Bài giảng "Mạng máy tính - Chương 3: Kết nối mạng ở lớp MAC" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Tại sao phải kết nối mạng ở lớp MAC, các phương pháp kết nối mạng ở lớp MAC. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
CHƯƠNG KẾT NỐI MẠNG Ở LỚP MAC PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Bộ môn Kỹ thuật thông tin Viện Điện tử - Viễn thông ĐHBK Hà Nội Email: thanhnh@mail.hut.edu.vn Nội dung Tại phải kết nối mạng lớp MAC? Các phương pháp kết nối mạng lớp MAC Đặt vấn đề Đặt vấn đề Vấn đề xảy xây dựng mạng LAN với số nút lớn bảo phủ vùng địa lý rộng? Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Đặt vấn đề (tiếp…) Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge Vấn đề 1: Do chiều dài kênh truyền lớn chất lượng tín hiệu khơng đảm bảo suy hao Vấn đề 2: Chiều dài kênh truyền lớn, hiệu suất kênh truyền giảm xác suất va đập tăng (802.3) Vấn đề 2: miền quảng bá, số nút lớn dẫn đến băng thông chia sẻ cho nút giảm IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Kết nối mạng lớp MAC Mục đích Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge Kết nối nhiều mạng LAN, mở rộng vùng hoạt động mạng LAN Tăng hiệu suất hoạt động, tăng băng thông chia sẻ cho nút cách chia nhỏ mạng lớn thành nhiều vùng quảng bá (broadcast domain) nhỏ IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Kết nối mạng lớp MAC …… Đặt vấn đề LAN Các phương pháp kết nối Hub ? Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Phân loại Các thiết bị kết nối mạng LAN Lớp Vật lý: Hub Lớp MAC: Bridge, Switch Lớp Mạng: Router (sẽ học chương sau) Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d App Host-to-Host Internetwork 2 LLC 1c 1c 1c MAC 1b 1b 1b 1b Phy 1a 1a 1a 1a 1a Host Hub Bridge/Switch Router Host CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Khái niệm hub Đặt vấn đề Hub khuyếch đại tín hiệu (~ repeater), cho phép mở rộng chiều dài kênh truyền Khơng có chế kiểm tra trạng thái kênh Ưu điểm: tăng chiều dài kênh (giải vấn đề 1) Nhược điểm: không giải vấn đề (hiệu suất kênh truyền) (băng thông) Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Khái niệm hub (tiếp…) A B: Broadcast domain Đặt vấn đề Hub Các phương pháp kết nối Hub B Bridge B MAC addr A MAC addr IEEE 802.1d A dest address source address CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Khái niệm Bridge Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d Cho phép kết nối nhiều mạng LAN có cơng nghệ khác (TD: Ethernet, Token Ring v.v.) Cho phép phân mảnh mạng LAN lớn thành nhiều segment hay nhiều vùng quảng bá nhỏ Tăng phạm vi hoạt động mặt địa lý Tăng hiệu suất sử dụng kênh truyền Tăng thông lượng trạm CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 10 Kết nối nhiều công nghệ LAN 10BASE2 802.3 Đặt vấn đề 802.5 Bridge Các phương pháp kết nối … Hub 10BASE-TX Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN 11 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Phân mảnh mạng LAN A B segment Đặt vấn đề Bridge Các phương pháp kết nối x segment Hub B Bridge B MAC addr A MAC addr IEEE 802.1d A dest address source address CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 12 Khái niệm Bridge Nhận xét: Địa MAC có dạng phẳng (flat address), khơng có cấu trúc khơng định tuyến địa MAC gửi khung MAC liên mạng LAN Đặt vấn đề segment segment Các phương pháp kết nối B (52:69:1A:C2:39:EF) Hub Bridge Bridge segment AB IEEE 802.1d A (12:A3:66:EB:23:5C) CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 13 Bridge theo chuẩn IEEE802.1d Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d Bridge sử dụng chuẩn hóa IEEE802.1d Nguyên tắc: “Store-and-Forward”, kiểm tra trạng thái kênh trước gửi gói sang segment khác (no-frill bridge) Tự “học” (learning bridge) Cho phép tạo bắc cầu tối thiểu (MPT – minimum spanning tree) CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 14 “No-frill bridge” Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge Là chức đơn giản theo chuẩn IEEE 802.1d Khi nhận khung liệu giao diện, bridge kiểm tra trạng thái kênh nằm giao diện lại, kênh truyền rỗi gửi liệu IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN 15 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh “No-frill bridge” (tiếp…) Đặt vấn đề Dữ liệu nhận cổng chuyển đến cổng lại Các phương pháp kết nối Port t0 Hub stored Buffer t0 Bridge