Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu Mục tiêu: Hiểu rõ các nguyên tắc đằng sau các dịch vụ tầng liên kết dữ liệu: phát hiện và sửa lỗi chia sẻ một kênh truyền quảng bá: đa truy cập đánh địa chỉ tầng liên kết truyền tải dữ liệu tin cậy, kiểm soát lưu lượng Hiện thực của công nghệ phổ biến ở tầng liên kết dữ liệu Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính Bài giảng 1 Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu © 2011 3
Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính Bài giảng Mạng máy tính ThS. NGUYỄN CAO ĐẠT E-mail:dat@cse.hcmut.edu.vn Bài giảng 11: Tầng liên kết dữ liệu Tham khảo: Chương 5: “Computer Networking – A top-down approach” Kurose & Ross, 5th ed., Addison Wesley, 2010. Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 2 Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu Mục tiêu: Hiểu rõ các nguyên tắc đằng sau các dịch vụ tầng liên kết dữ liệu: phát hiện và sửa lỗi chia sẻ một kênh truyền quảng bá: đa truy cập đánh địa chỉ tầng liên kết truyền tải dữ liệu tin cậy, kiểm soát lưu lượng Hiện thực của công nghệ phổ biến ở tầng liên kết dữ liệu Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 3 Tầng liên kết dữ liệu 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Giới thiệu và dịch vụ Sự phát hiện và sửa lỗi Các giao thức đa truy cập Đánh địa chỉ tầng-Liên kết Ethernet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 4 Giới thiệu Vài thuật ngữ: MT và BĐT là các node các kênh liên lạc mà kết nối các node liền kề dọc theo đường liên lạc đó gọi là các liên kết liên kết có dây liên kết không dây LANs gói tin tầng-2 là một khung, đóng gói gói tin tầng-3 tầng liên kết-dữ liệu có trách nhiệm truyền tải gói tin từ một node sang node liền kề trên một liên kết Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 5 Ngữ cảnh gói tin được chuyển đi bởi nhiều giao thức khác nhau qua các liên kết khác nhau: vd, Ethernet trên liên kết đầu, tiếp sóng khung trên liên kết trung gian, 802.11 liên kết cuối mỗi giao thức liên kết cung cấp những dịch vụ khác nhau vd: có thể hoặc không cung cấp truyền tải dữ liệu tin cậy qua liên kết Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 vd tương đồng: vận tải chuyến đi từ Sa Pa tới Tháp Mười ngựa: từ bản tới Sa Pa ô tô: SaPa tới Hà Nội tàu: Hà Nội tới HCM ô tô: HCM tới Đồng Tháp ghe: Đồng Tháp tới T. Mười người, hàng = gói tin đoạn đường đi = liên kết loại vận tải = gt tầng lk c.ty du lịch = giải thuật định tuyến MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 6 Dịch vụ tầng liên kết dữ liệu chia khung, truy cập liên kết: đóng gói gói tin vào các khung, thêm mào đầu, đuôi truy cập kênh truyền nếu môi trường chia sẻ địa chỉ “MAC” dùng trong mào đầu của khung để xác định nguồn, đích • khác với địa chỉ IP! truyền tải tin cậy giữa các node cận kề chúng ta đã biết về vấn đề này ở tầng truyền tải! hiếm khi dùng trên một liên kết ít xảy ra lỗi (sợi quang, vài loại cáp xoắn) các liên kết không dây: tần số lỗi cao • Hỏi: tại sao cần có tính tin cậy ở cả tầng-liên kết và đầu cuốiđầu cuối? Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 7 Dịch vụ tầng liên kết dữ liệu(tt) kiểm soát lưu lượng: đi từng bước giữa các node gửi và nhận kề nhau phát hiện lỗi: lỗi gây ra bởi sự suy giảm của tín hiệu, nhiễu. bên nhận phát hiện ra sự tồn tại của lỗi: • thông báo bên gửi để gửi lại hoặc là bỏ khung sửa lỗi: bên nhận xác định và sửa các lỗi bit mà không yêu cầu sự gửi lại cơ chế một-chiều và hai-chiều (half-, full-duplex) với một-chiều các node tại hai đầu không thể truyền tải cùng một lúc Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 8 Tầng liên kết dữ liệu được hiện thực ở đâu? trong mỗi máy tính tầng liên kết được h/thực ở card mạng (hay network interface card NIC) card Ethernet, card PCMCI, card 802.11 gắn vào đường bus của hệ thống tổ hợp bao gồm phần cứng, phần mềm và firmware lược đồ máy tính ứng dụng tr.tải mạng liên kết liên kết vật lý cpu bộ điều khiển bộ nhớ buýt máy (vd, PCI) sự tr. tải vật lý card mạng Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 9 Giao tiếp giữa card mạng gói tin gói tin bộ đ.khiển bộ đ.khiển máy nhận máy gửi gói tin khung bên gửi: đóng gói gói tin trong khung dữ liệu thêm vào các bit kiểm tra lỗi, truyền tải tin cậy, kiểm soát l.lượng, v.v.. Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 bên nhận kiểm tra lỗi, tr.tải tin cậy, kiểm soát l.lượng, v.v.. tháo gói tin ra, đẩy lên tầng trên của bên nhận MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 10 Tầng liên kết dữ liệu 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Giới thiệu và dịch vụ Sự phát hiện và sửa lỗi Các giao thức đa truy cập Đánh địa chỉ tầng-Liên kết Ethernet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 11 Cơ chế phát hiện lỗi EDC= các bit dùng cho phát hiện và sửa lỗi (phần thừa) D = Dữ liệu được bảo vệ bằng cách kiểm tra lỗi, có thể bao gồm các trường mào đầu • Cơ chế phát hiện lỗi không đáng tin cậy 100%! • giao thức có thể bỏ sót vài lỗi, nhưng rất hiếm khi • trường EDC càng lớn thì khả năng phát hiện và sửa lỗi càng cao Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 12 Kiểm tra tính chẵn lẻ Một bit chẵn lẻ: Phát hiện các lỗi 1 bit bit chẵn lẻ hai chiều: Phát hiện và sửa các lỗi 1 bit 0 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 0 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 13 Tổng kiểm tra Internet Mục đích: phát hiện “các lỗi” (vd: đảo bit) trong gói tin được truyền tải(chú ý: chỉ sử dụng ở tầng tr.tải) Ng. gửi: xem một khúc dữ liệu (segment) như là một chuỗi các số nguyên 16-bit tổng k/tra: tổng bù 1 (1’s complement sum) của khúc dữ liệu ng/gửi đặt giá trị tổng k/tra vào trường “tổng k/tra” của mào đầu UDP Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Ng. nhận: tính toàn tổng k/tra của khúc nhận được kiểm tra xem tkt tính được có bằng giá trị trong trường tkt không: KHÔNG – có lỗi CÓ – không phát hiện ra lỗi. Nhưng vẫn có khả năng có lỗi? MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 14 Tính tổng kiểm tra: CRC (Cyclic Redundancy Check) xem các bit dữ liệu, D, như là số nhị phân chọn r+1 bit mẫu (máy phát), G mục đích: chọn r bit CRC , R, sao cho chính xác chia hết cho G (mô-đun 2) ng/nhận biết G, chia cho G. nếu số dư khác 0: có lỗi! có thể phát hiện tất cả các lỗi chùm ngắn hơn r+1 bit được sử dụng rộng rãi trong thực tế (Ethernet, 802.11 WiFi, ATM) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 15 Ví dụ CRC Cần: D.2r XOR R = nG tương đương: D.2r = nG XOR R tương đương: nếu chúng ta chia D.2r cho G, cần có số dư là R R= số dư Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 D.2r [ G ] MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 16 Tầng liên kết dữ liệu 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Giới thiệu và dịch vụ Sự phát hiện và sửa lỗi Các giao thức đa truy cập Đánh địa chỉ tầng-Liên kết Ethernet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 17 Các giao thức và liên kết đa truy cập Hai loại “liên kết”: điểm-điểm (PPP) PPP dùng cho truy cập quay số liên kết PPP giữa bộ chuyển mạch Ethernet và máy quảng bá (đường dây/môi trường truyền