Bài giảng Mạng máy tính - Chương 5, Phần 1: Tầng Link - Nguyễn Duy

Chapter 5 
Tầng Link 
Computer 
Networking: A Top 
Down Approach 
6th edition 
Jim Kurose, Keith Ross 
Addison-Wesley 
March 2012 
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: 
v  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!) 
v  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. 
Thanks and enjoy! JFK/KWR 
 All material copyright 1996-2012 
 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved 
Tầng Link 5-1 
Tầng Link 5-2 
Chương 5: tầng Link 
Mục tiêu: 
v  Hiểu về các nguyên tắc của các dịch vụ 
tầng link: 
§  Phát hiện lỗi và sửa lỗi 
§  Chia sẽ kênh broadcast: đa truy cập 
§  Định địa chỉ tầng link 
§  local area networks: Ethernet, VLANs 
v  Khởi tạo và hiện thực một số công nghệ 
tầng link 
Tầng Link 5-3 
Tầng Link và mạng LAN: Nội dung 
5.1 Giới thiệu và các 
dịch vụ 
5.2 phát hiện lỗi và 
sửa lỗi 
5.3 các giao thức đa 
truy cập 
5.4 mạng LAN 
§  Định địa chỉ, ARP 
§  Ethernet 
§  switches 
§  VLANS 
5.5 link virtualization: 
MPLS 
5.6 mạng trung tâm dữ 
liệu 
5.7 một ngày trong 
cuộc sống của một 
yêu cầu web 
Tầng Link 5-4 
Tầng Link: Giới thiệu 
Thuật ngữ: 
v  host và router: node 
v  Các kênh truyền thông kết nối 
các node lân cận (adjacent 
nodes) dọc theo đường truyền 
thông: links 
§  Kết nối có dây (wired links) 
§  Kết nối không đây (wireless 
links) 
§  LANs 
v  Gói tin lớp 2: frame, đóng gói 
datagram 
 Tầng data-link có nhiệm vụ truyền 
datagram từ 1 node đến node 
lân cận vật lý (physically adjacent node ) 
trên một đường liên kết 
global ISP 
Tầng Link 5-5 
Tầng Link: Ngữ cảnh 
v  datagram được truyền bởi 
các giao thức tầng link 
khác nhau trên các đường 
kết nối khác nhau: 
§  Ví dụ: Ethernet trên 
đường kết nối thứ 1, 
frame relay trên các 
đường kết nối trung 
gian, 802.11 trên đường 
kết nối cuối cùng 
v  Mỗi giao thức tầng link 
cung cấp các dịch vụ khác 
nhau 
§  Ví dụ: có thể hoặc 
không có thể cung cấp 
rdt trên đường kết nối 
So sánh: 
v  Hành trình từ Princeton đến 
Lausanne 
§  limo: Princeton đến JFK 
§  Máy bay: JFK đến Geneva 
§  Xe lửa: Geneva đến Lausanne 
v  Khách du lịch = datagram 
v  segment tầng transport = 
liên kết truyền thông 
(communication link) 
v  Kiểu vận chuyển = giao thức 
tầng link 
v  Đại lý du lịch = thuật toán 
định tuyến 
Tầng Link 5-6 
Các dịch vụ tầng Link 
v  Truy cập liên kết, framing: 
§  Đóng gói datagram vào trong frame, thêm header 
và trailer 
§  Truy cập kênh truyền nếu môi trường được chia sẽ 
§  Các địa chỉ “MAC” được sử dụng trong các header 
để xác định nguồn và đích 
•  Khác với địa chỉ IP! 
v  Truyền tin cậy giữa cac node lân cận(adjacent 
nodes) 
§  Chúng ta đã tìm hiểu làm thế nào để thực hiện điều 
này ở chương 3! 
§  Ít khi được sử dụng trên đường kết nối lỗi thấp 
(cáp quang, một số loại cáp xoắn) 
§  Kết nối không dây: tỷ lệ lỗi cao 
•  Hỏi: lý do độ tin cậy ở cả 2 cấp độ đường liên 
kết và end-end?? 
Tầng Link 5-7 
v  Điều khiển luồng (flow control): 
§  Điều khiển tốc độ truyền giữa các node gửi và nhận liền 
kề nhau 
v  Phát hiện lỗi (error detection): 
§  Lỗi gây ra bởi suy giảm tín hiệu. 
§  Bên nhận phát hiện lỗi: 
•  Gởi tín hiệu để bên gởi truyền lại hoặc hủy bỏ frame 
bị lỗi 
v  Sửa lỗi (error correction): 
§  Bên nhận xác định và sửa các bít lỗi mà không cần phải 
truyền lại 
v  half-duplex và full-duplex 
§  Với half duplex, các node tại các đầu cuối của kết nối có 
thể truyền, nhưng không đồng thời 
Các dịch vụ tầng Link (tt) 
Tầng Link 5-8 
Tầng link được thực hiện ở đâu? 
v  Trong mỗi và mọi host 
v  Tầng link được thực 
hiện trong 
“adaptor” (còn gọi là 
network interface card 
NIC) hoặc trên con chip 
§  Ethernet card, 802.11 
card; Ethernet 
chipset 
§  Thực hiện tầng 
physical và tầng link 
v  Gắn vào trong các bus hệ 
