TIỂU LUẬN học PHẦN báo HIỆU điều KHIỂN và kết nối đề tài lớp LIÊN kết dữ LIỆU và LAN

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I TIỂU LUẬN HỌC PHẦN BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI ĐỀ TÀI: LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU VÀ LAN Sinh viên thực Nguyễn Văn Đại - B18DCVT077 Hoàng Quang Quyết - B18DCVT342 Nguyễn Lương Linh - B18DCVT245 Nguyễn Triệu Việt Hùng - B18DCVT189 Nhóm mơn học 01 Nhóm tiểu luận 20 Giảng viên hướng dẫn TS Hoàng Trọng Minh Hà Nội - 2021 download by : skknchat@gmail.com Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Tin học viễn thông hai thành phần cốt lõi công nghệ thơng tin Mạng máy tính khơng cịn thuật ngữ túy khoa học mà trở thành đối tượng nghiên cứu ứng dụng nhiều phạm vi hoạt động khác Chính quan trọng nótrong hệ thống, vào cuối thập niên 70 kỷ 20, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (ISO) lập tiểu ban nhằm phát triển khung chuẩn cho kiến trúc mạng máy tính, mơ hình tham chiếu cho việc kết nối hệ thống mở (OSI) với chức giảm thiểu khơng tương thích hệ thống máy tính Trong mơ hình OSI, hệ thống truyền thơng chia thành lớp, việc truyền liệu nút phân đoạn mạng qua lớp vật lý, cung cấp phương tiện chức thủ tục để chuyển khoản liệu thực thể mạng cung cấp phương tiện để phát sửa lỗi cóthể xảy lớp vật lý thực lớp thứ – lớp liên kết liệu Cuộc cách mạng công nghệ thông tin nước ta diễn sôi động Nhiều dự án phát triển công nghệ thông tin triển khai theo giải pháp tổng thể đangtrở thành đối tượng nghiên cứu ứng dụng nhiều người ngành nghề khác Trong đó, mạng cục LAN phổ biến có tính tập trung, thống dễ quảnlý,… đồng thời phản ánh nhu cầu thực tế quan, trường học, doanh nghiệp cần kết nối hệ thống đơn lẻ thành mạng nội để tạo khả trao đổi thông tin, phân chia tài nguyên đắt giá Ở tiểu luận này, nhóm chúng em vào chi tiết nhiệm vụ vàgiao thức có hai mơ hình Bài tiểu luận gồm chương: Chương I: Tổng quan lớp liên kết liệu Chương II: Nhiệm vụ giao thức mạng cục lớp liên kết liệu Tiểu luận I | Page MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU 1.1 Giới thiệu lớp liên kết liệu 1.1.1 Các dịch vụ 1.1.2 Lớp liên kết thực đâu? 1.2 Giới thiệu mạng cục (LAN) CHƯƠNG II: NHIỆM VỤ VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG MẠNG CỤC BỘ VÀ LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU 2.1 Phát sửa lỗi 2.1.1 Kiểm tra chẵn lẻ 2.1.2 Phương pháp tổng hợp 2.1.3 Kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC) 2.2 Liên kết đa truy nhập giao thức 2.2.1 Giao thức phân vùng kênh 2.2.2 Giao thức truy cập ngẫu nhiên 2.2.3 Các giao thức thay phiên 2.2.4: DOCSIS: Giao thức lớp liên kết để truy cập Internet qua cáp 2.3 Mạng cục chuyển mạch 2.3.1 Địa lớp liên kết ARP 2.3.2 Ethernet 2.3.3 Công tắc lớp liên kết (Switch) 2.3.4 Mạng cục ảo (VLANs) 2.4 Liên kết ảo hóa 2.4.1 Chuyển đổi nhãn đa giao thức (MPLS) 2.4.2 Các router có khả MPLS Tiểu luận II | Page 2.5 Mạng trung tâm liệu 2.5.1 Kiến trúc trung tâm liệu 2.5.2 Xu hướng mạng trung tâm liệu 2.6 Hồi tưởng: Vòng đời yêu cầu trang web 2.6.1 Bắt đầu: DHCP, UDP, IP Ethernet 2.6.2 DNS ARP 2.6.3 Định tuyến nội miền đến Máy chủ DNS 2.6.4 Tương tác Web Client-Server: TCP HTTP 2.7 Tóm tắt PHỤ LỤC KẾT LUẬN Tiểu luận II | Page DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình 1.2: Hình 2.3: Hình 2.4: Hình 2.5: Hình 2.6: Hình 2.8: Hình 2.9: Hình 2.10: Hình 2.11: Hình 2.12: Hình 2.13: Hình 2.14: Hình 2.15: Hình 2.16: Hình 2.17: Hình 2.18: Hình 2.19: Hình 2.20: Hình 2.21: Hình 2.22: Hình 2.23: Hình 2.24: Hình 2.25: Hình 2.26: Hình 2.27: Hình 2.28: Hình 2.29: Hình 2.30: Hình 2.31: Hình 2.32: Tiểu luận Ảnh minh họ Bộ điều hợp Sơ đồ phát h Chẵn lẻ bit đ Chẵn lẻ hai CRC Các kênh đa Ví dụ TD Sự va chạm Nhiễu truyền Biểu đồ khô CSMA với p Các kênh up Một mạng tổ mạch Mỗi giao diệ Mỗi giao diệ MAC Một bảng AR Hai mạng co Cấu trúc khu Chuẩn Ether khác Phần mộ 6.15 Switch tìm h 45-56 Xử lý gói tro Một cơng tắ Kết nối hai c Khung Ethe thẻ 802.1Q ( Tiêu đề MPL Chuyển tiếp Mạng trung Xu hướng qu Vòng đời củ III | Page DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.3.1: So sánh tính tiêu biểu thiết bị kết nối phổ biến THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DHCP