụ: đợimộtkhoảng thờigian rồitruyềnlại) ‰ Ví dụ củagiaothứcMAC kiểutruycậpngẫu nhiên  slotted ALOHA  ALOHA  CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA 1-24
  25. Slotted ALOHA Giả sử Hoạt động ‰ Mọi frame có cùng kích ‰ Khi nút giành khung mới, thước nó truyềntrongkhetiếp ‰ Thờigianđượcchia theo thành các khe có kích ‰ Không đụng độ, nút có thể thướcbằng nhau, thời gửiframe mới trong khe gian để truyền 1 frame tiếp ‰ Nút bắt đầutruyền frame ‰ Nếu đụng độ, nút truyềnlại chỉ tạibắt đầucủakhe frame trong khe sau ngẫu ‰ Các nút được đồng bộ nhiên tới khi thành công ‰ Nếu2 hoặcnhiều nút truyền trong khe, mọinút phát hiện đụng độ 1-25
  26. Slotted ALOHA Pros Cons ‰ Nút kích hoạt đơncó ‰ Đụng độ, lãng phí khe thể liên tụctruyềnvới ‰ Các khe rỗi tốc độ củacả kênh ‰ Các nút có thể có khả ‰ Không tập chung cao: năng phát hiện đụng độ chỉ các khe trong nút nhỏ hơnthờigian truyền gói tin cần được đồng bộ ‰ Đồng bộđồng hồ ‰ Đơngiản 1-26
  27. Hiệusuấtcủa Slotted Aloha Hiệusuất là phầnthờigiandài ‰ Để tối đahiệusuấtvới của các khe thành công khi có N nút, tìm p để tối đa nhiều nút, mỗi nút có nhiều Np(1-p)N-1 frame để gửi ‰ Đốivới nhiều nút, giới hạncủaNp*(1-p*)N-1 khi ‰ Giả sử có N nút với N tiếnravôhạnbằng nhiều frame để gửi, mỗi 1/e = 0.37 nút truyềntrongkhevới xác suấtlàp ‰ Xác suất nút 1 có sự Tốtnhất: kênh sử dụng thành công trong một cho việctruyềnhữuích khe = p(1-p)N-1 chiếm 37% thờigian ‰ xác suấtmộtnútbấtkỳ có sự thành công = Np(1-p)N-1 1-27
  28. Pure (unslotted) ALOHA ‰ unslotted Aloha: đơngiản, không đồng bộ ‰ Khi frame đầutiênđến  truyền ngay lậptức ‰ Xác suất đụng độ tăng:  frame gửitạit0 đụng độ vớiframe khácgửi trong khoảng [t0- 1,t0+1] 1-28
  29. Hiệusuấtcủa Pure Aloha P(sự thành công củamộtnút) = P(núttruyền) . P(không có nút khác truyền trong . [p0-1,p0] P(không có nút khác truyền trong [p0-1,p0] = p . (1-p)N-1 . (1-p)N-1 = p . (1-p)2(N-1) chọnp tối ưuvàchon tiếntớivôhạn = 1/(2e) = .18 1-29
  30. CSMA (Carrier Sense Multiple Access) CSMA: Nghe trướckhitruyền: Nếu nghe thấy kênh rỗi: truyềntoànbộ frame ‰ Nếu nghe thấy kênh bận, tạm trì hoãn việctruyền ‰ Tương tự con người: đừng ngắtlờitôi! 1-30
  31. Đụng độ trong CSMA Bố trí không gian của các nút Đụng độ có thể vẫnxảy ra: Sự lan truyền độ trễ nghĩalà hai nút có thể không nghe thấy nút khác truyền Đụng độ: toàn bộ thời gian gói tin truyềnbị lãng phí Chú ý: vai trò củakhoảng cách và độ trễ lan truyền trong việcxácđịnh xác suất đụng độ 1-31
  32. CSMA/CD (Collision Detection) CSMA/CD: nghe ngóng đường truyền, gọingắn như CSMA  đụng độ phát hiện trong thờigianngắn  truyền đụng độ bỏ qua, giảmsự lãng phí kênh ‰ Phát hiện đụng độ:  Dễ trong mạng có dây LAN: đo độ mạnh của tín hiệu, so sánh tín hiệunhận, truyền  Khó trong mạng không dây LAN: bên nhậndừng trong khi truyền ‰ Tương tự con người: người nói chuyệnlịch sự 1-32
  33. Phát hiện đụng độ trong CSMA/CD 1-33
