Bài giảng Mạng máy tính - Chương 8, Phần 2: Tầng liên kết dữ liệu - Ngô Hồng Sơn

1Chương 8 (cont.) 
LAN & WAN
Khoa CNTT- ðHBK Hà Nội
Giảng viên: Ngô Hồng Sơn
Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính
2Tổng quan

 Tuần trước : Tầng liên kết dữ liệu

 Các dịch vụ của tầng liên kết dữ liệu

 Các giao thức ña truy nhập

 Mạng LAN Ethernet, ARP và ñịa chỉ vật lý

 Tuần này: Tiếp tục mạng LAN 

 LAN: Bridge và Switch, 

 VLAN

 WLAN

 WAN

 
3Mạng LAN (cont.)
Hub, Switch, Bridge
4Các thiết bị kết nối mạng LAN

 Hub, bridge và switch

 Một thiết bị mạng LAN với nhiều cổng

 Hub: Chuyển tiếp tín hiệu ở tầng vật lý

 Nhận tín hiệu từ một cổng (khuyếch ñại) và
chuyển tiếp ñến các cổng còn laij

 Không có các dịch vụ của tầng liên kết dữ liệu

 Bridge và switch

 Thông minh hơn hub

 Có thể lưu và chuyển tiếp dữ liệu (Ethernet 
frame)
5Router/Switch/Bridge
Host HostSwitch/
Bridge
Router
6Switch

 Cho phép nhiều cặp liên kết
cùng hoạt ñộng

 E.g. A-to-A’ và B-to-B’, không
có xung ñột

 Giao thức Ethernet ñược sử
dụng trên mỗi link, không sợ
xung ñột với các link khác

 Mỗi link là một vùng xung ñột
riêng

 Switch có một bảng ñ/c MAC 
cho biết máy nào ở cổng nào

 (ð/c MAC máy trạm, số hiệu
cổng, TTL)
A
A’
B
B’
C
C’
1 2 3
45
6
7Switch: Cơ chế tự học

 Switch tự nhận biết ñ/c
MAC của các máy nối
vào

 Bảng chuyển tiếp
A
A’
B
B’
C
C’
1 2
3
45
6
A A’
Source: A
Dest: A’
MAC addr interface TTL
A 1 60
8Switch: Cơ chế chuyển tiếp
Khi nhận ñược 1 frame
1. Tìm ñ/c cổng vào
2. Tìm ñịa chỉ cổng ra dùng bảng chuyển tiếp
3. if tìm thấy cổng ra
then {
if cổng ra == cổng vào
then hủy bỏ frame
else chuyển tiếp frame ñến cổng ra
} 
else quảng bá frame
9Ví dụ A
A’
B
B’
C
C’
1 2
3
45
6
A A’
Source: A
Dest: A’
MAC addr interface TTL
Bảng chuyển tiếp
(Ban ñầu rỗng)
A 1 60
A A’

 Không có cổng ra:
Quảng bá
A’ A

 ðã biết ñ/c A:
A’ 4 60
Chuyển trực tiếp
10
Nối các switch với nhau

 Các switch có thể ñược nối với nhau
A
B

 Cũng dùng cơ chế tự học
S1
C D
E
F
S2
S4
S3
H
I
G
11
Thực tế!
12
Một mạng ñiển hình
Kết nối tời
mạng bên ngoài
router
IP subnet
mail server
web server
13
So sánh Switch và Router

 Lưu và chuyển tiếp

 routers: tầng mạng

 switches: tầng liên kết dữ liệu

 Router quản lý bảng chọn ñường, giải thuật chọn
ñường, chuyển tiếp gói tin

 switches quản lý bảng chuyển tiếp, tự học, lọc
frame
Host HostSwitch Router
14
Spanning Tree Protocol

 Các switch nối với nhau theo một ñồ thị
(!=cây)

 Spanning Tree Protocol sẽ tìm một ñồ thị con 
không có vòng lặp.

 Spanning => Bao gồm tất cả các switches.

 Tree => Dạng cây, không vòng lặp.

 Là một giao thức phân tán:

 Cho phép xác ñịnh nút gốc (root) của cây

 Switches chỉ chuyển tiếp dữ liệu qua cổng thuộc
cây ñó. 
15
Ví dụ về Spanning Tree
B3
B5
B7
B2
B1
B6 B4
Hoạt ñộng:
1. Chọn 1 nút làm root
2. Với mỗi mạng LAN, 
chọn một nút ñại diện
gần với nút gốc nhất.
3. Các switch còn lại phải
liên lạc với root thông
qua nút ñại diện.
B8
16
Example Spanning Tree
B3
B5
B7
B2
B1
B6 B4
Root
B8
B2 B4 B5 B7
B8
B1
Spanning Tree:
17
Spanning Tree Protocol
1. Quảng bá ñịnh kỳ thông tin:
(ID nút gửi, ID nút gốc, khoảng cách tới gốc).
2. Khởi tạo: Khoảng cách là 0.
3. Switch quảng bá cho ñến khi nhận ñược một thông ñiệp tốt hơn:
a. Có ID gốc nhỏ hơn
b. ID gốc bằng nhau nhưng khoảng cách nhỏ hơn
c. ID của nút gửi nhỏ hơn.
4. Nếu nhận ñược 1 thông ñiệp tốt thì chuyển tiếp nó (tăng khoảng
cách lên 1). 
5. Nếu không ñược chỉ ñịnh là switch ñại diện thì không ñược gửi
thông ñiệp quảng bá.
Hiển nhiên, sau một thời gian:
• Chỉ nút gốc thường xuyên phát ñi thông ñiệp cấu hình,
• Switch chỉ chuyển tiếp thông ñiệp cấu hình tới mạng LAN 
mà nó là ñại diện. 
18
Virtual LAN (VLAN)
19
Mạng LAN ảo (Virtual LAN)

