Bài giảng Mạng máy tính - Chương 5, Phần 2: Tầng liên kết dữ liệu - Nguyễn Duy

Chapter 5 Tầng Liên kết dữ liệu 
(Data Link layer) 
Computer Networking: A Top Down Approach  6 th edition Jim Kurose, Keith RossAddison-WesleyMarch 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: 
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. 
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 
Điều khiển luồng (flow control): 
Điều khiển tốc độ truyền giữa các node gửi và nhận liền kề nhau 
Phát hiện lỗi (error detection) : 
Lỗi gây ra bởi suy giảm tín hiệu, nhiễu. 
Bên nhận phát hiện sự xuất hiện lỗi: 
Thông báo bên gửi truyền lại hoặc bỏ frame đó 
Sửa lỗi (error correction): 
Bên nhận xác định và sửa các bit lỗi mà không cần phải truyền lại 
half-duplex và full-duplex 
Các node tại các đầu cuối của mỗi kết nối đều có thể truyền và nhận, nhưng với half duplex thì thao tác này không được thực hiện đồng thời 
Các dịch vụ tầng Liên kết dữ liệu (tt) 
Tầng Link 
5- 3 
Tầng Liên kết dữ liệu và mạng LAN 
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 Hoạt động thường ngày - truy cập web 
Tầng Link 
5- 4 
Phát hiện lỗi 
EDC= Error Detection and Correction bits (redundancy) 
D = phần dữ liệu được bảo vệ bởi trường EDC, có thể chứa các trường header 
 Việc phát hiện lỗi không bảo đảm 100%! 
 giao thức có thể bỏ qua một số lỗi 
 trường EDC càng lớn thì việc phát hiện và sửa lỗi càng tốt hơn 
otherwise 
Tầng Link 
5- 5 
Kiểm tra chẵn lẻ (Parity checking) 
 Tại sao gọi là : Even paritychecking  
EVEN = 0 
ODD = 1 CÓ SỐ CHẴN SỐ 1 = 0 
CÓ SỐ LẺ SỐ 1 = 1 
Tầng Link 
5- 6 
Kiểm tra chẵn lẻ (Parity checking) 
bit parity 2 chiều: 
 Phát hiện và sửa các lỗi bit đơn 
10010111 01111101|1 
10101010 10011110|1 
01001000 10110000|1 
01101011 01010000|0 
10011000 01110001|1 
------------------------------- 
10000110 01110000|0 
A 
D 
C 
B 
Hàng 3 , Cột 8 
Hàng 4 , Cột 15 
Hàng 4 , Cột 16 
Đáp án khác 
Giả sử có 1 bit lỗi . Xác định bit lỗi 
Tầng Link 
5- 8 
Internet checksum 
Bên gửi: 
Xử lý các nội dung của segment như một chuỗi các số nguyên 16-bit 
checksum: là ( tổng bù 1) của các nội dung của segment 
Bên gửi đặt giá trị checksum vào trong trường checksum của UDP 
Bên nhận: 
Tính toán checksum của segment vừa nhận 
Kiểm tra xem giá trị của checksum vừa được tính có bằng với giá trị trong trường checksum không: 
không – phát hiện lỗi 
có – không phát hiện lỗi. Nhưng có thể còn có lỗi khác không? 
Mục tiêu: phát hiện “các lỗi” (ví dụ, các bit bị đảo) trong packet được truyền (chú ý: chỉ được dùng tại tầng Vận chuyển) 
Data Link Layer 
5- 9 
Tầng Link 
5- 10 
Cyclic redundancy check 
Thuật toán phát hiện lỗi tốt hơn 
Xem đoạn bit dữ liệu, D , như một số nhị phân 
Chọn mẫu chiều dài r+1 bit (bộ khởi tạo), G 
Mục tiêu: chọn r bit CRC, R , sao cho 
 chia hết cho G (theo cơ số 2) 
Bên nhận biết G, chia cho G. Nếu phần dư khác không: phát hiện lỗi! 