  34. Giao thứcMAC “Taking Turns” Giao thứcMAC kiểu chia kênh:  Dùng chung kênh hiệuquả và công bằng khi tải nặng  không hiệuquả khi tảinhẹ: trễ khi truy cập kênh, 1/N bandwidth đượccấpthậmchíchỉ có mộtnút kích hoạt Giao thức MAC truy cậpngẫu nhiên  Hiệuquả khi tảinhẹ: mộtnútcóthể sử dụng toàn bộ kênh  Tảinặng: đụng độ cao Các giao thức “taking turns” tốtchocả hai trường hợp! 1-34
  35. Giao thứcMAC “Taking Turns” Thăm dò: Chuyểnthẻ bài: ‰ Nút chủ mờinúttớ ‰ Điềukhiển thẻ bài chuyểntừ truyền theo thứ tự mộtnúttớinúttiếp theo thứ tự. ‰ Xem xét: ‰ Bản tin thẻ bài  overhead củathămdò  trễ ‰ Xem xét:  một điểmlỗi (nút chủ)  Overhead củathẻ bài  Độ trễ  Một điểmlỗi(thẻ bài) 1-35
  36. Tổng kếtvề giao thứcMAC ‰ Chúngtalàmgìvớiphương tiện dùng chung?  Chia kênh theo thờigian, tầnsố, mã • Time Division, Frequency Division  Chia ngẫunhiêu(động) • ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD • Nghe ngóng đường truyền: dễ trong mộtsố công nghê (có dây), khó trong mộtsố công nghệ (không dây) • CSMA/CD sử dụng trong Ethernet • CSMA/CA sử dụng trong 802.11  Taking Turns •Thămdòtừ trung tâm, chuyểnthẻ bài 1-36
  37. Các công nghệ LAN Tầng liên kếtdữ liệu:  Các dịch vụ, phát hiện/sửalỗi, đatruycập Tiếp theo: Các công nghệ LAN  Đánh địachỉ  Ethernet  Hub, switch  PPP 1-37
  38. Tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.1 Giớithiệuvàcác ‰ 5.6 Hub và switch dịch vụ ‰ 5.2 Phát hiệnvàsửalỗi ‰ 5.3 Các giao thức đa truy cập ‰ 5.4 Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.5 Ethernet 1-38
  39. Địachỉ MAC và ARP ‰32 bít địachỉ IP:  Địachỉ tầng mạng  Sử dụng để chuyển datagram tới IP subnet đích ‰Địachỉ MAC (hay LAN, vật lý, Ethernet) :  Sử dụng để chuyển datagram từ mộtgiaodiệnnày tớigiaodiệnkếtnốivật lý khác (cùng mạng)  48 bít địachỉ MAC (cho hầuhếtcácmạng LAN) ghi trong adapter ROM 1-39
  40. Địachỉ LAN và ARP Một adapter trong LAN có địachỉ LAN duy nhất 1A-2F-BB-76-09-AD Địachỉ quảng bá = FF-FF-FF-FF-FF-FF LAN (có dây hoặc = adapter không dây) 71-65-F7-2B-08-53 58-23-D7-FA-20-B0 0C-C4-11-6F-E3-98 1-40
  41. Địachỉ MAC ‰ Việccấp địachỉ MAC đượcquảnlýbởi IEEE ‰ Các nhà sảnxuất mua phần không gian địachỉ MAC (để đảmbảosự duy nhất) ‰ Sự tương tự: (a) Địachỉ MAC: giống Social Security Number (b) Địachỉ IP: giống địachỉ thư bưu điện ‰ Địachỉ MAC phẳng ➜ linh hoạt  Có thể di chuyểnLAN card từ mạng LAN này tớimạng LAN khác ‰ Địachỉ phân cấp IP không có tính di chuyển  Phụ thuộc vào IP subnet mà nút nốivào 1-41
  42. ARP: Address Resolution Protocol Q: Làm thế nào để xác định ‰ Mỗi nút IP (host, router) địachỉ MAC củaB khibiết trên mạng LAN có bảng địachỉ IP củaB? ARP ‰ Bảng ARP: Ánh xạđịa 237.196.7.78 chỉ IP/MAC cho mộtsố 1A-2F-BB-76-09-AD nút trong mạng LAN 237.196.7.23 237.196.7.14  TTL (Time To Live): thời LAN gian mà ánh xạđịachỉ có 71-65-F7-2B-08-53 giá trị (thường là 20 phút) 58-23-D7-FA-20-B0 0C-C4-11-6F-E3-98 237.196.7.88 1-42
