Bài giảng Mạng máy tính - Chương 8, Phần 3: Tầng liên kết dữ liệu - Ngô Hồng Sơn

1Link Layer

 Buổi trước

 Chức năng cơ bản

 MAC,

 WLAN

 Hôm nay

 PPP

 Kênh ảo: ATM, MPLS
2Giao thức kết nối ñiểm-ñiểm
(point-to-point)

 Một nút gửi, một nút nhận, một liên kết:

 Không cần Media Access Control

 Không cần ñịa chỉ

 e.g., dialup link, ADSL, ISDN

 Một số giao thức DLC ñiểm-ñiểm:

 PPP (point-to-point protocol)

 HDLC: High level data link control
3Các yêu cầu của PPP [RFC 1557]

 Packet framing:

 Hỗ trợ nhiều giao thức

 Dồn kênh/Phân kênh

 Bit transparency: Chuyển bất cứ mẫu bit nào

 Error detection (không cần correction)

 Connection liveness: Phát hiện ñược trạng thái
ñường truyền
4PPP không phải làm:

 Sửa lỗi

 ð/k luồng

 Thứ tự gói tin

 Hỗ trợ kết nối ña ñiểm
ðể cho tầng trên!
5PPP Data Frame

 Flag:

 Address: (Option)

 Control: (Dự trữ)

 Protocol: Giao thức tầng trên(eg, PPP-LCP, IP, 
IPCP, etc) 
6PPP Data Frame

 info: dữ liệu

 check: CRC
7Byte Stuffing

 Yêu cầu phải gửi ñươc mẫu bit 

 Q: data or flag?

 Sender: Thêm một mẫu sau mỗi
ñoạn dữ liệu (“stuff”) 

 Receiver:

 Nếu có hai chuỗi liên tiếp 01111110?

 Nếu có một chuỗi 01111110?
8Byte Stuffing
b5 b4 01111110 01111110 b2 b1
9PPP Data Control Protocol
Trước khi trao ñổi dữ liệu

 Cấu hình PPP link (max. 
frame length, 
authentication)

 Cấu hình thông tin tầng
mạng

 Với IP: Sử dụng giao
thức IP Control Protocol 
(IPCP) (protocol field: 
8021) ñể trao ñổi thông
tin ñịa chỉ IP
10
ATM và MPLS
11
Ảo hóa các mạng
Công nghệ ảo hóa tài nguyên:

 Máy tính: Bộ nhớ ảo, thiết bị ảo, máy ảo

 Java

 VMware, MS virtual machine

 Ảo hóa: Không quan tâm ñến chi tiết tầng dưới, chỉ
quan tâm ở mức khái quát hóa (abstraction)
12
Internet: Mạng của các mạng
1974: Các mạng với công
nghệ khác nhau

 ARPAnet

 data-over-cable networks

 packet satellite network (Aloha)

 packet radio network
 Sự khác nhau:

 ðịa chỉ

 Khuôn dạng gói tin

 Xử lí lỗi

 Chọn ñường
ARPAnet satellite net
"A Protocol for Packet Network Intercommunication", 
V. Cerf, R. Kahn, IEEE Transactions on Communications,
May, 1974, pp. 637-648.
13
ARPAnet satellite net
gateway
Internetwork layer (IP): 

 ðịa chỉ ñồng nhất

 Mạng của các mạng
Gateway: 

 Chuyển ñổi khuôn dạng gói tin 
Encapsule/Decapsule

 Chọn ñường (ở mức liên mạng)
Internet: Mạng của các mạng
14
Nguyên lý kết nối liên mạng của
Cerf & Kahn’s

 Hai tầng ñịa chỉ: ðịa chỉ liên mạng và ñịa chỉ mạng riêng

 Sử dụng tầng IP -> Làm cho mạng trở nên ñồng nhất

 Tất cả các công nghệ phía dưới có thể quan niệm là tầng
dưới ñối với giao thức IP

 cable

 satellite

 56K telephone modem

 ADSL

 ATM, MPLS

 .
15
Tổng quan về ATM và MPLS

 ATM, MPLS có các cơ chế riêng của nó

 Mô hình dịch vụ, ñịa chỉ hóa, chọn ñường khác
với Internet

 Internet: Xem ATM, MPLS như là công
nghệ “data-link” kết nối các IP routers

 Giống như sử dụng modem quay số của mạng
ñiện thoại
16
Asynchronous Transfer Mode: ATM

 Ra ñời khoảng thập niên 90

 Mạng tốc ñộ cao: 155Mbps ñến 622 Mbps hay cao
hơn

 Broadband Integrated Service Digital Network

 Mục ñích: Hỗ trợ việc truyền cả ba dạng dữ liệu
tích hợp: voice, video, data

 Hỗ trợ yêu cầu QoS của voice, video (Internet: 
best-effort)

 Hỗ trợ mạng ñiện thoại thế hệ mới

 Chuyển mạch gói – tế bào (kích thước gói tin cố
ñịnh) sử dụng kênh ảo (virtual circuit)
17
Kiến trúc ATM

 ATM adaptation layer (AAL): Chỉ có ở hệ thống cuối

 Phân mảnh/hợp nhất dữ liệu

 Giống như tầng giao vận trong mô hình Internet

 ATM layer: “Tầng mạng”

 Chuyển mạch và chọn ñường cho các tế bào (Cell)

 Physical layer
physical
ATM
AAL
physical
ATM
AAL
physical
ATM
physical
ATM
end system end systemswitch switch
18
ATM: Là tầng mạng hay tầng liên
kết dữ liệu?
Quan ñiểm: truyền dữ
liệu cuối-cuối: “ATM 
truyền dữ liệu từ máy
này sang máy kia”

