Bài giảng chương 4 giới thiệu về tầng liên kết dữ liệu trong mạng tính. Mục tiêu của chương này nhằm giúp người học nắm được các nguyên lý đằng sau các dịch vụ của tầng liên kết dữ liệu, đồng thời tìm hiểu một số công nghệ/kỹ thuật phổ biến ở tầng liên kết dữ liệu. Mời các bạn cùng tham khảo.
Chapter 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 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) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!) If you post any slides in substantially unaltered form 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 Featuring the Internet, 2nd edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2002 Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2002 J.F Kurose and K.W Ross, All Rights Reserved Chương 4: Tầng liên kết liệu Mục tiêu: Nắm nguyên lý đằng sau dịch vụ tầng liên kết liệu (LKDL) : định khung đồng hóa dò lỗi sửa lỗi cách thức chia sẻ kênh truyền quảng bá: đa truy cập đánh địa tầng LKDL truyền liệu tin cậy, kiểm sốt luồng Tìm hiểu số cơng nghệ/kỹ thuật phổ biến tầng LKDL Giới thiệu Một số thuật ngữ: hosts routers gọi “link” nút (nodes) (bridges switches vậy) Các kênh truyền thông kết nối nút gần kề dọc theo đường dẫn truyền thông gọi liên kết (links) liên kết hữu tuyến liên kết vô tuyến mạng cục đơn vị liệu giao thức tầng frame, đóng gói/bao bọc gam liệu Tầng liên kết liệu có trách nhiệm truyền gam liệu từ nút đến nút gần kề qua liên kết truyền thông Tầng LKDL: ngữ cảnh Gam liệu chuyên chở giao thức khác tầng LKDL qua liên kết truyền thông khác nhau: Vd: Ethernet liên kết đầu tiên, frame relay liên kết trung gian, 802.11 liên kết cuối (xem hình slide trước) Mỗi giao thức tầng LKDL cung cấp dịch vụ khác Vd: cung cấp dịch vụ chuyển liệu tin cậy không qua liên kết truyền thông Tương tự vận chuyển Một chuyến từ Princeton đến Lausanne limo: Princeton đến JFK plane: JFK đến Geneva train: Geneva đến Lausanne khách du lịch = datagram đoạn vận chuyển = liên kết truyền thông phương thức vận chuyển = giao thức tầng lkdl đại lý du lịch = giải thuật định tuyến Các dịch vụ tầng LKDL Định khung, truy cập đường truyền: đóng gói gam liệu vào khung, thêm thơng tin điều khiển kiểm sốt lỗi (header, trailer) truy cập kênh truyền phương tiện truyền chia sẻ địa vật lý dùng khung để định danh nguồn đích • khác với địa IP! Chuyển liệu tin cậy nút liền kề thực liên kết có tỷ lệ lỗi bit thấp (cáp quang, số loại cáp đôi dây xoắn) cung cấp đường truyền vơ tuyến tỷ lệ lỗi cao Các dịch vụ tầng LKDL (tiếp theo) Kiểm soát luồng: điều Phát chỉnh tốc độ nút gửi nhận (gần kề) lỗi: lỗi bị sinh suy giảm tín hiệu, nhiễu nơi nhận dị tìm xuất lỗi: • báo hiệu cho nơi gửi để truyền lại bỏ frame lỗi Sửa lỗi: nơi nhận xác định sửa bit lỗi mà viện đến việc truyền lại Bán song công song công với bán song công, nút hai đầu liên kết truyền liệu khơng thời điểm Kết nối Host – Mạch giao tiếp mạng NIC hay card mạng thiết bị tầng 2, NIC có mã gọi địa MAC Khi lựa chọn card mạng cần cân nhắc yếu tố: Kiến trúc mạng mà NIC hỗ trợ Hệ điều hành Loại phương