thống của host 
v  Sự kết hợp của phần 
cứng, phần mềm và 
firmware 
controller 
physical 
transmission 
cpu memory 
host 
bus 
(e.g., PCI) 
network adapter 
card 
application 
transport 
network 
link 
link 
physical 
Tầng Link 5-9 
Các Adaptor trong truyền thông 
v  Bên gửi: 
§  Đóng gói datagram 
trong frame 
§  Thêm các bit kiểm tra 
lỗi, rdt và điều khiển 
luồng... 
v  Bên nhận 
§  Tìm lỗi, rdt và điều 
khiển luồng 
§  Lấy ra các datagram, 
chuyển lên lớp trên 
tại nơi nhận 
controller controller 
Host gửi Host nhận 
datagram datagram 
datagram 
frame 
Tầng Link 5-10 
Tầng Link và mạng LAN: Nội dung 
5.1 Giới thiệu và các 
dịch vụ 
5.2 phát hiện lỗi và 
sửa lỗi 
5.3 các giao thức đa 
truy cập 
5.4 mạng LAN 
§  Định địa chỉ, ARP 
§  Ethernet 
§  switches 
§  VLANS 
5.5 link virtualization: 
MPLS 
5.6 mạng trung tâm dữ 
liệu 
5.7 một ngày trong 
cuộc sống của một 
yêu cầu web 
Tầng Link 5-11 
Phát hiện lỗi 
EDC= Error Detection and Correction bits (redundancy) 
D = dữ liệu được bảo vệ bởi kiểm tra lỗi, có thể chứa các trường 
header 
•  Việc phát hiện lỗi không bảo đảm 100%! 
•  giao thức có thể bỏ qua một số lỗi, nhưng hiếm khi 
•  trường EDC càng lớn sẽ giúp việc phát hiện và sửa lỗi tốt hơn 
otherwise 
Tầng Link 5-12 
Kiểm tra chẵn lẻ (Parity checking) 
bit parity đơn: 
v  Phát hiện các lỗi bit đơn 
bit parity 2 chiều: 
v  phát hiện và sửa lỗi các bit đơn 
0 0 
Tầng Link 5-13 
Internet checksum 
Bên gửi: 
v  Xử lý các nội dung 
của segment như một 
chuỗi các số nguyên 
16-bit 
v  checksum: thêm(tổng 
bù 1) vào các nội dung 
của segment 
v  Bên gửi đặt các giá 
trị checksum vào 
trong trường 
checksum của UDP 
Bên nhận: 
v  Tính toán checksum của 
segment vừa nhận 
v  Kiểm tra xem có hay 
không giá trị của 
checksum vừa được tính 
có bằng với giá trị trong 
trường checksum: 
§  không – phát hiện lỗi 
§  có – không có lỗi 
được phát hiệ. Nhưng 
có thể còn có lỗi khác 
không? 
Mục tiêu: phát hiện “các lỗi” (ví dụ, các bit bị lộn) 
trong packet được truyền (chú ý: chỉ được dùng tại 
tầng transport) 
Tầng Link 5-14 
Cyclic redundancy check 
Tầng Link 5-15 
Cyclic redundancy check 
Tầng Link 5-16 
Cyclic redundancy check 
Tầng Link 5-17 
Cyclic redundancy check 
v  Phát hiện lỗi coding mạnh hơn 
v  Xem các bit dữ liệu, D, như một số nhị phân 
v  Chọn mẫu r+1 bit (máy phát), G 
v  Mục tiêu: chọn r bit CRC, R, như thế 
§  chính xác chia hết cho G (theo cơ số 2) 
§  Bên nhận biết G, chia cho G. Nếu phần như khác 
không: lỗi được phát hiện! 
§  Có thể phát hiện tất cả các lỗi nhỏ hơn r+1 bits 
v  Được sử dụng rộng rãi trong thực tế (Ethernet, 
802.11 WiFi, ATM) 
Tầng Link 5-18 
CRC ví dụ 
Muốn: 
D.2r XOR R = nG 
Tương đương: 
D.2r = nG XOR R 
Tương đương: 
 nếu chúng ta chia 
D.2r cho G, có 
được phần dư R 
thỏa: 
R = remainder[ ] D
.2r 
G 
1001 101110000 
1001 
1 
101 
01000 
000 
1010 
1001 
010 
000 
100 
000 
1000 
0000 
1000 
D G 
R 
r = 3 
Tầng Link 5-19 
Tầng Link và mạng LAN: Nội dung 
5.1 Giới thiệu và các 
dịch vụ 
5.2 phát hiện lỗi và 
sửa lỗi 
5.3 các giao thức đa 
truy cập 
5.4 mạng LAN 
§  Định địa chỉ, ARP 
§  Ethernet 
§  switches 
§  VLANS 
5.5 link virtualization: 
MPLS 
5.6 mạng trung tâm dữ 
liệu 
5.7 một ngày trong 
cuộc sống của một 
yêu cầu web 
Tầng Link 5-20 
Các giao thức và kết nối đa truy cập 
2 kiểu “kết nối”: 
v  Điểm-điểm (point-to-point) 
§  PPP cho truy cập dial-up 
§  Kết nối point-to-point giữa Ethernet switch và host 
v  Broadcast (dây hoặc đường truyền được chia 
sẽ) 
§  Ethernet mô hình cũ 
§  upstream HFC 
§  802.11 wireless LAN 
shared wire (e.g., 
cabled Ethernet) 
shared RF 
 (e.g., 802.11 WiFi) 
shared RF 
(satellite) 
Trong buổi tiệc coctail 
(không khí và âm thanh 
được chia sẽ) 
Tầng Link 5-21 
Các giao thức đa truy cập 
v  Kênh broadcast được chia sẽ 
