(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN môn học đề tài lớp LIÊN kết và LANS

Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄNTHÔNG KHOA VIỄN THÔNG I TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỀ TÀI : LỚP LIÊN KẾT VÀ LANS Giảng viên : T.S Hồng Trọng Minh Nhóm lớp : Nhóm Nhóm đề tài : 15 Sinh viên : Phạm Duy Hiệp- B18DCVT142 Nguyễn Văn Hùng- B18DCVT190 Phạm Khánh Toàn- B17DCVT364 Nguyễn Hồng Hải- B18DCVT126 Hà Nội , tháng năm 2021 Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Bảng phân công công việc nhóm STT nhóm STT Họ tên Sinh Vi lớp Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Mục lục Bảng phân công công việc nhóm Mục lục Thuật ngữ viết tắt Danh mục hình vẽ Lời nói đầu I.Sơ lược lớp liên kết ( Link Layer ) 1.1.Một số công nghệ : 1.2.Các dịch vụ cung cấp lớp liên kết 1.3.Nơi thực lớp liên kết 10 II.Kỹ thuật phát lỗi sửa lỗi .12 2.1.Kiểm tra chẵn lẻ 13 2.2.Check Sum .14 2.3.Kiểm tra dư vòng theo chu kỳ (CRC) 15 III Giao thức liên kết đa truy nhập 16 3.1.Các giao thức phân vùng kênh 17 3.1.1.TDM 17 3.1.2.FDM 17 3.1.3.CDMA 18 3.2.Giao thức truy cập ngẫu nhiên 18 3.2.1.ALOHA chia khe (S-ALOHA) 18 3.2.2.ALOHA túy ( p-ALOHA) 20 3.3.3.Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang (CSMA) 21 3.3.Giao thức thực 23 3.4.DOCSIS: Giao thức lớp liên kết để truy cập Internet qua cáp 23 IV.Chuyển mạch mạng nội 24 4.1.Địa lớp liên kết giao thức ARP 24 4.1.1.MAC Addresses 24 4.1.2.Giao thức phân giải địa (ARP) 25 4.2.Ethernet 27 4.2.1.Cấu trúc khung Ethernet 27 4.2.2.Công nghệ Ethernet 27 4.3.Switch lớp liên kết 28 4.3.1.Forwarding and Filtering(Chuyển tiếp Lọc) 28 4.3.2.Self-Learning (Tự học ) 28 4.3.3.Các thuộc tính chuyển đổi lớp liên kết 28 4.3.4.Chuyển mạch so với định tuyến 29 4.4.Mạng cục ảo (VLANs) 29 4.4.1.Khi bạn cần tạo Vlan 30 Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối 4.4.2.Lợi ích Vlan 30 4.4.3.Cổng Trunk 30 V.Ảo hóa liên kết 31 5.1.Chuyển nhãn đa giao thức (MPLS) 32 VI Mạng trung tâm liệu 34 6.1 Kiến trúc trung tâm liệu 35 6.1.1.Tải cân 36 6.1.2.Kiến trúc phân cấp 36 6.2.Xu hướng mạng trung tâm liệu 38 6.2.1.Cost Reduction 38 6.2.2.Quản lý kiểm soát SDN tập trung 38 6.2.3.Ảo hóa 38 6.2.3.Hạn chế vật lý 39 6.2.4.Hardware Modularity and Customization 39 VII.Kết luận 40 Tài liệu tham khảo 41 Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Thuật ngữ viết tắt CDMA Code Division Multiple Access CMTS Cable Modem Systems CSMA CSMA/CD DOCSIS FDM HDLC Nonpersistent CSMA p-ALOHA p-Persistent CSMA PPP s-ALOHA TDM Nhóm 15 Đa truy nhập phân chia theo mã Termination Công nghệ giúp mạng dây Cáp đồng trục cung cấp đa dịch vụ Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Sáu bước nhảy lớp liên kết máy chủ không dây máy chủ Hình 1.2:Bộ điều hợp mạng 11 Hình 2.1:Kịch phát sửa lỗi 12 Hình 2.2:1 bit Parity 13 Hình 2.3:Parity chiều 13 Hình 2.3:CRC 15 Hình 3.1: Nhiều kênh truy cập khác 16 Hình 3.2: Ví dụ TDM FDM bốn nút 17 Hình 3.3: Khoảng thời gian dễ bị tổn thương cho truyền dẫn sử dụng giao thức s-ALOHA 19 Hình 3.4: ALOHA chia khe có nhiều nút 19 Hình 3.5: Gây nhiễu truyền ALOHA túy 20 Hình 3.7: Biểu đồ khơng-thời gian hai nút CSMA với đường truyền xung đột 21 Hình 3.8: CSMA với phát va chạm 22 Hình 3.9: Các kênh xi dịng ngược dòng CMTS modem cáp .24 Hình 4.1: Mỗi interface kết nối với mạng LAN có địa MAC 25 Hình 4.2: Mỗi giao diện mạng LAN có địa IP địa MAC 26 Hình 4.3: Một bảng ARP có 222.222.222.220 26 Hình 4.4: Cấu trúc khung Ethernet 27 Hình 4.4: Bảng MAC table 28 Hình 4.5: Bảng so sánh chuyển mạch định tuyến 29 Hình 4.6: Một switch cấu hình Vlans 30 Hình 4.7: Kết nối Vlan : (a) hai dây cáp (b) qua cổng trunk 31 Hình 5.1: Tiêu đề MPLS: Nằm tiêu đề lớp liên kết lớp mạng .32 Hình 5.2: Chuyển tiếp nâng cao MPLS 33 Hình 6.1: Mạng trung tâm liệu với cấu trúc liên kết phân cấp 35 Hình 6.2: Cấu trúc liên kết mạng liệu kết nối cấp cao 37 Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Lời nói đầu Giữa hai máy chủ, biểu đồ liệu di chuyển qua loạt liên kết truyền thơng, số có dây số không dây, máy chủ nguồn qua loạt chuyển mạch gói ( chuyển mạch định tuyến) kết thúc máy chủ đích Khi tiếp tục xuống ngăn xếp giao thức, từ lớp mạng đến lớp liên kết tự nhiên tự hỏi làm gói gửi qua liên kết riêng lẻ tạo nên đường truyền thông end-to-end Các biểu đồ liệu lớp mạng đóng gói khung lớp liên kết để truyền qua liên kết? Các giao thức lớp liên kết khác có sử dụng liên kết khác dọc theo đường truyền thông không? Xung đột đường truyền liên kết quảng bá giải nào? Có địa lớp liên kết khơng có địa lớp liên kết hoạt động với cách định địa lớp mạng mà học? Và khác biệt xác chuyển mạch định tuyến gì? Tất trả lời tiểu luận Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối I.Sơ lược lớp liên kết ( Link Layer ) 1.1.Một số công nghệ : Host rout gọi nút Các kênh truyền thông nối liền nút lân cận gọi kết nối -Các kết nối hữu tuyến (wired) -Các kết nối vô tuyến ( wireless) -Các LAN Gói liệu lớp gọi frame, đóng gói Datagram  Lớp liên kết có trách nhiệm truyền datagram từ node đến lân cận đường truyền liên kết Datagram truyền giao thức đường kết nối khác nhau: VD : Ethernet kết nối thứ 1, frame relay kết nối trung gian ,802.11 kết nối cuối Mỗi giao thức kết nối cung cấp dịch vụ khác VD: Có thể khơng thể cung cấp rdt kết nối So Sánh - Hành trình từ Princetol -> Lausanne Limo : Princeton -> JFK Máy bay : JFK -> Gevena Tàu hỏa : Geneva ->Lansanne Khách du lịch = datagram Đoạn đường = liên kết truyền thông Kiểu vận chuyển = giao thức lớp link Đại lý du lịch = giải thuật routing Hình 1.1: Sáu bước nhảy lớp liên kết máy chủ không dây máy chủ Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Để sơ đồ chuyển từ máy chủ nguồn sang máy chủ đích, phải di chuyển qua liên kết riêng lẻ đường dẫn end-to-end Ví dụ, mạng công ty hiển thị Hình 1.1, xem xét việc gửi sơ đồ từ máy chủ không dây đến máy chủ Sơ đồ liệu thực qua sáu liên kết: liên kết WiFi máy chủ gửi điểm truy cập WiFi, liên kết Ethernet điểm truy cập công tắc lớp liên kết; liên kết chuyển mạch lớp liên kết định tuyến, liên kết hai định tuyến; liên kết Ethernet định tuyến chuyển mạch lớp liên kết; cuối liên kết Ethernet chuyển mạch máy chủ Qua liên kết định, nút truyền đóng gói datagram khung lớp liên kết truyền khung vào liên kết 1.2.Các dịch vụ cung cấp lớp liên kết Các dịch vụ cung cấp giao thức lớp liên kết bao gồm: Đóng khung: Đóng gói datagram vào frame , thêm header trailer , frame trường liệu -Hầu hết tất giao thức lớp liên kết đóng gói data gram lớp mạng khung lớp liên kết trước truyền qua liên kết Khung A bao gồm trường liệu, gói liệu lớp mạng chèn số trường tiêu đề Cấu trúc khung xác định giao thức lớp liên kết Truy nhập liên kết : - Truy cập kênh truyền môi trường chia sẻ - Các địa “MAC” sử dụng header để xác định nguồn đích - Ở trường hợp đa truy nhập ( nhiều node chia sẻ liên kết ), giao thức MAC phục vụ để phối hợp truyền khung nhiều nút Giao thức điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) định quy tắc mà khung truyền vào liên kết Đối với liên kết điểm-điểm có người gửi đầu bên liên kết người nhận đầu liên kết, giao thức MAC đơn giản ,người gửi gửi khung liên kết để khơng Truyền tin cậy node lân cận Đảm bảo di chuyển biểu đồ liệu lớp mạng qua liên kết mà khơng có lỗi Ít dử dụng đường kết nối lỗi thấp Các giao thức tầng vận chuyển định (chẳng hạn TCP) cung cấp dịch vụ phân phối đáng tin cậy Tương tự dịch vụ truyền tin cậy lớp giao vận, dịch vụ truyền tin cậy lớp liên kết đạt cách xác nhận truyền lại Dịch vụ truyền đáng 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 nơi lỗi xảy thay buộc end-to-end truyền lại liệu giao thức tầng ứng dụng truyền tải Tuy nhiên, phân phối đáng tin cậy lớp liên kết coi khơng cần thiết chi phí cho liên kết lỗi bit, bao gồm cáp quang, đồng trục nhiều cặp xoắn liên kết đồng Do đó, nhiều giao thức