IEEE 802.1d Kiểm tra trạng thái kênh Port t0 back-off CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 16 Lọc gói (frame filter) Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Để tăng hiệu suất kênh truyền, learning bridge sử dụng chế lọc gói (frame filtering) Nguyên tắc lọc: Frame tới trạm segment không gửi sang segment khác Câu hỏi: Bridge Làm để biết địa đích frame nằm segment nào? IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN 17 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Lọc gói (tiếp…) B1 cần phải biết A & B nằm segment segment Đặt vấn đề B1 Các phương pháp kết nối x segment Hub B Bridge B MAC addr A MAC addr IEEE 802.1d A dest address source address CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 18 Lọc gói (tiếp…) Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d Tự học = learning bridge Bridge “ghi nhớ” vị trí trạm với cổng tương ứng Khi nhận khung, bridge liền ghi nhớ vị trí máy gửi Lưu giữ vị trí máy gửi vào bảng chuyển tiếp (forwarding table) Cấu trúc bảng chuyển tiếp {Địa MAC trạm, số cổng tương ứng, thời gian sống} CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 19 Lọc gói (tiếp…) Khi bridge nhận khung: Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub if địa đích nằm mạng LAN then bỏ khung else { tìm địa đích bảng chuyển tiếp if tìm thấy địa đích then chuyển tiếp khung tới cổng tương ứng; else gửi khung tới tất cổng; /* trừ cổng bridge nhận khung*/ Bridge IEEE 802.1d } CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 20 10 Lọc gói (tiếp…) C gửi khung tới D • C gửi khung • B1 nhận khung cổng • B1 khơng có thơng tin vị trí D • B1 chuyển tiếp khung qua cổng • B1 cập nhật vị trí C cổng • segment bỏ qua khung • D nhận khung segment Đặt vấn đề segment Hub Bridge B1 segment Các phương pháp kết nối D D MAC addr C MAC addr IEEE 802.1d Bảng chuyển tiếp (Forwarding table) C MAC Addr Port TTL C 60 dest address source address CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN 21 PGS TS Nguyễn Hữu Thanh Lọc gói (tiếp…) D trả lời khung liệu tới C • D gửi khung • B1 nhận khung cổng • B1 cập nhật vị trí D • B1 tìm vị trí C bảng chuyển tiếp • B1 chuyển tiếp khung qua cổng • C nhận khung segment Đặt vấn đề segment Hub B1 Bridge segment Các phương pháp kết nối Bảng chuyển tiếp (Forwarding table) C IEEE 802.1d C MAC addr D MAC addr D MAC Addr Port TTL C 60 D 60 dest address source address CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 22 11 Lọc gói (tiếp…) Nhận xét: Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Cơ chế lọc gói hoạt động đồ hình mạng (topology) khơng xuất vịng lặp Trong thực tế, để tăng độ tin cậy, thiết lập đường liên kết dự trữ vòng lặp B1 nhận thông tin A cổng & B1 Hub x A 1 Bridge B3 B2 IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 23 Cây bắc cầu (spanning tree) Để tránh vòng lặp: Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d Tạo đồ hình logic đồ hình vật lý Giao thức STP: STP: Spanning Tree Protocol Giao thức lớp LLC để tạo đồ hình bắc cầu Do Radia Perlman phát triển, đưa vào chuẩn IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 24 12 STP Bridge sử dụng STP để trao đổi tin cấu hình cho phép thực hiện: Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d Trong bridge tất mạng LAN, lựa chọn bridge gốc (root bridge) Tính tốn khoảng cách ngắn từ đến bridge gốc Đối với mạng LAN, lựa chọn bridge ủy quyền (designated bridge) mạng Bridge ủy quyền gửi khung liệu đến bridge gốc Chọn cổng gốc (root port) đường ngắn từ đến bridge gốc Chọn cổng nằm spanning tree (cổng gốc số cổng khác) Mỗi bridge gán số hiệu nhận dạng (bridge ID.) dài byte CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 25 STP (tiếp…) Root ID cost transmitter Cấu trúc tin STP Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge Root ID: số hiệu nhận dạng bridge gốc Cost: khoảng cách (giá) từ bridge gửi tin (transmitting bridge) STP đến bridge gốc Transmitter: bridge gửi tin STP Bridge khởi đầu việc gửi tin với bridge gốc nó, khoảng cách Bridge đồng thời nhận tin từ bridge khác lựa chọn tin “tốt nhất” giao diện IEEE 802.1d CHƯƠNG – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS TS Nguyễn Hữu Thanh 26 13 STP (tiếp…) Bản tin C1 “tốt hơn” C2 nếu: Đặt vấn đề Các phương pháp kết nối Hub Bridge root_ID(C1) < root_ID(C2) root_ID(C1) = root_ID(C2), cost(C1)