v  2 hoặc nhiều việc truyền đồng thời bởi các node: giao 
thoa 
§  collision (đụng độ) xảy ra nếu node nhận được 2 
hoặc nhiều tín hiệu tại cùng thời điểm 
Giao thức đa truy cập 
v  Thuật toán phân phối (distributed algorithm) xác định 
cách các node chia sẽ kênh truyền, nghĩa là xác định khi 
nào node có thể truyền 
v  Truyền thông về kênh truyền chia sẽ phải sử dụng 
chính kênh đó! 
§  Không có kênh khác để phối hợp 
Tầng Link 5-22 
Giao thức đa truy cập lý tưởng 
Cho trước: kênh broadcast với tốc độ R bps 
Mong muốn: 
1. Khi 1 node muốn truyền, nó có thể gửi dữ liệu với 
tốc độ R. 
2. Khi M node muốn truyền, mỗi node có thể gửi với 
tốc độ trung bình R/M 
3. Phân cấp hoàn toàn: 
•  Không có node đặc biệt để các quá trình truyền 
phối hợp 
•  Không đồng bộ các đồng hồ, slots 
4. Đơn giản 
Tầng Link 5-23 
Các giao thức MAC: phân loại 
3 loại chính: 
v  Phân hoạch kênh (channel partitioning) 
§  Chia kênh truyền thành “các mảnh” nhỏ hơn (các slot thời 
gian, tần số, mã) 
§  Cấp phát mảnh này cho node để sử dụng độc quyền 
v  Truy cập ngẫu nhiên (random access) 
§  Kênh truyền không được chia, cho phép đụng độ 
§  “phục hồi” đụng độ 
v  “xoay vòng” 
§  Các node thay phiên nhau, nhưng các node có quyền nhiều 
hơn có thể giữ phiên truyền lâu hơn 
Tầng Link 5-24 
Các giao thức MAC phân hoạch kênh:TDMA 
TDMA: time division multiple access 
v  Truy cập đến kênh truyền theo hình thức 
“xoay vòng” 
v  Mỗi trạm (station) có slot với độ dài cố 
định (độ dài = thời gian truyền packet) 
trong mỗi vòng (round) 
v  Các slot không sử dụng sẽ nhàn rỗi 
v  Ví dụ: LAN có 6 trạm, 1,3,4 có gói được 
gửi, các slot 2,5,6 sẽ nhàn rỗi 
1 3 4 1 3 4 
6-slot 
frame 
6-slot 
frame 
Tầng Link 5-25 
FDMA: frequency division multiple access 
v  Phổ kênh truyền được chia thành các dải tần số 
v  Mỗi trạm được gán một dải tần số cố định 
v  Thời gian truyền không được sử dụng trong dải tần số 
sẽ nhàn rỗi 
v  Ví dụ: LAN có 6 station, 1,3,4 có packet truyền, các 
dải tần số 2,5,6 nhàn rỗi 
fre
qu
en
cy
 b
an
ds
 time 
FDM cable 
Các giao thức MAC phân hoạch kênh: FDMA 
Tầng Link 5-26 
Các giao thức truy cập ngẫu nhiên 
v  Khi node có packet cần gởi 
§  Truyền dữ liệu với trọn tốc độ của kênh dữ liệu R. 
§  Không có sự ưu tiên giữa các node 
v  2 hoặc nhiều node truyền ➜ “đụng độ”, 
v  Giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên xác định: 
§  Cách để phát hiện đụng độ 
§  Cách để giải quyết đụng độ (ví dụ: truyền lại sau 
đó) 
v  Ví dụ các giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên: 
§  slotted ALOHA 
§  ALOHA 
§  CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA 
Tầng Link 5-27 
Slotted ALOHA 
Giả thuyết: 
v  Tất cả các frame có cùng 
kích thước 
v  Thời gian được chia thành 
các slot có kích thước 
bằng nhau ( thời gian để 
truyền 1 frame) 
v  Các node bắt đầu truyền 
chỉ ngay tại lúc bắt đầu 
slot 
v  Các node được đồng bộ 
hóa 
v  Nếu 2 hoặc nhiều node 
truyền trong slot, thì tất 
cả các node đều phát hiện 
đụng độ 
Hoạt động: 
v  Khi node có được frame 
mới, nó sẽ truyền trong 
slot kế tiếp 
§  Nếu không có đụng độ: 
node có thể gửi frame 
mới trong slot kế tiếp 
§  Nếu có đụng độ: node 
truyền lại frame trong 
mỗi slot tiếp theo với 
xác suất p cho đến khi 
thành công 
Tầng Link 5-28 
Ưu điểm: 
v  Node đơn kích hoạt có 
thể truyền liên tục với 
tốc độ tối đa của kênh 
v  Phân cấp cao: chỉ có 
các slot trong các node 
cần được đồng bộ 
v  Đơn giản 
Nhược điểm: 
v  Đụng độ, lãng phí slot 
v  Các slot nhàn rỗi 
v  Các node có thể phát 
hiện đụng độ trong 
thời gian ít hơn để 
truyền packet 
v  Đồng bộ hóa 
Slotted ALOHA 
1 1 1 1 
2 
3 
2 2 
3 3 
node 1 
node 2 
node 3 
C C C S S S E E E 
Tầng Link 5-29 
v  Giả sử: có N node với 
nhiều frame để truyền, 
mỗi cái truyền trong 
slot với xác suất là p 
