Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung 1. Tổng quát về tầng liên kết dữ liệu 2. Điều khiển truy nhập đường truyền 3. Mạng cục bộ (LAN) 4. Mạng diện rộng (WAN) Đóng gói: • Đơn vị dữ liệu: khung tin (frame) • Bên gửi: thêm header, trailer cho gói tin nhận được từ tầng mạng • Bên nhận: bó header và trailer, đẩy lên tầng mạng • Địa chỉ hóa: sử dụng địa chỉ MAC
13/11/2013 CHƯƠNG TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU Nội dung Tổng quát tầng liên kết liệu Điều khiển truy nhập đường truyền Mạng cục (LAN) Mạng diện rộng (WAN) 13/11/2013 TỔNG QUAN Tổng quan Application Logic Link Control sublayer • Kiểm sốt luồng • Phát sửa lỗi Transport Network Media Access Control sublayer • Điều khiển truy nhập đường truyền • Định địa vật lý • Chuyển mạch • Kiểm sốt chất lượng dịch vụ • VLAN Data-link Physical 802.3 Ethernet 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.11 WiFi … 802.16 WiMax 13/11/2013 Các chức • Đóng gói: • Đơn vị liệu: khung tin (frame) • Bên gửi: thêm header, trailer cho gói tin nhận từ tầng mạng • Bên nhận: bó header trailer, đẩy lên tầng mạng • Địa hóa: sử dụng địa MAC • Điều khiển truy nhập đường truyền: mạng đa truy nhập, cần có giao thức điều khiển đa truy nhập • Kiểm sốt luồng: đảm bảo bên nhận khơng bị q tải • Kiểm sốt lỗi: phát sửa lỗi bit khung tin • Half-duplex, Full-duplex Kiểm sốt lỗi Data’ Y Data Khơng phát lỗi bit Tính EDC H Data EDC H Data’ N Báo lỗi EDC’ Kênh truyền có lỗi bit EDC: Error Dectection Code • Mã parity • Mã checksum • Mã vòng CRC (được sử dụng chủ yếu giao thức tầng liên kết liệu) 13/11/2013 Mã phát lỗi Mã vòng CRC (Cyclic Redundancy Check) Phía gửi • • • • • • Chọn đa thức sinh bậc k Biểu diễn đa thức dạng chuỗi bit P Thêm k bit vào frame liệu F Fk Chia Fk cho P, lấy phần dư R Ghép phần dư vào chuỗi liệu FR Phía nhận : giải mã lấy FR chia cho P • • • Nếu chia hết truyền Nếu chia có dư, vào số dư (syndrom) để phát sửa lỗi (nếu được) Mã CRC – Ví dụ Frame : 1101011011 Generator : G(x) = x^4 + x + P = 10011 Dividend : Fk = 11010110110000 R = Fk mod P = 1110 Send : 11010110111110 13/11/2013 ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP ĐƯỜNG TRUYỀN 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 dùng hub • Mạng khơng dây • Cần giao thức điều khiển truy nhập để tránh xung đột 10 13/11/2013 Phân loại giao thức đa truy nhập • Chia kênh: • Chia tài nguyên đường truyền thành nhiều phần nhỏ (Thời gian - TDMA, Tần số - FDMA, Mã - CDMA) • Chia phần nhỏ cho nút mạng • Truy nhập ngẫu nhiên: • Kênh không chia, cho phép đồng thời truy nhập, chấp nhận có xung đột • Cần có chế để phát tránh xung đột • e.g Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA/CD, CSMA/CA… • Lần lượt: • Theo hình thức quay vịng • Token Ring, Token Bus… 11 2.1 Các phương pháp chia kênh • FDMA: frequency division multiple access • TDMA: time division multiple access • CDMA: code division multiple access 12 13/11/2013 TDMA FDMA Ví dụ: máy FDMA frequency time TDMA: frequency time 13 CDMA 14 13/11/2013 2.2 Các phương pháp