Có thể phát hiện tất cả các lỗi nhỏ hơn r+1 bits 
Được sử dụng rộng rãi trong thực tế (Ethernet, 802.11 WiFi, ATM) 
Tầng Link 
5- 11 
CRC ví dụ 
Muốn: 
D . 2 r XOR R = nG 
Tương đương: 
D . 2 r = nG XOR R 
Tương đương: 
 nếu chúng ta chia D . 2 r cho G, có được phần dư R thỏa: 
R = remainder[ ] 
D . 2 r 
G 
Data Link Layer 
5- 12 
A 
D 
C 
B 
11011 
01100 
110101 
Đáp án khác 
Cho đoạn bit dữ liệu 1010001100 , mẫu kiểm tra lỗi 110101 , tính các bit CRC 
Tầng Link 
5- 14 
Tầng Liên kết dữ liệu và mạng LAN 
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 Hoạt động thường ngày - truy cập web 
Tầng Link 
5- 15 
Các giao thức đa truy cập 
Chia sẻ chung kênh quảng bá (broadcast) đơn 
2 hoặc nhiều phiên truyền đồng thời bởi các node: nhiễu - giao thoa gây biến đổi mức tín hiệu 
collision ( đụng độ ) xảy ra nếu node nhận được 2 hoặc nhiều tín hiệu tại cùng thời điểm 
Giao thức đa truy cập 
Dùng thuật toán phân phân tán (distributed algorithm) xác định cách các node chia sẻ kênh truyền, ví dụ: xác định khi nào node có thể truyền 
Các thông báo về việc chia sẻ kênh truyền phải sử dụng chính kênh đó! 
Không dùng thêm kênh khác để phối hợp 
Tầng Link 
5- 16 
Các giao thức MAC: phân loại 
3 loại chính: 
Phân hoạch kênh (channel partitioning) 
Chia kênh truyền thành “các mảnh” nhỏ hơn (các slot thời gian - TDM, tần số - FDM, mã - CDM) 
Cấp phát mảnh này cho node để sử dụng độc quyền 
Truy cập ngẫu nhiên (random access) 
Kênh truyền không được chia, cho phép đụng độ 
“ giải quyết ” đụng độ 
“ Xoay vòng ” 
Các node thay phiên nhau, nhưng nút có nhiều dữ liệu hơn được giữ thời gian truyền lâu hơn 
Tầng Link 
5- 17 
Các giao thức MAC phân hoạch kênh: TDMA 
TDMA: time division multiple access 
Truy cập kênh truyền theo hình thức “xoay vòng” 
Mỗi trạm (station) có slot với độ dài cố định (độ dài = thời gian truyền packet) trong mỗi vòng (round) 
Các slot không sử dụng sẽ nhàn rỗi 
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 
TDMA -> Xoay Vòng 
Tầng Link 
5- 18 
FDMA: frequency division multiple access 
Phổ kênh truyền được chia thành các dải tần số 
Mỗi trạm được gán một dải tần số cố định 
Trong thời gian không truyền, các dải tần rảnh 
Ví dụ: LAN có 6 station, 1,3,4 có packet truyền, các dải tần số 2,5,6 nhàn rỗi 
frequency bands 
time 
FDM cable 
Các giao thức MAC phân hoạch kênh: FDMA 
Tầng Link 
5- 19 
Các giao thức truy cập ngẫu nhiên 
Khi 1 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 
2 hoặc nhiều node truyền “ đụng độ ” , 
Giao thức truy cập ngẫu nhiên MAC xác định: 
Cách để phát hiện đụng độ 
Cách để giải quyết đụng độ (ví dụ: truyền lại sau đó) 
Ví dụ các giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên: 
slotted ALOHA 
ALOHA 
CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA 
Tầng Link 
5- 20 
Slotted ALOHA 
Giả thuyết: 
Tất cả các frame có cùng kích thước 
Thời gian được chia thành các slot có kích thước bằng nhau (thời gian để truyền đủ 1 frame) 
Các node bắt đầu truyền chỉ ngay tại lúc bắt đầu slot 
Các node được đồng bộ hóa 
Nếu 2 hoặc nhiều node truyền trong cùng 1 slot, thì tất cả các node đều phát hiện đụng độ 
Hoạt động: 
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 
Data Link Layer 
5- 21 
Data Link Layer 
5- 22 
Tầng Link 
5- 23 
Ưu điểm: 
Node hoạt động có thể truyền liên tục với tốc độ tối đa của kênh 
Phân tán cao: chỉ có các slot trong các node cần được đồng bộ 
Đơn giản 
Nhược điểm: 
Đụng độ, lãng phí slot 
Các slot trống 
Các node có thể phát hiện tranh chấp nhanh hơn thời gian để truyền gói 
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- 24 
Giả sử: có N node với nhiều frame để truyền, mỗi frame truyền trong slot với xác suất là p 
Xác suất để 1 node truyền thành công trong 1 slot = p(1-p) N-1 
Xác suất để bất kỳ node nào truyền thành công = Np(1-p) N-1 
Hiệu suất cực đại: tìm p* làm cực đại hóaNp(1-p) N-1 
Với nhiều node, tìm giới hạn của Np*(1-p*) N-1 khi N ∞ , 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 
Data Link Layer 
5- 25 
Tầng Link 
5- 26 
Pure (unslotted) ALOHA 
unslotted Aloha: đơn giản, không đồng bộ 
Khi frame đến 
 truyền lập tức 
Khả năng đụng độ tăng: 
frame được truyền tại thời điểm t 0 đụng độ với các frame khác được truyền trong thời điểm [t 0 -1,t 0 +1] 
Data Link Layer 
5- 27 
Data Link Layer 
5- 28 
Tầng Link 
5- 29 
Pure ALOHA: hiệu suất 
P(thành công cho node) = P(node truyền) x 
 P(không có node khác truyền trong [t 0 -1,t 0 ] x 
 P(không có node khác truyền trong [t 0 ,t 0 +1] 
 = 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) = 0.184 	 
Thậm chí tệ hơn slotted Aloha! 