lớp liên kết có dây khơng cung cấp dịch vụ truyền tin cậy Phát sửa lỗi : - Lỗi gây suy giảm tín hiệu tiếng ồn điện tử Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối - Máy thu phát lỗi bit xảy :Gửi tín hiệu cho bên phát truyền lại hủy bỏ frame bị lỗi - Máy thu phát sửa bit lỗi mà không cần phải truyền lại -Phần cứng lớp liên kết nút nhận đưa định khơng xác bit khung truyền 1, 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 yêu cầu nút truyền bao gồm phát lỗi bit khung yêu cầu nút nhận thực kiểm tra lỗi -Lớp truyền tải Internet lớp mạng cung cấp hình thức phát lỗi hạn chế tổng kiểm tra Internet 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 cịn xác định xác vị trí lỗi xảy khung (và sau sửa lỗi này) Điều khiến luồng ( Flow Controll ) : Điều khiển tốc độ truyền node gửi nhận liền kề Half-duplex Full-duplex: Với half-duplex ,các node đầu cuối kết nối truyền khơng đồng thời Phần cứng lớp liên kết nút nhận đưa định khơng xác bit khung truyền 1, 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 yêu cầu nút truyền bao gồm phát lỗi bit khung yêu cầu nút nhận thực kiểm tra lỗi Lớp truyền tải Internet lớp mạng cung cấp hình thức phát lỗi hạn chế tổng kiểm tra Internet 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 cịn xác định xác vị trí lỗi xảy khung (và sau sửa lỗi này) 1.3.Nơi thực lớp liên kết - Lớp liên kết thực chip gọi điều hợp mạng -bộ điều khiển giao diện mạng (NIC) - NIC thực nhiều dịch vụ lớp liên kết bao gồm đóng khung, truy cập liên kết, phát lỗi, v.v - Gắn vào bus hệ thống host Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối ➢ Tốc độ 10/100/1000Mbs tốc độ mạng đạt chuẩn Gigabit truyền tải dành cho nhu cầu cao cấp hơn, thương bắt gặp sever quán nét, doanh nghiệp có tính chất cơng việc sử dụng kết nối internet nhiều 4.3.Switch lớp liên kết 4.3.1.Forwarding and Filtering(Chuyển tiếp Lọc) Lọc chức chuyển đổi để xác định xem khung có nên chuyển tiếp tới vài interface nên bị loại bỏ Chuyển tiếp chức xác định giao diện mà khung hướng tới, sau di chuyển khung đến interface Lọc chuyển tiếp lưu bảng MAC table Bảng chứa địa MAC , interface dẫn đến MAC thời gian địa MAC nhập vào bảng 4.3.2.Self-Learning (Tự học ) Hình 4.4: Bảng MAC table Một chuyển mạch có đặc tính tuyệt vời bảng tạo tự động, động độc lập mà khơng có can thiệp từ quản trị viên mạng từ chuyên gia cấu hình Nói cách khác, thiết bị chuyển mạch tự học Khả thực sau: • Bảng chuyển đổi ban đầu trống • Đối với khung đến nhận interface, switch lưu trữ bảng địa MAC trường địa nguồn khung, interface từ mà khung đến, thời gian Theo cách này, switch ghi bảng phân đoạn LAN mà người gửi gửi Nếu host mạng LAN cuối gửi khung, host ghi vào bảng • Switch xóa địa bảng không nhận khung từ nguồn sau khoảng thời gian (aging time) Theo cách này, PC thay PC khác (với điều hợp khác), địa MAC PC gốc cuối bị xóa khỏi bảng MAC table 4.3.3.Các thuộc tính chuyển đổi lớp liên kết Loại bỏ va chạm: Trong mạng LAN xây dựng từ thiết bị chuyển mạch, không bị lãng phí băng thơng va chạm Các chuyển đổi khung đệm không truyền nhiều khung phân đoạn lúc Giống với định tuyến, thông lượng tổng hợp tối đa switch tổng tất interface chuyển mạch Do đó, chuyển mạch cung cấp cải thiện hiệu suất đáng kể so với mạng LAN với liên kết quảng bá Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Liên kết không đồng nhất: Bởi switch cách ly liên kết với liên kết khác, khác biệt liên kết mạng LAN hoạt động tốc độ khác chạy phương tiện truyền thơng khác Quản lý (Management): Ngồi việc cung cấp bảo mật nâng cao, switch giúp quản lý mạng dễ dàng 4.3.4.Chuyển mạch so với định tuyến 10 điểm khác biệt hàng đầu định tuyến chuyển mạch Nó giúp bạn hiểu khác biệt định tuyến chuyển mạch Hình 4.5: Bảng so sánh chuyển mạch định tuyến 4.4.Mạng cục ảo (VLANs) VLAN mạng LAN ảo Về mặt kỹ thuật, VLAN miền quảng bá tạo switch Bình thường router đóng vai trò tạo miền quảng bá Đối với VLAN, switch tạo