điều khiển truy nhập ngẫu nhiên • Aloha • Frame-time: thời gian để truyền hết frame có kích thước lớn • Khi nút mạng cần truyền liệu: • Frame đầu tiên: truyền Nếu có đụng độ truyền lại với xác suất p • Các frame sau: truyền với xác suất p • Trong frame-time truyền frame • Xác suất truyền thành cơng ~18.4% 15 Slotted Aloha • Hoạt động Aloha với yêu cầu: • Frame-time với nút • Tất nút phải đồng thời gian • Xác suất truyền thành công: 36.8% 16 13/11/2013 Điều khiển truy nhập đường truyền cảm nhận sóng mang có phát đụng độ (CSMA/CD) • CSMA:Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection • Cảm nhận sóng mang để định đường truyền có bận hay khơng? • Nghe trước nói • Đụng độ xảy trễ đường truyền • CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection • Phát đụng độ : nghe nói • Giải đụng độ với backoff • Hạn chế 17 Đụng độ CSMA • Giả sử kênh truyền có nút • Tín hiệu điện từ lan truyền từ nút đến nút thời gian định (trễ lan truyền) • Ví dụ: 18 13/11/2013 CSMA/CD 1: Yêu cầu truyền liệu 2: Đường truyền bận ? 3: Tổ chức data thành Frame 4: Truyền Frame 5: Có đụng độ ? 6: Tiếp tục truyền 7: Hết liệu cần truyền ? 8: Kết thúc 9: Truyền tín hiệu JAM 10: Inc(attemps) 11: attemps > Max Attemps 12: Error !!! 13: Tính tốn khoảng thời gian backoff = t 14: Delay(t) 19 Các yếu tố ảnh hưởng • Frame size (62 – 1526 bytes) • Lớn quá: dễ xảy lỗi đường truyền • Nhỏ quá: đụng độ xảy sau trạm kết thúc truyền • Tối ưu: frame đủ dài để bit đến “tận cùng” mạng bit cuối chưa truyền • Khoảng thời gian backoff (tính tốn random) • Nhỏ qua giống cho trạm: đụng độ tiếp tục xảy • Lớn q: lãng phí đường truyền • Interframe spacing (96 bit-time) • Khoảng cách frame • Nhỏ quá: trạm nhận không kịp xử lý frame trước • Lớn q: lãng phí đường truyền 20 10 13/11/2013 Cấu trúc đơn vị liệu • Preamble (8 byte): Bắt đầu khung tin • Address: Địa vật lý trạm nguồn, trạm đích • bytes • Type (2 byte): Giao thức tầng (IP, Novell IPX, AppleTalk, …) • CRC(4 byte): Mã kiểm sốt lỗi 37 Một số chuẩn Ethernet IEEE802.3 • Ethernet • Fast Ethernet • Giga Ethernet 38 19 13/11/2013 3.5 Mạng LAN ảo - VLAN • Yêu cầu thực tế • Chia sẻ tài nguyên (file, máy in, v.v ) trạm “xa nhau” • Bảo mật thơng tin nội phịng ban • Giải pháp mạng LAN ảo VLAN2 • Nhóm trạm thành mạng LAN logic • Mạng LAN logic khơng bị ràng buộc mặt địa lý trạm • Mạng LAN logic độc lập với ứng dụng mạng VLAN3 VLAN1 39 VLAN Một VLAN broadcast domain tạo nhiều switch Một switch chứa nhiều VLAN 40 20 13/11/2013 Các phương pháp chia VLAN • Chia theo cổng switch – VLAN tĩnh (Static VLAN): tất thiết bị gắn với cổng phải VLAN • Chia theo địa MAC thiết bị - VLAN động (Dynamic VLAN): linh hoạt • Chia theo giao thức tầng (địa IP): phụ thuộc vào giao thức tầng 41 VLAN (tiếp) • Các loại liên kết mạng chuyển mạch chứa VLAN • Access link: thuộc VLAN đơn lẻ, thường nối trực tiếp từ cổng đến máy trạm Switch gỡ bỏ thông tin VLAN frame trước chuyển tiếp đến cổng chứa access link Các thiết bị nối với access link truyền thơng với trực tiếp với thiết bị khác VLAN • Trunk