v  Xác suất để node 
truyền thành công 
trong 1 slot = p(1-p)N-1 
v  Xác suất mà bất kỳ 
node nào truyền thành 
công = Np(1-p)N-1 
v  Hiệu suất cực đại: tìm p* 
làm cực đại hóa 
Np(1-p)N-1 
v  Với nhiều node, tìm giới hạn 
của Np*(1-p*)N-1 khi N tiến 
tới vô cùng, cho: 
 hiệu suất cực đại = 1/e = .
37 
Hiệu suất: là phần slot 
truyền thành công trong 
số nhiều frame dự định 
truyền của nhiều node 
Tốt nhất: kênh 
hữu dụng trong 
khoảng 37% 
thời gian! ! 
Slotted ALOHA: hiệu suất 
Tầng Link 5-30 
Pure (unslotted) ALOHA 
v  unslotted Aloha: đơn giản, không đồng bộ 
v  Khi frame đến đầu tiên 
§  truyền lập tức 
v  Khả năng đụng độ tăng: 
§  frame được truyền tại thời điểm t0 đụng độ với các 
frame khác được truyền trong thời điểm [t0-1,t0+1] 
Tầng Link 5-31 
Pure ALOHA: hiệu suất 
P(thành công với given node) = P(node truyền) . 
 P(không có node khác truyền trong 
[t0-1,t0] . 
 P(không có node khác truyền trong [t0-1,t0] 
 = p . (1-p)N-1 . (1-p)N-1 
 = p . (1-p)2(N-1) 
  chọn p tối ưu và sau đó cho n -> ∞ 
 = 1/(2e) = .18 
Thậm chí không tốt bằng slotted Aloha! 
Tầng Link 5-32 
CSMA (carrier sense multiple access) 
CSMA: lắng nghe trước khi truyền: 
Nếu kênh nhàn rỗi: truyền toàn bộ frame 
v  Nếu kênh truyền bận, trì hoãn truyền 
v  So sánh với con người: đừng ngắt lời người khác! 
Tầng Link 5-33 
CSMA: đụng độ (collision) 
v  Đụng độ có thể vẫn 
xảy ra: trễ lan truyền 
nghĩa là 2 node không 
thể nghe thấy quá 
trình truyền lẫn nhau 
v  Đụng độ: toàn bộ 
thời gian truyền 
packet bị lãng phí 
§  Khoảng cách và trễ lan 
truyền có vai trò 
trong việc xác định 
xác suất đụng độ 
Tầng Link 5-34 
CSMA/CD (collision detection) 
CSMA/CD: carrier sensing, trì hoãn như trong 
CSMA 
§  Đụng độ được phát hiện trong thời gian ngắn 
§  Việc truyền đụng độ được bỏ qua, giảm lãng phí 
kênh truyền. 
v  Phát hiện đụng độ: 
§  Dễ dàng trong các mạng LAN hữu tuyến: đo cường 
độ tín hiệu, so sánh với các tín hiệu đã được truyền 
và nhận 
§  Khó thực hiện trong mạng LAN vô tuyến: cường độ 
tín hiệu được nhận bị áp đảo bởi cường độ truyền 
cục bộ 
v  Tương tự như hành vi của con người: đàm 
thoại lịch sự 
Tầng Link 5-35 
CSMA/CD (collision detection) 
Bố trí của các node 
Tầng Link 5-36 
Thuật toán Ethernet CSMA/CD 
1. NIC nhận datagram từ 
tầng network, tạo 
frame 
2. Nếu NIC cảm nhận 
được kênh rỗi, nó sẽ 
bắt đầu việc truyền 
frame. Nếu NIC cảm 
nhận kênh bận, đợi cho 
đến khi kênh rãnh, sau 
đó mới truyền. 
3. Nếu NIC truyền toàn 
bộ frame mà không 
phát hiện việc truyền 
khác, NIC được truyền 
toàn bộ frame đó! 
4. nếu NIC phát hiện có sự 
truyền khác trong khi đang 
truyền, thì nó sẽ hủy bỏ 
truyền và phát tín hiệu tắt 
nghẽn 
5. Sau khi hủy bỏ truyền, NIC 
thực hiện binary 
(exponential) backoff: 
§  Sau lần đụng độ thứ m, NIC 
chọn ngẫu nhiên số K trong 
khoảng {0,1,2, , 2m-1}. NIC 
sẽ đợi K·512 bit lần, sau đó 
trở lại bước 2 
§  Đụng độ nhiều thì  ...  cặp bên gửi/vị 
trí trong bảng switch 
A A’ 
Nguồn: A 
đích: A’ 
MAC addr interface TTL 
Bảng Switch 
(ban đầu trống) A 1 60 
Tầng Link 5-69 
Switch: lọc/chuyển tiếp frame 
Khi frame được nhận tại switch: 
1. Ghi lại đường kết nối vào, địa chỉ MAC của host gửi 
2. Ghi vào mục lục bảng switch với địa chỉ MAC đích 
3. Nếu entry được thì thấy cho đích đến đó 
 thì { 
 nếu đích đến nằm trên phân đoạn mạng từ cái mà 
frame đã đến 
 thì bỏ frame 
 ngược lại chuyển tiếp frame trên interface 
được chỉ định bởi entry 
 } 
 ngược lại flood /* chuyển tiếp trên tất cả 
interface ngoại trừ interface mà dữ liệu đó đã đến 
từ đó*/ 
A 
A’ 
B 
B’ C 
C’ 
1 2 
3 4 5 
6 
Tầng Link 5-70 
Tự học, chuyển tiếp: ví dụ 
A A’ 
Nguồn: A 
đích: A’ 
MAC addr interface TTL 
Bảng switch 
(ban đầu trống) A 1 60 
A A’ 
v  frame có đích đến là 
A’, vị trí của A’ 
không biết: flood 
A’ A 