UDP IP ISP DNS MAC CIDR ARP TCP HTTP URL MPLS TDM FDM LAN CDMA CMTS CSMA/CD Tiểu luận IV | Page DOCSIS NIC EDC FEC ARQ CRC SDN VM MDC IEEE RFC TTL FDDI ATM UTP Tiểu luận IV | Page Tiểu luận Chương I: Tổng quan lớp liên kết liệu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU 1.1 Giới thiệu lớp liên kết liệu 1.1.1 Các dịch vụ * Đóng khung: -Hầu hết tất giao thức lớp liên kết đóng gói gói liệu lớp mạng khung lớp liên kết trước truyền qua liên kết -Khung bao gồm trường liệu, gói liệu lớp mạng chèn số trường tiêu đề Cấu trúc khung xác định giao thức lớp liên kết * Truy cập liên kết: -Giao thức điều khiển truy cập phương tiện (MAC) định quy tắc mà khung truyền vào liên kết Đối với liên kết point-to-point có người gửi đầu liên kết người nhận đầu liên kết, giao thức MAC đơn giản (hoặc không tồn tại) —người gửi gửi khung liên kết khơng hoạt động -Trường hợp đặc biệt nhiều nút chia sẻ liên kết truyền phát – vấn đề đa truy cập, giao thức Mac điều phối việc truyền khung nút * Truyền tin cậy: - Khi giao thức lớp liên kết cung cấp dịch vụ phân phối đáng tin cậy, đảm bảo di chuyển sơ đồ lớp mạng qua liên kết mà không bị lỗi Dịch vụ truyền tin cậy lớp liên kết thường sử dụng cho liên kết có nguy mắc lỗi cao, chẳng hạn liên kết không dây, với mục tiêu sửa lỗi cục liên kết xảy lỗi thay truyền lại liệu từ đầu đến cuối -Tuy nhiên, dịch vụ truyền tin cậy lớp liên kết coi khơng cần thiết liên kết lỗi bit, bao gồm cáp quang, cáp đồng trục… Vì lý mà nhiều giao thức liên kết có dây khơng cung cấp dịch vụ truyền tin cậy * Phát sửa lỗi: -Phần cứng lớp liên kết nút nhận định khơng xác bit khung khơng truyền ngược lại -Các lỗi bit tạo suy giảm tín hiệu nhiễu điện từ Bởi khơng cần phải chuyển tiếp gói liệu có lỗi, nhiều giao thức lớp liên kết cung cấp chế để phát lỗi bit Điều thực cách để nút truyền bao gồm bit phát lỗi khung yêu cầu nút nhận thực kiểm tra lỗi Nhóm 15 | Page Tiểu luận Chương I: Tổng quan lớp liên kết liệu - Phát lỗi lớp liên kết thường phức tạp thực phần cứng Sửa lỗi tương tự phát lỗi, ngoại trừ việc thu không phát lỗi bit xảy khung mà xác định xác vị trí lỗi xảy khung (và sau sửa lỗi này) * Half Duplex Full Duplex: - Hệ thống liên lạc duplex hệ thống point-to-point thiết bị giao tiếp với theo hướng Hai loại hệ thống truyền thông duplex tồn mơi trường Ethernet: + Half Duplex: Một cổng gửi liệu khơng nhận liệu Nói cách khác, khơng thể gửi nhận liệu lúc Các trung tâm mạng chạy chế độ Half Duplex để tránh xung đột Vì trung tâm mạng LAN đại, nên hệ thống Half Duplex không sử dụng rộng rãi mạng Ethernet + Full Duplex: Tất nút gửi nhận cổng chúng có lúc Khơng có xung đột chế độ duplex, NIC chủ cổng chuyển mạch phải hỗ trợ chế độ duplex Ethernet duplex sử dụng cặp dây lúc thay cặp dây đơn lẻ Half Duplex Hình 1.1: Ảnh minh họa Duplex 1.1.2 Lớp liên kết thực đâu? -Hình 1.2 mơ tả kiến trúc máy chủ điển hình Các khả Ethernet tích hợp vào chipset bo mạch chủ thực thông qua chip Ethernet chuyên dụng giá rẻ Đối với hầu hết phần, lớp liên kết thực chip gọi điều hợp mạng, đơi cịn gọi điều khiển giao diện mạng (NIC) - Bộ điều hợp mạng triển khai nhiều dịch vụ lớp liên kết bao gồm tạo khung, truy cập liên kết, phát lỗi, v.v Do đó, phần lớn chức điều khiển lớp liên kết thực phần cứng Nhóm 15 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer - MPLS sử dụng để thực khơi phục nhanh đường chuyển tiếp MPLS,… để định tuyến lại lưu lượng truy cập qua đường chuyển đổi dự phịng tính tốn trước để phản ứng với lỗi liên kết [Kar 2000; Huang 2002; RFC3469] 2.4.2 Các router có khả MPLS - Một định tuyến hỗ trợ MPLS thường gọi định tuyến chuyển mạch nhãn, chuyển tiếp khung MPLS cách tra cứu nhãn MPLS bảng chuyển tiếp sau chuyển datagram tới giao diện đầu thích hợp Do đó, định tuyến hỗ trợ MPLS khơng cần trích xuất địa IP đích thực tra cứu so khớp tiền tố dài bảng chuyển tiếp - Trong ví dụ hình 2.29 , định tuyến từ R1 đến R4 có khả MPLS R5 R6 định tuyến IP tiêu chuẩn R1 cho R2 R3 biết (R1) định tuyến đến đích A khung nhận có nhãn MPLS chuyển tiếp đến đích A Bộ định tuyến R3 cho định tuyến R4 biết định tuyến đến điểm đến A D khung đến có nhãn MPLS 10 12 tương ứng chuyển sang điểm đến Bộ định tuyến R2 cho định tuyến R4 biết (R2) đến đích A