link: dùng chung cho nhiều VLAN khác nhau, thường nối switch với switch với router Trunk link cho phép cổng thuộc nhiều VLAN thời điểm để kết nối đến server với swtich khác 42 21 13/11/2013 3.6 Wireless LAN (WLAN) • LAN sử dụng mơi trường truyền dẫn vơ tuyến • Ưu điểm : • Khả di động • Triển khai dễ dàng • Khả mở rộng • Nhược điểm • Bảo mật • Phạm vi • Độ tin cậy • Tốc độ 43 Mạng LAN khơng dây • Kết nối Wireless LAN với Ethernet • Acces Point • Mobile Station • Wireless LAN layers • Physic & Signaling: • Sóng radio • Tia hồng ngoại • MAC: • Phân kênh: FDM CDM • Truy nhập đường truyền: CSMA/CA Wireless LAN 802.1 High-level interface • Wireless LAN standards 802.11 Infrared: - Mbps 802.11a: GHz (54 Mbps) 802.11b: 2.4 GHz (11 Mbps) 802.11g: 2.4 GHz (54 Mbps) OSI (7) (6) (5) (4) (3) (2) (1) 802.2 Logical Link Control (LLC) 802.11 W LAN • • • • Media Access Control (MAC) Physical Signaling sublayer Media Specifications 44 22 13/11/2013 Chuẩn WLAN • IEEE 802.11 b • 6/1999 • 11 Mbps • 2.4 GHz • Giá thành thấp, phạm vi phủ sóng rộng • Dễ bị nhiễu 45 Chuẩn WLAN (tiếp) • IEEE 802.11a • 54 Mbps • GHz • Tốc độ nhanh, khó bị xun nhiễu • Giá thành cao, phạm vi phủ sóng hẹp 46 23 13/11/2013 Chuẩn WLAN (tiếp) • IEEE 802.11g • 2002-2003 • 54 Mbps • 2.4 GHz, 5GHz • IEEE 802.11n • 10/2009 • >100Mbps • 2.4 GHz 47 Các mơ hình triển khai WLAN • Mơ hình mạng Ad-hoc • Các nút di động tập trung lại khơng gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) chúng • Các nút di động trao đổi thơng tin trực tiếp với , không cần phải quản trị mạng 48 24 13/11/2013 Mơ hình Base Service Set (BSS) • Bao • • • • gồm điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng hữu tuyến vùng phủ sóng -cell AP đóng vai trị điều khiển cell Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với mà giao tiếp với AP Các cell chồng lấn lên khoảng 10-15 % Các trạm di động chọn AP tốt để kết nối 49 Mơ hình mở rộng ESS • Tập hợp BSSs 50 25 13/11/2013 MẠNG DIỆN RỘNG (WAN) 51 3.1 Tổng quan mạng diện rộng • Mạng có phạm vi kết nối rộng • Số lượng nút mạng lớn • Kết nối nhiều mạng cục 52 26 13/11/2013 Các cơng nghệ kết nối WAN • Kết nối dạng điểm-điểm (Point-to-point) • Kết nối dành riêng từ máy trạm tới mạng WAN • Chi phí cao, phụ thuộc băng thơng khoảng cách kết nối • VD: PPP, HDLC, SDLC… • Chuyển mạch kênh (Circuit switching): ISDN, PSTN • Chuyển mạch gói (Packet switching): X25, Frame Relay, ATM • Chuyển mạch ảo (Virtual circuit): kết nối logic nút mạng 53 Một số thiết bị kết nối mạng WAN • Access server: điểm tập trung kết nối quay số • Modem: điều chế tín hiệu tương tự-số để truyền liệu cáp viễn thơng • CSU/DSU: Chanel Service Unit/Digital Service Unit • Kết nối thiết bị DTE (Data Terminal Equipment) với mạng chuyển mạch số • Chuyển đổi tín hiệu từ LAN sang WAN • CSU : truyền nhận tín hiệu đường truyền WAN • DSU : ghép nối DTE CSU • WAN switch, WAN router, gateway 54 27 13/11/2013 3.2 Giao thức PPP • PPP: điều khiển việc thiết lập kết nối điểm-điểm nút mạng • Liên kết dành riêng cho nút • Không cần điều khiển