Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

Chia sẻ: TRẨN THỊ THANH HẰNG | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

1.048
lượt xem 73
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Chương 5. Giao thức tầng liên kiết dữ liệu (data link) Đặng Xuân Hà Computer Networking 2006 (http://www.hau1.edu.vn/it/dxha/courses/0506/comnet_k48th) Dept. of CS, HAU1. Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu 5.1 - Introduction and services 5.2 - Error detection and correction 5.3 - Multiple access protocols & LAN 5.4 - Link-layer addressing & ARP 5.5 - Specific link layer technologies Ethernet PPP Wireless Networks ATM Frame Relay 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 2 Ethernet Bản thiết kế khai sinh Ethernet Tác giả: Bob Metcalfe và David Boggs. Ethernet là kiến trúc LAN phổ biến nhất hiện nay Ưu điểm: đơn giản, rẻ,...

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu

Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Chương 5. Giao thức tầng liên kiết dữ liệu (data link) Đặng Xuân Hà Computer Networking 2006 (http://www.hau1.edu.vn/it/dxha/courses/0506/comnet_k48th) Dept. of CS, HAU1. Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu 5.1 - Introduction and services 5.2 - Error detection and correction 5.3 - Multiple access protocols & LAN 5.4 - Link-layer addressing & ARP 5.5 - Specific link layer technologies Ethernet PPP Wireless Networks ATM Frame Relay 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 2 Ethernet Bản thiết kế khai sinh Ethernet Tác giả: Bob Metcalfe và David Boggs. Ethernet là kiến trúc LAN phổ biến nhất hiện nay Ưu điểm: đơn giản, rẻ, tốc độ 10,100Mbps,1Gbps 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 3
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Ethernet Star Topology example Ethernet là mạng Broadcast có thể sử dụng Star hoặc Bus topology 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 4 Ethernet Frame Structure Destination & Source Address (6B): địa chỉ vật lý của nút gửi và nhận. Data (16-1500B). Ethernet MTU = 1500B nếu IP datagram >1500 thì sẽ phải chia nhỏ ra. Type (2B): Giao thức tầng trên (IP, Novell IPX, Apple Talk…). CRC (4B): Mã CRC Preamble (8B): Đồng bộ hoá sender/receiver, gồm 7 bytes đầu tiên là 10101010, byte tiếp theo là 10101011 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 5 Ethernet: CSMA/CD Ethernet sử dụng giao thức truy cập đường truyền CSMA/CD. Ethernet CSMA/CD: Khi NIC nhận được datagram từ tầng trên, đóng frame rồi gửi vào buffer. Nếu kênh truyền rỗi (96 bit times) thì truyền. Nếu không, chờ đợi. Trong quá trình truyền, nếu phát hiện xung đột, dừng và gửi đi 48-bit jam signal để báo cho các nút khác rồi chuyển sang pha exponential backoff. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 6
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Ethernet: CSMA/CD (cont) jam signal: một số nút có thể không cảm nhận được xung đột do những điều kiện khác nhau!!! jam signal thông báo cho mọi nút biết rằng mạng đang bị xung đột. exponential backoff algorithm: giải thuật này khiến các nút chịu khó chờ lâu hơn khi mức độ xung đột cao. bit time: thời gian truyền 1 bit. n là số lần xung đột khi truyền một frame nào đó. sau n lần xung đột, nút sẽ đợi 512 x K bit time rồi truyền lại; K được chọn ngẫu nhiên trong tập {0,1,2,…,2m – 1} với m:=min (n,10). 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 7 Ethernet Technologies Công nghệ Ethernet: 10Base2;10BaseT;100BaseT. 10Base2: 10Base2 = 10Mbps; cáp đồng trục (coaxial) < 200m. Bus topology. Rất rẻ. Cáp:
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Ethernet Technologies: Gigabit Ethernet 1000BaseT: IEEE802.3z Tốc độ: 1/10Gbps. Sử dụng cấu trúc frame chuẩn của Ethernet. Cho phép kết nối kiểu điểm-điểm (sử dụng switch) và quảng bá (chia sẻ đường truyền, sử dụng hub). CSMA/CD được sử dụng để truy cập đường truyền chia sẻ. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 10 Kết nối các LANs: repeater, hub, bridge, switch Repeater (bộ lặp): khôi phục tín hiệu đã bị yếu. Hub: Hoạt động ở tầng vật lý với chức năng chính là chuyển các bit nhận được từ một cổng tới các cổng còn lại. Hub cung cấp các thống kê về tình hình sử dụng mạng. Có thể dùng để nối các LAN segments (backbone hub). Đơn giản, rẻ, dễ lắp (không cần cấu hình)… Không có khả năng phân vùng xung đột (một nút ở segment này có thể xung đột với nút ở segment khác). Không thể kết nối segment sử dụng kiến trúc khác nhau, Vd 10BaseT và 100BaseT (không đồng bộ được tốc độ do không có bộ đệm). Bị giới hạn về số lượng nút. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 11 Multi-tier hub 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 12
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Bridge Bridge (cầu) được sử dụng để kết nối các đoạn mạng (segment) khác nhau. Bridge hoạt động tại tầng data link, có khả năng thao tác với các frame (hub chỉ thao tác với bit). Bridge cho phép kết nối các segment có kiến trúc khác nhau (Vd. 10/100BaseT) Chức năng chính: forwarding & filtering. Bridge forwarding: khi nhận một frame, bridge căn cứ vào frame header phải quyết định chuyển tiếp frame đó tới cổng ra nào (tra bảng – bridge table). Bridge filtering: một số frame được gửi giữa hai nút cùng nối tới một hub sẽ bị bỏ qua. Không bị giới hạn về số lượng nút mạng. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 13 Không có backbone bridge có backbone bridge -EE và SE muốn liên lạc phải đi qua CS -Khi CS gặp sự cố sẽ khiến EE và SE mất liên lạc Bridge có bộ đệm cho các frame nên có khả năng phân vùng làm giảm xung đột (nút ở segment này không xung đột với nút ở segment khác). Bridge sử dụng CSMA/CD khi gửi frame tới một LAN segment. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 14 Bridge forwarding table Bridge table cho phép tra cứu cổng (segment) cần gửi frame tới khi biết địa chỉ đích. Bảng này được xây dựng dần mỗi khi một cổng nhận được frame gửi tới từ nút nào đó (địa chỉ nút gửi và cổng – segment tương ứng) learning. Nếu không tìm thấy địa chỉ nút nhận trong bảng thì gửi frame tới tất cả cổng còn lại. Bridge là thiết bị Plug-and-Play 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 15
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Spanning Tree Để tăng độ tin cậy, nhiều bridge được sử dụng nhiều đường đi, các gói tin bị lặp (forward trở lại). Spanning Tree: tạm thời vô hiệu hoá một số interface để đảm bảo không có vòng lặp. Disabled 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 16 Bridge và router Cả hai đều là thiết bị store-and-forward. Bridge là thiết bị của tầng data link, thao tác với frame còn router là thiết bị tầng mạng thao tác với datagram. Router: routing table, routing algorithm; bridge: filtering tables, learning & spanning tree algorithm. Bridge hoạt động đơn giản hơn, hỗ trợ ít hình trạng mạng hơn, không có cơ chế bảo vệ khi bị flood, router có firewall bảo vệ. Bridge không cần cấu hình (plug-n-play), router cần phải được cấu hình, có địa chỉ IP thì mới hoạt động. Bridge sử dụng cho mạng có quy mô nhỏ hơn. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 17 Ethernet Switches Switch là một thiết bị mạng có nhiều ưu điểm. Switch hoạt động ở tầng data link, có chức năng giống với bridge. Điểm khác biệt cơ bản giữa switch và bridge là số lượng cổng của switch lớn hơn; switch cho phép kết nối các mạng khác nhau (10BaseT với 100BaseT…). Switch cho phép hoạt động ở chế độ full-duplex (vừa gửi vừa nhận) với tốc độ tối đa (không xung đột) khi được sử dụng trong star topology. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 18
