Bài giảng Mạng máy tính: Chương 6 - Nguyễn Thị Phương Dung

Bài giảng Mạng máy tính: Chương 6 được biên soạn bởi giảng viên Nguyễn Thị Phương Dung nhằm giúp các em sinh viên hiểu được vai trò và chức năng hoạt động tại lớp Datalink trong mô hình OSI; Nắm được nhiệm vụ và chức năng mỗi lớp trong mô hình LAN; Hiểu được các khái niệm cơ bản về topology, giao thức điều khiển truy cập môi trường truyền (MAC);... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết bài giảng tại đây.

Chương – Lớp Datalink mạng LAN Mục tiêu  Hiểu vai trò chức hoạt động lớp Datalink mơ hình OSI  Nắm Nhiệm vụ chức lớp mơ hình LAN  Hiểu khái niệm topology, giao thức điều khiển truy cập môi trường truyền (MAC)  Nắm rõ hoạt động điểu khiển CSMA/CD  Nhiệm vụ chức thiết bị sử dụng mạng LAN Lớp Data-link mạng LAN Nội dung Mơ hình phân lớp OSI Datalink Các công nghệ kết nối sử dụng lớp Datalink Cơ chế truy nhập CSMA/CD Thiết bị sử dụng mạng LAN Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Mơ hình dịch vụ lớp Data Link Application Presentation Session Điều khiển truy cập môi trường truyền (Media access control- MAC) Transport Network Nhận diện giao diện môi trường truyền Physical address/ MAC-address Data link Truyền xử lý khung liệu Đa hợp khung Physical OSI Model liệu liên kết truyền Mơ hình OSI mơ hình LAN Application Presentation LAN Model Session Transport Upper layers ~ ~ LLC SAPs Network LLC Data link MAC Physical Physical Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Chuẩn IEEE 802 Lớp Physical mơ hình LAN  Đường truyền với kết nối kim loại khơng khí – Kết nối kim loại: loại cab: • Twisted pair (shielded and unshielded) • Co-axial cable: think and thick • Fiber optical cable – Khơng khí (Wireless): tần số sử dụng để truyền thong • 802.11a/ 802.11b/ 802.11g…  Các nối kết (Connector) thông thường: – RJ-45 – AUI-15 / AUI-9 – RS-232C – 25pin  Biễu diễn chuẩn: e.g 10BaseT; 10Base 2; 10Base5; 100BaseF Fast Ethernet The original fast Ethernet cabling Gigabit Ethernet Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Tiêu chí đánh giá mơi trường truyền  Độ tin cậy – Khả chống nhiểu       Cự ly thông tin tối đa Dung lượng truyền Băng thông Khả bảo mật Khả triển khai bảo dưỡng Chi phí 8.2 MAC layer công nghệ kết nối IEEE 802 Standards 802.2 LOGICAL LINK CONTROL 802.3 802.4 802.5 802.11 802.12 MEDIUM ACCESS MEDIUM ACCESS MEDIUM ACCESS MEDIUM ACCESS MEDIUM ACCESS (WLAN) (Gigabit LAN) PHYSICAL PHYSICAL (Ethernet) (token bus) (token ring) PHYSICAL PHYSICAL PHYSICAL DATA LINK LAYER PHYSICAL LAYER IEEE: The Institute of Electrical and Electronic Engineers Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Kiến trúc IEEE 802.11  IEEE 802.11 giao thức sử dụng tạo lớp MAC định cho mạng cục không dây (wireless LANs)  Có loại WLAN: – Mang có hạ tầng (Infrastructure network) – Mạng khơng cần có hạ tầng Ad-hoc Kết nối không dây Chuẩn 802.11 MAC PHYSICAL LAYER 802.11 MAC 802.11 FHSS 802.11 DSSS 802.11a OFDM 802.11b DSSS 10 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Mạng 802.11 Ad-Hoc  Mạng Peer-to-peer  Thiết lập tạm thời để kết nối số hệ thống truyền thông cần thiết  Vd: nhóm người làm việc sử dụng laptop Palm, môi trường giao dịch kinh doanh, phịng họp Mang có hạ tầng (Infrastructure network) 802.11 LAN STA1 802.x LAN BSS1 Portal Access Point Distribution System Access Point ESS  Basic Service Set (BSS)  Extended Service Set (ESS) BSS2 STA2 802.11 LAN STA3 12 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Wireless LAN Topology Mạng WiFi-BSS Mạng 802.11 Ad-Hoc 13 Điều khiển đa truy cập vào môi trường truyền ( Media Multi-Access Control) Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Mạng