khung nhận có nhãn MPLS chuyển sang A Hình 2.29 Chuyển tiếp nâng cap MPLS - Lưu ý định tuyến R4 vị trí đặc có hai đường dẫn MPLS để đến A: qua giao diện với nhãn MPLS đầu 10 qua giao diện với nhãn MPLS - Sơ đồ vẽ Hình 2.5.2 thiết bị IP R5, R6, A D kết nối với thông qua sở hạ tầng MPLS (các định tuyến có khả MPLS R1,R2, R3 R4) giống cách mạng LAN chuyển mạch mạng ATM kết nối thiết bị IP với Nhóm 15 40 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer 2.5 Mạng trung tâm liệu - Các công ty Internet Google, Microsoft, Amazon Alibaba xây dựng trung tâm liệu khổng lồ, trung tâm chứa hàng trăm nghìn đến hàng triệu máy chủ Các trung tâm liệu không kết nối với Internet mà bao gồm bên mạng máy tính phức tạp, gọi mạng trung tâm liệu, kết nối máy chủ nội chúng với - Trung tâm liệu phục vụ ba mục đích: + Cung cấp nội dung trang Web, kết tìm kiếm, e-mail video trực tuyến cho người dùng + Đóng vai trị sở hạ tầng tính tốn song song hàng loạt cho tác vụ xử lý liệu cụ thể, chẳng hạn tính tốn mục phân tán cho cơng cụ tìm kiếm + Cung cấp điện tốn đám mây cho công ty khác 2.5.1 Kiến trúc trung tâm liệu - Các thiết kế trung tâm liệu cơng ty giữ bí mật cẩn thận thường cung cấp lợi cạnh tranh quan trọng cho cơng ty điện tốn đám mây hàng đầu Chi phí cho mạng trung trâm liệu lớn cỡ khoảng chục triệu đến trăm triệu USD Trong khoảng 45% vật chủ (cần thay 3–4 năm lần); 25% đến cấu trúc sở hạ tầng, bao gồm máy biến áp, hệ thống cung cấp điện liên tục (UPS), máy phát điện điện thời gian dài hệ thống làm mát; 15% cho chi phí điện cho việc rút điện; 15% cho mạng, bao gồm thiết bị mạngbộ chuyển mạch, định tuyến cân tải), liên kết bên ngồi chi phí lưu lượng chuyển tuyến Hình 2.30: Mạng trung tâm liệu với cấu trúc liên kết phân cấp - Mạng trung tâm liệu hỗ trợ hai loại lưu lượng: Nhóm 15 41 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer + Lưu lượng máy khách bên với máy bên + Lưu lượng máy bên - Để xử lý luồng máy khách bên với máy chủ nội bộ, mạng trung tâm liệu bao gồm nhiều định tuyến biên giới, kết nối mạng trung tâm liệu với Internet cơng cộng Do đó, mạng trung tâm liệu kết nối giá đỡ với kết nối giá đỡ với định tuyến biên giới Hình 2.6.1 cho thấy ví dụ mạng trung tâm liệu * Cân tải: - Một trung tâm liệu lớn thường có số cân tải, dành cho tập hợp ứng dụng đám mây cụ thể Bộ cân tải gọi “cơng tắc lớp 4” đưa định dựa số cổng đích (lớp 4) địa IP đích gói Khi nhận u cầu cho ứng dụng cụ thể, cân tải chuyển tiếp đ ến chủ xử lý ứng dụng (Một máy chủ sau gọi dịch vụ máy chủ khác để giúp xử lý yêu cầu) - Bộ cân tải cung cấp chức giống NAT, dịch địa IP bên ngồi cơng khai sang liên Địa IP máy chủ lưu trữ thích hợp, sau dịch ngược lại cho gói theo hướng ngược lại trở lại máy khách Điều ngăn không cho máy khách liên hệ trực tiếp với máy chủ, điều có lợi ích bảo mật ẩn cấu trúc mạng nội ngăn máy khách tương tác trực tiếp với máy chủ * Kiến trúc phân cấp: - Để mở rộng quy mô hàng chục đến hàng trăm hàng nghìn máy chủ, trung tâm liệu thường sử dụng hệ thống phân cấp định tuyến thiết bị chuyển mạch, ví dụ cấu trúc liên kết thể Hình 2.6.1 + Ở hệ thống phân cấp, định tuyến biên giới kết nối với định tuyến truy cập (có thể có nhiều định tuyến) + Bên định tuyến truy cập, có ba cấp công tắc Mỗi định tuyến truy cập kết nối với công tắc cấp cao công tắc cấp cao kết nối với nhiều công tắc cấp hai cân tải + Mỗi công tắc bậc hai kết nối với nhiều giá đỡ thông qua công tắc TOR giá đỡ (công tắc bậc ba) + Tất liên kết thường sử dụng Ethernet cho giao thức lớp liên kết lớp vật lý, với kết hợp cáp đồng cáp quang Với thiết kế phân cấp vậy, mở rộng trung tâm liệu lên hàng trăm nghìn máy chủ lưu trữ Nhóm 15 42 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer 2.5.2 Xu hướng mạng trung tâm liệu - Mạng trung tâm liệu phát triển nhanh chóng, với xu hướng thúc đẩy giảm chi phí, ảo hóa, hạn chế vật lý, mơ-đun tùy chỉnh * Giảm chi phí: - Để giảm chi phí trung tâm liệu, đồng thời cải thiện độ trễ hiệu suất thông lượng chúng, dễ dàng mở rộng triển khai, gã khổng lồ đám mây Internet liên tục triển khai thiết kế mạng trung tâm liệu Hình 2.31 - Hình 2.31 minh họa xu hướng quan trọng mạng trung tâm liệu - xuất mạng phân cấp, phân cấp kết nối máy chủ trung tâm liệu Cấu