Chapter 5 Tầng Liên kết dữ liệu (Data Link layer)

Chapter Tầng Liên kết liệu (Data Link layer) A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers) They’re in PowerPoint form so you see the animations; and can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs They obviously represent a lot of work on our part In return for use, we only ask the following:  If you use these slides (e.g., in a class) that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)  If you post any slides on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material Computer Networking: A Top Down Approach 6th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2012 J.F Kurose and K.W Ross, All Rights Reserved Tầng Link 5-1 Chương 5: Tầng Liên kết liệu Mục tiêu:  Hiểu nguyên lý dịch vụ tầng Liên kết liệu:      Phát lỗi sửa lỗi Chia sẻ kênh broadcast: đa truy cập Định địa tầng Liên kết liệu Local Area Networks: Ethernet, VLANs Khởi tạo thực số công nghệ tầng Liên kết liệu Tầng Link 5-2 Tầng Liên kết liệu mạng LAN 5.1 Giới thiệu 5.5 link virtualization: dịch vụ MPLS 5.2 phát lỗi sửa 5.6 mạng trung tâm lỗi liệu 5.3 giao thức đa 5.7 Hoạt động thường truy cập ngày - truy cập web 5.4 mạng LAN     Định địa chỉ, ARP Ethernet switches VLANS Tầng Link 5-3 Tầng Liên kết liệu: Giới thiệu Thuật ngữ: host router: node  Các kênh truyền thông kết nối node lân cận (adjacent nodes) dọc theo đường truyền thơng: links  Kết nối có dây (wired links)  Kết nối không dây (wireless links)  LANs  Gói liệu lớp 2: frame, đóng gói datagram Tầng data-link có nhiệm vụ truyền datagram từ node đến node lân cận vật lý (physically adjacent node ) đường kết nối  global ISP Tầng Link 5-4 Tầng Liên kết liệu: Ngữ cảnh   datagram truyền giao thức khác thuộc tầng Liên kết liệu đoạn kết nối khác nhau:  Ví dụ: Ethernet đoạn kết nối thứ 1, frame relay đoạn kết nối trung gian, 802.11 đường kết nối cuối Mỗi giao thức tầng Liên kết liệu cung cấp dịch vụ khác  Ví dụ: cung cấp rdt đường kết nối So sánh:      Hành trình từ Princeton đến Lausanne  limo: Princeton đến JFK  Máy bay: JFK đến Geneva  Xe lửa: Geneva đến Lausanne Khách du lịch = datagram đoạn đường = liên kết truyền thông (communication link) Kiểu vận chuyển = giao thức tầng Liên kết liệu Đại lý du lịch = thuật toán định tuyến Tầng Link 5-5 Các dịch vụ tầng Liên kết liệu  Truy cập đường truyền, đóng gói tin (framing):  Đóng gói datagram vào frame, thêm header trailer  Điều khiển truy cập kênh truyền môi trường truyền chia sẻ  Các địa “MAC” sử dụng header để xác định nguồn đích • Khác với địa IP!  Truyền tin cậy node lân cận (adjacent nodes)  Chúng ta tìm hiểu làm để thực điều chương 3!  Ít sử dụng đường kết nối có tỷ lệ lỗi thấp (cáp quang, số loại cáp xoắn)  Kết nối không dây: tỷ lệ lỗi cao • Hỏi: lý cần độ tin cậy cấp độ liên kết chặng liên kết đầu cuối (end-end)?? Tầng Link 5-6 Các dịch vụ tầng Liên kết liệu (tt)  Điều khiển luồng (flow control):  Điều khiển tốc độ truyền node gửi nhận liền kề  Phát lỗi (error detection):  Lỗi gây suy giảm tín hiệu, nhiễu  Bên nhận phát xuất lỗi: • Thơng báo bên gửi truyền lại bỏ frame  Sửa lỗi (error correction):  Bên nhận xác định sửa bit lỗi mà không cần phải truyền lại  half-duplex full-duplex  Các node đầu cuối kết nối truyền nhận, với half duplex thao tác khơng thực đồng thời Tầng Link 5-7 Tầng Liên kết liệu triển khai đâu?     