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) 1 TỔNG QUAN Tầng liên kết liệu mô hình TCP/IP Application Logic Link Control sublayer • Kiểm soát luồng • Dồn kênh, phân kênh Transport Network Media Access Control sublayer • Phát sửa lỗi • Đóng gói liệu • Điều khiển truy nhập đường truyền • Định địa vật lý • Chuyển mạch Data-link Physical 802.3 Ethernet 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.11 WiFi … 802.16 WiMax Các chức • Đóng gói: • Đơn vị liệu: khung tin (frame) • Bên gửi: thêm header, trailer cho gói tin nhận từ tầng mạng • Bên nhận: bỏ 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 soát luồng: đảm bảo bên nhận không bị tải • Kiểm soát lỗi: phát sửa lỗi bit khung tin • Chế độ truyền: simplex, half-duplex, full-duplex Kiểm soát lỗi Data’ N Data Phát lỗi bit Tính EDC H Data EDC H Data’ Y 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) 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 : 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) = x4 + x +  P = 10011 Dividend : Fk = 11010110110000 R = Fk mod P = 1110 Send : 11010110111110 Triển khai hệ thống mạng • Điều khiển truyền liệu • • • • application transport network data link physical liên kết vật lý nút mạng Triển khai nút mạng Các thức triển khai cung cấp dịch vụ phụ thuộc vào đường truyền(WiFi, Wimax, 3G, cáp quang, cáp đồng ) Truyền thông tin cậy (cơ chế giống TCP đơn giản hơn) không Đơn vị truyền: frame (khung tin) network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network network data link data link physical network physical data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Triển khai nút mạng • Tầng liên kết liệu đặt cạc mạng (NICNetwork Interface Card) chip tích hợp • Cùng với tầng vật lý application transport network link cpu memory • NIC kết nối với hệ thống bus • controller link physical host bus (e.g., PCI) physical transmission network adapter card 10 ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP ĐƯỜNG TRUYỀN 11 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 không dây • Cần giao thức điều khiển truy nhập để tránh xung đột shared wire (e.g., cabled Ethernet) shared RF (e.g., 802.11 WiFi) shared RF (satellite) humans at a cocktail party (shared air, acoustical) 12 Phân loại giao thức đa truy nhập • Phân hoạch tài nguyên sử dụng kỹ thuật 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 vòng • Token Ring, Token Bus… 13 2.1 Các phương pháp chia kênh • FDMA: frequency division multiple access • TDMA: time division multiple access • CDMA: code division multiple access 14 TDMA FDMA Ví dụ: máy FDMA frequency time TDMA: frequency time 15 CDMA 16 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 công ~18.4% 17 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% 18 Điều khiển truy nhập đường truyền cảm nhận sóng mang • CSMA:Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection • Cảm nhận sóng mang để định đường truyền có bận hay không? • 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 19 Đụng độ CSMA spatial layout of nodes • Giả sử kênh truyền có nút • Tín hiệu điện từ lan truyền từ nút đến nút thời gian định (trễ lan truyền) • Ví dụ: 20 10 Chuyển tiếp liệu tới LAN khác   R chuyển tiếp gói tin với địa IP nguồn A, IP đích B Gói tin chuyển xuống tầng liên kết liệu: đóng gói thành khung tin tầng với địa MAC nguồn R, địa MAC đích B MAC src: 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest: 49-BD-D2-C7-56-2A IP src: 111.111.111.111 IP dest: 222.222.222.222 IP Eth Phy IP Eth Phy B A R 111.111.111.111 74-29-9C-E8-FF-55 222.222.222.222 49-BD-D2-C7-56-2A 222.222.222.220 1A-23-F9-CD-06-9B 111.111.111.112 CC-49-DE-D0-AB-7D 111.111.111.110 E6-E9-00-17-BB-4B 222.222.222.221 88-B2-2F-54-1A-0F 43 3.5 Chuẩn Ethernet IEEE802.3 • Data-link & Physical Layers • Điều khiển truy nhập: CSMA/CD • Có nhiều chuẩn Ethernet khác • Cùng giao thức điều khiển truy nhập cấu trúc Frame • Hướng không liên kết, không báo nhận-phát lại • Tốc độ khác nhau: Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10G bps • Phương tiện truyền khác nhau: Cáp quang, cáp đồng trục, cáp xoắn đôi 44 22 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 soát lỗi 45 Một số chuẩn Ethernet IEEE802.3 • Ethernet • Fast Ethernet • Giga Ethernet 46 23 3.6 Mạng LAN ảo - VLAN • Yêu cầu thực tế • Chia sẻ tài nguyên (file, máy in, v.v ) trạm “xa nhau” • Bảo mật thông tin nội phòng ban • Giải pháp mạng LAN ảo VLAN2 • Nhóm trạm thành mạng LAN logic • Mạng LAN logic không bị ràng buộc mặt địa lý trạm • Mạng LAN logic độc lập với ứng dụng mạng VLAN3 VLAN1 47 VLAN Một VLAN broadcast domain tạo nhiều switch Một switch chứa nhiều VLAN 48 24 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 49 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 thông 