Ethernet  Ethernet kỹ thuật mạng LAN sử dụng rộng rãi  Ethernet thiết kế để truyền liệu tốc độ cao khoảng cách giới hạn  Ethernet ứng dung tốt môi trường truyền thông cục với lưu lượng không thường xuyên/ tải nhẹ Lịch sử Ethernet     1960s, đại học Hawaii 1970s, Xerox phát triển hệ thống 1980, IEEE phát hành chuẩn 802.3 1980s, Digital, Intel and Xerox tham gia phát triển đưa phiên 2.0 kỹ thuật Ethernet, tương thích với 802.3 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Lớp Data Link mơ hình mạng Ethernet  Sử dụng framing để cấu trúc bit liệu với thông tin điều khiển lien quan  Sử dụng “Logical Link Control” (LLC) để truyền thông với lớp cao  Sử dụng địa vật lý “Media Access Control” (MAC) để định máy tham gia truyền thông 17 Chia môi trường truyền Sử dụng logical topology kiểu BUS  Multi-access  Base-band => collision problem  MAC- address- 48bits flat address – vd: 3a.23.4e.ef.10.33 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Sự tranh chấp đường truyền Contention đụng độ Collisions  Nhiều node truyền thông thời điểm  Collisions xảy môi trường truyền Baseband Collisions  Một xung đột hay đụng độ (collision) xảy bit truyền thời điểm môi trường truyền Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 10 Định dạng Ethernet Frame cấu trúc Ethernet Frame  Preamble: Được sử dụng để đồng máy nhận gởi – bytes 10101010 byte 1010101011  CRC: bytes – Được kiểm tra sau nhận, phát lỗi, “Frame” bị loại bỏ Destination Preamble Address Source Address T y p e Data (SDU) CRC  Type: bytes – Cho biết giao thức lớp cao, thông thường IP (trong số trường hợp hổ trợ Novell IPX AppleTalk) hay ARP Cấu trúc Ethernet Frame  MAC-Addresses: bytes • byte đầu nhận diện nhà sản xuất • byte sau định số series Cisco : 00-00-0C- 3Com : 00-60-09- : 00-60-8C: 00-60-08- Xircom : 00-80-C7- IBM : 08-00-5A- Sun : 08-00-20- Nokia : 00-40-43- Địa đặc biệt: •Broadcast – FF.FF.FF.FF.FF.FF •Dãy địa multicast •NIC trì danh sách nhóm multicast phổ biến Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 12 A State Diagram for CSMA/CD To send To receive B Case No No Free Collision? Case Suspension in T1 T0 Yes Sending completed Discard Frame Wait for t= T0 25 Thách thức CSMA/CD  CSMA/CD xử lý collision chưa triệt để  Cần lưu ý giảm khả tranh chấp đường truyền (contention) – Giảm số node nối vào BUS -> phân đọan mạng => Collision domain Collision domain size 26 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 13 Điều khiển truy cập kiểu ToKen Ring802.5  Truy cập tới môi trường truyền điều khiển thẻ (token) 27 Điều khiển truy cập với ToKen- Ring Ethernet Data format Preamble Destination Source Address Address T y p e Data (SDU) Token Frame Format Token Ring Data Frame Format CRC SD AC ED Start Frame Delimiter End Frame Delimiter Access Control-> Token bit 1 SD AC or FC Destination Address or Source Address Data (SDU) Access Control-> Token bit=1 Frame control-> Frame type Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 1 FCS ED CRC FS Status of Frame -> Copied bit Address Recognized bit 28 14 Thiết bị LAN Các biểu tượng kiểu truy cập LAN Ethernet Line Token Ring Serial Line FDDI Ring Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 15 31 CÁC THIẾT BỊ TĨNH PATCH PANEL PATCH CORD OUTLET CABLE 32 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 16 Patch cord Patch Panel 33 Thiết bị LAN : Transceiver UTP AUI BNC  Kết nối nhiều kiểu đầu kết nối (connector) khác  Thiết bị lớp Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 17 10Base-T: Transceiver Thiết bị LAN : Repeater  Mở rộng khoảng cách truyền thông lớn loại môi trường truyền  Phục hồi phát lại tín hiệu điện với