Trong host Tầng Liên kết liệu triển khai “adaptor” (còn gọi network interface card NIC)  Ethernet card, 802.11 card; Ethernet chipset  Triển khai tầng Vật lý tầng Liên kết liệu Nối vào bus hệ thống host Sự kết hợp phần cứng, phần mềm firmware application transport network link cpu memory controller link physical host bus (e.g., PCI) physical transmission network adapter card Tầng Link 5-8 Các Adaptor liên lạc datagram datagram controller controller Host nhận Host gửi datagram frame  Bên gửi:  Đóng gói datagram vào frame  Thêm bit kiểm tra lỗi, rdt điều khiển luồng  Bên nhận  Tìm lỗi, rdt điều khiển luồng…  Tách datagram ra, chuyển lên tầng nơi nhận Tầng Link 5-9 Tầng Liên kết liệu mạng LAN 5.1 Giới thiệu 5.5 link virtualization: dịch vụ MPLS 5.2 phát lỗi sửa 5.6 mạng trung tâm lỗi liệu 5.3 giao thức đa 5.7 Hoạt động thường truy cập ngày - truy cập web 5.4 mạng LAN     Định địa chỉ, ARP Ethernet switches VLANS Tầng Link 5-10 Tầng Liên kết liệu mạng LAN 5.1 Giới thiệu dịch vụ 5.2 Phát lỗi sửa lỗi 5.3 Các giao thức đa truy cập 5.4 Mạng LAN     5.5 Link virtualization: MPLS 5.6 Mạng trung tâm liệu 5.7 Hoạt động thường ngày - truy cập web Định địa chỉ, ARP Ethernet Switches VLANS Tầng Link 5-82 Mạng trung tâm liệu  Hàng chục đến hàng trăm ngàn host:  e-business (e.g Amazon)  content-servers (như YouTube, Akamai, Apple, Microsoft)  search engines, data mining (như Google)  Thách thức:  Nhiều ứng dụng, phục vụ số lượng lớn client  Quản lý/cân tải, tránh tắc nghẽn việc xử lý liệu, mạng Inside a 40-ft Microsoft container, Chicago data center Tầng Link 5-83 Mạng trung tâm liệu Cân tải: định tuyến tầng application Nhận yêu cầu từ client bên ngồi Điều phối khối lượng cơng việc trung tâm liệu Trả kết cho client bên (che cấu trúc trung tâm liệu với client) Internet Border router Load balancer Access router Tier-1 switches B A Load balancer Tier-2 switches C TOR switches Server racks Tầng Link 5-84 Mạng trung tâm liệu  Rất nhiều kết nối switch rack:  Thông lượng tăng lên rack (nhiều đường định tuyến dùng được)  Độ tin cậy khả dự phòng tăng lên Tier-1 switches Tier-2 switches TOR switches Server racks Tầng Liên kết liệu mạng LAN 5.1 Giới thiệu dịch vụ 5.2 Phát lỗi sửa lỗi 5.3 Các giao thức đa truy cập 5.4 Mạng LAN     5.5 Link virtualization: MPLS 5.6 Mạng trung tâm liệu 5.7 Hoạt động thường ngày - truy cập web Định địa chỉ, ARP Ethernet Switches VLANS Tầng Link 5-86 Tổng hợp: truy vấn web thường ngày  Tìm hiểu đầy đủ chồng giao thức từ xuống dưới!  application, transport, network, link  Tổng hợp tồn q trình  Mục tiêu: xác định, xem xét, hiểu giao thức (tại tất tầng) tham gia vào tình đơn giản: truy vấn trang www  Ngữ cảnh: sinh viên kết nối máy tính xách tay vào mạng tòa nhà trường học, gửi yêu cầu/nhận phản hồi tới/từ www.google.com Tầng Link 5-87 Ngữ cảnh DNS server browser Comcast network 68.80.0.0/13 Mạng trường học 68.80.2.0/24 web page web server 64.233.169.105 Mạng Google 64.233.160.0/19 Tầng Link 5-88 Thường nhật … kết nối tới Internet  DHCP UDP IP Eth Phy DHCP DHCP DHCP DHCP DHCP DHCP DHCP DHCP DHCP  DHCP UDP IP Eth Phy router (chạy DHCP) Máy tính kết nối cần có địa IP riêng nó, địa cổng mặc định, địa DNS server: dùng DHCP Yêu cầu DHCP đóng gói UDP, đóng gói IP, đóng gói 802.3 Ethernet  Ethernet frame broadcast (dest: FFFFFFFFFFFF) LAN, router có chạy dịch vụ DHCP nhận  Ethernet mở gói, chuyển tiếp gói IP lên, IP mở gói, chuyển tiếp gói UDP lên, UDP mở gói, chuyển tiếp gói yêu cầu DHCP lên DHCP Tầng Link 5-89 Thường nhật … kết nối tới Internet DHCP UDP IP Eth Phy DHCP DHCP DHCP DHCP   