trúc phân cấp có nhiệm vụ giống công tắc ngang lớn ho phép máy chủ trung tâm liệu giao tiếp với máy chủ khác * Kiểm soát quản lý SDN tập trung: - Trung tâm liệu quản lý tổ chức nhất, có lẽ số nhà khai thác trung tâm liệu lớn bao gồm Google, Microsoft Facebook… áp dụng khái niệm kiểm soát tập trung mặt logic giống SDN - Kiến trúc chúng phản ánh tách biệt rõ ràng mặt phẳng liệu (bao gồm cơng tắc hàng hóa tương đối đơn giản) mặt phẳng điều khiển dựa phần mềm * Ảo Hóa: - Ảo hóa động lực cho phần lớn phát triển điện toán đám mây mạng trung tâm liệu nói chung Máy ảo (VM) tách phần mềm chạy ứng dụng khỏi phần cứng vật lý Việc tách cho phép di chuyển liền mạch máy ảo máy chủ vật lý, đặt giá đỡ khác - Các giao thức Ethernet IP tiêu chuẩn có hạn chế việc cho phép chuyển động máy ảo trì kết nối mạng hoạt động máy chủ Vì tất Nhóm 15 43 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer mạng trung tâm liệu quản lý quan quản trị nhất, giải pháp hữu ích cho vấn đề coi tồn mạng trung tâm liệu mạng đơn, phẳng, lớp - Để mô hiệu ứng việc tất máy chủ kết nối với công tắc “duy nhất”, chế ARP sửa đổi để sử dụng hệ thống truy vấn kiểu DNS thay chương trình phát sóng thư mục trì ánh xạ địa IP gán cho máy ảo vật lý chuyển đổi máy ảo kết nối với mạng trung tâm liệu * Ràng buộc vật lý: - Mạng trung tâm liệu hoạt động mơi trường khơngchỉ có dung lượng cao (liên kết 40 Gbps 100 Gbps trở nên phổ biến) mà cịn có độ trễ thấp (micro giây) Do đó, kích thước đệm giao thức kiểm soát tắc nghẽn nhỏ TCP biến thể khơng mở rộng quy mô tốt trung tâm liệu - Trong trung tâm liệu, giao thức kiểm soát tắc nghẽn phải phản ứng nhanh hoạt động chế độ tổn thất thấp, thời gian chờ khơi phục tổn thất dẫn đến việc hiệu * Mô-đun tùy chỉnh phần cứng: - Một xu hướng khác sử dụng trung tâm liệu mô-đun dựa container (MDC) Trong MDC, nhà máy xây dựng, container vận chuyển tiêu chuẩn dài 12 mét, "trung tâm liệu mini" vận chuyển container đến vị trí trung tâm liệu Mỗi container có đến vài nghìn host, xếp thành hàng chục giá đỡ, xếp san sát - Tại vị trí trung tâm liệu, nhiều vùng chứa kết nối với với Internet Một container đúc sẵn triển khai trung tâm liệu, thường khó bảo trì - Do đó, vùng chứa thiết kế để giảm hiệu suất cách dễ dàng: thành phần (máy chủ thiết bị chuyển mạch) bị lỗi theo thời gian, vùng chứa tiếp tục hoạt động với hiệu suất bị suy giảm Khi nhiều thành phần bị lỗi hiệu suất giảm xuống ngưỡng, toàn vùng chứa bị loại bỏ thay hộp - Một xu hướng quan trọng khác nhà cung cấp đám mây lớn ngày xây dựng tùy chỉnh thứ có trung tâm liệu họ, bao gồm điều hợp mạng, định tuyến chuyển mạch, TOR, phần mềm giao thức mạng ột xu hướng khác, Amazon tiên phong, cải thiện độ tin cậy với "vùng khả dụng", tái tạo trung tâm liệu riêng biệt tòa nhà lân cận khác Bằng cách đặt tòa nhà gần (cách vài km), liệu chuyển đổi đồng hóa trung tâm liệu vùng khả dụng đồng thời cung cấp khả chịu lỗi [Amazon 2014] Nhiều đổi thiết kế trung tâm liệu tiếp tục đời Nhóm 15 44 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer 2.6 Hồi tưởng: Vòng đời yêu cầu trang web Giao thức có liên quan đến việc đáp ứng yêu cầu đơn giản nhất: tải xuống trang Web Hình 2.32 minh họa cài đặt: sinh viên, Bob, kết nối máy tính xách tay với Ethernet switch trường tải xuống trang Web (giả sử trang chủ www.google.com) Như biết nay, có nhiều điều diễn "bí mật" để đáp ứng yêu cầu tưởng chừng đơn giản Hình 2.32: Vòng đời yêu cầu trang web: Cấu hình mạng hoạt động 2.6.1 Bắt đầu: DHCP, UDP, IP Ethernet Giả sử Bob khởi động máy tính xách tay sau kết nối với cáp Ethernet kết nối với Ethernet switch trường, đến lượt lại kết nối với router trường, thể Hình 2.32 Router trường kết nối với ISP, ví dụ comcast.net Trong ví dụ này, comcast.net cung cấp dịch vụ DNS cho trường học; đó, máy chủ DNS nằm mạng Comcast mạng trường học Giả định máy chủ DHCP chạy router, thường lệ Khi Bob lần kết nối máy tính xách tay với mạng, anh làm điều (ví dụ: tải xuống trang Web) khơng có địa IP Do Nhóm 15 45 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer đó, hành động liên quan đến mạng mà máy tính xách tay Bob thực chạy giao thức DHCP để lấy địa IP thông tin khác từ máy chủ DHCP cục bộ: Hệ điều hành máy tính xách tay Bob tạo thơng điệp