Data Link Layer 
5- 30 
Tầng Link 
5- 31 
CSMA (carrier sense multiple access) 
CSMA : lắng nghe trước khi truyền: 
Nếu kênh nhàn rỗi: truyền toàn bộ frame 
Nếu kênh truyền bận , trì hoãn truyền 
So sánh với con người: đừng ngắt lời người khác ! 
Tầng Link 
5- 32 
CSMA: đụng độ (collision) 
Đụng độ có thể vẫn xảy ra: trễ lan truyền nghĩa là 2 node không thể nghe thấy quá trình truyền lẫn nhau 
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 
spatial layout of nodes 
Tầng Link 
5- 33 
CSMA: đụng độ (collision) 
Đụng độ có thể vẫn xảy ra: trễ lan truyền nghĩa là 2 node không thể nghe thấy quá trình truyền lẫn nhau 
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: trì hoãn như trong CSMA 
Đụng độ được phát hiện trong thời gian ngắn 
Thông tin đang truyền bị hủy bỏ, giảm sự lãng phí kênh. 
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 truyền cục bộ lấn át cường độ tín hiệu nhận 
Tương tự như hành vi của con người: đàm thoại lịch sự 
Data Link Layer 
5- 35 
Data Link Layer 
5- 36 
Tầng Link 
5- 37 
CSMA/CD (collision detection) 
Bố trí của các node 
Tầng Link 
5- 38 
Thuật toán Ethernet CSMA/CD 
1. NIC nhận datagram từ tầng network, tạo frame 
2. Nếu NIC dò được kênh rỗi, nó sẽ bắt đầu việc truyền frame. Nếu NIC dò được kênh bận, đợi cho đến khi kênh rảnh, 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 phiên truyền khác trong khi đang truyền, thì nó sẽ hủy bỏ việc truyền và phát tín hiệu tắc 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, , 2 m -1} . NIC sẽ đợi K · 512 thời gian truyền bit (bit time), sau đó trở lại bước 2 
Càng nhiều đụng độ thì sẽ có khoảng thời gian chờ dài hơn 
Tầng Link 
5- 39 
CSMA/CD hiệu suất 
T prop = độ trễ lan truyền lớn nhất (max prop delay) giữa 2 node trong mạng LAN 
t trans = thời gian để truyền frame có kích thước lớn nhất 
Hiệu suất tiến tới 1 
khi t prop tiến tới 0 
khi t trans tiến tới vô cùng 
Hiệu suất tốt hơn ALOHA: đơn giản, chi phí thấp và điều khiển phân tán! 
A 
D 
C 
B 
Token Passing 
CSMA/CA 
CDMA 
CDMA/CD 
Giao thức đa truy cập được sử dụng trong mạng Ethernet là gì ? 
Tầng Link 
5- 41 
Các giao thức MAC “ Xoay vòng ” 
Các giao thức phân hoạch kênh MAC (channel partitioning MAC protocols): 
Chia sẻ kênh hiệu quả và công bằng với tải lớn 
Không hiệu quả ở tải thấp: trễ khi truy cập kênh, 1 node chỉ được cấp phát 1/N bandwidth ngay cả khi chỉ có 1 node hoạt động! 
Các giao thức MAC truy cập nhẫu nhiên (random access MAC protocols) 
Hiệu quả tại tải thấp: node đơn có thể dùng hết khả năng của kênh 
Tải cao: đụng độ cao 
Các giao thức “Xoay vòng” ( “ taking turns ” protocols) 
Tìm kiếm giải pháp dung hòa tốt nhất! 
