Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Tầng liên kết dữ liệu - Bùi Trọng Tùng

CHƯƠNG 3.  
TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU  
1
1
Nội dung  
1. Tổng quát về tầng liên kết dữ liệu  
2. Điều khiển truy nhập đường truyền  
3. Chuyển tiếp dữ liệu  
4. Mạng cục bộ (LAN)  
5. Mạng diện rộng (WAN)  
2
2
1
1. TỔNG QUAN  
3
3
Tầng liên kết dữ liệu trên mô hình TCP/IP  
Application  
Transport  
Logic Link Control sublayer  
•
•
Kiểm soát luồng  
Dồn kênh, phân kênh các giao thức  
Network  
Media Access Control sublayer  
•
•
•
•
Đóng gói dữ liệu  
Định địa chỉ vật lý  
Phát hiện và sửa lỗi  
Điều khiển truy nhập đường truyền  
Data-link  
Physical  
802.3  
Ethernet  
802.4  
Token Bus  
802.5  
Token Ring  
802.11  
WiFi  
…
802.16  
WiMax  
4
4
2
Các chức năng chính  
• Đóng gói:  
• Đơn vị dữ liệu: khung tin (frame)  
• Bên gửi: thêm header, trailer cho gói tin nhận được từ tầng mạng  
• Bên nhận: bỏ header và trailer, đẩy lên tầng mạng  
• Địa chỉ hóa: sử dụng địa chỉ MAC  
• Điều khiển truy nhập đường truyền: nếu mạng đa truy  
nhập, cần có giao thức điều khiển đa truy nhập  
• Kiểm soát luồng: đảm bảo bên nhận không bị quá tải  
• Kiểm soát lỗi: phát hiện và sửa lỗi bit trong các khung tin  
• Chế độ truyền: simplex, half-duplex, full-duplex  
5
5
Định địa chỉ  
• Địa chỉ MAC: 48 bit, được quản lý bởi IEEE  
• Mỗi cổng mạng được gán một MAC  
• Không thể thay đổi địa chỉ vật lý  
• Không phân cấp, có tính di động  
• Không cần thay đổi địa chỉ MAC khi host chuyển sang  
mạng khác  
• Địa chỉ quảng bá trong mạng LAN:  
FF-FF-FF-FF-FF-FF  
6
6
3
Kiểm soát lỗi  
Data’  
N
Data  
Phát  
Y
hiện lỗi bit  
Báo lỗi  
Tính EDC  
H
Data  
EDC  
H
Data’  
EDC’  
Kênh truyền có lỗi bit  
EDC: Error Dectection Code  
•
•
•
Mã parity  
Mã checksum  
Mã vòng CRC (được sử dụng chủ yếu trong các giao thức trên tầng liên  
kết dữ liệu)  
7
7
Mã Checksum  
• Phát hiện lỗi bit trong các đoạn tin/gói tin  
• Gửi:(nguyên lý chung)  
• Chia dữ liệu thành các phần có kích thước n bit  
• Tính tổng các phần. Nếu kết quả tràn quá n bit, cộng các bit tràn  
vào phần kết quả  
• Đảo bit kết quả cuối cùng được checksum  
• Truyền checksum kèm theo dữ liệu  
• Nhận:  
• Tách dữ liệu và checksum  
• Chia dữ liệu thành các phần có kích thước n bit  
• Tính tổng các phần và checksum. Nếu kết quả tràn quá n bit, cộng  
các bit tràn vào phần kết quả  
• Nếu kết quả cuối xuất hiện bit 0 dữ liệu bị lỗi  
8
8
4
Mã vòng CRC (Cyclic Redundanc Check)  
•
Phía gửi  
•
•
•
•
•
Chọn 1 đa thức sinh bậc k  
Biểu diễn đa thức dưới dạng chuỗi bit P  
Thêm k bit 0 vào frame dữ liệu F được Fk  
Chia Fk cho P, lấy phần dư R  
Ghép phần dư vào chuỗi dữ liệu được FR  
•
Phía nhận : lấy FR chia cho P  
•
•
Nếu chia hết truyền đúng  
Nếu chia có dư, căn cứ vào số dư (syndrom) để phát  
hiện và sửa lỗi (nếu được)  
9
9
Mã CRC – Ví dụ  
Frame : 1101011011  
Generator : G(x) = x4 + x + 1 P = 10011  
Dividend : Fk = 11010110110000  
R = Fk mod P = 1110  
Send : 11010110111110  
10  
10  
5
Triển khai trên hệ thống mạng  
application  
transport  
network  
data link  
• Điều khiển truyền dữ liệu trên  
liên kết vật lý giữa 2 nút mạng  
kế tiếp  
physical  
• Triển khai trên mọi nút mạng  
network  
data link  
physical  
network  
data link  
physical  
network  
data link  
physical  
• Các thức triển khai và cung cấp  
dịch vụ phụ thuộc vào đường  
truyền(WiFi, Wimax, 3G, cáp  
quang, cáp đồng...)  