 ATM là tầng mạng
Thực tế: Sử dụng ñể kết
nối các IP router

 “IP over ATM”

 ATM là tầng liên kết
dữ liệu
ATM
network
IP
network
19
ATM Adaptation Layer (AAL)

 ATM Adaptation Layer (AAL): Tầng trung gian giữa
các tầng trên và tầng ATM

 IP

 Các ứng dụng trực tiếp của ATM

 Dữ liệu -> Cell
physical
ATM
AAL
physical
ATM
AAL
physical
ATM
physical
ATM
end system end systemswitch switch
20
ATM Adaptation Layer (AAL)
Có nhiều kiểu AAL khác nhau:

 AAL1: CBR (Constant Bit Rate)

 AAL2: VBR (Variable Bit Rate) 

 AAL5: chuyển tiếp dữ liệu gói tin
AAL PDU
ATM cell
User data
21
Tầng ATM
Service: vận chuyển tế bào

 Chức năng thì gần giống IP

 Dịch vụ ña dạng hơn
Network
Architecture
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Service
Model
best effort
CBR
VBR
ABR
UBR
Bandwidth
none
constant
rate
guaranteed
rate
guaranteed 
minimum
none
Loss
no
yes
yes
no
no
Order
no
yes
yes
yes
yes
Timing
no
yes
yes
no
no
Congestion
feedback
no (inferred
via loss)
no
congestion
no
congestion
yes
no
Guarantees ?
22
Tầng ATM: Kênh ảo

 Các tế bào ñược vận chuyển trong các kênh ảo từ
nguồn tới ñích

 Phải thiết lập, hủy bỏ kênh ảo trước khi truyền dữ liệu

 Mỗi tế bảo sẽ có 1 số hiệu kênh ảo tương ứng

 Các bộ chuyển mạch phải duy trì trạng thái kênh ảo trong suốt
quá trình truyền

 Permanent VCs (PVCs): Kênh ảo cố ñịnh

 Thời gian sống rất lâu

 ðể kết nối các IP routers

 Switched VCs (SVC): Kênh ảo tạm thời

 ðộng, chỉ kết nối khi có nhu cầu
23
ATM VCs

 Ưu ñiểm của kênh ảo:

 Hỗ trợ tốt QoS (bandwidth, delay, delay jitter)

 Hạn chế:

 Tiêu tốn tài nguyên (PVC)

 SVC: Gây ra trễ
24
ATM cell

 Kích thước cố ñịnh 53 bytes

 Phần ñầu: 5-byte

 Dữ liệu 48-byte
Cell header
Cell format
25
Phần ñầu gói tin ATM

 VCI: virtual channel ID (Số hiệu kênh ảo)

 PT: Payload type

 CLP: Cell Loss Priority bit

 CLP = 1 : Có thể hủy bỏ nếu có tắc nghẽn

 HEC: Header Error Checksum

 CRC
26
Tầng vật lý của ATM
Hai tầng con

 Transmission Convergence Sublayer (TCS): Tầng
trung gian giữa ATM và tầng PMD

 Physical Medium Dependent: phụ thuộc hạ tầng vật
lý
27
Tầng vật lý của ATM
Physical Medium Dependent (PMD) sublayer

 SONET/SDH:

 Mạng cáp quang; 

 Dùng công nghệ TDM 

 Có nhiều tốc ñộ khác nhau: OC3 = 155.52 Mbps; 
OC12 = 622.08 Mbps; OC48 = 2.45 Gbps, OC192 = 9.6 
Gbps

 TI/T3: Công nghệ của mạng ñiện thoại: 1.5 Mbps/ 
45 Mbps

 
28
IP-Over-ATM
Mạng “IP over 
Ethernet”
IP over ATM

 ATM ñược sử dụng
như các mạng LAN 
nhánh
ATM
network
Ethernet
LANs
Ethernet
LANs
29
IP-Over-ATM
AAL
ATM
phyphy
Eth
IP
ATM
phy
ATM
phy
app
transport
IP
AAL
ATM
phy
app
transport
IP
Eth
phy
30
Dữ liệu ñi qua mạng IP-over-ATM
như thế nào?

 Tại nút nguồn:

 Chuyển ñổi ñịa chỉ IP-ATM (ARP)

 Chuyển dữ liệu (IP) cho AAL5

 AAL5 chia gói tin IP thành các tế bào và chuyển cho
tầng ATM

 Trong mạng ATM: các tế bào sẽ ñi trong kênh
ảo (VC) tới ñích

 Tại nút ñích:

 AAL5 tập hợp tế bào lại thành một gói tin

 Chuyển cho tầng IP
31
Multi-protocol label switching (MPLS)

 Mục ñích: Tăng tốc việc chuyển tiếp gói tin IP trên
các router

 Mượn ý tưởng của kênh ảo (VC)

 Các gói tin IP vẫn sử dụng ñịa chỉ IP
PPP or Ethernet 
header IP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 5
32
MPLS: Phải ñược hỗ trợ trên
routers

 Label-switched router

 Chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn - label mà
không ñọc ñịa chỉ IP

 Bảng chuyển tiếp MPLS, không dùng bảng chọn
ñường IP

 Phải dùng các giao thức báo hiệu ñể lập kênh
ảo

 Hỗ trợ QoS tốt hơn
33
R1R2
D
R3R4
R5
0
1
00
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
Ví dụ về bảng chuyển tiếp MPLS
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