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 Giới thiệu và dịch vụ 5.2 Sự phát hiện và sửa lỗi 5.3 Các giao thức đa truy cập 5.4 Đánh địa chỉ tầng-Liên kết 5.5 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
vd tương đồng: vận tải chuyến đi từ Sa Pa tới Tháp
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
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
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
định tuyến
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 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 cuối-
đầu 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?
lược đồ máy tính
trong mỗi máy tính tầng liên kết được h/thực ở card mạng (hay network interface card NIC) card Ethernet, card PCMCI,
cpu
bộ nhớ
card 802.11
ứng dụng tr.tải mạng liên kết
gắn vào đường bus của hệ
thống
bộ điều khiển
buýt máy (vd, PCI)
liên kết vật lý
sự tr. tải vật lý
tổ hợp bao gồm phần cứng, phần mềm và firmware
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 nhận
bên gửi:
đóng gói gói tin trong
kiểm tra lỗi, tr.tải tin cậy, kiểm soát l.lượng, v.v..
khung dữ liệu
tháo gói tin ra, đẩy lên tầng
thêm vào các bit kiểm tra
trên của bên nhận
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 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 10
Tầng liên kết dữ liệu
5.1 Giới thiệu và dịch vụ 5.2 Sự phát hiện và sửa lỗi 5.3 Các giao thức đa truy cập 5.4 Đánh địa chỉ tầng-Liên kết 5.5 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
bit chẵn lẻ hai chiều: Phát hiện và sửa các lỗi 1 bit
Một bit chẵn lẻ: Phát hiện các lỗi 1 bit
0
0
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 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. nhận: tính toàn tổng k/tra của khúc
nhận được
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
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?
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 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
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 [ ]
D.2r G
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 16
Tầng liên kết dữ liệu
5.1 Giới thiệu và dịch vụ 5.2 Sự phát hiện và sửa lỗi 5.3 Các giao thức đa truy cập 5.4 Đánh địa chỉ tầng-Liên kết 5.5 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
mọi người tại một buổi tiệc đứng (âm thanh chia sẻ)
đường đây chia sẻ(vd: Ethernet đi cáp)
tần số radio chia sẻ (vd: 802.11 WiFi)
tần số radio chia sẻ (vệ tinh)
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 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 (time division multiple access) 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
khung 6-ô
3
3
4
4
1
1
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 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
c á c b ă n g t ầ n s ố
cáp FDM
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 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”
dữ liệu
Chỉ định: node chủ trì “mời” các node thành viên truyền tải theo lượt
chỉ định
chủ trì
dữ liệu
thông thường được dùng với những t/bị thành viên “câm” vấn đề:
thành viên
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 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng 1 - Chương 5: Tầng liên kết dữ liệu 29
G/thức MAC “Theo lượt”
T
Truyền thẻ: thẻ điều khiển được truyền từ node này sang node khác theo thứ tự.
(không có dữ liệu)
T
thông điệp thẻ vấn đề:
độ trễ do truyền thẻ hỏng tại một điểm (giữ
thẻ)
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 30
Tổng kết về các g/t MAC
phân chia kênh, theo t/gian, tần số hoặc mã
Phân chia Thời Gian, Phân chia Tần Số
truy cập ngẫu nhiên (động),
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 Giới thiệu và dịch vụ 5.2 Sự phát hiện và sửa lỗi 5.3 Các giao thức đa truy cập 5.4 Đánh địa chỉ tầng-Liên kết 5.5 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
1A-2F-BB-76-09-AD
Địa chỉ quảng bá = FF-FF-FF-FF-FF-FF
= card mạng
LAN (đi dây hoặc không dây)
71-65-F7-2B-08-53
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)
Mỗi nốt (máy, bđt) trên LAN có 1 bảng ARP
Câu hỏi: làm sao để xác định địa chỉ MAC của B nếu biết địa chỉ IP của B?
137.196.7.78
bảng ARP: các ánh xạ địa chỉ IP/MAC của một vài nốt trong LAN
1A-2F-BB-76-09-AD
137.196.7.23
137.196.7.14
LAN
71-65-F7-2B-08-53
58-23-D7-FA-20-B0
< 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
137.196.7.88
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 36
Giao thức ARP: cùng LAN (mạng)
Một bản lưu cặp địa chỉ IP-
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
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
nhận truy vấn ARP B nhận được gói truy vấn ARP, phản hồi cho A với địa chỉ MAC của nó (B) 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
88-B2-2F-54-1A-0F
74-29-9C-E8-FF-55 A
E6-E9-00-17-BB-4B
222.222.222.221
1A-23-F9-CD-06-9B
111.111.111.111
222.222.222.220
111.111.111.110
222.222.222.222 B
111.111.111.112
R
49-BD-D2-C7-56-2A
CC-49-DE-D0-AB-7D
các bước: gửi gói tin từ A sang B thông qua R giả sử A biết đ/c IP của B 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
222.222.222.221
1A-23-F9-CD-06-9B
111.111.111.111
222.222.222.222
222.222.222.220
111.111.111.110
B
111.111.111.112
R
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 Giới thiệu và dịch vụ 5.2 Sự phát hiện và sửa lỗi 5.3 Các giao thức đa truy cập 5.4 Đánh địa chỉ tầng-Liên kết 5.5 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
hình sao
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 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
4. Nếu NIC phát hiện sự
truyền tải khác trong khi đang truyền: hủy bỏ và gửi tín hiệu nghẽn
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!
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
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 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
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
Ethernet 10 Mbps; với K=1023, thời gian chờ vào khoảng 50 msec
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}
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 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 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
giao thức MAC và định dạng khung
100BASE-T2
100BASE-FX
100BASE-TX
100BASE-BX
100BASE-SX
100BASE-T4
ứng dụng truyền tải mạng liên kết vật lý
tầng vật lý sợi quang
tầng vật lý dây đồng (cặp xoắn)
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 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