  43. Giao thứcARP ‰ A muốngửi datagram tớiB và địachỉ MAC của B không ‰ A ghi lạicặp địachỉ IP-to- trong bảng ARP củaA MAC trong bảng ARP tớikhi ‰ Quảng bá gói tin truy vấn thông tin bị quá hạn ARP, chứa địachỉ IP củaB  Trạng thái mềm: thông  Địachỉ MAC đích = FF- tin bị quá hạn(biếnmất) FF-FF-FF-FF-FF trừ khi đượclàmmới  Mọi máy trong mạng LAN ‰ ARP là “plug-and-play”: nhận đượctruyvấnARP  Các nút tạobảng ARP ‰ B nhận gói tin ARP, trả lờiA của nó không có sự can địachỉ MAC củanó thiệptừ quảntrị mạng  frame gửitới địachỉ MAC của A (unicast) 1-43
  44. Dẫn đường tớimạng LAN khác Gửi datagram từ A tới B qua R Giả sử A biết địachỉ IP củaB A R B ‰ Hai bảng ARP trong router R, mỗibảng cho mộtmạng LAN ‰ Trong bảng dẫn đường tại host nguồn, tìm router 111.111.111.110 ‰ Trong bảng ARP tại nguồn, tìm địachỉ MAC E6-E9-00-17-BB- 1-44 4B,
  45. ‰ A tạo datagram có địachỉ nguồnA, địachỉđích B ‰ A sử dụng ARP để biết địachỉ MAC củaR 111.111.111.110 ‰ A tạoframe tầng liên kếtdữ liệu, sử dụng địachỉ MAC củaR là địachỉđích, frame chứa IP datagram A-to-B ‰ Adapter củaA gửiframe ‰ Adapter củaR nhậnframe ‰ R lấy IP datagram từ Ethernet frame, thấy địachỉđíchlàtớiB ‰ R sử dụng ARP để có địachỉ MAC củaB ‰ R tạoframe chứa IP datagram A-to-B gửitớiB A R B 1-45
  46. Tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.1 Giớithiệuvàcác ‰ 5.6 Hub và switch dịch vụ ‰ 5.2 Phát hiệnvàsửalỗi ‰ 5.3 Các giao thức đa truy cập ‰ 5.4 Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.5 Ethernet 1-46
  47. Ethernet Công nghệ LAN có dây phổ biến: ‰ Rẻ $20 với 100Mbs! ‰ Công nghệ LAN đầutiênsử dụng rộng rãi ‰ Đơngiản, rẻ hơn token LAN và ATM ‰ Có sự cạnh tranh về tốc độ : 10 Mbps – 10 Gbps Phác thảo Ethernet của Metcalfe 1-47
  48. Star topology ‰ Bus topology phổ biếnvàogiữanhững năm90 ‰ Hiện nay, star topology phổ biến ‰ Sự lựachọnkếtnối: hub hay switch hub or switch 1-48
  49. Cấutrúccủa Ethernet Frame Adapter bên gửi đóng gói IP datagram (hoặccácgóitin tầng mạng khác) trong Ethernet frame Preamble: ‰ 7 bytes with pattern 10101010 theo sau là 1 byte với with pattern 10101011 ‰ Sử dụng để đồng bộ tốc độ bên nhận, bên gửi 1-49
  50. Cấutrúccủa Ethernet Frame ‰ Address: 6 byte  Nếu adapter nhậnframe cóđịachỉđích tương ứng hoặcvới địachỉ quảng bá (ví dụ: gói tin ARP), nó chuyểndữ liệu trong frame tớigiaothứctầng mạng  Trường hợp khác, adapter loạibỏ frame ‰ Type: chỉ ra giao thứccủatầng phía trên (hầuhếtlà IP nhưng cũng có thể là Novell IPX hay AppleTalk) ‰ CRC: đượckiểmtratại bên nhận, nếu phát hiệnra lỗi thì frame bị loạibỏ 1-50
  51. Dịch vụ không hướng kếtnối, không tin cậy ‰ Không hướng kếtnối: Không bắttaygiữa adapter bên gửi và adapter bên nhận ‰ Không tin cậy: adapter bên nhận không gửiackhoặc nack cho adapter bên gửi  Luồng datagram chuyểntớitầng mạng có thể khe hở  Các khe hở sẽđược điền đầynếu ứng dụng sử dụng TCP  Ngượclại, ứng dụng sẽ thấycáckhehở 1-51
  52. Ethernet sử dụng CSMA/CD ‰ Không slot ‰ Trướckhicố gắng ‰ Adapter không truyềnnếu truyềnlại, adapter đợi nó nghe thấymộtsố mộtthờigianngẫu adapter đang truyền, gọilà nhiên, gọilàtruy cập nghe ngóng đường truyền ngẫu nhiên (random (carrier sense) access) ‰ Adapter bỏ qua truyềnkhi nó nghe thấy adapter khác đang truyền, gọilàphát hiện đụng độ (collision detection) 1-52