miền quảng bá.Có thể hiểu cách dễ VLAN dùng để chia switch thành nhiều switch nhỏ hoàn toàn độc lập với Một switch tạo nhiều VLAN , switch có broadcast gửi thiết bị nằm VLAN chuyển đến thiết bị khác VLAN, nhiên broadcast không forward đến thiết bị VLAN khác Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Hình 4.6: Một switch cấu hình Vlans 4.4.1.Khi bạn cần tạo Vlan Bạn có 200 máy tính mạng LAN Lưu lượng quảng bá (broadcast traffic) mạng LAN bạn lớn Các nhóm làm việc cần gia tăng bảo mật bị làm chậm nhiều tin quảng bá Các nhóm làm việc cần nằm miền quảng bá họ dùng chung ứng dụng Ví dụ công ty sử dụng điện thoại VoIP Một số người muốn sử dụng điện thoại thuộc mạng VLAN khác, không với người dùng thường xuyên Hoặc để chuyển đổi switch đơn thành nhiều switch ảo 4.4.2.Lợi ích Vlan Tiết kiệm băng thơng hệ thống mạng: VLAN chia mạng LAN thành nhiều đoạn (segment) nhỏ, đoạn vùng quảng bá (broadcast domain) Khi có gói tin quảng bá (broadcast), truyền VLAN tương ứng Do việc chia VLAN giúp tiết kiệm băng thơng hệ thống mạng Tăng khả bảo mật: Do thiết bị VLAN khác truy nhập vào (trừ ta sử dụng router nối VLAN) Như ví dụ trên, máy tính VLAN kế tốn (Accounting) liên lạc với Máy VLAN kế tốn khơng thể kết nối với máy tính VLAN kỹ sư (Engineering) Dễ dàng thêm hay bớt máy tính vào VLAN: Việc thêm máy tính vào VLAN đơn giản, cần cấu hình cổng cho máy vào VLAN mong muốn Giúp mạng có tính linh động cao: VLAN dễ dàng di chuyển thiết bị Giả sử ví dụ trên, sau thời gian sử dụng công ty định để phận tầng riêng biệt Với VLAN, ta cần cấu hình lại cổng switch đặt chúng vào VLAN theo yêu cầu VLAN cấu hình tĩnh hay động Trong cấu hình tĩnh, người quản trị mạng phải cấu hình cho cổng switch Sau đó, gán cho vào VLAN Trong cấu hình động cổng switch tự cấu hình VLAN cho dựa vào địa MAC thiết bị kết nối vào 4.4.3.Cổng Trunk Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Khi liên kết hai switch router switch truyền tải lưu lượng nhiều VLAN cổng gọi cổng trunk Cổng trunk phải chạy giao thức đường truyền đặc biệt Giao thức sử dụng giao thức độc quyền ISL Cisco IEEE chuẩn 802.1q Hình 4.7: Kết nối Vlan : (a) hai dây cáp (b) qua cổng trunk V.Ảo hóa liên kết Khi nghiên cứu giao thức đa truy cập, ta thấy nhiều máy chủ kết nối dây chung “dây” kết nối máy chủ quang phổ vơ tuyến phương tiện khác Điều dẫn xem xét trừu tượng chút kênh, “dây” Trong trường hợp kết nối modem quay số hai máy chủ, liên kết kết nối hai máy chủ thực mạng điện thoại — mạng viễn thơng tồn cầu, riêng biệt mặt logic với thiết bị chuyển mạch, liên kết ngăn xếp giao thức riêng để truyền liệu báo hiệu Tuy nhiên, theo quan điểm lớp liên kết Internet, kết nối quay số qua mạng điện thoại xem “sợi dây” đơn giản Theo nghĩa này, Internet ảo hóa mạng điện thoại, xem mạng điện thoại công nghệ lớp liên kết cung cấp kết nối lớp liên kết hai máy chủ Internet Trong phần này, xem xét mạng Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) 5.1.Chuyển nhãn đa giao thức (MPLS) Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) phát triển từ số nỗ lực ngành vào đến cuối năm 1990 nhằm cải thiện tốc độ chuyển tiếp định tuyến IP Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối MPLS mô số tính mạng chuyển mạch kênh mạng chuyển mạch gói Từ quan điểm Internet, coi MPLS, giống mạng điện thoại Ethernets chuyển mạch, công nghệ lớp liên kết dùng để kết nối thiết bị IP với Mục tiêu tăng cường sở hạ tầng chuyển tiếp liệu IP dựa địa IP đích cách gắn nhãn biểu đồ liệu cách có chọn lọc cho phép định tuyến chuyển tiếp biểu đồ liệu dựa nhãn (thay địa IP đích) Hình 6.28 cho thấy khung lớp liên kết truyền thiết bị hỗ trợ MPLS có tiêu đề MPLS nhỏ thêm vào tiêu đề lớp (Ethernet) tiêu đề lớp (IP) Ta xem xét định dạng khung lớp liên kết xử lý định tuyến có hỗ trợ MPLS Hình 5.1: Tiêu đề MPLS: Nằm tiêu đề lớp liên kết lớp mạng RFC 3032 xác định định dạng tiêu đề MPLS cho liên kết đó; tiêu đề xác định cho ATM mạng