network  
data link  
physical  
network  
data link  
physical  
network  
network  
data link  
physical  
data link  
physical  
network  
data link  
physical  
• Truyền thông tin cậy (cơ chế  
giống TCP nhưng đơn giản hơn)  
hoặc không  
application  
transport  
network  
data link  
physical  
network  
data link  
physical  
network  
data link  
physical  
network  
data link  
physical  
• Đơn vị truyền: frame (khung tin)  
11  
11  
Triển khai trên các nút mạng  
• Tầng liên kết dữ liệu được  
đặt trên cạc mạng (NIC-  
Network Interface Card)  
appication  
hoặc trên chip tích hợp  
• Cùng với tầng vật lý  
cpu  
memory  
• NIC được kết nối với hệ  
thống bus  
host  
bus  
(e.g., PCI)  
controller  
physical  
•
transmission  
network adapter  
card  
12  
12  
6
2. ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP  
ĐƯỜNG TRUYỀN  
13  
13  
2. Điều khiển truy nhập đường truyền  
• Các dạng liên kết  
• Điểm-điểm(point-to-point): ADSL, Telephone modem,  
Leased line…  
• Điểm-đa điểm (point-to-multipoint):  
• Mạng LAN có dạng bus, mạng LAN hình sao dùng hub  
• Mạng không dây  
• Cần giao thức điều khiển truy nhập để tránh xung đột  
shared RF  
(e.g., 802.11 WiFi)  
shared wire (e.g.,  
cabled Ethernet)  
shared RF  
(satellite)  
humans at a  
cocktail party  
(shared air, acoustical)  
14  
14  
7
Phân loại các giao thức đa truy nhập  
• Phân hoạch tài nguyên sử dụng kỹ thuật chia kênh:  
• Chia tài nguyên của đường truyền thành nhiều phần nhỏ  
(Thời gian - TDMA, Tần số - FDMA, Mã - CDMA)  
• Chia từng phần nhỏ đó cho các nút mạng  
• Truy nhập ngẫu nhiên:  
• Kênh không được chia, cho phép đồng thời truy nhập, chấp  
nhận là có xung đột  
• Cần có cơ chế để phát hiện và tránh xung đột  
• e.g. Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA/CD, CSMA/CA…  
• Lần lượt:  
• Theo hình thức quay vòng  
• Token Ring, Token Bus….  
15  
15  
2.1. Các phương pháp chia kênh  
• FDMA: frequency division multiple access  
• TDMA: time division multiple access  
• CDMA: code division multiple access  
16  
16  
8
Ví dụ:  
4 máy  
TDMAvà FDMA  
FDMA  
frequency  
time  
TDMA:  
frequency  
time  
17  
17  
CDMA  
18  
18  
9
2.2. Các phương pháp điều khiển truy  
nhập ngẫu nhiên  
• Aloha  
• Frame-time: thời gian để truyền hết một frame có kích thước lớn  
nhất  
• Khi một nút mạng cần truyền dữ liệu:  
• Frame đầu tiên: truyền ngay. Nếu có đụng độ thì truyền lại với xác suất p  
• Các frame sau: truyền với xác suất là p  
• Trong 1 frame-time chỉ được truyền 1 frame  
• Xác suất truyền thành công là ~18.4%  
19  
19  
Slotted Aloha  
• Hoạt động như Aloha với các yêu cầu:  
• Frame-time là như nhau với mọi nút  
• Tất cả các nút phải đồng bộ về thời gian  
• Xác suất truyền thành công: 36.8%  
20  
20  
10  
Điều khiển truy nhập đường truyền cảm nhận  
sóng mang  
• CSMA:Carrier Sense Multiple Access  
with Collision Detection  
• Cảm nhận sóng mang để quyết định  
đường truyền có bận hay không?  
• Nghe trước khi nói  
• Đụng độ xảy ra do trễ trên đường truyền  
• CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision  
Detection  
• Phát hiện đụng độ : nghe trong khi nói  
• Giải quyết đụng độ với backoff  
21  
21  
spatial layout of nodes  
Đụng độ trong CSMA  
• Giả sử kênh truyền có 4  
nút  
• Tín hiệu điện từ lan truyền  
từ nút này đến nút kia mất  
một thời gian nhất định (trễ  
lan truyền)  
• Ví dụ:  
22  
22  
11  
CSMA/CD  
1: Yêu cầu truyền dữ liệu  
2: Đường truyền bận ?  