v  Đích A có vị trí đã 
được biết trước: 
A’ 4 60 
 gửi chọn lọc chỉ trên 1 
đường kết nối duy nhất 
Tầng Link 5-71 
Kết nối các switch với nhau 
(Interconnecting switches) 
v  Các switch có thể được kết nối với nhau 
Hỏi: gửi từ A tới G – làm cách nào S1 biết đề 
chuyển tiếp frame tới F thông qua S4 và S3? 
v Trả: tự học! (làm việc giống y chang như 
trong trường hợp chỉ có 1 switch!) 
A 
B 
S1 
C D 
E 
F 
S2 
S4 
S3 
H 
I 
G 
Tầng Link 5-72 
Ví dụ nhiều switch tự học 
Giả sử C gửi frame tới I, I trả lời cho C 
v  Hỏi: trình bày các bảng của các switch và cách 
packet được chuyển đi tại các switch S1, S2, S3, S4 
A 
B 
S1 
C D 
E 
F 
S2 
S4 
S3 
H 
I 
G 
Tầng Link 5-73 
Mạng của tổ chức 
Đến mạng 
bên ngoài 
router 
IP subnet 
mail server 
web server 
Tầng Link 5-74 
So sánh Switch và router 
Cả 2 đều lưu và chuyển tiếp 
(store-and-forward): 
§ router: thiết bị tầng network 
(khảo sát header của tầng 
network) 
§ switch: thiết bị tầng link (khảo 
sát header của tầng link) 
Cả 2 đều có bảng forwarding: 
§ router: tính toán bảng dùng các 
thuật toán định tuyến, địa chỉ IP 
§ switch: học bảng forwarding 
dùng flooding, học, địa chỉ MAC 
application 
transport 
network 
link 
physical 
network 
link 
physical 
link 
physical 
switch 
datagram 
application 
transport 
network 
link 
physical 
frame 
frame 
frame 
datagram 
Tầng Link 5-75 
VLANs: trình bày 
Xem xét: 
v  Người dùng bên CS di 
chuyển văn phòng sang 
EE, nhưng vẫn muốn 
kết nối CS switch? 
v  Miền broadcast đơn: 
§  Tất cả lưu lượng 
broadcast tầng 2 
(ARP, DHCP, địa chỉ 
MAC không biết vị 
trí đích đến ở đâu) 
phải đi qua toàn 
mạng LAN 
§  An ninh/riêng tư, 
các vấn đề về hiệu 
suất 
Computer 
Science Electrical 
Engineering 
Computer 
Engineering 
Tầng Link 5-76 
VLANs 
port-based VLAN: các port của 
switch được nhóm lại (bởi phần 
mềm quản lý switch) để trở thành 
một swich vật lý duy nhất 
Các switch hỗ trợ khả 
năng VLAN có thể 
được cấu hình để 
định nghĩa nhiều 
mạng LAN ảo 
(multiple virtual 
LANS) trên một hạ 
tầng vật lý của mạng 
LAN. 
Virtual Local 
Area Network 1 8 
9 
16 10 2 
7 
Electrical Engineering 
(VLAN ports 1-8) 
Computer Science 
(VLAN ports 9-15) 
15 
Electrical Engineering 
(VLAN ports 1-8) 
1 
8 2 
7 9 
16 10 
15 
Computer Science 
(VLAN ports 9-16) 
hoạt động như là nhiều switch ảo 
Tầng Link 5-77 
Port-based VLAN 
1 
8 
9 
16 10 2 
7 
Electrical Engineering 
(VLAN ports 1-8) 
Computer Science 
(VLAN ports 9-15) 
15 
v  traffic isolation (cô lập 
traffic): các frame đến/
từ các port 1-8 chỉ có thể 
tới được các port 1-8 
§  Cũng có thể định nghĩa VLAN 
dưa trên địa chỉ MAC của thiết 
bị đầu cuối, hơn là dựa trên 
port của switch 
v  dynamic membership: 
các port có thể được 
gán động giữa các VLAN 
router 
v  Chuyển tiếp giữa các VLAN: 
được thực hiện thông qua định 
tuyến (cũng giống như các 
switch riêng biệt) 
§  Trên thực tế, các nhà cung cấp 
bán các thiết bị switch kết hợp 
với các router 
Tầng Link 5-78 
VLANS kéo dài qua nhiều switch 
v  trunk port: mang các frame giữa các VLAN được định 
nghĩa trên nhiều switch vật lý 
§  Các frame được chuyển tiếp bên trong VLAN giữa các switch 
không thể là các frame 802.1 (phải mang thông tin VLAN ID) 
§  Giao thức 802.1q thêm/gỡ bỏ các trường header được thêm 
vô cho các frame được chuyển tiếp giữa các trunk port 
1 
8 
9 
10 2 
7 
Electrical Engineering 
(VLAN ports 1-8) 
Computer Science 
(VLAN ports 9-15) 
15 
2 
7 3 
Ports 2,3,5 thuộc về EE VLAN 
Ports 4,6,7,8 thuộc về CS VLAN 
5 
4 6 8 16 
1 
Tầng Link 5-79 
type 
2-byte Tag Protocol Identifier 
 (value: 81-00) 
Tag Control Information (12 bit VLAN ID field, 
 3 bit priority field like IP TOS) 
Recomputed 
CRC 
Định dạng frame VLAN 802.1Q 
802.1 frame 
802.1Q frame 
dest. 
address 
source 
address data (payload) CRC preamble 
