›
›

Mạng máy tính - Chương 5: Lớp link và các mạng lan

pdf 105 trang vanle 6010
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Mạng máy tính - Chương 5: Lớp link và các mạng lan", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfmang_may_tinh_chuong_5_lop_link_va_cac_mang_lan.pdf

Nội dung text: Mạng máy tính - Chương 5: Lớp link và các mạng lan

  1. Chương 5 Lớp Link & các mạng LAN Nhập mơn mạng máy tính
  2. Chương 5: Nội dung trình bày  5.1 Giới thiệu và các dịch  5.6 Hubs & switches vụ  5.7 PPP  5.2 Phát hiện và sửa lỗi  5.8 Link Virtualization:  5.3 Các giao thức đa ATM & MPLS truy cập  5.4 Định địa chỉ  5.5 Ethernet 2
  3. 5.1 Giới thiệu và các dịch vụ 3
  4. Giới thiệu “link” một số cơng nghệ:  host và router gọi là các nút  các kênh truyền thơng nối liền các nút lân cận gọi là các kết nối  các kết nối hữu tuyến (wired)  các kết nối vơ tuyến (wireless)  các LAN  gĩi dữ liệu trong lớp 2 gọi là frame, đĩng gĩi datagram lớp data-link cĩ trách nhiệm truyền datagram từ 1 nút đến nút lân cận trên đường liên kết 4
  5. Ngữ cảnh  Datagram được truyền bởi so sánh các giao thức và trên các  hành trình từ Princeton Lausanne đường kết nối khác nhau:  taxi: Princeton JFK  Vd: Ethernet trên kết nối  thứ 1, frame relay trên các máy bay: JFK Geneva kết nối trung gian, 802.11  tàu hỏa: Geneva Lausanne trên kết nối cuối cùng  khách du lịch = datagram  Mỗi giao thức kết nối cung  đoạn đường đi = liên kết cấp các dịch vụ khác nhau truyền thơng  vd: cĩ thể hoặc khơng thể  kiểu vận chuyển = giao thức cung cấp rdt trên kết nối lớp link  đại lý du lịch = giải thuật routing 5
  6. Các dịch vụ  Tạo frame, Truy cập mơi trường:  đĩng gĩi datagram vào frame, thêm header, trailer  truy cập kênh truyền nếu được chia sẻ  các địa chỉ “MAC” dùng trong các header của frame giúp xác định nguồn, đích  khác với địa chỉ IP!  Truyền tin cậy giữa các nút lân cận  đã nghiên cứu làm thế nào để thực hiện được điều này trong chương 3  ít khi dùng trên các kết nối cĩ tỷ lệ lỗi thấp (cáp quang, một số loại cáp xoắn)  các kết nối khơng dây: tỷ lệ lỗi cao 6
  7. Các dịch vụ (tt)  Điều khiển luồng:  điều khiển tốc độ giữa các nút gửi và nhận  Phát hiện lỗi:  các lỗi gây ra bởi sự suy giảm tín hiệu, nhiễu.  bên nhận phát hiện sự xuất hiện của các lỗi:  thơng báo bên gửi truyền lại hoặc bỏ frame đĩ  Sửa lỗi:  bên nhận xác định và sửa bit bị lỗi khơng cần phải truyền lại  Half-duplex và full-duplex  với half duplex, các nút tại 2 điểm đầu cuối của kết nối cĩ thể truyền, nhưng khơng đồng thời 7
  8. các Adaptor trong truyền thơng datagram giao thức lớp link nút nhận nút gửi frame frame adapter adapter  lớp link được hiện thực  bên nhận trong “adaptor” (cịn gọi là  phát hiện lỗi, rdt, điều khiển NIC) luồng  Ethernet card, PCMCI card,  trích ra datagram, chuyển 802.11 card cho nút nhận  bên gửi:  adapter là bán tự động  đĩng gĩi datagram vào trong  các lớp link & physical frame  thêm các bit kiểm tra lỗi, rdt, điều khiển luồng 8
  9. Liên kết dữ liệu: Cài đặt ở đâu  Cài đặt trên các “adapter”  Ví dụ PCMCIA card, Ethernet card  Thường cĩ: RAM, DSP chips, interface giao tiếp với máy tính, và interface liên keetss với mạng 9
  10. 5.2 Phát hiện và sửa lỗi 10