tiện truyền Tốc độ truyền liệu Loại bus sẵn có Truyền thơng thích ứng mạng datagram sending node frame frame adapter adapter tầng lkdl thực thi thích ứng mạng đóng gói gam liệu vào khung thêm thông tin điều khiển kiểm soát lỗi bên nhận Ethernet card, PCMCIA card, 802.11 card bên gởi: rcving node link layer protocol tìm lỗi thơng tin điều khiển trích gam liệu chuyển lên cho nút nhận NICs thiết bị bán tự trị thực chức tầng vật lý LKDL Định khung đồng hóa Vấn đề: dồn dịng bit vào khung Phải xác định bit cuối khung Định khung đồng hóa có quan hệ chặt chẽ với Thường thực thi card mạng Bộ thích ứng mạng lấy/đặt khung từ/vào nhớ host/switch Các phương pháp định khung Dựa đồng hồ Một mẫu bit đặc biệt xuất địnk kỳ để báo hiệu bắt đầu khung Hướng ký tự/byte Đếm số ký tự/byte • Vấn đề: trường chứa số ký tự/byte khung bị sai lệch lỗi truyền bên nhận đồng Dùng ký tự bắt đầu kết thúc • STX (start of text) ETX (end of text) • Vấn đề: liệu có chứa ký tự bắt đầu hay kết thúc? • Nhồi ký tự – Nhồi thêm vào trước ký tự đặc biệt ký tự “thoát” DLE – Nếu liệu chứa ký tự “thốt” sao? 10 Các giao thức truy cập ngẫu nhiên nút có gói tin để gởi truyền với tốc độ tối đa kênh (R) khơng có phối hợp từ trước nút có hai hay nhiều nút truyền đồng thời -> “xung đột” Giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên định rõ: làm để dò xung đột làm để phục hồi có xung đột xảy Một số giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên tiêu biểu: ALOHA slotted ALOHA CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA 24 CSMA – Đa truy cập cảm nhận sóng mang CSMA: “nghe trước nói” Nếu kênh truyền rỗi: truyền toàn frame Nếu kênh truyền bận, trì hỗn việc truyền Tương tự người: không ngắt lời người khác! 25 Xung đột CSMA Bố trí mặt khơng gian nút xung đột xảy ra: hai nút khơng nghe việc truyền độ trễ truyền tin có xung đột: tồn thời gian truyền gói tin lãng phí bị hỏng lưu ý: Vai trò khoảng cách độ trễ truyền tin quan trọng việc xác định xác suất xung đột 26 Đa truy cập cảm nhận sóng mang có dị xung đột (CSMA/CD) CSMA/CD: “nghe nói” xung đột phát khoảng thời gian ngắn truyền thông gây xung đột bị hủy bỏ sớm, giảm lãng phí kênh truyền phát xung đột: dễ thực wired LANs: đo lường cường độ tín hiệu, so sánh tín hiệu truyền tín hiệu nhận khó thực wireless LANs tương tự người: người có tài nói chuyện (lịch sự) 27 Minh họa phát xung đột CSMA/CD 28 Các giao thức MAC “luân phiên” Các giao thức MAC phân chia kênh truyền: chia sẻ kênh truyền hiệu công tải cao không hiệu tải thấp: bị trễ truy cập kênh truyền, có 1/N dải thơng cấp có nút hoạt động! Các giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên hiệu tải thấp: nút tận dụng toàn kênh truyền tải cao: gánh nặng xung đột Các giao thức “luân phiên” tìm kiếm chế tốt từ hai loại giao thức 29 Các giao thức MAC “luân phiên” (tiếp theo) Kiểm sốt vịng: nút chủ “mời” nút tớ truyền liệu theo lượt vấn đề cần quan tâm: gánh nặng kiểm sốt vịng độ trễ chờ đợi đến lượt hư hỏng nút chủ làm gãy vòng Chuyển thẻ bài: thẻ điều khiển chuyển từ nút sang nút khác trạm