mức điện áp chuẩn  10/100 Base-T: Repeater Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 18 Thiết bị LAN : Hub  Thiết bị nối kết trung tâm nhiều cổng nối kết -> tập hợp dây cáp nối (Concentrator)  Có thể tích hợp tính Repeater Nhận tín hiệu từ cổng sau “broadcast” tới cổng khác  Chỉ phép nhận tín hiệu từ cổng sau “broadcast” tới cổng khác – Chia băng thông 10Base-T: Hub Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 19 Thiết bị LAN : NIC NIC Lớp MAC Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Lớp Physical 40 20 Các thành phần chức NIC From LLC SDU Tx SDU MAC-.PCI Buffering/ RAM ROM with MAC Address Medium To LLC ROM with MAC Algorithm for De-capsulation MAC-PCI Collision Control ROM with MAC Algorithm for Encapsulation MAC-PCI Buffering/ RAM SDU SDU Rx MAC-.PCI Lớp MAC Lớp Physical 41 NIC: Nhiệm vụ chức họat động  Nhiệm vụ: – – – Điều khiển giao tiếp lớp vật lý lớp MAC với môi trường truyền Logical link control (LLC): truyền thông với lớp máy tính, có sử dụng chế đa hợp với thành phần LLC-SAPs Nhận dạng hệ thống truyền thông (Naming): cung cấp nhận dạng địa MAC  Chức năng: – – Truyền nhận chuổi bit điều khiển đụng độ Thực chức đóng gói tách gói lớp MAC • Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Tuân theo chế điều khiển truy cập CSMA/CD; Token-Ring; FDDI 21 Bridge  Nhiệm vụ: – Phân đọan mạng (LAN network segments)  Chức năng: Điều khiển lưu lượng khung liệu sở địa MAC Port Bridge – Cơ sở liệu MAC-address-to-switch PORT mapping • Content-addressable memory (CAM) – Khả tự động cập nhật thông tin CAM – Thách thức với trường hợp Broadcast Storm Phân đoạn mạng với Bridges Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 22 CAM table Port receives signals No Recognized Frame Format Frame? Internal Collision Control Port-ID MAC Addr P1 A11 P1 A12 P1 A13 Yes Gets Src-Addr-> Addr-s Gets Dst-Addr-> Add-d Query in CAM for Port-s; Port-d Port-s= Port-d P2 M11 P2 M12 P2 M13 Forward to Port-d =? No Yes Discard Frame End A11 A12 M11 A13 P1 P2 M1 M1 45 Thiết bị LAN : Switch A11 A12 A13 Switch 100Mbps Hub10Mbps M1 M11 M1 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội  Thiết bị multi-Bridge  Xử lý chuyển mạch sở phần cứng  Họat động chế độ đồng (Synchronous) hay bất đồng (Asynchronous) -> tốc độ truyền Switch thiết bị nối vào  Thách thức sử dụng Switch: – Vẫn cịn tình Broadcast Storm – Bảo mật miền Broadcast 23 LAN Switch: bảng CAM Phân đoạn mạng với Switch Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 24 Mơ hình mạng với loại thiết bị LAN 49 VLAN Switch  Phân thành mạng LAN luận lý- Virtual LAN: – Chỉ cho phép họat động host thuộc VLAN  Mục đích: – Bảo mật – Dễ tổ chức host không đọan mạng vùng làm việc (work area)  Nguyên tắc điều khiển VLAN: – Theo Port switch (Static) -> Các sở liệu cần thiết? – Theo địa MAC (Dynamic)-> Các sở liệu cần thiết? 50 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 25 Ứng dụng VLAN Switch 51 Static VLAN 52 Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội 26 ... MAC-Addresses: bytes • byte đầu nhận diện nhà sản xuất • byte sau định số series Cisco : 0 0-0 0-0 C- 3Com : 00 -6 0 -0 9- : 00 -6 0 -8 C: 00 -6 0 -0 8- Xircom : 0 0-8 0-C 7- IBM : 0 8-0 0-5 A- Sun : 0 8-0 0-2 0- Nokia... Control Port-ID MAC Addr P1 A11 P1 A12 P1 A13 Yes Gets Src-Addr-> Addr-s Gets Dst-Addr-> Add-d Query in CAM for Port-s; Port-d Port-s= Port-d P2 M11 P2 M12 P2 M13 Forward to Port-d =? No Yes... Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn Lưu hành nội Wireless LAN Topology Mạng WiFi-BSS Mạng 802.11 Ad-Hoc 13 Điều khiển đa truy cập vào môi trường truyền ( Media Multi-Access Control) Gvbs.NTPDung-ptithcm.edu.vn