  53. Thuật toán Ethernet CSMA/CD 1. Adaptor nhận datagram từ 4. Nếu adapter phát hiệnviệc tầng mạng và tạo frame truyền khác trong khi 2. Nếu adapter nghe ngóng truyền, bỏ qua và gửitín thấy kênh rỗi, nó bắt đầu hiệujam truyền frame. Nếu nó nghe 5. Sau khi bỏ qua, adapter ngóng thấykênhbận, đợi vào exponential backoff: tới khi kênh rỗivàtruyền sau đụng độ thứ m, adapter 3. Nếu adapter truyềntoànbộ chọnK ngẫu nhiên từ frame không phát hiệnthấy {0,1,2, ,2m-1}. Adapter đợi việctruyền khác, adapter K·512 bít thờigianvàquay đã xong vớiframe ! lạibước2 1-53
  54. Ethernet CSMA/CD Jam Signal: đảmbảochắc Exponential Backoff: chắnmọibộ phát biết ‰ Mục đích: thích nghi vềđụng độ; 48 bít việcthử truyềnlại, ước Bit time: .1 microsec cho lượng tảihiệntại 10 Mbps Ethernet;  tảinặng: đợingẫu nhiên với K=1023, thờigian sẽ lâu hơn đợilàkhoảng 50 msec ‰ Đụng độ đầutiên: chọn K từ {0,1}; độ trễ là K· 512 bít thờigiantruyền ‰ Sau đụng độ thứ hai: chọnK từ {0,1,2,3} ‰ Sau 10 đụng độ, chọnK từ {0,1,2,3,4, ,1023} 1-54
  55. Hiệusuấtcủa CSMA/CD ‰ Tprop = xác suấtlớnnhấtgiữa 2 nút trong LAN ‰ ttrans = thờigianđể truyền frame có kích thướclớn nhất 1 efficiency = 1+ t 5prop ttrans / ‰ Hiệusuấttới1 khitprop tiếntới0 ‰ Tới1 khittrans tiếntớivôhạn ‰ Tốthơn nhiều ALOHA, nhưng vẫn không tập chung, đơngiảnvàrẻ 1-55
  56. 10BaseT và 100BaseT ‰ Tốc độ 10/100 Mbps; 100 Mbps gọi là “fast ethernet” ‰ T viếttắtcủa Twisted Pair ‰ Các nút kếtnốitới hub: “star topology”; khoảng cách giữa nút và hub tối đa 100m twisted pair hub 1-56
  57. Hub Hub là thiếtbị lặpcủatầng vậtlý:  Các bít đếntừ mộtliênkếtsẽ ra mọiliênkếtkhác  Với cùng tốc độ  Không có vùng đệmframe  Không có CSMA/CD tại hub: adapter phát hiện đụng độ  Cung cấpchứcnăng quảntrị mạng twisted pair hub 1-57
  58. Mã Manchester ‰ Sử dụng 10BaseT ‰ Mỗi bít có mộttransition ‰ Cho phép đồng hồ trong nút gửivànhận để đồng bộ tại nút kia  Không cần có trung tâm, đồng hồ chung giữa các nút! ‰ Xét ở tầng vậtlý! 1-58
  59. Gbit Ethernet ‰ Sử dụng định dạng Ethernet frame chuẩn ‰ Cho phép liên kết point-to-point và kênh quảng bá dùng chung ‰ Trong chếđộdùng chung, sử dụng CSMA/CD; giữa các nút đòi hỏikhoảng cách ngắn để có hiệuquả ‰ Sử dụng hub, gọi là “Buffered Distributors” ‰ Full-Duplex tại 1 Gbps cho liên kết point-to-point ‰ Hiệntại, 10 Gbps! 1-59
  60. Tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.1 Giớithiệuvàcác ‰ 5.6 Hub và switch dịch vụ ‰ 5.2 Phát hiệnvàsửalỗi ‰ 5.3 Các giao thức đa truy cập ‰ 5.4 Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu ‰ 5.5 Ethernet 1-60
  61. Kếtnốivới hub ‰ Backbone hub kếtnối các LAN segments ‰ Mở rộng khoảng cách tối đagiữa các nút ‰ Nhưng các vùng đụng độ của riêng segment trở thành vùng đụng độ lớn ‰ Không thể kếtnối 10BaseT và 100BaseT hub hub hub hub 1-61