dest. 
address 
source 
address preamble data (payload) CRC 
type 
Tầng Link 5-80 
Tầng Link và mạng LAN: Nội dung 
5.1 Giới thiệu và các 
dịch vụ 
5.2 phát hiện lỗi và 
sửa lỗi 
5.3 các giao thức đa 
truy cập 
5.4 mạng LAN 
§  Định địa chỉ, ARP 
§  Ethernet 
§  switches 
§  VLANS 
5.5 link virtualization: 
MPLS 
5.6 mạng trung tâm dữ 
liệu 
5.7 một ngày trong 
cuộc sống của một 
yêu cầu web 
Tầng Link 5-81 
Multiprotocol label switching (MPLS) 
v  Mục tiêu ban đầu: chuyển tiếp IP tốc độ cao 
dùng nhãn có độ dài cố định (fixed length label) 
(thay thế cho địa chỉ IP) 
§  Tra cứu nhanh dùng định dang có chiều dài cố định 
(fixed length identifier) (chứ không dùng sự phù hợp 
với prefix ngắn nhất) 
§  Lấy ý tưởng từ hướng tiếp cận của Virtual Circuit 
(VC) 
§  Tuy nhiên IP datagram vẫn giữ địa chỉ IP! 
PPP or Ethernet 
header IP header remainder of link-layer frame MPLS header 
label Exp S TTL 
20 3 1 5 
Tầng Link 5-82 
Router có khả năng MPLS 
v  Còn gọi là Router chuyển mạch nhẵn (label-
switched router) 
v  Chuyển tiếp các packet tới interface đầu ra 
chỉ dựa trên giá trị nhãn (label value) (không 
kiểm tra địa chỉ IP) 
§  Bảng chuyển tiếp MPLS (MPLS forwarding table) 
khác với bảng chuyển tiếp IP (IP forwarding tables) 
v  Linh hoạt: các quyết định chuyển tiếp MPLS có 
thể khác với IP của chúng 
§  Dùng địa chỉ đích và nguồn để định tuyến các luồng 
dữ liệu tới cùng đích đến một cách khác nhau (same 
destination differently) (traffic engineering) 
§  Định tuyến lại các luồng dữ liệu nhanh chóng nếu 
đường liên kết hỏng: các đường dẫn dự phòng được 
tính toán trước (hữu dụng cho VoIP) 
Tầng Link 5-83 
R2 
D 
R3 
R5 
A 
R6 
So sánh đường đi MPLS và IP 
IP router 
v  Định tuyến IP: đường tới đích đến 
được xác định bởi 1 địa chỉ đích 
R4 
Tầng Link 5-84 
R2 
D 
R3 R4 
R5 
A 
R6 
So sánh đường đi MPLS và 
IP 
IP-only 
router 
v  Định tuyến IP: Định tuyến IP: đường tới đích 
đến được xác định bởi chỉ cần địa chỉ đích 
MPLS và 
IP router 
v  Định tuyến MPLS: đường tới đích đến có 
thể được dựa trên địa chỉ nguồn và đích 
§  Định tuyến lại nhanh chóng (fast 
reroute): tính toán lại các đường đi dự 
phòng trong trường hợp đường kết nối 
bị hỏng 
entry router (R4) có thể sử dụng các đường 
đi MPLS khác nhau tới A được dựa trên địa 
chỉ nguồn 
Tầng Link 5-85 
Tín hiệu MPLS 
v  Chỉnh sửa các giao thức flooding IS-IS link-state, 
OSPF để mang thông tin được sử dụng bởi định 
tuyến MPLS, 
§  Ví dụ: link bandwidth, số lượng băng thông đường link 
“được dành riêng” 
D 
R4 
R5 
A 
R6 
v  entry của router MPLS sử dụng giao thức tín hiệu 
RSVP-TE để thiết lập chuyển tiếp MPLS tại các 
router luồng dưới 
modified 
link state 
flooding 
RSVP-TE 
Tầng Link 5-86 
R1 R2 
D 
R3 R4 
R5 
0 
1 
0 0 
A 
R6 
 in out out 
label label dest interface 
 6 - A 0 
 in out out 
label label dest interface 
10 6 A 1 
12 9 D 0 
 in out out 
label label dest interface 
 10 A 0 
 12 D 0 
1 
 in out out 
label label dest interface 
 8 6 A 0 
0 
 8 A 1 
Bảng chuyển tiếp MPLS 
Tầng Link 5-87 
Tầng Link và mạng LAN: Nội dung 
5.1 Giới thiệu và các 
dịch vụ 
5.2 phát hiện lỗi và 
sửa lỗi 
5.3 các giao thức đa 
truy cập 
5.4 mạng LAN 
§  Định địa chỉ, ARP 
§  Ethernet 
§  switches 
§  VLANS 
5.5 link virtualization: 
MPLS 
5.6 mạng trung tâm dữ 
liệu 
5.7 một ngày trong 
cuộc sống của một 
yêu cầu web 
Tầng Link 5-88 
Mạng trung tâm dữ liệu 
v  10 đến 100 ngàn host: 
§  e-business (e.g. Amazon) 
§  content-servers (như là YouTube, Akamai, Apple, 
Microsoft) 
§  search engines, data mining (như là Google) 
v  Thách thức: 
§  Nhiều ứng dụng, mỗi cái 
phục vụ số lượng lớn 
client 
§  Quản lý/cân bằng tải, 
tránh tắc nghẽn dữ liệu, 
mạng và tiến trình 
Inside a 40-ft Microsoft container, 
Chicago data center 
Tầng Link 5-89 
Server	
  racks	
  