chia sẻ) Ethernet cổ điển đường tải lên HFC LAN không dây 802.11 đường đây chia sẻ(vd: Ethernet đi cáp) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 tần số radio chia sẻ (vd: 802.11 WiFi) tần số radio chia sẻ (vệ tinh) mọi người tại một buổi tiệc đứng (âm thanh chia sẻ) MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 18 Các giao thức Đa Truy Cập một kênh quảng bá chia sẻ chung có nhiều sự truyền tải đồng tời tại các node: giao thoa, nhiễu đụng độ nếu node nhận được hơn 1 tín hiệu tại môt thời điểm giao thức đa truy cập là giải thuật phân tán mà xác định cách thức các node chia sẻ kênh, như là, xác định khi nào node có thể truyền tải sự liên lạc về chia sẻ phải sử dụng chính kênh đó! không có kênh riêng dành cho sự điều phối Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 19 Giao thức Đa Truy Cập Lý Tưởng Kênh quảng bá với tốc độ R bps 1. khi một node muốn truyền, nó có thể truyền với vận tốc R. 2. khi M node muốn truyền, mỗi node có thể truyền với vận tốc trung bình là R/M 3. phân tán một cách hoàn toàn: không có node riêng dành cho việc điều phối truyền tải không có sự đồng bộ hóa đồng hồ, ô thời gian 4. đơn giản !!! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 20 Các giao thức MAC: phân loại Ba lớp lớn: Phân chia kênh chia kênh thành những “miếng” nhỏ hơn (ô thời gian, tần số, mã) phân phối các miếng cho các node có nhu cầu sử dụng riêng biệt Truy cập ngẫu nhiên không chia kênh, cho phép xảy ra đụng độ “khôi phục lại” từ đụng độ “Theo lượt” các node truyền theo lượt, nhưng node nào có nhiều dữ liệu hơn có thể có lượt dài hơn Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 21 G/Thức MAC phân chia kênh: TDMA TDMA: đa truy cập phân chia thời gian truy cập kênh theo “vòng" mỗi trạm có một ô thời gian có độ dài xác định (độ dài = t/g gửi 1 gói) trong mỗi vòng những ô không dùng sẽ rỗi ví dụ: LAN 6-trạm, 1,3,4 có gói tin, ô 2,5,6 rỗi (time division multiple access) khung 6-ô 1 3 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 4 1 3 4 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 22 G/Thức MAC phân chia kênh: FDMA FDMA: đa truy cập phân chia tần số (frequency division multiple access) phổ của kênh được chia thành những băng tần mỗi trạm được gán một băng tầncố định các băng tần không sử dụng sẽ bị rỗi ví dụ: LAN 6-trạm, 1,3,4 có gói tin, các băng 2,5,6 rỗi Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 các băng tần số cáp FDM MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 23 Giao thức Truy cập Ngẫu nhiên Khi node có gói tin để gửi gửi ở vận tốc cao nhất của kênh R. không có sự điều phối ưu tiên nào giữa các node nhiều hơn 1 node cùng truyền tải ➜ “đụng độ”, giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên chỉ rõ: cách phát hiện đụng độ cách phục hồi lại từ đụng độ (vd, thông qua truyền lại trễ) Ví dụ của các g/thức MAC truy cập ngẫu nhiên: ALOHA chia ô ALOHA CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 24 Đa truy cập kiểm tra đường truyền - CSMA (Carrier Sense Multiple Access) CSMA: lắng nghe trước khi truyền: Nếu thấy kênh rỗi: gửi toàn vẹn khung Nếu kênh bận, hoãn việc truyền tải lại ví dụ tương đồng ở con người: Đừng chen ngang người khác! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 25 Đụng độ trong CSMA sự bố trí các node trong không gian đụng độ vẫn có thể xảy ra độ trễ lan truyền nghĩa là hai node có thể không nghe được sự truyền tải của nhau đụng độ: toàn bộ thời gian truyền tải gói tin bị lãng phí chú ý: vai trò của khoảng cách và độ trễ lan truyền trong việc xác định xác suất đụng độ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 26 CSMA/CD CSMA/CD: kiểm tra đường truyền, trì hoãn như trong CSMA phát hiện đụng độ trong khoảng t/g ngắn các truyền tải đụng độ sẽ bị bỏ qua, giảm sự hoang phí kênh phát hiện đụng độ: tương đối dễ trong LAN đi dây: đo cường độ của tín hiệu, so sánh tín hiệu gửi đi và nhận được. khó trong LAN không dây: cường độ tín hiệu nhận được bị bị áp đảo bởi cường độ truyền tải cục bộ tương đồng: người nói chuyện lịch sự Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 27 G/thức MAC “Theo lượt” g/thức MAC phân chia kênh: chia sẻ kênh hiệu quả và công bằng khi tải cao không hiệu quả khi tải thấp: trễ khi truy cập kênh, được sử dụng 1/N băng thông nếu thâm chí chỉ có 1 node làm việc! g/thức MAC truy cập ngẫu nhiên hiệu quả khi tải thấp: một node có thể sử dụng hoàn toàn băng thông tải cao: đụng độ bị quá tải g/thức “theo lượt” sử dụng một cách tốt nhất ưu điểm của cả 2! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 28 G/thức MAC “Theo lượt” Chỉ định: node chủ trì “mời” các node thành viên truyền tải theo lượt thông thường được dùng với những t/bị thành viên “câm” vấn đề: độ trễ do chỉ định hỏng tại một điểm (chủ trì) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 dữ liệu chỉ định chủ trì dữ liệu thành viên MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 29 G/thức MAC “Theo lượt” Truyền thẻ: thẻ điều khiển được truyền từ node này sang node khác theo thứ tự. thông điệp thẻ vấn đề: T (không có dữ liệu) T độ trễ do truyền thẻ hỏng tại một điểm (giữ thẻ) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 dữ liệu MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 30 Tổng kết về các g/t MAC phân chia kênh, theo t/gian, tần số hoặc mã truy cập ngẫu nhiên (động), Phân chia Thời Gian, Phân chia Tần Số ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD kiểm tra đường truyền: dễ trong dây dẫn, khó trong m/trường không dây CSMA/CD được dùng trong Ethernet CSMA/CA được dùng trong 802.11 theo lượt sự chỉ định từ node chủ trì, sự truyền thẻ Bluetooth, FDDI, IBM Token Ring Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 31 Tầng liên kết dữ liệu 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Giới thiệu và dịch vụ Sự phát hiện và sửa lỗi Các giao thức đa truy cập Đánh địa chỉ tầng-Liên kết Ethernet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 32 Địa chỉ MAC và ARP địa chỉ IP 32-bit: địa chỉ tầng-mạng dùng để gửi gói tin tới mạng IP đích Địa chỉ MAC (hay LAN hay vật lý hay Ethernet): vai trò: chuyển khung từ giao diện này tới giao diện kết nối-vật lý khác (trong cùng mạng) địa chỉ MAC 48 bit (cho hầu hết LANs) • được gán cứng vào NIC ROM, đôi khi có thể thay đổi được bằng phần mềm Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 33 Địa chỉ LAN và ARP Mỗi card mạng LAN có một địa chỉ LAN độc nhất Địa chỉ quảng bá = FF-FF-FF-FF-FF-FF 1A-2F-BB-76-09-AD LAN (đi dây hoặc không dây) 71-65-F7-2B-08-53 = card mạng 58-23-D7-FA-20-B0 0C-C4-11-6F-E3-98 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 34 Địa chỉ LAN (tt) phân phối địa chỉ MAC được quản lí bởi IEEE các nhà sản xuất mua một phần của không gian địa chỉ MAC (để đảm bảo tính độc nhất) ví dụ tương đồng: (a) địa chỉ MAC: số CMND (b) địa chỉ IP: địa chỉ thư tín địa chỉ phẳng MAC ➜ tính di động có thể di chuyển card mạng từ một LAN sang LAN khác địa chỉ phân lớp IP KHÔNG di động địa chỉ phụ thuộc vào mạng con IP mà nốt gắn vào Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 35 ARP: Giao thức phân giải địa chỉ (Address Resolution Protocol) Câu