u cầu DHCP đặt thông điệp phân đoạn UDP với cổng đích 67 (máy chủ DHCP) cổng nguồn 68 (máy khách DHCP) Sau đó, phân đoạn UDP đặt IP datagram với địa đích IP quảng bá (255.255.255.255) địa IP nguồn 0.0.0.0, máy tính xách tay Bob chưa có địa IP Sơ đồ IP chứa thông điệp yêu cầu DHCP sau đặt khung Ethernet Khung Ethernet có địa MAC đích FF: FF: FF: FF: FF: FF để khung phát tới tất thiết bị kết nối với switch (hy vọng bao gồm máy chủ DHCP); địa MAC nguồn khung địa máy tính xách tay Bob, 00: 16: D3: 23: 68: 8A Khung Ethernet quảng bá chứa yêu cầu DHCP khung máy tính xách tay Bob gửi đến Ethernet switch Switch phát khung hình tới tất cổng ra, bao gồm cổng kết nối với router Router nhận khung Ethernet quảng bá chứa yêu cầu DHCP giao diện với địa MAC 00: 22: 6B: 45: 1F: 1B IP datagram trích xuất từ khung Ethernet Địa đích IP quảng bá datagram IP datagram nên xử lý giao thức lớp nút này, trọng tải datagram (một phân đoạn UDP) phân kênh lên đến UDP, thơng điệp u cầu DHCP trích xuất từ phân đoạn UDP Máy chủ DHCP có thông điệp yêu cầu DHCP Giả sử máy chủ DHCP chạy router phân bổ địa IP khối CIDR 68.85.2.0/24 Trong ví dụ này, tất địa IP sử dụng trường nằm khối địa Comcast Giả sử máy chủ DHCP phân bổ địa 68.85.2.101 cho máy tính xách tay Bob Máy chủ DHCP tạo thông báo DHCP ACK chứa địa IP này, địa IP máy chủ DNS (68.87.71.226), địa IP cho default gateway router (68.85.2.1) khối mạng (68.85.2.0/24) (tương đương, “mặt nạ mạng”) Thông điệp DHCP đặt bên phân đoạn UDP, đặt bên IP datagram, đặt bên khung Ethernet Khung Ethernet có địa MAC nguồn giao diện router đến mạng gia đình (00: 22: 6B: 45: 1F: 1B) địa MAC đích máy tính xách tay Bob (00: 16: D3: 23: 68: 8A) Khung Ethernet chứa DHCP ACK router gửi (unicast) đến switch Vì switch tự học trước nhận khung Ethernet (chứa yêu cầu DHCP) từ máy tính xách tay Bob, switch biết chuyển tiếp khung có địa đến 00: 16: D3: 23: 68: 8A đến cổng đầu dẫn đến máy tính xách tay Bob Nhóm 15 46 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer Máy tính xách tay Bob nhận khung Ethernet chứa DHCP ACK, trích xuất IP datagram từ khung Ethernet, trích xuất phân đoạn UDP từ IP datagram trích xuất thơng báo DHCP ACK từ phân đoạn UDP Sau đó, máy khách DHCP Bob ghi lại địa IP địa IP máy chủ DNS Nó cài đặt địa default gateway vào bảng chuyển tiếp IP Máy tính xách tay Bob gửi tất datagram có địa đích bên ngồi mạng 68.85.2.0/24 tới default gateway Tại thời điểm này, máy tính xách tay Bob khởi tạo thành phần mạng sẵn sàng bắt đầu xử lý tìm nạp trang Web 2.6.2 DNS ARP Khi Bob nhập URL cho www.google.com vào trình duyệt Web mình, bắt đầu chuỗi kiện dài mà cuối dẫn đến việc trang chủ Google trình duyệt Web hiển thị Trình duyệt Web Bob bắt đầu trình cách tạo TCP socket mà sử dụng để gửi yêu cầu HTTP đến www.google.com Để tạo socket, máy tính xách tay Bob cần phải biết địa IP www.google.com Chúng ta biết giao thức DNS sử dụng để cung cấp dịch vụ dịch từ tên sang địa IP Do đó, hệ điều hành máy tính xách tay Bob tạo thông điệp truy vấn DNS, đặt chuỗi “www.google.com” phần câu hỏi thông điệp DNS Thông điệp DNS sau đặt phân đoạn UDP với cổng đích 53 (máy chủ DNS) Sau đó, phân đoạn UDP đặt IP datagram với địa IP đích 68.87.71.226 (địa máy chủ DNS trả lại DHCP ACK bước 5) địa IP nguồn 68.85.2.101 Máy tính xách tay Bob sau đặt datagram chứa thông điệp truy vấn DNS khung Ethernet Khung gửi (theo địa chỉ, lớp liên kết) tới gateway router mạng trường học Bob Tuy nhiên, máy tính xách tay Bob biết địa IP gateway router trường (68.85.2.1) qua thông điệp DHCP ACK bước trên, khơng biết địa MAC gateway router Để lấy địa MAC gateway router, máy tính xách tay Bob cần sử dụng giao thức ARP 10 Máy tính xách tay Bob tạo thơng báo truy vấn ARP với địa IP đích 68.85.2.1 (default gateway), đặt thông báo ARP khung Ethernet với địa quảng bá đích (FF: FF: FF: FF: FF: FF) gửi khung Ethernet đến switch, chuyển phân phối khung cho tất thiết bị kết nối, bao gồm gateway router 11 Gateway router nhận khung chứa thông điệp truy vấn ARP giao diện tới mạng trường học, nhận thấy địa IP đích 68.85.2.1 tin ARP khớp với địa IP giao diện Do đó, gateway router chuẩn bị phản hồi ARP,chỉ địa MAC 00: 22: 6B: 45: 1F: 1B tương ứng với địa IP 68.85.2.1 Nó đặt