 Yêu cầu thực tế

 Chia xẻ tài nguyên (file, máy in, v.v..) 
giữa các trạm “xa nhau”

 Bảo mật thông tin nội bộ trong một
phòng ban

 Giải pháp mạng LAN ảo

 Nhóm các trạm thành một
mạng LAN logic

 Mạng LAN logic không bị ràng
buộc về mặt ñịa lý của các trạm

 Mạng LAN logic ñộc lập với
các ứng dụng mạng
VLAN1
VLAN2
VLAN3
20
Broadcast domain & cách xây
dựng VLAN

 Broadcast domain

 Khoảng “không gian mạng” mà các
MAC PDU có thể ñi ñến

 Mặc ñịnh: 
Broadcast domain = LAN

 Broadcast domain thường giới hạn
bởi các Switch hoặc Router

 Port Grouping VLAN

 Nhóm các cổng Switch (VLAN 2)

 MAC-based VLAN (VLAN1, VLAN2)

 Layer 3-based VLAN (VLAN 3)

 

 Kết nối các VLAN
VLAN1
VLAN2
VLAN3
VLAN1: 0,1,5,6
VLAN2: 2,3,4,7
21
Wireless LAN
22
Tổng quan về 802.11 LAN

 Gồm một số trạm cơ sở
(base station = access 
point) và các máy trạm
có giao diện mạng
không dây

 Chế ñộ trạm cở sở

 Basic Service Set (BSS) 

 wireless hosts

 access point (AP): base 
station

 Chế ñộ Ad hoc : Chỉ cần
máy trạm
BSS 1
BSS 2
Internet
hub, switch
hay routerAP
AP
23
Các chuẩn

 802.11b

 Dải tần 2.4-5 GHz (unlicensed 
spectrum)

 Tốc ñộ tối ña 11 Mbps

 802.11a

 Dải 5-6 GHz 

 Tốc ñộ tối ña 54 Mbps

 802.11g

 Dải 2.4-5 GHz

 Tốc ñộ tối ña 54 Mbps

 802.11n: cho phép dùng
nhiều ăng-ten (MIMO)

 Dải 2.4-5 GHz

 Tốc ñộ tối ña 200 Mbps

 ðều sử dụng CSMA/CA ñể quản lý ña truy nhập

 Có thể hỗ trợ 2 chế ñộ: base-station và ad hoc
24
802.11: Kênh, liên kết

 Dải tần ñược chia làm 11 kênh với tần số khác nhau

 Người quản trị lựa chọn tần số cho AP (có thể tự
ñộng)

 Máy trạm: Phải tạo một liên kết với 1 AP

 Quét kênh, lắng nghe các frame khởi tạo (beacon 
frames) có chứa tên của AP (SSID) và ñịa chỉ
MAC của AP

 Chọn một AP ñể tạo liên kết
25
Phương pháp dò: chủ ñộng/bị ñộng
AP 2AP 1
H1
BBS 2BBS 1
1
22
3 4
Active Scanning: 
(1) H1 quảng bá yêu cầu tìm AP
(2) APs trả lời thông tin về mình
(3) H1 gửi yêu cầu lập liên kết tời
AP2
(4) Xác nhận yêu cầu
AP 2AP 1
H1
BBS 2BBS 1
1
2 3
1
Passive Scanning:
(1) frames khởi tạo ñược gửi từ APs
(2) H1 gửi yêu cầu lập liên kết tời AP2
(3) Xác nhận yêu cầu
26
IEEE 802.11: Quản lý ña truy nhập

 802.11: CSMA

 802.11: CA – Collision Avoidance

 Khó phát hiện xung ñột trong môi trường mạng không dây

 Nhiều trường hợp không thể phát hiện xung ñột : hidden 
terminal, fading
A
B
C
A B C
A’s signal
strength
space
C’s signal
strength
27
IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA
Bên gửi
1 If kênh rỗi trong khoảng thời gian DIFS then
truyền toàn bộ frame (không có CD)
2 if kênh bận then
bắt ñầu cơ chế back-off ngẫu nhiên
Khi hết thời gian back-off, truyền dữ liệu
Nếu không thấy ACK, tăng khoảng thời gian
back-off, lặp lại 2
Bên nhận
- if nhận tốt frame then
trả lời ACK sau khoảng SIFS
Bên gửi Bên nhận
DIFS
data
SIFS
ACK
DIFS: Distributed Inter Frame Space
SIFS: Short Inter Frame Space Tại sao cần ACK?
28
Phương pháp tránh xung ñột
ý tưởng: Cho phép bên gửi “ñặt chỗ” kênh truyền, không
dùng truy nhập ngẫu nhiên: tránh xung ñột cho những frame 
dài