chuyển tiếp khung RFC khác Các trường MPLS : 32bit chia làm trường • Label: trường quan trọng nhất, 20bit chứa giá trị nhãn • Exp: trường thực nghiệm, bit, định nghĩa lớp dịch vụ • S : stack, bit, sử dụng để biểu thị phần cuối loạt Header MPLS • TLL: trường định thời, bit, biểu thị thời gian sống nhãn 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 Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Nhưng làm để định tuyến biết người hàng xóm có thực có hỗ trợ MPLS hay không làm định tuyến biết nhãn để liên kết với đích IP cho? Để trả lời câu hỏi này, cần xem xét tương tác nhóm định tuyến hỗ trợ MPLS Hình 5.2: Chuyển tiếp nâng cao MPLS Trong ví dụ hình 6.29, Các định tuyến từ R1 đến R4 có khả MPLS - R5 R6 định tuyến IP tiêu chuẩn - R1 quảng cáo với R2 R3 (R1) định tuyến đến đích A khung nhận có nhãn MPLS chuyển tiếp đến đích A - Bộ định tuyến R3 quảng cáo với định tuyến R4 định tuyến đến điểm đến A D khung đến có nhãn MPLS 10 12 tương ứng chuyển sang điểm đến - Bộ định tuyến R2 quảng cáo với định tuyến R4 (R2) đến đích A khung nhận có nhãn MPLS chuyển sang A - Các đường dẫn đến A: qua interface với nhãn MPLS gửi 10 qua interface với nhãn MPLS Bức tranh rộng vẽ Hình 6.29 thiết bị IP R5, R6, A D kết nối với qua sở hạ tầng MPLS (các định tuyến hỗ trợ MPLS R1, R2, R3 R4) giống cách mạng LAN chuyển mạch mạng ATM kết nối thiết bị IP với Và giống mạng LAN mạng ATM chuyển mạch, định tuyến hỗ trợ MPLS từ R1 đến R4 làm mà không cần chạm vào tiêu đề IP gói tin Trong ví dụ trên, chưa định giao thức cụ thể sử dụng để phân phối nhãn định tuyến hỗ trợ MPLS, chi tiết tín hiệu nằm phạm vi sách Tuy nhiên, thuật toán định tuyến trạng thái liên kết (ví dụ: OSPF) mở rộng để cung cấp thông tin cho định tuyến hỗ trợ Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối MPLS Điều thú vị thuật tốn tính tốn đường dẫn thực tế khơng tiêu chuẩn hóa dành riêng cho nhà cung cấp - Cho đến nay, điểm nhấn thảo luận MPLS MPLS thực chuyển mạch dựa nhãn, mà không cần xem xét địa IP gói Tuy nhiên, lợi thực MPLS lý khiến MPLS quan tâm không nằm khả tăng tốc độ chuyển mạch, mà nằm khả quản lý lưu lượng mà MPLS cho phép - Như lưu ý trên, R4 có hai đường dẫn MPLS tới A Nếu chuyển tiếp thực lớp IP sở địa IP, giao thức định tuyến IP xác định đường dẫn nhất, tốn đến A Do đó, MPLS cung cấp khả chuyển tiếp gói dọc theo tuyến đường mà sử dụng giao thức định tuyến IP tiêu chuẩn - Cũng sử dụng MPLS cho nhiều mục đích khác Nó sử dụng để thực khôi phục nhanh đường chuyển tiếp MPLS, ví dụ, để định tuyến lại lưu lượng truy cập qua đường chuyển đổi dự phòng tính tốn trước để phản ứng với lỗi liên kết - Cuối cùng, ta lưu ý MPLS sử dụng để triển khai gọi mạng riêng ảo (VPN) Khi triển khai VPN cho khách hàng, ISP sử dụng mạng hỗ trợ MPLS để kết nối mạng khác khách hàng với MPLS sử dụng để cách ly tài nguyên địa sử dụng VPN khách hàng với tài nguyên người dùng khác qua mạng ISP MPLS lên trước phát triển mạng phần mềm xác định, nhiều khả kỹ thuật lưu lượng MPLS đạt thơng qua SDN mơ hình chuyển tiếp tổng qt Chỉ tương lai cho biết liệu MPLS SDN có tiếp tục tồn hay công nghệ (chẳng hạn SDN) cuối thay MPLS VI Mạng trung tâm liệu Các công ty Internet Google, Microsoft, Amazon Alibaba xây dựng trung tâm liệu khổng lồ, trung tâm chứa hàng chục đến hàng trăm nghìn 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 Trong phần này, xem giới thiệu ngắn gọn mạng trung tâm liệu cho ứng dụng đám mây Trung tâm liệu phục vụ ba mục đích: - Cung cấp nội dung trang Web, kết tìm kiếm, e-mail video trực tuyến cho người dung - 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 cơng ty khác Thật vậy, xu hướng lĩnh vực điện tốn ngày công ty sử dụng nhà cung cấp đám mây Amazon Web Services, Microsoft Azure Alibaba Cloud để xử lý tất nhu cầu CNTT họ Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối 6.1 Kiến trúc trung tâm liệu Các thiết kế trung tâm liệu giữ bí mật cơng ty cách cẩn