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Star topology Truyền với tốc độ tối đa (full-duplex, dedicated access): + A to A’ + B to B’ + C to C’ 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 19 Hub + switch + router in a company 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 20 Packet processing at switch, router and host Cut-through switching: nếu buffer trống, không cần chờ nhận toàn bộ frame mới chuyển tiếp (chỉ cần nhận header đích rồi nhận đến đâu chuyển đến đấy). Store and Forward: dùng trong router & brigde 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 21
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Tổng kết một số đặc tính của hub, router, switch hubs routers switches traffic no yes yes isolation plug & play yes no yes optimal no yes no routing cut yes no yes through 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 22 Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu 5.1 - Introduction and services 5.2 - Error detection and correction 5.3 - Multiple access protocols & LAN 5.4 - Link-layer addressing & ARP 5.5 - Specific link layer technologies Ethernet PPP Wireless Networks ATM Frame Relay 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 23 Point-to-Point Data Link Control Point-to-Point: một sender, một receiver: không cần Media Access Protocol. không cần địa chỉ vật lý MAC addr. PPP sử dụng phổ biến để kết nối máy tính của người dùng với ISP (dial-up, ISDN…). Một số giao thức PP DLC Protocols: PPP (Point-to-Point Protocol) HDLC (High Level Data Link Control): 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 24
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Một số yêu cầu với PPP packet framing: đóng frame các gói tin của các giao thức tầng trên khác nhau. bit transparency: có khả năng chuyển tải bất cứ cấu trúc bit nào. error detection: nhận biết lỗi rồi bỏ qua frame. connection liveness: duy trì kết nối và phát hiện lỗi kết nối (bị ngắt…). network layer address negotiation: endpoint có thể học/thiết lập đ/c IP cho điểm khác trong mạng. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 25 PPP data frame flag: phân định ranh rới frame address: không sử dụng control: chưa sử dụng protocol: giao thức tầng trên (PPP-LCP, IP, IPCP…) info: dữ liệu (gói tin) của tầng trên. check: mã kiểm tra lỗi CRC 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 26 Byte stuffing Trong trường hợp dữ liệu cần đóng frame có chứa dãy bit (byte) trùng với flag (01111110) cần thêm vào trước đó 1 byte (stuffs byte) = 01111101. Khi receiver nhận frame và bắt gặp stuffs byte thì nó xác định byte tiếp theo không phải flag. Trường hợp dữ liệu có chứa stuffs byte hai stuffes bytes flag byte pattern plus kế tiếp nhau receiver vẫn stuffed byte in transmitted data phân biệt được. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 27
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 PPP Data Control Protocol PPP cần có cơ chế cho phép các bên tham gia: Thiết lập và cấu hình liên kết PPP (kích thước tối đa của frame, authentication…). Cấu hình network layer Các trạng thái của PPP 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 28 Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu 5.1 - Introduction and services 5.2 - Error detection and correction 5.3 - Multiple access protocols & LAN 5.4 - Link-layer addressing & ARP 5.5 - Specific link layer technologies Ethernet PPP Wireless Networks ATM Frame Relay 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 29 Wireless LAN: IEEE 802.11 Wireless LAN: Kết nối các thiết bị mobile, không cần sử dụng dây. IEEE 802.11 standard: MAC Protocol unlicensed frequency spectrum: 900Mhz, 2.4Ghz BSS - Basic Service Set (cell). Wireless host AP (Access Point) 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 30