3: Tổ chức data thành Frame  
4: Truyền Frame  
5: Có đụng độ ?  
6: Tiếp tục truyền  
7: Hết dữ liệu cần truyền ?  
8: Kết thúc  
9: Truyền tín hiệu JAM  
10: Inc(attemps)  
11: attemps > Max Attemps  
12: Error !!!  
13: Tính toán khoảng thời gian backoff = t  
14: Delay(t)  
23  
23  
So sánh chia kênh và truy nhập ngẫu  
nhiên  
• Phân hoạch tài nguyên  
• Hiệu quả, công bằng cho đường truyền với lưu lượng lớn  
• Lãng phí nếu chúng ta cấp kênh con cho một nút chỉ cần lưu  
lượng nhỏ  
• Truy nhập ngẫu nhiên  
• Khi tải nhỏ: Hiệu quả vì mỗi nút có thể sử dụng toàn bộ kênh  
truyền  
• Tải lớn: Xung đột tăng lên  
• Phương pháp quay vòng: Có thể dung hòa ưu điểm  
của hai phương pháp trên  
24  
24  
12  
2.3. Token passing  
•Bit trạng thái : rỗi hay bận  
•Nút mạng nhận được thẻ bài rỗi, không mang dữ liệu :  
được phép truyền dữ liệu  
Thiết lập trạng thái thẻ bài về trạng thái bận  
Tổ chức dữ liệu để truyền, thẻ bài trở thành tiêu đề của frame  
Sau khi truyền xong dữ liệu : thiết lập trạng thái thẻ bài là rỗi  
•Nút đích : sao chép dữ liệu trên frame và trả lại frame  
cho nút nguồn  
•Token Ring : vòng luân chuyển thẻ bài là vòng vật lý  
•Token Bus : vòng luân chuyển thẻ bài là vòng logic  
•Hạn chế  
25  
25  
Khuôn dạng thẻ bài và gói tin  
SD  
AC  
ED  
• Thẻ bài trống  
• Starting Delimiter (8bit): bắt đầu frame  
• Access Control (8bit): điều khiển  
• Mức ưu tiên (3 bit): xác lập quyền ưu tiên sử dụng thẻ bài  
• Trạng thái thẻ bài (1 bit)  
• Giám sát (1bit)  
• ED (8 bit): kết thúc frame  
• Frame dữ liệu:  
Địa chỉ Địa chỉ  
Dữ liệu  
SD  
AC  
FC  
CRC  
ED  
FS  
đích  
nguồn  
• FC(8 bit): kiểu frame dữ liệu mang theo trong thẻ bài  
• FS (8bit): báo nhận  
26  
26  
13  
3. CHUYỂN TIẾP DỮ LIỆU  
27  
27  
Chuyển tiếp dữ liệu trong mạng  
• Bảng MAC Table  
• Địa chỉ MAC của host  
• Cổng kết nối với host  
• TTL: thời gian giữ lại thông  
tin trong bảng  
• Cơ chế tự học  
• Chuyển mạch  
MAC Addr. Interface TTL  
• Quảng bá : địa chỉ MAC  
là FF:FF:FF:FF:FF:FF  
28  
28  
14  
Source: A  
Dest: A’  
Switch: Cơ chế tự học  
A
4
A A’  
• Cập nhật địa chỉ MAC  
nguồn và cổng nhận gói  
B
C’  
1
tin nếuvào bảng MAC  
Table:  
• Địa chỉ nguồn chưa có trong  
2
6
5
3
bảng MAC Table, hoặc  
B’  
C
• Địa chỉ nguồn đã có nhưng  
nhận được gói tin trên cổng  
khác  
A’  
MAC addr interface TTL  
MAC Table  
(ban đầu rỗng)  
60  
A
1
29  
29  
Switch: Cơ chế chuyển tiếp  
Khi nhận được 1 frame  
1. Tìm đ/c cổng vào (tự học)  
2. Tìm địa chỉ cổng ra dùng bảng chuyển tiếp  
3. if tìm thấy cổng ra  
then {  
if cổng ra == cổng vào  
then hủy bỏ frame  
else chuyển tiếp frame đến cổng ra  
}
else quảng bá frame  
30  
30  
15  
Source: A  
Dest: A’  
Ví dụ  
A
4
A A’  
B
C’  
• Không có cổng ra:  
Quảng bá  
1
2
6
A A’  
• Đã biết địa chỉ A:  
5
3
Chuyển trực tiếp  
B’  
C
A’ A  
A’  
MAC addr interface TTL  
MAC Table  
(ban đầu rỗng)  
60  
60  
A
A’  
1
4
31  
31  
Nối các switch với nhau  
• Các switch có thể được nối với nhau  
S4  
S1  
S3  
S2  
A
F
I
D
C
B
H
G
E
Cũng dùng cơ chế tự học  
32  
32  
16  
Các chế độ chuyển mạch  
• Store and forward: nhận đầy đủ frame, kiểm tra lỗi và  
chuyển mạch theo địa chỉ MAC đích  
• Cut and through: chuyển frame ngay lập tức sau khi đã  
xác định được cổng.  