thận, chúng thường cung cấp lợi cạnh tranh quan trọng cho công ty điện tốn đám mây hàng đầu Chi phí cho trung tâm liệu lớn lớn, số chi phí này: - 45 phần trăm vật chủ (cần thay 3–4 năm lần) - 25 phần trăm cho sở hạ tầng, bao gồm máy biến áp, hệ thống cung cấp điện liên tục (UPS), máy phát điện điện lâu dài hệ thống làm mát - 15 phần trăm cho chi phí tiện ích điện cho việc rút điện - 15 phần trăm cho mạng, bao gồm thiết bị mạng (bộ chuyển mạch, định tuyến cân tải), liên kết bên chi phí lưu lượng vận chuyển Theo thống kê vừa ta thấy mạng khơng phí lớn nhất, đổi mạng chìa khóa để giảm chi phí tổng thể tối đa hóa hiệu suất Các worker bees trung tâm liệu máy chủ Các máy chủ trung tâm liệu, gọi blades, máy chủ bao gồm CPU, nhớ ổ lưu trữ Các máy chủ xếp chồng lên rack, với rack thường có từ 20 đến 40 blade Ở rack, có switch, đặt tên Top of Rack switch (TOR), kết nối máy chủ rack với với switch khác trung tâm liệu Cụ thể, máy chủ rack có giao diện mạng kết nối với TOR switch TOR switch có thêm cổng kết nối với thiết bị chuyển khác Ngày nay, máy chủ thường có kết nối Ethernet 40 Gbps 100 Gbps chúng Mỗi máy chủ lưu trữ gán địa IP nội trung tâm liệu riêng Hình 6.1: Mạng trung tâm liệu với cấu trúc liên kết phân cấp Mạng trung tâm liệu hỗ trợ hai loại lưu lượng: lưu lượng máy khách bên máy chủ nội máy bên Để xử lý luồng máy khách bên 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 Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối tâm liệu kết nối rack với kết nối rack với định tuyến biên giới Hình 6.30 cho thấy ví dụ mạng trung tâm liệu Thiết kế mạng trung tâm liệu, nghệ thuật thiết kế mạng liên kết giao thức kết nối rack với với định tuyến biên giới, trở thành nhánh quan trọng nghiên cứu mạng máy tính năm gần 6.1.1.Tải cân Một trung tâm liệu đám mây cung cấp nhiều ứng dụng đồng thời, chẳng hạn ứng dụng tìm kiếm, e-mail video Để hỗ trợ yêu cầu từ khách hàng bên ngoài, ứng dụng liên kết với địa IP hiển thị công khai mà khách hàng gửi yêu cầu họ từ họ nhận phản hồi Bên trung tâm liệu, yêu cầu bên trước tiên chuyển hướng đến cân tải, cơng việc phân phối yêu cầu đến máy chủ cân tải máy chủ Một trung tâm liệu lớn thường có số cân tải, dành cho tập hợp ứng dụng đám mây cụ thể Khi nhận yêu cầu cho ứng dụng cụ thể, cân tải chuyển tiếp đến máy chủ xử lý ứng dụng (Một máy chủ sau gọi dịch vụ máy chủ khác để giúp xử lý yêu cầu.) Bộ cân tải không cân tải công việc máy chủ mà cung cấp chức dịch địa IP bên ngồi cơng khai sang địa IP nội 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 6.1.2.Kiến trúc phân cấp Đối với trung tâm liệu nhỏ cần kết nối với chuyển mạch Ethernet đủ với trung tâm liệu quy mô lớn hơn, lên đến hàng chục hàng tram nghìn máy chủ cần sử dụng hệ thống phân cấp định tuyến chuyển mạch chẳng hạn hình 6.30 Ở đầu phân cấp, Border router kết nối với access routers Bên access routers, có ba cấp switch Mỗi access router kết nối với switch cấp switch cấp kết nối với nhiều switch cấp cân tải Mỗi switch cấp kết nối với nhiều rack thông qua TOR switch ( switch cấp 3) rack 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 quy mơ trung tâm liệu lên hàng trăm nghìn máy chủ Mặc dù kiến trúc phân cấp thông thường vừa mô tả giải vấn đề quy mô, bị hạn chế dung lượng từ máy chủ đến máy chủ Để hiểu hạn chế này, xem xét lại Hình 6.30 giả sử máy chủ kết nối với TOR switch liên kết 10 Gbps, liên kết switch liên kết Ethernet 100 Gbps Hai máy chủ rack ln giao tiếp tốc độ 10 Gbps đầy đủ, bị giới hạn tốc độ điều khiển giao diện mạng máy chủ Tuy nhiên, có nhiều luồng đồng thời mạng trung tâm liệu, tỷ lệ tối đa hai máy chủ rack khác nhiều Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Có số giải pháp cho vấn đề này: • Một giải pháp khả thi cho hạn chế triển khai thiết bị chuyển mạch định tuyến tốc độ cao Nhưng điều làm tăng đáng kể chi phí trung tâm liệu, thiết bị chuyển mạch định tuyến với tốc độ cổng cao đắt • Giải pháp thứ hai