Tầng Link 
5- 42 
polling: 
Node chủ (master node) “mời” các node con (slave node) truyền lần lượt 
Thường được sử dụng với các thiết bị con “ không thông minh ” 
Quan tâm: 
Chi phí cho việc điều phối (polling overhead) 
Độ trễ (latency) 
Có 1 điểm chịu lỗi (master) 
master 
slaves 
poll 
data 
data 
Các giao thức MAC “Xoay vòng” 
Tầng Link 
5- 43 
Chuyển token: 
Điều hành việc chuyển token tuần tự từ 1 node đến node kế tiếp. 
Gói token 
Quan tâm: 
Chi phí cho việc chuyển token (token overhead) 
Độ trễ (latency) 
Có 1 điểm chịu lỗi (token) 
T 
data 
(không có 
gì để gởi) 
T 
Các giao thức MAC “Xoay vòng” 
Tầng Link 
5- 44 
 Tổng kết các giao thức MAC 
Phân hoạch kênh, theo thời gian, tần số hoặc mã 
Phân chia theo thời gian (Time Division), phân chia theo tần số (Frequency Division) 
Truy cập ngẫu nhiên (động), 
ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD 
Cảm nhận sóng mang (carrier sensing): dễ dàng trong một số kỹ thuật (có dây), khó thực hiện trong các công nghệ khác (không dây) 
CSMA/CD được dùng trong Ethernet 
CSMA/CA được dùng trong 802.11 
Xoay vòng 
Điều phối từ đơn vị trung tâm, truyền token 
bluetooth, FDDI, token ring 
A 
D 
C 
B 
CSMA 
TDMA 
Pure ALOHA 
FDMA 
Xem hình đính kèm , đây là giao thức đa truy cập nào ?? 
: 
A 
D 
C 
B 
ALOHA 
Slotted ALOHA 
CSMA 
A,B,C Đều Đúng. 
Giao Thức truy cập ngẫu nhiên nào sau đây sẽ lằng nghe trước khi truyền : 
1 . NIC nhận DATAGRAM từ tầng NETWORK , tạo frame 
2 .Nếu NIC truyền toàn bộ frame mà không phát hiện việc truyền khác , NIC được truyền toàn bộ frame đó 
3 .Nếu NIC dò được kênh rỗi , nó sẽ bắt đầu việc truyền frame . Nếu NIC dò được kênh bận , đợi cho đến khi kênh rảnh , sau đó mới truyền. 
4 .NIC huỷ bỏ việc truyền và phát tín hiệu tắc nghẽn 
5 .NIC phát hiện có phiên truyền khác trong khi đang truyền 
6. NIC thực hiện binary (exponential) backoff 
A 
D 
C 
B 
1,3,2,5,4,6	 
1,2,3,4,5,6 
1,4,3,2,5,6 
1,5,4,2,3,6 
Sắp xếp các bước sau đây theo đúng thứ tự của thuật toán được sử dụng trong CSMA/CD 
Tầng Link 
5- 48 
Tầng Liên kết dữ liệu và mạng LAN 
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 Hoạt động thường ngày - truy cập web 
Tầng Link 
5- 49 
Địa chỉ MAC và ARP 
Địa chỉ IP 32-bit: 
Địa chỉ tầng network cho interface 
Được sử dụng trong chức năng chuyển dữ liệu tầng 3 (tầng network) 
Địa chỉ MAC (hoặc địa chỉ LAN hoặc physical hoặc Ethernet) : 
Chức năng: được sử dụng “cục bộ” để chuyển frame từ 1 interface này đến 1 interface được kết nối vật lý trực tiếp với nhau (cùng mạng, trong ngữ cảnh vùng địa chỉ IP) 
Địa chỉ MAC 48 bit (cho hầu hết các mạng LAN) được ghi vào trong NIC ROM, hoặc thiết lập trong phần mềm 
Ví dụ: 1A-2F-BB-76-09-AD 
Ghi dưới dạng ... ter 
1A-2F-BB-76-09-AD 
58-23-D7-FA-20-B0 
0C-C4-11-6F-E3-98 
71-65-F7-2B-08-53 
 LAN 
(wired or 
wireless) 
Tầng Link 
5- 51 
Địa chỉ LAN(tt) 
Sự phân bổ địa chỉ MAC được quản lý bởi IEEE 
Nhà sản xuất mua phần không gian địa chỉ MAC (bảo đảm duy nhất) 
So sánh: 
Địa chỉ MAC: như là số chứng minh nhân dân 
Địa chỉ IP: như là địa chỉ bưu điện 
 Địa chỉ MAC không phân cấp , có tính di chuyển 
Có thể di chuyển card LAN từ 1 mạng LAN này tới mạng LAN khác 
Địa chỉ IP phân cấp, không di chuyển được 
Địa chỉ phụ thuộc vào subnet IP mà node đó gắn vào 
Tầng Link 
5- 52 
ARP: address resolution protocol 
Bảng ARP: mỗi node (host, router) trên mạng LAN có bảng ARP 
Địa chỉ IP/MAC ánh xạ cho các node trong mạng LAN: 
TTL (Time To Live): thời gian sau đó địa chỉ ánh xạ sẽ bị lãng quên (thông thường là 20 phút) 
Hỏi: làm cách nào để xác định địa chỉ MAC của interface khi biết được địa chỉ IP của nó? 