hỏi: làm sao để xác định địa chỉ MAC của B nếu biết địa chỉ IP của B? 137.196.7.78 1A-2F-BB-76-09-AD 137.196.7.23 137.196.7.14 LAN 71-65-F7-2B-08-53 137.196.7.88 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 58-23-D7-FA-20-B0 Mỗi nốt (máy, bđt) trên LAN có 1 bảng ARP bảng ARP: các ánh xạ địa chỉ IP/MAC của một vài nốt trong LAN < địa chỉ IP; địa chỉ MAC; TTL> thời gian sống TTL (Time To Live): thời gian tồn tại của một ánh xạ trong bảng ARP, sau t/g này ánh xạ sẽ bị xóa đi (thường là 20 phút) 0C-C4-11-6F-E3-98 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 36 Giao thức ARP: cùng LAN (mạng) A muốn gửi gói tin cho B, và địa chỉ MAC của B không nằm trong bảng ARP của A. A quảng bá gói truy vấn ARP, chưa địa chỉ IP của B địa chỉ MAC đích = FF-FF-FF-FF-FF-FF tất cả các máy trên LAN đều nhận truy vấn ARP B nhận được gói truy vấn ARP, phản hồi cho A với địa chỉ MAC của nó (B) Một bản lưu cặp địa chỉ IP- sang-MAC được giữ trong bảng ARP của A cho đến khi t/tin trở nên cũ (hết giờ) trạng thái mềm: t/tin sẽ bị xóa khỏi bảng ARP nếu không được làm mới ARP “cắm-và-chơi”: các nốt tạo ra bảng ARP của chúng mà không có sự can thiệp từ phía quản trị viên của mạng khung được gửi tới địa chỉ MAC của A (gửi-1-đích) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 37 Đánh địa chỉ: định tuyến tới LAN khác các bước: gửi gói tin từ A sang B thông qua R giả sử A biết đ/c IP của B 88-B2-2F-54-1A-0F 74-29-9C-E8-FF-55 A 111.111.111.111 E6-E9-00-17-BB-4B 1A-23-F9-CD-06-9B 222.222.222.220 111.111.111.110 111.111.111.112 R 222.222.222.221 222.222.222.222 B 49-BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D hai bảng ARP trong bđt R, một cho mỗi mạng IP (LAN) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 38 A tạo ra gói IP với nguồn A, đích B A sử dụng ARP để lấy địa chỉ MAC của R với IP là 111.111.111.110 A tạo khung tầng-liên kết với địa chỉ đích là đ/c MAC của R, khung chứa gói tin IP A-tới-B NIC A gửi khung NIC R nhận khung R gỡ bỏ gói IP từ khung Ethernet, thấy nó gửi cho B R sử dụng ARP để lấy địa chỉ MAC của B R tạo ra khung chứa gói tin IP A-tới-B ,gửi cho B 88-B2-2F-54-1A-0F 74-29-9C-E8-FF-55 A E6-E9-00-17-BB-4B 111.111.111.111 1A-23-F9-CD-06-9B 222.222.222.220 111.111.111.110 111.111.111.112 R 222.222.222.221 222.222.222.222 B 49-BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 39 Tầng liên kết dữ liệu 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Giới thiệu và dịch vụ Sự phát hiện và sửa lỗi Các giao thức đa truy cập Đánh địa chỉ tầng-Liên kết Ethernet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 40 Ethernet công nghệ “thống trị” của LAN đi dây: rẻ, $20 cho mỗi NIC công nghệ LAN đầu tiên được dùng rộng rãi đơn giản hơn, rẻ hơn LAN dùng thẻ và ATM theo kịp nhịp tăng tốc: 10 Mbps – 10 Gbps bản phác thảo Ethernet của Metcalfe Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 41 Sơ đồ hình Sao sơ đồ buýt phổ biến suốt những năm 90 tất cả nốt trong cùng miền đụng độ (có thể đụng độ với với nhau) ngày nay: sơ đồ Sao chiếm ưu thế bộ chuyển mạch hoạt động tại trung tâm mỗi “nan hoa” chạy một giao thức Ethernet riêng lẻ (nốt không va chạm với nhau) bộ chuyển mạch buýt: cáp đồng trục Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 hình sao MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 42 Cấu trúc khung Ethernet Nic gửi đóng gói gói IP (hoặc là gói tin của giao thức tầng khác) vào Khung ethernet Phần khởi đầu: 7 byte với mẫu 10101010 theo sau bởi 1 byte với mẫu 10101011 sử dụng để đồng bộ hóa tốc độ đồng hồ của người gửi với người nhận. Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 43 Cấu trúc khung Ethernet (tt) Địa chỉ: 6 bytes nếu NIC nhận được khung với đúng địa chỉ MAC của nó hoặc là địa chỉ phát tán rộng (vd gói tin ARP), nó sẽ đẩy dữ liệu trong khung lên giao thức tầng mạng ngoài ra, NIC bỏ khung Loại: xác định giao thức tầng cao hơn (hầu hết là IP nhưng thỉnh thoảng có những g/t khác, vd, Novell IPX, AppleTalk) CRC: kiểm tra tại người nhận, nếu có lỗi, khung sẽ bị bỏ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 44 Ethernet: không tin cậy,không kết nối không kết nối: không có bắt tay giữa các NIC gửi và nhận không tin cậy: NIC nhận không gửi ACK hoặc là NACK cho NIC gửi luồng gói tin truyền tới tầng mạng có thể có chỗ gián đoạn (các gói tin bị mất) các chỗ gián đoạn có thể được lấp đầy nếu ứ/d dùng TCP ngoài ra, ứ/d sẽ thấy các chỗ gián đoạn này Giao thức MAC của Ethernet: CSMA/CD không-chia-ô Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 45 Giải thuật CSMA/CD Ethernet 1. NIC nhận được gói tin từ tầng mạng, tạo ra khung 2. Nếu NIC thấy kênh truyền rỗi, bắt đầu truyền khung. Nếu NIC thấy kênh bận, đợi đến khi kênh rỗi, sau đó truyền 3. Nếu NIC gửi toàn bộ khung đi mà không phát hiện ra sự truyền tải nào khác, NIC hoàn thành việc gửi khung! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 4. Nếu NIC phát hiện sự truyền tải khác trong khi đang truyền: hủy bỏ và gửi tín hiệu nghẽn 5. Sau khi hủy bỏ việc gửi, NIC bước vào thoái lui hàm mũ - exponential backhôngff: sau lần đụng độ thứ m, NIC chọn K ngẫu nhiên từ {0,1,2,…,2m-1}. NIC chờ K·512 t/gian bít, quay lại bước 2 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 46 CSMA/CD Ethernet (tt) Tín hiệu tắc nghẽn: đảm bảo rằng tất cả các người gửi khác biết về sự đụng độ; 48 bits T/g bít: .1 microsec cho mạng Ethernet 10 Mbps; với K=1023, thời gian chờ vào khoảng 50 msec Xem/tương tác với vi mã Java trên Web AWL: rất khuyến khích ! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 thoái lui hàm mũ: Mục tiêu: thay đổi thời gian chờ truyền lại cho phù hợp với tải hiện tại tải nặng: thời gian chờ ngẫu nhiên sẽ dài hơn đụng độ đầu tiên: chọn K từ {0,1}; độ trễ là K· 512 t/g bít đụng độ lần 2: chọn K từ {0,1,2,3}… sau va chạm lần 10, chọn K từ {0,1,2,3,4,…,1023} MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 47 Hiệu suất CSMA/CD Tlan truyền = độ trễ lan truyền tối đa giữa 2 nốt LAN ttruyền tải = thời gian để truyền tải khung lớn nhất Hieusuat = 1 1+ 5t lantruyen/t truyentai Hiệu suất tiến tới 1 khi tlan truyền tiến tới 0 ttruyền tải tiến tới vô cùng Hiệu suất tốt hơn ALOHA: và đơn giản, rẻ , không tập trung! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 48 Chuẩn Ethernet 802.3: Tâng Liên Kết và Vật Lý nhiều chuẩn Ethernet khác nhau giao thức MAC và định dạng khung phổ biến vận tốc khác nhau: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10G bps môi trường vật lý khác nhau: cáp quang, cáp TH ứng dụng truyền tải mạng liên kết vật lý giao thức MAC và định dạng khung 100BASE-TX 100BASE-T2 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-SX 100BASE-BX tầng vật lý dây đồng (cặp xoắn) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 tầng vật lý sợi quang MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 49 Chuyển mã Manchester sử dụng trong 10BaseT mỗi bit có một sự chuyển đổi cho phép các đồng hồ ở phía nhận và gửi đồng bộ hóa với nhau không cần đồng hồ tập trung, tổng quát cho các nốt! Nhưng, đây là vấn đề của tầng-vật lý! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 50 [...]