 Bên gửi gửi các gói tin RTS (request-to-send) tới BS sử
dụng CSMA

 RTS có thể bị xung ñột (xong gói tin rất nhỏ)

 BS quảng bá gói tin CTS (clear-to-send CTS) ñể trả lời

 Các trạm ñều nhận ñược RTS

 Bên gửi truyền frame

 Các trạm khác phải hủy quá trình truyền của mình
Tránh ñược xung ñột nhờ vào việc ñặt chỗ
bằng các gói tin ñiều khiển kích thước nhỏ
29
Collision Avoidance: Trao ñổi RTS-CTS
APA B
time
RTS(A) R T S
( B )
RTS(A)
C T S ( A ) CTS(A)
DATA (A)
A C K ( A ) ACK(A)
reservation collision
defer
30
frame
control duration
address
1
address
2
address
4
address
3 payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seq
control
802.11 frame: Vấn ñề ñịa chỉ
Address 2: ñịa chỉ nguồn
Address 1: ñịa chỉ ñích
Address 3: ðịa chỉ vật lý
của router gắn với AP
Address 4: Sử dụng
trong chế ñộ ad hoc
31
Internet
router
AP
H1 R1
AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr
address 1 address 2 address 3
802.11 frame
R1 MAC addr AP MAC addr 
dest. address source address 
802.3 frame
802.11 frame: Vấn ñề ñịa chỉ
32
frame
control duration
address
1
address
2
address
4
address
3 payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seq
control
Type FromAPSubtype
To
AP
More 
frag WEP
More
data
Power
mgtRetry Rsvd
Protocol
version
2 2 4 1 1 1 1 1 11 1
802.11 frame
Thời gian ñặt chỗ (RTS/CTS) frame seq #(ACK)
frame type
(RTS, CTS, ACK, data)
33
Tóm tắt về LAN

 Ethernet LAN

 Thiết bị kết nối LAN: Hub, switch, bridge

 VLAN, WLAN 
34
Physical layer
35
Tổng quan

 ðảm nhận việc truyền dòng bit

 ñặt dòng bit từ máy trạm lên ñường truyền

 lấy dòng bit từ ñường truyền vào máy trạm

 Một số vấn ñề

 Phương tiện truyền

 Mã hóa

 ðiều chế

 Dồn kênh
36
Từ tín hiệu tới gói tin
Analog Signal
“Digital” Signal
Bit Stream 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1
Packets 0100010101011100101010101011101110000001111010101110101010101101011010111001
Header/Body Header/Body Header/Body
ReceiverSender
Packet
Transmission
37
ðường truyền

 Hữu tuyến

 Twisted Pair

 Coaxial Cable

 Fiber Optics

 Vô tuyến, không dây

 Radio

 Hồng ngoại

 Ánh sáng

 
38
Cáp xoắn ñôi
(a) Category 3 UTP.
(b) Category 5 UTP.
39
Cáp ñồng trục
40
Cáp sợi quang
(a) Một sợi cáp
(b) Một ñường cáp với 3 lõi
41
Dải tần của các kênh truyền thông
42
Mã hóa thông tin

 Sử dụng các tín hiệu rời rạc, ñiện áp khác nhau ñể
biểu diễn các bít 0 và 1.

 Việc truyền phải ñược ñồng bộ giữa hai bên

 Có thể mã hóa theo từng bit hoặc một khối các bit, 
e.g., 4 hay 8 bits.

 Có nhiều cách biểu diễn khác nhau, NRZ, 
Manchested,.. 
43
Non-Return to Zero (NRZ) 

 1 -> ñiện áp cao; 0 -> ñiện áp thấp
V 0
.85
-.85
0 0 0 11 0 1 0 1
44
Non-Return to Zero Inverted 
(NRZI) 

 1 -> chuyển ñiện áp; 0 -> giữ nguyên
V 0
.85
-.85
0 0 0 11 0 1 0 1
45
Ethernet Manchester Encoding 

 ðiện áp chuyển từ thấp lên cao : 0

 ðiện áp chuyển từ cao về thấp : 1
V 0
.85
-.85
0 1 1 0
.1µs
46
Còn nhiều vấn ñề khác nữa

 ðiều chế

 Dồn kênh

 Chuyển ñổi tín hiệu

 .

 Cần nhiều thời gian và khóa học khác!
47
Next week: Security

 Virus, mal-ware, security hole and DoS

 Password cracking

 Sniffing, phishing and information protection

 Firewall, Anti-virus

 Encryption
48
Acknowledgement

 This course materials contain charts and texts 
provided by:

 Materials from the textbook “Computer Network, a top 
down approach” J.F Kurose and K.W. Ross

 Materials from the textbook “Computer Network”, A. 
Tanenbaum