TOR	
  switches	
  
Tier-­‐1	
  switches	
  
Tier-­‐2	
  switches	
  
Load	
  	
  
balancer	
  
Load	
  	
  
balancer	
  
B	
  
1	
   2	
   3	
   4	
   5	
   6	
   7	
   8	
  
A	
   C	
  
Border	
  router	
  
Access	
  router	
  
Internet	
  
Mạng trung tâm dữ liệu 
Cân bằng tải: định tuyến tầng application 
§ Nhận các yêu cầu client bên ngoài 
§ Hướng dẫn khối lượng công việc trong 
trung tâm dữ liệu 
§ Trả về kết quả cho client bên ngoài 
(trung tâm dữ liệu ẩn bên trong đối với 
client) 
Server	
  racks	
  
TOR	
  switches	
  
Tier-­‐1	
  switches	
  
Tier-­‐2	
  switches	
  
1	
   2	
   3	
   4	
   5	
   6	
   7	
   8	
  
Mạng trung tâm dữ liệu 
v  Rất nhiều kết nối giữa các switch và rack: 
§  Thông lượng được tăng lên giữa các rack (nhiều 
đường định tuyến có thể dùng được) 
§  Độ tin cậy và khả năng dự phòng tăng lên 
Tầng Link 5-91 
Tầng Link và mạng LAN: Nội dung 
5.1 Giới thiệu và các 
dịch vụ 
5.2 phát hiện lỗi và 
sửa lỗi 
5.3 các giao thức đa 
truy cập 
5.4 mạng LAN 
§  Định địa chỉ, ARP 
§  Ethernet 
§  switches 
§  VLANS 
5.5 link virtualization: 
MPLS 
5.6 mạng trung tâm dữ 
liệu 
5.7 một ngày trong 
cuộc sống của một 
yêu cầu web 
Tầng Link 5-92 
Synthesis: một ngày trong cuộc sống của 
một truy vấn web 
v  Tìm hiểu đầy đủ chồng giao thức từ trên 
xuống dưới! 
§  application, transport, network, link 
v  putting-it-all-together: synthesis! 
§  Mục tiêu: xác định, xem xét, hiểu các giao thức 
(tại tất cả các tầng) được tham gia vào tình 
huống đơn giản: truy vấn trang www 
§  Ngữ cảnh: sinh viên kết nối máy tính xách tay 
vào mạng của tòa nhà trường học, yêu cầu/nhận 
www.google.com 
Tầng Link 5-93 
Một ngày trong cuộc sống: ngữ cảnh 
Comcast network 
68.80.0.0/13 
Mạng của Google 
64.233.160.0/19 64.233.169.105 
web server 
DNS server 
Mạng trường học 
68.80.2.0/24 
web page 
browser 
router 
(chạy DHCP) 
Tầng Link 5-94 
Một ngày trong cuộc sống  kết nối tới Internet 
v  Kết nối máy tính xách tay 
cần có địa chỉ IP của riêng 
nó, địa chỉ của router 
first-hop, địa chỉ của DNS 
server: dùng DHCP 
DHCP 
UDP 
IP 
Eth 
Phy 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
UDP 
IP 
Eth 
Phy 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
v  Yêu cầu DHCP được đóng 
gói trong UDP, được đóng 
gói trong IP, được đóng gói 
trong 802.3 Ethernet 
v  Ethernet frame broadcast 
(dest: FFFFFFFFFFFF) trên 
LAN, được nhận tại router 
chạy DHCP server 
v  Ethernet demuxed to IP 
demuxed, UDP demuxed to 
DHCP 
router 
(chạy DHCP) 
Tầng Link 5-95 
v  DHCP server lập DHCP 
ACK chứa địa chỉ IP của 
client, địa chỉ IP của 
router first-hop cho 
client đó, tên và địa chỉ 
IP của DNS server 
DHCP 
UDP 
IP 
Eth 
Phy 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
UDP 
IP 
Eth 
Phy 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
DHCP 
v  Đóng gói tại DHCP server, 
frame được chuyển tiếp 
(sự học của switch) thông 
qua mạng LAN, tách ra tại 
client 
Bây giờ, Client có địa chỉ address, biết tên và địa chỉ 
của DNS server, địa chỉ IP của router first-hop 
v  DHCP client nhận DHCP 
ACK reply 