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 50 25 3.7 Wireless LAN (WLAN) • LAN sử dụng môi trường truyền dẫn vô tuyến • Ưu điểm : • Khả di động • Triển khai dễ dàng • Khả mở rộng • Nhược điểm • Bảo mật • Phạm vi • Độ tin cậy • Tốc độ 51 Mạng LAN không 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 52 26 Chuẩn WLAN • IEEE 802.11 b • 6/1999 • 11 Mbps • 2.4 GHz • Giá thành thấp, phạm vi phủ sóng rộng • Dễ bị nhiễu • IEEE 802.11a • 54 Mbps • GHz • Tốc độ nhanh, khó bị xuyên nhiễu • Giá thành cao, phạm vi phủ sóng hẹp 53 Chuẩn WLAN (tiếp) • IEEE 802.11g • 2002-2003 • 54 Mbps • 2.4 GHz, 5GHz • IEEE 802.11n • 10/2009 • >100Mbps • 2.4 GHz 54 27 Các mô hình triển khai WLAN • Mô hình mạng Ad-hoc • Các nút di động tập trung lại không gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) chúng • Các nút di động trao đổi thông tin trực tiếp với , không cần phải quản trị mạng 55 Mô 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 trò 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 56 28 Mô hình mở rộng ESS • Tập hợp BSSs 57 MẠNG DIỆN RỘNG (WAN) 58 29 3.1 Tổng quan mạng diện rộng • Mạng có phạm vi kết nối rộng • Số lượng nút mạng lớn • Kết nối nhiều mạng cục 59 Các công 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 thông 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 60 30 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 thông • 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 61 4.2 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: • Cách 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) 62 31 Các đặc điểm PPP • Đóng gói liệu(packet framing): • Đóng gói liệu giao thức tầng mạng chuyển xuống • Dồn kênh phân kênh • Có thể mang mẫu bit thông tin (Bit transparency) • Tương thích với nhiều công nghệ tầng • Phát lỗi (không sửa lỗi) • Giám sát trạng thái kết nối • Thỏa thuận giao thức 63 Khuôn dạng khung tin PPP • Flag(=01111110): cờ báo bắt đầu khung tin • Làm phân biệt flag byte liệu 01111110? • Address: 11111111 • Control(=00000011): dự trữ • Protocol: giao thức tầng • Data: liệu • FCS: mã phát lỗi (sử dụng CRC-16 CRC-32) 64 32 Vòng đời liên kết PPP • Thiết lập liên kết • Thỏa thuận thông 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 65 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 66 33 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 67 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 68 34 ATM Header • bytes • UNI cell : thiết bị ATM đầu cuối ATM switch • NNI cell : ATM switch 69 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 70 35 Chuyển mạch ảo ATM • Yêu cầu thiết lập kết nối trước truyền liệu 71 IP over ATM 72 36 [...]... Protocol • Tìm địa chỉ MAC (định danh tầng liên kết dữ liệu) của một nút mạng khi đã biết địa chỉ IP • Tại sao cần ARP? • Truyền tin trên tầng mạng dùng địa chỉ IP • Truyền tin trên tầng liên kết dữ liệu dùng địa chỉ MAC • Khi gửi: dữ liệu chuyển từ tầng mạng xuống tầng liên kết dữ liệu • Dữ liệu gửi trong mạng LAN: Máy nguồn cần phải biết địa chỉ MAC của máy đích • Dữ liệu gửi ra ngoài mạng LAN: Máy nguồn... flag và byte dữ liệu 01111110? • Address: 11111111 • Control(=00000011): dự trữ • Protocol: giao thức tầng trên • Data: dữ liệu • FCS: mã phát hiện lỗi (sử dụng CRC-16 hoặc CRC-32) 64 32 Vòng đời của liên kết PPP • Thiết lập liên kết • Thỏa thuận thông số cấu hình liên kết • Xác định tình trạng kết nối 2 bên • Xác thực thuê bao • Thỏa thuận thông số giao thức tầng mạng • Truyền dữ liệu • Hủy kết nối 65... loop khi kết nối giữa các bridge và switch tạo thành vòng kín 2 1 2 3 3 1 • Spanning Tree Protocol • Tìm cây khung và chỉ chuyển gói tin lên các liên kết thuộc cây khung • Các liên kết khác ở trạng thái inactive 40 20 Chuyển tiếp dữ liệu tới LAN khác Ví dụ: Gửi dữ liệu từ A tới B qua router R • A soạn một gói tin IP với địa chỉ nguồn là A, địa chỉ đích là B • Gói tin chuyển xuống tầng liên kết dữ liệu: ... • Giám sát (1bit) • ED (8 bit): kết thúc frame • Frame dữ liệu: SD AC FC Địa chỉ đích Địa chỉ nguồn Dữ liệu CRC ED FS • FC(8 bit): kiểu frame dữ liệu mang theo trong thẻ bài • FS (8bit): báo nhận 24 12 3 MẠNG CỤC BỘ (LAN) 25 3.1 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 • ... danh tầng liên kết liệu) nút mạng biết địa IP • Tại cần ARP? • Truyền tin tầng mạng dùng địa IP • Truyền tin tầng liên kết liệu dùng địa MAC • Khi gửi: liệu chuyển từ tầng mạng xuống tầng liên kết. .. bit): kết thúc frame • Frame liệu: SD AC FC Địa đích Địa nguồn Dữ liệu CRC ED FS • FC(8 bit): kiểu frame liệu mang theo thẻ • FS (8bit): báo nhận 24 12 MẠNG CỤC BỘ (LAN) 25 3.1 Các thiết bị kết. .. Triển khai nút mạng • Tầng liên kết liệu đặt cạc mạng (NICNetwork Interface Card) chip tích hợp • Cùng với tầng vật lý application transport network link cpu memory • NIC kết nối với hệ thống