tin nhắn trả lời ARP khung Ethernet, với địa đích 00: 16: D3: 23: Nhóm 15 47 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer 68: 8A (máy tính xách tay Bob) gửi khung đến switch, nơi chuyển khung đến máy tính xách tay Bob 12 Máy tính xách tay Bob nhận khung chứa thơng điệp trả lời ARP trích xuất địa MAC gateway router (00: 22: 6B: 45: 1F: 1B) từ thông điệp trả lời ARP 13 Máy tính xách tay Bob cuối định địa khung Ethernet chứa truy vấn DNS tới địa MAC gateway router Lưu ý IP datagram khung có địa đích IP 68.87.71.226 (máy chủ DNS), khung có địa đích 00: 22: 6B: 45: 1F: 1B (bộ định tuyến cổng) Máy tính xách tay Bob gửi khung đến switch, nơi phân phối khung tới định tuyến cổng 2.6.3 Định tuyến nội miền đến Máy chủ DNS 14 Gateway router nhận khung trích xuất liệu IP chứa truy vấn DNS Router tra cứu địa đích datagram (68.87.71.226) xác định từ bảng chuyển tiếp datagram nên gửi đến router ngồi bên trái mạng Comcast Hình 2.32 IP datagram đặt bên khung lớp liên kết thích hợp cho liên kết kết nối router trường đến Comcast router bên trái khung gửi qua liên kết 15 Router bên trái mạng Comcast nhận khung, trích xuất IP datagram, kiểm tra địa đích datagram (68.87.71.226) xác định giao diện gửi để chuyển tiếp datagram tới máy chủ DNS từ bảng chuyển tiếp nó, điền vào giao thức nội miền Comcast (chẳng hạn RIP, OSPF IS-IS) Giao thức liên miền Internet, BGP 16 Sau IP datagram chứa truy vấn DNS đến máy chủ DNS Máy chủ DNS trích xuất thơng điệp truy vấn DNS, tra cứu tên www.google.com sở liệu DNS tìm ghi tài ngun DNS có chứa địa IP (64.233.169.105) cho www.google.com (giả sử lưu nhớ cache máy chủ DNS) Nhớ lại liệu lưu nhớ cache bắt nguồn từ máy chủ DNS có thẩm quyền cho google.com Máy chủ DNS tạo thơng điệp trả lời DNS có chứa tên máy chủ thành IP ánh xạ địa đặt thông điệp trả lời DNS phân đoạn UDP, phân đoạn IP datagram địa đến máy tính xách tay Bob (68.85.2.101) Datagram chuyển tiếp mạng Comcast tới định tuyến trường từ đó, qua Ethernet switch tới máy tính xách tay Bob 17 Máy tính xách tay Bob trích xuất địa IP máy chủ www.google.com từ thông báo DNS Cuối cùng, sau nhiều cơng việc, máy tính xách tay Bob sẵn sàng kết nối với máy chủ www.google.com! Nhóm 15 48 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer 2.6.4 Tương tác Web Client-Server: TCP HTTP 18 Bây máy tính xách tay Bob có địa IP www.google.com, tạo cổng TCP sử dụng để gửi thông báo HTTP GET tới www.google.com Khi Bob tạo TCP socket, TCP máy tính xách tay Bob trước tiên phải thực bắt tay ba chiều với TCP www.google.com Do đó, máy tính xách tay Bob lần tạo phân đoạn TCP SYN với cổng đích 80 (dành cho HTTP), đặt phân đoạn TCP bên sơ đồ IP với địa IP đích 64.233.169.105 (www.google.com), đặt datagram bên khung có địa MAC đích 00:22:6B:45:1F:1B (gateway router) gửi khung đến switch 19 Các router mạng trường học, mạng Comcast mạng Google chuyển tiếp datagram chứa TCP SYN tới www.google.com, sử dụng bảng chuyển tiếp router, bước 14–16 Nhớ lại mục bảng chuyển tiếp router điều chỉnh việc chuyển tiếp gói qua liên kết liên miền mạng Comcast Google xác định giao thức BGP 20 Sau cùng, datagram chứa TCP SYN đến www.google.com Thông báo TCP SYN trích xuất từ datagram phân kênh đến welcome socket liên kết với cổng 80 Socket kết nối tạo cho kết nối TCP máy chủ HTTP Google máy tính xách tay Bob Một phân đoạn TCP SYNACK hình thành, đặt bên datagram gửi đến máy tính xách tay Bob, cuối đặt bên khung lớp liên kết thích hợp cho liên kết kết nối www.google.com với router bước 21 Datagram chứa phân đoạn TCP SYNACK chuyển tiếp qua Google, Comcast mạng trường học, sau đến điều khiển Ethernet máy tính xách tay Bob Datagram phân kênh hệ điều hành tới TCP socket tạo bước 18, nơi vào trạng thái kết nối 22 Với socket máy tính xách tay Bob cuối sẵn sàng để gửi byte tới www.google.com, trình duyệt Bob tạo thơng báo HTTP GET chứa URL cần tìm nạp Thơng báo HTTP GET sau ghi vào socket, với thông báo GET trở thành trọng tải phân đoạn TCP Phân đoạn TCP đặt datagram gửi phân phối đến www.google.com bước 18–20 23 Máy chủ HTTP www.google.com đọc thông báo HTTP GET từ TCP socket, tạo thông điệp phản hồi HTTP, đặt nội dung trang Web yêu cầu vào phần nội dung thông báo phản hồi HTTP gửi thông báo