1A-2F-BB-76-09-AD 
58-23-D7-FA-20-B0 
0C-C4-11-6F-E3-98 
71-65-F7-2B-08-53 
 LAN 
137.196.7.23 
137.196.7.78 
137.196.7.14 
137.196.7.88 
Data Link Layer 
5- 53 
Tầng Link 
5- 54 
Giao thức ARP: cùng mạng LAN 
A muốn gởi datagram tới B 
Địa chỉ MAC của B không có trong bảng ARP của A. 
A sẽ gởi quảng bá ( broadcasts) gói tin ARP query có chứa địa chỉ IP của B 
Địa chỉ MAC đích = FF-FF-FF-FF-FF-FF 
Tất cả các node trên mạng LAN sẽ nhận ARP query này 
B nhận gói tin ARP, trả lời tới A với địa chỉ MAC của B 
Frame được gởi tới địa chỉ MAC của A (unicast) 
A sẽ lưu lại cặp địa chỉ IP-MAC trong bảng ARP của nó cho tới khi thông tin này hết hạn sử dụng 
soft state: thông tin hết hạn (bỏ đi) trừ khi được làm mới 
ARP là giao thức “ plug-and-play ” : 
Các nodes tạo bảng ARP của nó không cần sự can thiệp của người quản trị mạng 
Tầng Link 
5- 55 
Từng bước: gởi datagram từ A tới B thông qua R 
 tập trung vào gán địa chỉ – tại tầng IP (datagram) và MAC (frame) 
 giả sử A biết địa chỉ IP của B 
 giả sử A biết địa chỉ IP của router gateway R (cách nào?) 
 giả sử A biết địa chỉ MAC của R (cách nào?) 
Addressing: định tuyến tới mạng LAN khác 
R 
1A-23-F9-CD-06-9B 
222.222.222.220 
111.111.111.110 
E6-E9-00-17-BB-4B 
CC-49-DE-D0-AB-7D 
111.111.111.112 
111.111.111.111 
74-29-9C-E8-FF-55 
A 
222.222.222.222 
49-BD-D2-C7-56-2A 
222.222.222.221 
88-B2-2F-54-1A-0F 
B 
R 
1A-23-F9-CD-06-9B 
222.222.222.220 
111.111.111.110 
E6-E9-00-17-BB-4B 
CC-49-DE-D0-AB-7D 
111.111.111.112 
111.111.111.111 
74-29-9C-E8-FF-55 
A 
222.222.222.222 
49-BD-D2-C7-56-2A 
222.222.222.221 
88-B2-2F-54-1A-0F 
B 
Tầng Link 
5- 56 
Addressing: định tuyến tới mạng LAN khác 
IP 
Eth 
Phy 
IP nguồn: 111.111.111.111 
 IP đích: 222.222.222.222 
A tạo IP datagram với IP nguồn A, đích B 
A tạo frame tầng Liên kết dữ liệu với địa chỉ MAC của R là địa chỉ đích, frame này chứa IP datagram từ A tới B 
MAC nguồn: 74-29-9C-E8-FF-55 
 MAC đích: E6-E9-00-17-BB-4B 
R 
1A-23-F9-CD-06-9B 
222.222.222.220 
111.111.111.110 
E6-E9-00-17-BB-4B 
CC-49-DE-D0-AB-7D 
111.111.111.112 
111.111.111.111 
74-29-9C-E8-FF-55 
A 
222.222.222.222 
49-BD-D2-C7-56-2A 
222.222.222.221 
88-B2-2F-54-1A-0F 
B 
Tầng Link 
5- 57 
Addressing: định tuyến tới mạng LAN khác 
IP 
Eth 
Phy 
frame được gởi từ A tới R 
IP 
Eth 
Phy 
frame được R nhận, datagram được gỡ bỏ, được chuyển tới IP 
MAC nguồn: 74-29-9C-E8-FF-55 
 MAC đích: E6-E9-00-17-BB-4B 
IP src: 111.111.111.111 
 IP dest: 222.222.222.222 
R 
1A-23-F9-CD-06-9B 
222.222.222.220 
111.111.111.110 
E6-E9-00-17-BB-4B 
CC-49-DE-D0-AB-7D 
111.111.111.112 
111.111.111.111 
74-29-9C-E8-FF-55 
A 
222.222.222.222 
49-BD-D2-C7-56-2A 