cho vấn đề này, áp dụng có thể, đồng định vị dịch vụ liệu liên quan gần tốt (ví dụ: rack rack gần đó) để giảm thiểu giao tiếp tủ mạng thông qua router switches cấp cấp Nhưng điều tiến xa hơn, yêu cầu trung tâm liệu tính linh hoạt việc bố trí dịch vụ tính tốn Ví dụ, cơng cụ tìm kiếm Internet quy mơ lớn chạy hàng nghìn máy chủ trải rộng nhiều rack với yêu cầu băng thông đáng kể tất cặp máy chủ Tương tự vậy, dịch vụ điện toán đám mây (như Amazon Web Services Microsoft Azure) muốn đặt nhiều máy ảo bao gồm dịch vụ khách hàng máy chủ vật lý có dung lượng lớn vị trí chúng trung tâm liệu Nếu máy chủ vật lý trải rộng nhiều rack, tắc nghẽn mạng mơ tả dẫn đến hiệu suất • Giải pháp cuối tăng cường kết nối TOR switch switch cấp 2, switch cấp switch cấp Ví dụ, thể Hình 6.31, switch TOR kết nối với nhiều switch cấp 2, sau cung cấp nhiều đường dẫn liên kết chuyển mạch rack Trong hình 6.31, có bốn đường dẫn riêng biệt switch cấp switch cấp thứ hai, cung cấp tổng dung lượng 400 Gbps hai switch cấp Tăng mức độ kết nối tầng có hai lợi ích đáng kể: tăng dung lượng tăng độ tin cậy (vì đa dạng đường dẫn) thiết bị chuyển mạch Hình 6.2: Cấu trúc liên kết mạng liệu kết nối cấp cao Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối 6.2.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 6.2.1.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 6.31 minh họa xu hướng quan trọng mạng trung tâm liệu - xuất mạng phân cấp, phân cấp kết nối máy chủ trung tâm liệu Như thấy, mạng kết nối phân cấp có nhiều ưu điểm so với thiết bị chuyển mạch ngang, bao gồm nhiều đường dẫn từ nguồn đến đích tăng dung lượng (do định tuyến đa đường) độ tin cậy (do nhiều đường dẫn chuyển mạch liên kết hai máy chủ bất kỳ) 6.2.2.Quản lý kiểm sốt SDN tập trung Bởi trung tâm liệu quản lý tổ chức nhất, có lẽ đương nhiên số nhà khai thác trung tâm liệu lớn nhất, 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 switch hàng hóa tương đối đơn giản) mặt phẳng điều khiển dựa phần mềm Và quy mô lớn trung tâm liệu, cấu hình tự động quản lý trạng thái hoạt động, quan trọng 6.2.3.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 rack 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 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 Nhớ lại mạng Ethernet điển hình, giao thức ARP trì ràng buộc địa IP địa phần cứng (MAC) giao diện Để mô hiệu ứng việc tất máy chủ kết nối với switch “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 định cho máy ảo chuyển mạch vật lý mà máy ảo kết nối mạng trung tâm liệu 6.2.3.Hạn chế vật lý Không giống Internet diện rộng, mạng trung tâm liệu hoạt động mơi trường khơng có dung lượng cao (các liên kết 40 Gbps 100 Gbps trở nên phổ biến nay) mà cịn có độ trễ cực thấp (micro giây) Do đó, kích thước đệm nhỏ giao thức kiểm soát tắc nghẽn TCP biến thể khơng mở rộng quy mơ Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối 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, q trình khơi phục tổn thất thời gian chờ dẫn đến hiệu Một số cách tiếp cận để giải vấn đề đề xuất triển khai, từ biến thể TCP dành riêng cho trung tâm liệu đến việc triển khai công nghệ Truy cập Bộ nhớ Trực tiếp Từ xa (RDMA) Ethernet tiêu chuẩn Lý thuyết lập lịch áp dụng để phát triển chế tách lập lịch dịng khỏi kiểm sốt tốc độ, cho phép giao thức kiểm soát tắc nghẽn đơn giản trì hiệu sử dụng cao liên kết 6.2.4.Hardware Modularity and Customization Một xu hướng lớn khác sử dụng trung tâm liệu mô-đun ( modular data centers -MDC) dựa container vận chuyển Trong MDC, nhà máy xây dựng, container vận chuyển tiêu chuẩn dài 12 mét, “trung tâm liệu nhỏ” vận chuyển container đến vị trí trung tâm liệu Mỗi container có đến vài nghìn host, xếp thành hàng chục rack, 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 Việc xây dựng trung tâm liệu vùng chứa tạo thách thức mạng Với MDC, có hai loại mạng: mạng nội container bên vùnchứa mạng lõi kết nối vùng chứa Trong container, với