DHCP DHCP DHCP DHCP DHCP DHCP UDP IP Eth Phy router (chạy DHCP)  DHCP server tạo DHCP ACK chứa địa IP client, địa IP cổng mặc định cho client đó, địa IP DNS server Frame đóng gói DHCP server, chuyển tiếp (switch tự học) thông qua mạng LAN, tách client DHCP client nhận gói trả lời DHCP ACK Bây giờ, Client có địa chỉ, biết địa DNS server, địa IP router cổng mặc định Tầng Link 5-90 Thường nhật … ARP (trước DNS, trước HTTP) DNS DNS DNS ARP query  DNS UDP IP ARP Eth Phy  ARP ARP reply Eth Phy router (chạy DHCP)   Trước gửi HTTP request, cần địa IP www.google.com: DNS DNS query tạo, đóng gói UDP, đóng gói IP, đóng gói Eth Gửi frame tới router, cần địa MAC interface router interface: ARP ARP query broadcast, nhận router, router trả lời lại với ARP reply cung cấp địa MAC interface router Hiện tại, client biết địa MAC router cổng mặc định, gửi frame chứa DNS query Tầng Link 5-91 Thường nhật … dùng DNS DNS DNS DNS DNS DNS DNS DNS UDP IP Eth Phy DNS DNS DNS UDP IP Eth Phy DNS server DNS Comcast network 68.80.0.0/13  router (chạy DHCP)  IP datagram chứa DNS query chuyển tiếp thông qua switch mạng LAN từ client tới router cổng mặc định   IP datagram chuyển tiếp từ mạng campus tới mạng Comcast, định tuyến (các bảng tạo giao thức định tuyến RIP, OSPF, IS-IS và/hoặc BGP) tới DNS server Được tách/ghép tới DNS server DNS server trả lời cho client với địa IP address www.google.com Tầng Link 5-92 Thường nhật … kết nối TCP mang HTTP HTTP HTTP TCP IP Eth Phy SYNACK SYN SYNACK SYN SYNACK SYN  router (chạy DHCP) SYNACK SYN SYNACK SYN SYNACK SYN TCP IP Eth Phy web server 64.233.169.105    Gửi HTTP request, client mở TCP socket tới web server TCP SYN segment (bước 3-bước bắt tay) định tuyến liên miền tới web server web server đáp ứng với TCP SYNACK (bước 3bước bắt tay) Kết nối TCP thiết lập! Tầng Link 5-93 Thường nhật … HTTP yêu cầu/trả lời (request/reply) HTTP TCP IP Eth Phy HTTP HTTP HTTP HTTP HTTP HTTP HTTP HTTP  Trang web cuối thể ra(!!!)   HTTP HTTP HTTP HTTP HTTP TCP IP Eth Phy web server 64.233.169.105 router (chạy DHCP)   HTTP request gửi vào TCP socket IP datagram chứa HTTP request định tuyến tới www.google.com địa có hỏi DNS Web server trả lời với HTTP reply (chứa trang web) IP datagram chứa HTTP reply định tuyến trở client Tầng Link 5-94 Chương 5: Tổng kết   Các nguyên lý dịch vụ tầng Liên kết liệu:  Phát sửa chữa lỗi  Chia sẻ kênh broadcast: đa truy cập  Định địa tầng Liên kết liệu Triển khai công nghệ khác tầng Liên kết liệu  Ethernet  Mạng LAN VLAN chuyển mạch  Mạng ảo hóa tầng thuộc tầng Liên kết liệu: MPLS  Tổng hợp: truy vấn web thường nhật Tầng Link 5-95 Chương 5: kết thúc    Tìm hiểu đầy đủ chồng giao thức từ xuống (ngoại trừ PHY) Hiểu nguyên lý hoạt động mạng thực … Có thể dừng … Nhưng có số chủ đề thú vị!     wireless multimedia security network management Tầng Link 5-96 ... công nghệ tầng Liên kết liệu Tầng Link 5- 2 Tầng Liên kết liệu mạng LAN 5. 1 Giới thiệu 5. 5 link virtualization: dịch vụ MPLS 5. 2 phát lỗi sửa 5. 6 mạng trung tâm lỗi liệu 5. 3 giao thức đa 5. 7 Hoạt... chuyển lên tầng nơi nhận Tầng Link 5- 9 Tầng Liên kết liệu mạng LAN 5. 1 Giới thiệu 5. 5 link virtualization: dịch vụ MPLS 5. 2 phát lỗi sửa 5. 6 mạng trung tâm lỗi liệu 5. 3 giao thức đa 5. 7 Hoạt động... ring Tầng Link 5- 39 Tầng Liên kết liệu mạng LAN 5. 1 Giới thiệu dịch vụ 5. 2 Phát lỗi sửa lỗi 5. 3 Các giao thức đa truy cập 5. 4 Mạng LAN     5. 5 Link virtualization: MPLS 5. 6 Mạng trung tâm liệu