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Một số chuẩn wireless 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 31 Ad hoc network Ad hoc network: Không có Access Point (center control). Không kết nối với mạng ngoài. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 32 Vấn đề chia sẻ “đường truyền” Do tích chất của sóng Radio (Radio Frequency) nên: Việc nghe trước khi truyền không phải lúc nào cũng thực hiện được. Việc phát hiện xung đột gặp nhiều khó khăn. Hidden terminal (a) & fading problem (b) 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 33
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA 802.11 CSMA: sender chờ kênh truyền rỗi DISF sec. rồi truyền toàn bộ frame (không có cơ chế phát hiện xung đột). nếu kênh truyền bận thì chuyển sang binary backoff 802.11 CSMA receiver: frame được nhận đầy đủ, không lỗi, thì trả lời bằng ACK sau SIFS sec. DIFS (Distributed Inter Frame Space) SIFS (Short Inter Frame Spacing) 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 34 IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA 802.11 CSMA: others Các frame được sender gửi đi đều chứa thêm thông tin về thời gian truyền frame, được gọi là NAV (Network Allocation Vector). Các host khác nghe thấy thông tin này để xác định thời điểm cho phép truyền tránh xung đột. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 35 Collision Avoidance: RTS-CTS exchange sender và receiver sử dụng hai frame đặc biệt RTS và CTS để “chiếm dụng kênh truyền”. RTS (Request To Send): xin phép truyền. CTS (Clear To Send): receiver trả lời “đã sẵn sàng, có thể gửi dữ liệu”. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 36
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Mạng điện thoại di động (cellular phone network) 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 37 Bluetooth IEEE 802.15 Hiện tại, Bluetooth chủ yếu được sử dụng để kết nối các thiết bị điện tử cá nhân với nhau (gadget). Điện thoại di động PDA Laptop… Phạm vi: 10-100m. Mạng bao gồm 2-8 thiết bị cá nhân kết nối sử dụng Bluetooth piconet có tên là piconet. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 38 Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu 5.1 - Introduction and services 5.2 - Error detection and correction 5.3 - Multiple access protocols & LAN 5.4 - Link-layer addressing & ARP 5.5 - Specific link layer technologies Ethernet PPP Wireless Networks ATM Frame Relay 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 39
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 ATM (Asynchronous Transfer Mode) Ra đời gần đây (mid-1980s). Là mạng WAN kết hợp truyền telephone voice và dữ liệu với tốc độ cao. ATM là một kiến trúc mạng với bộ giao thức đầy đủ (application physical). ATM sử dụng phương pháp chuyển mạch gói (packet switch) với kích thước gói cố định = 53 bytes (cell); sử dụng Virtual Circuit (Virtual Channel) Giá thành cao, các ứng dụng cho ATM chưa được phát triển mạnh ATM chưa phổ biến. Một số tầng dưới của ATM hiện được sử dụng để xây dựng mạng xương sống của Internet (IP over ATM). 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 40 ATM: Internet backbone 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 41 Ch5. Giao thức tầng liên kết dữ liệu 5.1 - Introduction and services 5.2 - Error detection and correction 5.3 - Multiple access protocols & LAN 5.4 - Link-layer addressing & ARP 5.5 - Specific link layer technologies Ethernet PPP Wireless Networks ATM Frame Relay 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 42
Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 1-6/2006 Frame Relay & X.25 Ra đời vào đầu 1980s. X.25 được coi như công nghệ chuyển mạch gói công cộng đầu tiên. Frame Relay kế thừa từ X.25. X.25 và Frame Relay đều là các công nghệ WAN. Cũng giống ATM, X.25 và Frame Relay “núp dưới bóng” của IP, đã thường được sử dụng để truyền các packet của tầng IP giữa các router. X.25 là công nghệ của “quá khứ”, Frame Relay sẽ “biến mất” trong nay mai. 1-6/2006 Chương 5. Tầng liên kết dữ liệu 43