• Fragment free: kiểm tra 64 byte đầu tiên  
• Frame tin bị lỗi do đụng độ có kích thước < 64 byte  
• Adaptive: tự động lựa chọn 1 trong 3 chế độ trên  
33  
33  
4. MẠNG CỤC BỘ (LAN)  
34  
34  
17  
4.1. Các thiết bị kết nối trong mạng LAN  
• Repeater (bộ lặp), Hub(bộ chia)  
• Đảm nhiệm chức năng tầng 1  
• Tăng cường tín hiệu mở rộng phạm vi kết nối  
• <=4 repeater / 1 đoạn mạng  
• Bridge (Cầu), Switch (Bộ chuyển mạch)  
• Đảm nhiệm chức năng tầng 1 và 2  
• Cho phép kết nối các loại đường truyền vật lý khác nhau  
• Chia nhỏ miền đụng độ  
• Chuyển mạch cho khung tin dựa trên địa chỉ MAC  
• Router (Bộ định tuyến)  
35  
35  
Router vs Switch  
application  
transport  
network  
link  
physical  
• Xử lý gói tin: lưu và  
datagram  
frame  
chuyển tiếp (store-and-  
forward)  
• Router: thiết bị tầng mạng  
link  
frame  
physical  
• Switch: thiêt bị tầng liên kết  
dữ liệu  
switch  
• Chuyển tiếp gói tin:  
network  
link  
physical  
datagram  
• Router: sử dụng thuật toán  
định tuyến tính toán bảng  
chuyển tiếp (Forwarding  
Table), chuyển tiếp theo địa  
chỉ IP đích  
• Switch: sử dụng cơ chế tự  
học tính toán bảng MAC  
Table, chuyển tiếp theo địa  
chỉ MAC đích  
frame  
application  
transport  
network  
link  
physical  
36  
36  
18  
4.2. Các hình trạng cơ bản của LAN  
• Tất cả các nút mạng sử dụng  
chung đường truyền – trục  
(backbone)  
• Mỗi nút mạng kết nối vào trục  
bằng đầu nối chữ T  
• Phương thức truyền : điểm – đa  
điểm(point-to-multipoint)  
• Dữ liệu truyền theo 2 hướng  
• Nút nhận : kiểm tra địa chỉ  
đích của dữ liệu  
• Terminator  
• Ưu điểm  
• Nhược điểm  
37  
37  
4.2. Các hình trạng cơ bản của LAN  
Hình sao  
• Một nút mạng đóng vai trò thiết  
bị trung tâm  
• Hub  
• Switch  
• Router  
• Các nút mạng khác kết nối trực  
tiếp với thiết bị trung tâm  
• Phương thức truyền  
• Điểm – điểm: switch, router  
• Điểm – đa điểm: hub  
• Ưu điểm  
• Nhược điểm  
38  
38  
19  
4.2. Các hình trạng cơ bản của LAN  
repeater  
Hình vòng  
• Các nút mạng chung đường truyền  
khép kín  
• Phương thức truyền : điểm – điểm  
(point-to-point) hoặc điểm-đa điểm  
• Dự phòng  
điểm – đa điểm  
• Ưu điểm  
• Nhược điểm  
điểm – điểm  
39  
39  
4.3. Chuẩn Ethernet IEEE802.3  
• Data-link & Physical Layers  
• Điều khiển truy nhập: CSMA/CD  
• Có nhiều chuẩn Ethernet khác nhau  
• Cùng giao thức điều khiển truy nhập và cấu trúc Frame  
• Hướng không liên kết, không báo nhận-phát lại  
• Tốc độ khác nhau: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10G bps  
• Phương tiện truyền khác nhau: Cáp quang, cáp đồng trục, cáp  
xoắn đôi.  
40  
40  
20  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 27 trang Thùy Anh 17620 Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Tầng liên kết dữ liệu - Bùi Trọng Tùng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_mang_may_tinh_chuong_3_tang_lien_ket_du_lieu_bui_t.pdf