vào TCP socket 24 Datagram chứa thông báo phản hồi HTTP chuyển tiếp qua Google, Comcast mạng trường học đến máy tính xách tay Bob Chương trình trình duyệt Nhóm 15 49 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer Web Bob đọc phản hồi HTTP từ socket, trích xuất html cho trang Web từ phần nội dung phản hồi HTTP, cuối hiển thị trang Web! 2.7 Tóm tắt Trong chương này, nghiên cứu lớp liên kết - dịch vụ nó, nguyên tắc hoạt động số giao thức cụ thể quan trọng sử dụng nguyên tắc việc triển khai dịch vụ lớp liên kết Chúng ta thấy dịch vụ lớp liên kết di chuyển datagram lớp mạng từ nút (máy chủ, switch, router, điểm truy cập WiFi) sang nút liền kề Tất giao thức lớp liên kết hoạt động cách đóng gói datagram lớp mạng khung lớp liên kết trước truyền khung qua liên kết tới nút liền kề Tuy nhiên, ngồi chức đóng khung phổ biến này, giao thức lớp liên kết khác cung cấp dịch vụ truy cập, phân phối truyền dẫn liên kết khác Những khác biệt phần đa dạng loại liên kết mà giao thức lớp liên kết phải thực Một liên kết điểm-điểm đơn giản có người gửi người nhận giao tiếp qua “dây” Một liên kết đa truy cập chia sẻ nhiều người gửi người nhận, giao thức lớp liên kết cho kênh đa truy cập có giao thức (giao thức đa truy cập nó) để điều phối liên kết truy cập Trong trường hợp MPLS, "liên kết" kết nối hai nút liền kề (ví dụ: hai IP router liền kề theo nghĩa IP - chúng next-hop hướng tới số đích) thực mạng bên Theo nghĩa đó, ý tưởng mạng lưới coi liên kết khơng nên coi kỳ quặc Ví dụ, liên kết điện thoại kết nối modem/máy tính gia đình với modem/router từ xa, thực đường dẫn cầu kì phức tạp thơng qua mạng điện thoại Trong số nguyên tắc giao tiếp lớp liên kết, người ta kiểm tra kỹ thuật phát sửa lỗi, giao thức đa truy cập, đánh địa lớp liên kết, ảo hóa (VLAN) việc xây dựng mạng LAN chuyển mạch mở rộng mạng trung tâm liệu Phần lớn trọng tâm ngày hôm lớp liên kết vào mạng chuyển mạch Trong trường hợp phát hiện/sửa lỗi, kiểm tra cách thêm bit bổ sung vào tiêu đề khung để phát hay không, số trường hợp, sửa lỗi đảo bit xảy khung truyền qua liên kết Chúng ta đề cập đến lược đồ tổng kiểm tra chẵn lẻ đơn giản, kiểm tra dự phòng theo chu kỳ mạnh Sau chuyển sang chủ đề giao thức đa truy cập Xác định nghiên cứu ba cách tiếp cận rộng để điều phối quyền truy cập vào kênh quảng bá: cách tiếp cận phân vùng kênh (TDM, FDM), cách tiếp cận truy cập ngẫu nhiên (giao thức ALOHA giao thức CSMA) cách tiếp cận thay phiên (polling token passing) Chúng ta nghiên cứu cáp truy cập mạng nhận thấy sử dụng nhiều phương pháp đa truy cập Nhận thấy hệ việc có nhiều nút chia Nhóm 15 50 | Page Tiểu luận Chương II: Nhiệm vụ giao thức LAN Data Link Layer sẻ kênh quảng bá nhu cầu cung cấp địa nút lớp liên kết, biết địa lớp liên kết khác với địa lớp mạng trường hợp Internet, giao thức đặc biệt (ARP - Giao thức phân giải địa chỉ) sử dụng để dịch hai dạng địa nghiên cứu nhiều giao thức Ethernet thành công cách chi tiết Sau đó, xem xét cách nút chia sẻ kênh quảng bá tạo thành mạng LAN cách nhiều mạng LAN kết nối với để tạo thành mạng LAN lớn tất khơng có can thiệp định tuyến lớp mạng để kết nối nút cục với Chúng ta tìm hiểu cách tạo nhiều mạng LAN ảo sở hạ tầng mạng LAN vật lý Nhóm 15 51 | Page Tiểu luận Phụ lục PHỤ LỤC MỘT CUỘC PHỎNG VẤN VỚI ALBERT GREENBERG Albert Greenberg Phó Chủ tịch Tập đồn Microsoft Azure Network Ơng lãnh đạo phát triển cho nhóm Azure Networking, chịu trách nhiệm mạng R&D Microsoft - trung tâm liệu trang web biên; toàn cầu cạn biển mạng lưới; mạng quang học; Giảm tải FPGA SmartNIC… Albert chuyển đến Microsoft vào năm 2007, trước gia nhập Microsoft, Albert làm việc Bell Labs AT&T Labs với tư cách thành viên AT&T Ông giúp xây dựng hệ thống công cụ điều hành mạng AT&T tiên phong kiến trúc hệ thống tảng mạng phần mềm xác định Ơng giữ AB Tốn từ Đại học Dartmouth Tiến sĩ Máy tính Khoa học từ Đại học Washington Albert thành viên Học viện Kỹ thuật Quốc gia, thành viên ACM Ông nhận IEEE Koji Kobayashi Giải thưởng Máy tính Truyền thơng, Giải thưởng ACM Sigcomm, Giải thưởng giấy ACM Sigcomm Sigmetrics Test of Time Điều đưa ơng đến với chun ngành mạng? Tơi ln thích giải vấn đề giới thực thích tốn học Tơi nhận thấy lĩnh vực mạng có nhiều khơng gian phạm vi để thực hai