Một ngày trong cuộc sống  kết nối tới Internet 
router 
(chạy DHCP) 
Tầng Link 5-96 
Một ngày trong cuộc sống ARP (trước DNS, 
trước HTTP) 
v  Trước khi gửi HTTP request, 
cần địa chỉ IP của 
www.google.com: DNS 
DNS 
UDP 
IP 
Eth 
Phy 
DNS 
DNS 
DNS 
v  DNS query được tạo, đóng gói 
trong UDP, được đóng gói trong 
IP, được đóng gói trong Eth. Gửi 
frame tới router, cần địa chỉ 
MAC của interface của router 
interface: ARP 
 v  ARP query broadcast, được 
nhận bởi router, router này sẽ 
trả lời lại với ARP reply cung 
cấp địa chỉ MAC của interface 
của router này 
v  Hiện tại, client biết địa chỉ 
MAC của router first hop , vì 
vậy nó có thể gửi frame chứa 
DNS query 
ARP query 
Eth 
Phy 
ARP 
ARP 
ARP reply 
router 
(chạy DHCP) 
Tầng Link 5-97 
DNS 
UDP 
IP 
Eth 
Phy 
DNS 
DNS 
DNS 
DNS 
DNS 
v  IP datagram chứa DNS 
query được chuyển tiếp 
thông qua switch của 
mạng LAN từ client tới 
router hop thứ nhất 
v  IP datagram được chuyển tiếp 
từ mạng campus tới mạng 
Comcast, được định tuyến (các 
bảng được tạo bởi các giao 
thức định tuyến RIP, OSPF, IS-
IS và/hoặc BGP) tới DNS 
server v  Được tách/ghép tới DNS server 
v  DNS server trả lời cho client 
với địa chỉ IP address của 
www.google.com 
Comcast network 
68.80.0.0/13 
DNS server 
DNS 
UDP 
IP 
Eth 
Phy 
DNS 
DNS 
DNS 
DNS 
Một ngày trong cuộc sống using DNS 
router 
(chạy DHCP) 
Tầng Link 5-98 
Một ngày trong cuộc sốngkết nối TCP mang 
HTTP 
HTTP 
TCP 
IP 
Eth 
Phy 
HTTP 
v  Gửi HTTP request, đầu 
tiên client mở TCP 
socket tới web server 
 v  TCP SYN segment (bước 1 
trong 3-bước bắt tay) 
được định tuyến liên 
miềntới web server 
v  Kết nối TCP được thiết lập! 64.233.169.105 
web server 
SYN 
SYN 
SYN 
SYN 
TCP 
IP 
Eth 
Phy 
SYN 
SYN 
SYNACK 
SYNACK 
SYNACK 
SYNACK 
SYNACK 
SYNACK 
v  web server đáp ứng với 
TCP SYNACK (bước 2 
trong 3-bước bắt tay) 
router 
(chạy DHCP) 
Tầng Link 5-99 
Một ngày trong cuộc sống 
HTTP yêu cầu/trả lời (request/reply) 
HTTP 
TCP 
IP 
Eth 
Phy 
HTTP 
v  HTTP request được gửi 
vào trong TCP socket 
v  IP datagram chứa HTTP 
request được định tuyến 
tới www.google.com 
v  IP datagram chứa HTTP 
reply được định tuyến trờ 
về client 
64.233.169.105 
web server 
HTTP 
TCP 
IP 
Eth 
Phy 
v  web server đáp ứng với 
HTTP reply (chứa trang 
web) 
HTTP 
HTTP 
HTTP 
HTTP 
HTTP 
HTTP 
HTTP 
P 
P 
HTTP 
v  Trang web cuối cùng cũng 
được thể hiện ra(!!!) 
Tầng Link 5-100 
Chương 5: Tổng kết 
v  các nguyên lý của các dịch vụ tầng data link: 
§  Phát hiện và sửa chữa lỗi 
§  Chia sẽ kênh broadcast: đa truy cập 
§  Định địa chỉ tầng link 
v  Thực hiện các công nghệ khác nhau của tầng 
link 
§  Ethernet 
§  Mạng LAN và VLAN chuyển mạch 
§  Mạng ảo hóa như là một lớp tầng link: MPLS 
v  Tổng hợp: một ngày trong cuộc sống của 
truy vấn web 
Tầng Link 5-101 
Chương 5: let’s take a breath 
v  Tìm hiểu đầy đủ chồng giao thức từ trên 
xuống dưới (ngoại trừ PHY) 
v  Hiểu về các nguyên tắt mạng và hiện thực 
v  .. Có thể dừng tại đây . Nhưng có một số 
chủ đề thú vị! 
§  wireless 
§  multimedia 
§  security 
§  network management