222.222.222.221 
88-B2-2F-54-1A-0F 
B 
Tầng Link 
5- 58 
Addressing: định tuyến tới mạng LAN khác 
IP nguồn: 111.111.111.111 
 IP đích: 222.222.222.222 
R sẽ chuyển tiếp datagram với IP nguồn A, đích B 
R tạo frame tầng Liên kết dữ liệu với địa chỉ MAC của B là địa chỉ đích, frame này chứa IP datagram từ A tới B 
MAC nguồn: 1A-23-F9-CD-06-9B 
 MAC đích: 49-BD-D2-C7-56-2A 
IP 
Eth 
Phy 
IP 
Eth 
Phy 
R 
1A-23-F9-CD-06-9B 
222.222.222.220 
111.111.111.110 
E6-E9-00-17-BB-4B 
CC-49-DE-D0-AB-7D 
111.111.111.112 
111.111.111.111 
74-29-9C-E8-FF-55 
A 
222.222.222.222 
49-BD-D2-C7-56-2A 
222.222.222.221 
88-B2-2F-54-1A-0F 
B 
Tầng Link 
5- 59 
Addressing: định tuyến tới mạng LAN khác 
R chuyển tiếp datagram với IP nguồn A, đích B 
R tạo frame tầng Liên kết dữ liệu với địa chỉ MAC của B là địa chỉ đích, frame này chứa IP datagram từ A-tới-B 
IP nguồn: 111.111.111.111 
 IP đích: 222.222.222.222 
MAC nguồn: 1A-23-F9-CD-06-9B 
 MAC đích: 49-BD-D2-C7-56-2A 
IP 
Eth 
Phy 
IP 
Eth 
Phy 
R 
1A-23-F9-CD-06-9B 
222.222.222.220 
111.111.111.110 
E6-E9-00-17-BB-4B 
CC-49-DE-D0-AB-7D 
111.111.111.112 
111.111.111.111 
74-29-9C-E8-FF-55 
A 
222.222.222.222 
49-BD-D2-C7-56-2A 
222.222.222.221 
88-B2-2F-54-1A-0F 
B 
Tầng Link 
5- 60 
Addressing: định tuyến tới mạng LAN khác 
R chuyển tiếp datagram với IP nguồn A, đích B 
R tạo frame tầng Liên kết dữ liệu với địa chỉ MAC của B là địa chỉ đích, frame chứa IP datagram từ A-tới-B 
IP nguồn: 111.111.111.111 
 IP đích: 222.222.222.222 
MAC nguồn: 1A-23-F9-CD-06-9B 
 MAC đích: 49-BD-D2-C7-56-2A 
IP 
Eth 
Phy 
Tầng Link 
5- 61 
Tầng Liên kết dữ liệu và mạng LAN 
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 Hoạt động thường ngày - truy cập web 
Tầng Link 
5- 62 
Ethernet 
Công nghệ mạng LAN hữu tuyến “ chiếm ưu thế ” : 
$20 cho NIC 
Công nghệ mạng LAN đầu tiên được sử dụng rộng rãi 
Đơn giản hơn, rẻ hơn mạng LAN token và ATM 
Tăng tốc độ trung bình từ: 10 Mbps – 10 Gbps 
Phác thảo Ethernet của Metcalfe 
Tầng Link 
5- 63 
Ethernet: cấu trúc vật lý 
bus: phổ biến trong giữa thập niên 90 
Tất cả các node trong cùng vùng xung đột (collision domain) (có thể đụng độ lẫn nhau) 
star: chiếm ưu thế ngày nay 
switch hoạt động ở trung tâm 
Mỗi chặng kết nối Ethernet hoạt động riêng biệt (các node không đụng độ lẫn nhau) 
switch 
bus: cáp đồng trục 
star 
Tầng Link 
5- 64 
Cấu trúc frame Ethernet 
Adapter bên gửi sẽ đóng gói IP datagram (hoặc gói thuộc giao thức khác của tầng mạng) trong Ethernet frame 
Preamble: 
Gồm 8 byte : 7 byte đầu, mỗi byte có giá trị 10101010; byte cuối có giá trị 10101011 
Được sử dụng để đồng bộ tốc độ đồng hồ của bên gửi và nhận 
dest. 