Sự kết hợp hấp dẫn tơi Trong làm tiến sĩ Đại học Washington, hưởng lợi từ ảnh hưởng Ed Lazowska mặt hệ thống, Richard Ladner Martin Tompa mặt toán học lý thuyết Một dự án khóa học MS tơi có hai máy từ nhà cung cấp để nói chuyện với Bây bạn khơng thể ngăn máy móc giao tiếp! Ơng hình dung tương lai mạng Internet nào? Ông nghĩ thách thức/trở ngại nằm trước phát triển chúng, đặc biệt lĩnh vực mạng trung tâm liệu mạng biên? Tơi nói Đám mây chúng tơi nói 10% phát triển Tuy nhiên, rõ ràng việc phân chia công việc hệ thống end-to-end vấn đề ngày quan trọng Bao nhiêu tính tốn lưu trữ diễn ứng dụng máy chủ lưu trữ cuối cùng? Bao nhiêu xảy thành phần đám mây “rìa” mạng, gần máy chủ lưu trữ vùng chứa cuối? Và xảy trung tâm liệu Tất điều xếp nào? Chúng ta thấy điện toán đám mây đẩy gần đến rìa thấy tăng trưởng “theo chiều Nhóm 15 52 | Page Tiểu luận Phụ lục ngang” – hệ sinh thái điện toán / liệu / mạng từ đầu đến cuối phong phú – không tăng trưởng, chẳng hạn trung tâm liệu Đây lĩnh vực có nhiều đổi 5G khơng dây phần quan trọng kết hợp Ai truyền cảm hứng cho ông cách chuyên nghiệp? Tôi học nhiều điều, Microsoft AT&T, từ khách hàng từ trang web trực tiếp Tương tác với kỹ sư truyền cảm hứng cho tơi, niềm đam mê họ dành cho nhà phát triển nhà phát triển toàn vòng đời (từ phát minh đến phát triển đến triển khai đến ngừng hoạt động cuối cùng) dịch vụ hệ thống vận hành Đây người am hiểu kiến trúc hệ thống từ đầu đến cuối, từ Họ thật tuyệt làm việc có nhiều thơng tin chi tiết, kinh nghiệm kiến thức để chia sẻ, cho dù Đám mây Azure Microsoft hay phiên cũ nghiệp Mạng AT&T Tơi thích làm việc với nhà nghiên cứu, người thiết lập số nguyên tắc cho việc thiết kế quản lý hệ thống quy mô lớn Cuối cùng, ông có lời khuyên dành cho bạn sinh viên bước vào lĩnh vực mạng/Internet không? Bộ mặt mạng thay đổi Nó trở thành mơi trường đa dạng, tồn diện cởi mở Ý theo hai cách Đầu tiên, thấy đa dạng nhiều nhà phát triển nhà nghiên cứu mạng chúng tôi, bao gồm phụ nữ nhóm đại diện khác lĩnh vực công nghệ Tôi tự hào đa dạng tính tồn diện nhóm Microsoft nhóm trước tơi AT&T Sự đa dạng giúp kiên cường hơn, có khả thích ứng với thay đổi tốt đưa định tốt Thứ hai, người ta mang lại đa dạng kỹ kỹ thuật sở thích cho mạng lưới Những mối quan tâm kiến trúc, ngơn ngữ lập trình, quang học, phương pháp thức, khoa học liệu, AI thiết kế hệ thống đáng tin cậy chịu lỗi Các hệ thống mã nguồn mở có tác động to lớn SONiC, sáng kiến mã nguồn mở dựa Linux cho hệ điều hành mạng, ví dụ tuyệt vời Đọc sách mang theo toàn kỹ năng, kinh nghiệm kiến thức bạn để tạo mạng lưới tương lai SDN Disaggregation mang đến đa dạng cởi mở Rất thú vị Nhóm 15 53 | Page Tiểu luận Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian nỗ lực tìm hiểu nghiên cứu, đề tài “Lớp liên kết liệu LAN” nhóm sinh viên Nguyễn Văn Đại, Nguyễn Triệu Việt Hùng, Nguyễn Lương Linh, Hoàng Quang Quyết cuối hoàn thành với số kết sau Về mặt lý thuyết, chúng em trình bày chi tiết nội dung gồm: ● Tổng quan lớp liên kết liệu ● Nhiệm vụ giao thức mạng cục lớp liên kết liệu Về mặt thực tế, yêu cầu tưởng chừng đơn giản tải xuống trang web thực chất vào tìm hiểu chi tiết lại có bước thực phức tạp, điều chứng tỏ thao tác mạng đòi hỏi người dùng phải có vốn kiến thức chuyên sâu vững vàng để phân tích nghiên cứu Do có hạn chế mặt thời gian kiến thức thân nên làm chúng em cịn nhiều thiếu sót, chúng em mong nhận góp ý phê bình thầy bạn để mở mang kiến thức phục vụ cho học tập công việc sau Một lần xin cám ơn Thầy giáo TS.Hồng Trọng Minh giảng dạy mơn giúp cho nhóm em hồn thành tiểu luận Chúng em xin chân thành cám ơn! Nhóm 15 54 | Page ... IEEE RFC TTL FDDI ATM UTP Tiểu luận IV | Page Tiểu luận Chương I: Tổng quan lớp liên kết liệu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU 1.1 Giới thiệu lớp liên kết liệu 1.1.1 Các dịch vụ * Đóng... Do đó, phần lớn chức điều khiển lớp liên kết thực phần cứng Nhóm 15 | Page Tiểu luận Chương I: Tổng quan lớp liên kết liệu - Về phía gửi, điều khiển lấy sơ đồ liệu tạo lưu trữ nhớ máy chủ lớp cao... liệu lớp mạng Nếu lớp liên kết thực phát lỗi, điều khiển gửi đặt bit phát lỗi tiêu đề khung điều khiển nhận thực phát lỗi - Hình 1.2 cho thấy hầu hết lớp liên kết triển khai phần cứng, phần lớp