... Thuật Máy Tính © 2 011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 33 Địa chỉ LAN và ARP Mỗi card mạng LAN có một địa chỉ LAN độc nhất Địa chỉ quảng bá = FF-FF-FF-FF-FF-FF 1A-2F-BB-76-09-AD LAN (đi dây hoặc không dây) 71- 65-F7-2B-08-53 = card mạng 58-23-D7-FA-20-B0 0C-C4 -11 -6F-E3-98 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài. .. Máy Tính © 2 011 D.2r [ G ] MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 16 Tầng liên kết dữ liệu 5 .1 5.2 5.3 5.4 5.5 Giới thiệu và dịch vụ Sự phát hiện và sửa lỗi Các giao thức đa truy cập Đánh địa chỉ tầng-Liên kết Ethernet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 17 ... vào mạng con IP mà nốt gắn vào Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 35 ARP: Giao thức phân giải địa chỉ (Address Resolution Protocol) Câu hỏi: làm sao để xác định địa chỉ MAC của B nếu biết địa chỉ IP của B? 13 7 .19 6.7.78 1A-2F-BB-76-09-AD 13 7 .19 6.7.23 13 7 .19 6.7 .14 LAN 71- 65-F7-2B-08-53 13 7 .19 6.7.88... Thuật Máy Tính © 2 011 Ng nhận: tính toàn tổng k/tra của khúc nhận được kiểm tra xem tkt tính được có bằng giá trị trong trường tkt không: KHÔNG – có lỗi CÓ – không phát hiện ra lỗi Nhưng vẫn có khả năng có lỗi? MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 14 Tính tổng kiểm tra: CRC (Cyclic Redundancy Check) xem các bit dữ liệu, D, như là số nhị phân chọn r +1 bit mẫu (máy. .. viên MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 29 G/thức MAC “Theo lượt” Truyền thẻ: thẻ điều khiển được truyền từ node này sang node khác theo thứ tự thông điệp thẻ vấn đề: T (không có dữ liệu) T độ trễ do truyền thẻ hỏng tại một điểm (giữ thẻ) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 dữ liệu MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương... Ethernet và máy quảng bá (đường dây/môi trường truyền chia sẻ) Ethernet cổ điển đường tải lên HFC LAN không dây 802 .11 đường đây chia sẻ(vd: Ethernet đi cáp) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 tần số radio chia sẻ (vd: 802 .11 WiFi) tần số radio chia sẻ (vệ tinh) mọi người tại một buổi tiệc đứng (âm thanh chia sẻ) MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương... đáng tin cậy 10 0%! • giao thức có thể bỏ sót vài lỗi, nhưng rất hiếm khi • trường EDC càng lớn thì khả năng phát hiện và sửa lỗi càng cao Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 12 Kiểm tra tính chẵn lẻ Một bit chẵn lẻ: Phát hiện các lỗi 1 bit bit chẵn lẻ hai chiều: Phát hiện và sửa các lỗi 1 bit 0 Trường... Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 28 G/thức MAC “Theo lượt” Chỉ định: node chủ trì “mời” các node thành viên truyền tải theo lượt thông thường được dùng với những t/bị thành viên “câm” vấn đề: độ trễ do chỉ định hỏng tại một điểm (chủ trì) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 dữ liệu chỉ định... Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 0 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 13 Tổng kiểm tra Internet Mục đích: phát hiện “các lỗi” (vd: đảo bit) trong gói tin được truyền tải(chú ý: chỉ sử dụng ở tầng tr.tải) Ng gửi: xem một khúc dữ liệu (segment) như là một chuỗi các số nguyên 16 -bit tổng k/tra: tổng bù 1 (1 s complement sum) của khúc dữ liệu ... dây CSMA/CD được dùng trong Ethernet CSMA/CA được dùng trong 802 .11 theo lượt sự chỉ định từ node chủ trì, sự truyền thẻ Bluetooth, FDDI, IBM Token Ring Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2 011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 31 Tầng liên kết dữ liệu 5 .1 5.2 5.3 5.4 5.5 Giới thiệu và dịch vụ Sự phát hiện và sửa lỗi Các