address 
source 
address 
data (payload) 
CRC 
preamble 
type 
Tầng Link 
5- 65 
Cấu trúc frame Ethernet (tt) 
Addresses: 6 byte địa chỉ MAC nguồn, đích 
Nếu adapter nhận frame với địa chỉ đích đúng là của nó, hoặc với địa chỉ broadcast (như là ARP packet), thì nó sẽ chuyển dữ liệu trong frame tới giao thức tầng Mạng 
Ngược lại, adapter sẽ hủy frame 
Type: chỉ ra giao thức tầng cao hơn (thường là IP nhưng cũng có thể là những loại khác như là Novell IPX, AppleTalk) 
CRC: kiểm tra lỗi tại bên nhận 
Lỗi được phát hiện: frame bị bỏ 
dest. 
address 
source 
address 
data (payload) 
CRC 
preamble 
type 
Tầng Link 
5- 66 
Ethernet: không tin cậy,không kết nối 
Connectionless (không kết nối): không bắt tay giữa các NIC gửi và nhận 
Unreliable (không tin cậy): NIC nhận sẽ không gửi thông báo nhận thành công (acks) hoặc không thành công (nacks) đến các NIC gửi 
Dữ liệu trong các frame bị bỏ sẽ được khôi phục lại nếu bên gửi dùng dịch vụ tin cậy của tầng cao hơn (như là TCP) còn không thì dữ liệu đã bị bỏ sẽ mất luôn 
Giao thức MAC của Ethernet : unslotted CSMA/CD với binary backoff 
Tầng Link 
5- 67 
Chuẩn Ethernet 802.3: Tầng Liên kết dữ liệu & Tầng Vật lý 
Nhiều chuẩn Ethernet khác nhau 
Cùng giao thức MAC và định dạng frame 
Tốc độ khác nhau: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10G bps 
Môi trường truyền tầng Vật lý khác nhau: fiber, cable 
application 
transport 
network 
link 
physical 
Giao thức MAC và định dạng frame 
100BASE-TX 
100BASE-T4 
100BASE-FX 
100BASE-T2 
100BASE-SX 
100BASE-BX 
fiber physical layer 
copper (twister 
pair) physical layer 
Tầng Link 
5- 68 
Tầng Liên kết dữ liệu và mạng LAN 
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 Hoạt động thường ngày - truy cập web 
Tầng Link 
5- 69 
Ethernet switch 
Thiết bị tầng Liên kết dữ liệu: đóng vai trò tích cực 
Lưu (store) và chuyển tiếp (forward ) các frame Ethernet 
Xem xét địa chỉ MAC của frame đến , chọn lựa chuyển tiếp frame tới 1 hay nhiều đường link đi ra khi frame được chuyển tiếp vào từng chặng mạng, dùng CSMA/CD để truy nhập chặng mạng 
Transparent (trong suốt) 
Các host không phát hiện được sự hiện diện của các switch 
plug-and-play, tự học 
Các switch không cần được cấu hình 
Tầng Link 
5- 70 
Switch: nhiều phiên truyền đồng thời 
Các host kết nối trực tiếp tới swich 
Switch lưu tạm (buffer) các packet 
Giao thức Ethernet được sử dụng trên mỗi đường kết nối vào, nhưng không có đụng độ; full duplex 
Mỗi đường kết nối là 1 miền đụng độ (collision domain) của riêng nó 
switching: A-tới-A ’ và B-tới-B ’ có thể truyền đồng thời mà không có đụng độ xảy ra 
switch với 6 interface 
( 1,2,3,4,5,6 ) 
A 
A ’ 
B 
B ’ 
C 
C ’ 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
Tầng Link 
5- 71 
Bảng switch forwarding 
Hỏi: làm thế nào để switch biết tới A’ thì sẽ thông qua interface 4 và tới B ’ thì thông interface 5? 
switch với 6 interface 
( 1,2,3,4,5,6 ) 
A 
A ’ 
B 
B ’ 
C 
C ’ 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
Đáp: mỗi switch có một bảng switch , mỗi dòng gồm: 
(địa chỉ MAC của host, interface để tới được host đó, time stamp) 
Giống như bảng định tuyến! 
Q: những dòng được tạo và được duy trì như thế nào trong bảng switch? 
Có giống như giao thức định tuyến hay không? 