truy nhập • Không cần địa • Các thành phần PPP: • Các thức đóng gói liệu • Giao thức thiết lập, cấu hình kiểm tra liên kết LCP (Link Control Protocol) • Các giao thức NCP (Network Control Protocol) để tương thích với giao thức tầng mạng khác • Hiện phổ biến PPP over Ethernet (PPPoE) PPP over ATM (PPPoA) 55 Các yêu cầu PPP • Đóng gói liệu(packet framing): • Đóng gói liệu giao thức tầng mạng chuyển xuống • Dồn kênh phân kênh • Có thể mang mẫu bit thơng tin (Bit transparency) • Tương thích với nhiều cơng nghệ tầng • Phát lỗi • Giám sát trạng thái kết nối • Thỏa thuận giao thức 56 28 13/11/2013 Khuôn dạng khung tin PPP • Flag(=01111110): cờ báo bắt đầu khung tin • Làm phân biệt flag byte liệu 01111110? • Address: 11111111 để chuyển thơng tin quảng bá • Control(=00000011): dự trữ • Protocol: giao thức tầng • Data: liệu • FCS: mã phát lỗi (sử dụng CRC-16 CRC-32) 57 Vòng đời liên kết PPP • Thiết lập liên kết • Thỏa thuận thơng số cấu hình liên kết • Xác định tình trạng kết nối bên • Xác thực thuê bao • Thỏa thuận thông số giao thức tầng mạng • Truyền liệu • Hủy kết nối 58 29 13/11/2013 3.3 ATM (Asyncronous Tranfer Mode) • Dữ liệu chia thành cell có kích thước cố định, nhỏ - 53 bytes • Tốc độ truyền cực nhanh: 155Mbps-622 Mbps cao • Trễ thấp • Hiệu suất truyền tin thấp (45/53) • Hướng kết nối • Có đầy đủ chế định địa chỉ, định tuyến…khác với mạng Internet 59 Các thiết bị mạng ATM • ATM switch: • Chuyển mạch cho cell mạng ATM • Nhận cell cổng vào • Đọc cập nhật trường tiêu đề cell • Chuyển cell tới cổng thích hợp • Các thiết bị đầu cuối 60 30 13/11/2013 ATM interface • UNI (User to Network Interface): thiết bị ATM cuối ATM switch • NNI (Network to Network Interface): ATM switch • B-ICI (Broadband Inter-Carrier Interface) : ATM switch nhà cung cấp dịch vụ 61 ATM Header • bytes • UNI cell : thiết bị ATM đầu cuối ATM switch • NNI cell : ATM switch 62 31 13/11/2013 ATM Header • Generic Flow Control (GFC) : phân biệt trạm đầu cuối sử dụng chung cổng ATM • Virtual Path Identifier (VPI) : kết hợp với VCI ATM switch đường tới đích • Virtual Channel Identifier (VCI) • Payload Type (PT) • 1st bit : = user data, = control data • 2nd bit : = no congestion, = congestion • 3rd bit : = cell cuối khung liệu • Cell Loss Priority (CLP) : = cell bị loại bỏ có tắc nghẽn • Header Error Control : checksum 63 Chuyển mạch ảo ATM • Yêu cầu thiết lập kết nối trước truyền liệu 64 32 13/11/2013 IP over ATM 65 33 ... Protocol: giao thức tầng • Data: liệu • FCS: mã phát lỗi (sử dụng CRC-16 CRC-32) 57 Vòng đời liên kết PPP • Thiết lập liên kết • Thỏa thuận thơng số cấu hình liên kết • Xác định tình trạng kết nối bên... mang liệu : phép truyền liệu Thiết lập trạng thái thẻ trạng thái bận Tổ chức liệu để truyền, thẻ trở thành tiêu đề frame Sau truyền xong liệu : thiết lập trạng thái thẻ rỗi •Nút đích : chép liệu. .. thái thẻ (1 bit) • Giám sát (1bit) • ED (8 bit): kết thúc frame • Frame liệu: SD AC FC Địa đích Địa nguồn Dữ liệu CRC ED FS • FC(8 bit): kiểu liệu frame mang theo • FS (8bit): báo nhận 23 MẠNG