quy mơ lên đến vài nghìn máy chủ, xây dựng mạng kết nối hoàn chỉnh cách sử dụng thiết bị chuyển mạch Gigabit Ethernet hàng hóa rẻ tiền Tuy nhiên, việc thiết kế mạng lõi, kết nối hàng trăm đến hàng nghìn vùng chứa cung cấp băng thông từ máy chủ đến máy chủ lưu trữ cao vùng chứa cho khối lượng cơng việc điển hình, vấn đề khó khăn 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 Một 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 tịa nhà gần (cách vài km), liệu giao dịch đồng hóa trung tâm liệu vùng khả dụng đồng thời cung cấp khả chịu lỗi Nhiều đổi thiết kế trung tâm liệu tiếp tục đời Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối VII.Kết luận Chúng ta vừa 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 sơ đồ lớp mạng từ nút (máy chủ, chuyển mạch, định tuyến, điểm truy cập WiFi) sang nút liền kề Và tất giao thức lớp liên kết hoạt động cách đóng gói gói liệu lớp mạng khung lớp liên kết trước truyền khung qua liên kết tới nút liền kề Tuy nhiên, chức đóng khung phổ biến này, ta biết giao thức lớp liên kết khác cung cấp dịch vụ truy cập, phân phối truyền dẫn liên kết khác Những khác biệt phần có nhiều loại liên kết mà giao thức lớp liên kết phải hoạt động Một liên kết điểm-điểm đơn giản có người gửi người nhận giao tiếp qua “đường dây” Một liên kết đa truy cập chia sẻ nhiều người gửi người nhận; đó, giao thức lớp liên kết cho kênh đa truy cập có giao thức (giao thức đa truy cập nó) để điều phối truy cập liên kết Trong trường hợp MPLS, "liên kết" kết nối hai nút liền kề (ví dụ: hai định tuyến IP liền kề theo nghĩa IP - chúng định tuyến IP bước hướng tới số đích) thực mạng Theo nghĩa đó, ý tưởng mạng lưới coi liên kết khơng kỳ quặc Ví dụ, liên kết điện thoại kết nối modem / máy tính gia đình với modem / định tuyến từ xa, thực đường dẫn thông qua mạng điện thoại phức tạp phức tạp Trong số nguyên tắc giao tiếp lớp liên kết, ta kiểm tra kỹ thuật phát sửa lỗi, giao thức đa truy cập, 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 lớp liên kết mạng chuyển mạch Trong trường hợp phát / sửa lỗi, ta kiểm tra cách thêm bit bổ sung vào tiêu đề khung để phát số trường hợp, sửa lỗi lật bit xảy khung truyền qua liên kết Ta đề cập đến lược đồ tổng kiểm tra chẵn lẻ đơn giản, kiểm tra dự phòng theo chu kỳ mạnh mẽ Sau ta chuyển sang chủ đề giao thức đa truy cập Ta 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 (bỏ phiếu chuyển mã thông báo) Ta nghiên cứu mạng truy cập cáp nhận thấy sử dụng nhiều phương pháp đa truy cập Ta thấy hệ việc có nhiều nút chia sẻ kênh quảng bá nhu cầu cung cấp địa nút lớp liên kết Ta 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 cơng cách chi tiết Sau đó, ta kiểm tra 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 Ta tìm hiểu cách nhiều mạng LAN ảo tạo sở Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối hạ tầng mạng LAN vật lý trung tâm liệu khổng lồ ngày Sau bao phủ lớp liên kết, hành trình xuống ngăn xếp giao thức kết thúc! Chắc chắn, lớp vật lý nằm bên lớp liên kết, chi tiết lớp vật lý có lẽ tốt nên để lại cho khóa học khác (ví dụ: lý thuyết truyền thông, mạng máy tính) Do đó, việc hiểu chủ đề (được coi chủ đề nâng cao số văn mạng) đòi hỏi tảng vững tất lớp ngăn xếp giao thức tảng mà nghiên cứu ta lớp liên kết hoàn thành! Tài liệu tham khảo - Book “COMPUTER NETWORKING” Nhóm 15 ... WiFi, liên kết Ethernet điểm truy cập công tắc lớp liên kết; liên kết chuyển mạch lớp liên kết định tuyến, liên kết hai định tuyến; liên kết Ethernet định tuyến chuyển mạch lớp liên kết; cuối liên. .. Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối III Giao thức liên kết đa truy nhập Hai loại liên kết: • • Liên kết điểm-điểm : Một liên kết điểm-điểm bao gồm người gửi đầu liên kết người... mạng LAN với liên kết quảng bá Nhóm 15 Lớp liên kết liệu LANS Báo hiệu điều khiển kết nối Liên kết không đồng nhất: Bởi switch cách ly liên kết với liên kết khác, khác biệt liên kết mạng LAN