  62. Switch ‰ Thiếtbị thựchiệntầng liên kếtdữ liệu  Lưuvàchuyểntiếp Ethernet frames  Kiểm tra frame header và chọn chuyểntiếp frame dựatrênđịachỉđích MAC  Khi frame được chuyểntiếp trên segment, sử dụng CSMA/CD để truy cập segment ‰ Trong suốt  Host không biếtvề sự tồntạicủa switch ‰ plug-and-play, tự học  Switch không cầnphảicấuhình 1-62
  63. Chuyểntiếp switch 1 2 3 hub hub hub • Cách xác định chuyểntiếp frame đến LAN segment nào? •Giống bài toán dẫn đường 1-63
  64. Tự học ‰ Switch có bảng switch ‰ Entry trong bảng switch:  (MAC Address, Interface, Time Stamp)  Các entry cũ trong bảng sẽ bị xóa đi (TTL có thể 60 phút) ‰ Switch học host nào có thể tới qua interface nào  Khi nhận frame, switch họcvị trí của địachỉ gửi: incomming LAN segment  Ghi cặp địachỉ gửi/vị trí trong bảng switch 1-64
  65. Lọc/Chuyểntiếp Khi switch nhậnmộtframe: Chỉ số bảng switch sử dụng địachỉ MAC đích if thấy entry cho đích then{ if đích trong segment mà frame đến then Loạibỏ frame else Chuyểntiếp frame trên interface chỉđịnh } else Làm tràn Chuyểntiếptrêntấtcả interface trừ interface mà frame đãtới 1-65
  66. Ví dụ Switch Giả sử C gửi frame tớiD switch address interface 1 A 1 3 2 B 1 E 2 hub G 3 A hub hub I D F G B C E H ‰ Switch nhận frame từ C  Ghi vào bảng switch là C trên interface 1  BởivìD khôngtrongbảng, switch chuyểntiếp frame qua interface 2 và 3 ‰ frame đượcnhậnbởiD 1-66
  67. Ví dụ Switch Giả sử D gửi frame trả lờiC address interface switch A 1 B 1 E 2 hub G 3 A hub hub I C 1 D F G B C E H ‰ Switch nhận frame từ D  Ghi vào bảng switch là D ở trên interface 2  Bởi vì C có trong bảng, switch chuyểntiếpframe chỉ tới interface 1 ‰ frame đượcnhậnbởiC 1-67
  68. Switch: cô lậplưulượng ‰ Cài đặt switch chia subnet thành các LAN segment ‰ Switch lọc gói tin:  Frame cùng LAN-segment thường không chuyển tiếptrênLAN segment khác  Segment được phân tách các vùng đụng độ switch vùng đụng độ hub hub hub vùng đụng độ vùng đụng độ 1-68
  69. Switch: truy cập dành riêng ‰ Switch có nhiềuinterface A ‰ Các host có kếtnốitrựctiếp tới switch C’ B ‰ Không đụng độ; full duplex switch Switching: A-to-A’ và B-to-B’ đồng thời, không đụng độ C B’ A’ 1-69
  70. Mộtsố thông tin khác về Switch ‰ cut-through switching: frame chuyểntiếptừ input port tới output port không chờ nhận đủ frame Giảmmột chút vềđộtrễ (latency) ‰ Sự kếtcủa dùng chung/dành riêng, 10/100/1000 Mbps interface 1-70
  71. Mạng củamộttổ chức mail server Ra mạng bên ngoài router web server switch IP subnet hub hub hub 1-71
  72. So sánh Switch và Router ‰ Các thiếtbị store-and-forward  router: Thiếtbị tầng mạng (kiểm tra header củatầng mạng)  switch: Thiếtbị tầng liên kếtdữ liệu ‰ Routers duy trì bảng dẫn đường, thựchiệnthuậttoán dẫn đường ‰ Switch duy trì bảng switch, thựchiệnthuật toán lọc, học 1-72
  73. Chương 5: Tổng kết ‰ Các nguyên tắcbêntrongcủacácdịch vụ tầng liên kếtdữ liệu:  Phát hiệnvàsửalỗi  Dùng chung mộtkênhquảng bá: đatruycập  Đánh địachỉ tầng liên kếtdữ liệu ‰ Ví dụ và thựchiệncủa các công nghệ tầng liên kếtdữ liệu khác nhau  Ethernet  Switched LANS 1-73