A 
A ’ 
B 
B ’ 
C 
C ’ 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
Tầng Link 
5- 72 
Switch: tự học 
Switch học về vị trí các host có thể truyền tới được thông qua các interface kết nối với các host đó 
Khi switch nhận được frame, switch “học” vị trí của bên gửi: cổng vào - incoming LAN segment 
Ghi lại cặp thông tin (bên gửi-vị trí) vào trong bảng switch 
A A ’ 
Nguồn: A 
đích: A ’ 
MAC addr interface TTL 
Bảng Switch 
(ban đầu trống) 
A 
1 
60 
Tầng Link 
5- 73 
Switch: lọc/chuyển tiếp frame 
Khi switch nhận được frame: 
1. Ghi lại cổng kết nối vào, địa chỉ MAC của host gửi 
2. Tạo chỉ mục bảng switch bằng địa chỉ MAC đích 
3. Nếu tìm thấy thông tin đích đến thì { 
 nếu đích đến nằm trên phân đoạn mạng gửi frame đến  thì bỏ frame 
 ngược lại chuyển tiếp frame trên interface được chỉ định bởi thông tin trong bảng switch 
 } 
 ngược lại flood /* chuyển tiếp trên tất cả interface ngoại trừ interface nhận frame đó*/ 
A 
A ’ 
B 
B ’ 
C 
C ’ 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
Tầng Link 
5- 74 
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 ’ 
A A ’ 
A A ’ 
A A ’ 
A A ’ 
frame có đích đến là A’, vị trí của A’ không biết: 
flood 
A ’ A 
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- 75 
Kết nối các switch với nhau (Interconnecting switches) 
Các switch có thể được kết nối với nhau 
Hỏi: gửi từ A tới G – làm cách nào S 1 biết đề chuyển tiếp frame tới F thông qua S 4 và S 3 ? 
Trả: tự học! (làm việc giống y chang như trong trường hợp chỉ có 1 switch!) 
A 
B 
S 1 
C 
D 
E 
F 
S 2 
S 4 
S 3 
H 
I 
G 
Tầng Link 
5- 76 
Ví dụ nhiều switch tự học 
Giả sử C gửi frame tới I, I trả lời cho C 
Hỏi: trình bày các bảng của các switch và cách các gói tin được chuyển đi tại các switch S 1 , S 2 , S 3 , S 4 
A 
B 
S 1 
C 
D 
E 
F 
S 2 
S 4 
S 3 
H 
I 
G 
Tầng Link 
5- 77 
VLANs: trình bày 
Xem xét : 
Người dùng bên CS di chuyển văn phòng sang EE, nhưng vẫn muốn kết nối CS switch? 
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- 78 
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- 79 
Port-based VLAN 
1 
8 
9 
16 
10 
2 
7 
Electrical Engineering 
(VLAN ports 1-8) 
Computer Science 
(VLAN ports 9-15) 
15 
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 
Thay đổi linh động (dynamic membership) : các port có thể được gán động giữa các VLAN 
router 
Chuyển tiếp giữa các VLAN: được thực hiện thông qua định tuyến (cũng giống như nối các switch riêng biệt) 
Trên thực tế, các nhà cung cấp bán các thiết bị switch đã kết hợp thêm một vài tính năng của router 
Tầng Link 
5- 80 
VLANS nối nhiều switch 
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 vào 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- 81 
type 
2-byte Tag Protocol Identifier 
 (value: 81-00) 
Tag Control Information (12 bit VLAN ID field ( VLAN Identifier) , 
 3 bit priority field like IP TOS ( Sử dụng cho kỹ thuật QoS 
	 1 bit Canonical Format Indicator (CFI) : 1 bit cho biết là Token ring hay Ethernet) 
Recomputed 
CRC 
Định dạng frame VLAN 802.1Q 
802.1 frame 
802.1Q frame 
dest. 
address 
source 
address 
data (payload) 
CRC 
preamble 
data (payload) 
CRC 
type 
Tầng Link 
5- 82 
Chương 5: Tổng kết 
 Các nguyên lý của các dịch vụ tầng Liên kết dữ liệu: 
Phát hiện và sửa chữa lỗi 
Chia sẻ kênh broadcast: đa truy cập 
Định địa chỉ tầng Liên kết dữ liệu 
Triển khai các công nghệ khác nhau của tầng Liên kết dữ liệu 
Ethernet 
Mạng LAN và VLAN chuyển mạch 
Tầng Link 
5- 83 
Chương 5: kết thúc 
Tìm hiểu đầy đủ chồng giao thức từ trên xuống dưới (ngoại trừ PHY) 
Hiểu về các nguyên lý hoạt động của mạng và hiện thực 
.. Có thể dừng tại đây . Nhưng có một số chủ đề thú vị! 
wireless 
multimedia 
security 
network management