có thẻ quyền truyền thông điệp vấn đề cần quan tâm: gánh nặng quản lý thẻ độ trễ chờ đợi thẻ thẻ bị làm gãy q trình truyền 30 Tóm tắt giao thức điều khiển truy cập phương tiện truyền chia sẻ Các phương pháp để điều khiển việc truy cập phương tiện truyền chia sẻ Phân chia kênh theo thời gian, tần số, mã • Time Division, Frequency Division, Code Division Truy cập ngẫu nhiên, • ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD • Cảm nhận sóng mang: dễ thực số công nghệ (wire) khó cơng nghệ khác (wireless) • CSMA/CD sử dụng Ethernet Ln phiên • Kiểm sốt vòng trạm trung tâm, chuyển thẻ 31 Điều khiển liên kết liệu điểm – điểm Một người gửi, người nhận, kết nối -> dễ điều khiển truy cập liên kết quảng bá: khơng kiểm sốt truy cập phương tiện truyền không cần diện địa MAC vd: kết nối quay số, đường truyền ISDN Các giao thức kiểm soát LKDL điểm-điểm phổ biến: Giao thức PPP (point-to-point protocol) HDLC: Điều khiển LKDL tầng cao (LKDL xem “tầng cao” chồng giao thức! 32 Các yêu cầu thiết kế PPP [RFC 1557] định khung gói tin: đóng gói gam liệu tầng mạng khung tầng LKDL mang đồng thời liệu từ tầng mạng giao thức tầng mạng (khơng IP) có khả tách ngược trở lại phía bên nhận tính suốt bit: mang mẫu bit trường liệu phát lỗi (không sửa lỗi) “sống” kết nối: phát hiện, báo hiệu kết nối hỏng cho tầng mạng đàm phán địa tầng mạng: điểm cuối học/cấu hình địa mạng 33 Những điều không yêu cầu PPP Không phục hồi/sửa lỗi Khơng kiểm sốt luồng liệu Phân phát liệu sai thứ tự okie Không cần hỗ trợ kết nối multipoint Phục hồi lỗi, kiểm soát luồng, tái đặt liệu “đá” lên tầng cao hơn! 34 Cấu trúc khung PPP Flag: cờ để phân cách khung Address: khơng làm (chỉ tùy chọn) Control: khơng làm gì; trường điều khiển tương lai Protocol: giao thức tầng (mạng) mà khung phân phát (vd: PPP-LCP, IP, IPCP, …) info: liệu mang tầng check: kiểm dư vòng để phát lỗi 35 Nhồi Byte Yêu cầu “sự suốt liệu” : trường liệu chứa mẫu bit cờ Câu hỏi: nhận liệu hay cờ? Bên gửi: “nhồi” thêm byte vào sau byte liệu Bên nhận: nhận bytes 01111110 liên tục bỏ byte tiếp tục thu nhận liệu nhận byte 01111110 đơn cờ 36 Minh họa nhồi byte PPP Mẫu byte cờ liệu để gửi Mẫu byte cờ nhồi thêm vào liệu truyền 37 Sự hoạt động giao thức PPP Trước trao đổi liệu tầng mạng, thực thể LKDL ngang hàng phải thực cầu hình cho kết nối PPP (độ dài khung tối đa, xác thực) học/cấu hình thơng tin tầng mạng IP: mang thơng điệp IP Control Protocol (IPCP) (có giá trị trường protocol 8021) để cấu hình/học địa IP 38 ... Kết nối Host – Mạch giao tiếp mạng NIC hay card mạng thiết bị tầng 2, NIC có mã gọi địa MAC Khi lựa chọn card mạng cần cân nhắc yếu tố: Kiến trúc mạng mà NIC hỗ trợ Hệ điều hành... R= phần dư [ D.2r ] G Gởi đi: 101110011 Ethernet mạng token ring sử dụng CRC-32 x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x5 + x4 + x2 + x + 18 Tóm tắt phát lỗi Để phát lỗi xảy... vd: kết nối quay số, đường truyền ISDN Các giao thức kiểm soát LKDL điểm-điểm phổ biến: Giao thức PPP (point-to-point protocol) HDLC: Điều khiển LKDL tầng cao (LKDL xem “tầng cao” chồng