  11. Phát hiện lỗi EDC = Error Detection and Correction bit (Dư thừa) D = Dữ liệu cần được bảo vệ (cĩ thể thêm phần Tiêu đề) Phát hiện lỗi khơng đảm bảo tin cậy 100%! •giao thức thỉnh thoảng cĩ thể nhớ một số lỗi •trường EDC lớn hơn giúp việc phát hiện và sửa lỗi tốt hơn 11
  12. Kiểm tra Parity – chẵn lẻ Bit Parity đơn: Bit Parity 2 chiều: phát hiện các lỗi bit phát hiện & sửa các lỗi bit 0 0 12
  13. Internet checksum Mục tiêu: phát hiện “các lỗi” trong đoạn đã truyền (chú ý: chỉ dùng tại lớp transport) Bên gửi: Bên nhận:  tính tốn checksum của đoạn đã  ử ộ ạ ư x lý các n i dung đo n nh nhận một chuỗi các số nguyên 16  kiểm tra checksum đĩ cĩ bằng giá bit trị trong trường checksum?  checksum: thêm (tổng bù 1)  KHƠNG – cĩ lỗi ộ ạ vào các n i dung đo n  CĨ – khơng lỗi. Nhưng cĩ thể  bên gửi đặt giá trị vẫn cịn lỗi khác? checksum vào trong trường UDP checksum 13
  14. Checksumming: kiểm tra dư thừa theo chu kỳ  xem các bit dữ liệu, D, như số nhị phân  chọn mẫu r+1 bit, G  mục tiêu: chọn r bit CRC, R, sao cho:  chia cho G (theo cơ số 2)  bên nhận biết G, chia cho G. nếu phần dư khác 0: phát hiện lỗi!  cĩ thể kiểm tra tất cả các lỗi nhỏ hơn r+1 bits  sử dụng phổ biến trong thực tế (ATM, HDLC) 14
  15. 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, lấy phần cịn lại R D.2r R = phần dư của[ ] G 15
  16. 5.3 Các giao thức đa truy cập 16
  17. Các giao thức và kết nối đa truy cập 2 kiểu “kết nối”:  point-to-point (điểm-điểm)  PPP cho truy cập dial-up  kết nối point-to-point giữa Ethernet switch và host  broadcast (chia sẻ đường truyền chung)  Ethernet mơ hình cũ  802.11 wireless LAN 17
  18. Các giao thức đa truy cập  Chia sẻ kênh truyền dùng chung  2 hoặc nhiều sự truyền đồng thời bởi các nút: giao thoa  collision if node receives two or more signals at the same time giao thức đa truy cập  giải thuật phân tán xác định cách các nút chia sẻ kênh truyền, nghĩa là xác định khi nào nút cĩ thể truyền  truyền thơng về chia sẻ kênh phải dùng chính kênh đĩ!  khơng cĩ kênh khác để phối hợp 18
  19. Các giao thức MAC: 1 cách phân loại 3 lớp chính:  Phân chia kênh truyền  chia kênh thành các “mảnh” nhỏ hơn (các slot thời gian, tần số, mã)  cấp phát mảnh cho nút để sử dụng độc quyền  Truy cập ngẫu nhiên  kênh khơng chia, cho phép các tranh chấp  “giải quyết” các tranh chấp  “Xoay vịng”  Xoay vịng các nút, nhưng nút cĩ nhiều quyền hơn được giữ thời gian truyền lâu hơn 19
  20. các giao thức phân hoạch kênh MAC: TDMA TDMA: time division multiple access  truy cập đến kênh trong theo hình thức “xoay vịng”  mỗi trạm cĩ slot với độ dài cố định (độ dài = thời gian truyền gĩi) trong mỗi vịng  các slot khơng dùng bị bỏ phí  ví dụ: 6-trạm LAN, 1,3,4 cĩ gửi gĩi, các slot 2,5,6 rảnh 20
  21. các giao thức phân hoạch kênh MAC: FDMA 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  thời gian truyền khơng dùng trong các dải tần rảnh  ví dụ: 6-trạm LAN, 1,3,4 cĩ gĩi truyền, các dải tần 2,5,6 rảnh n ầ i t i ả d các 21
  22. các giao thức truy cập ngẫu nhiên  Khi 1 nút cĩ nhu cầu truyền  truyền dữ liệu với trọn tốc độ của kênh  khơng cĩ sự ưu tiên giữa các nút  2 hoặc nhiều nút truyền “tranh chấp”  giao thức truy cập ngẫu nhiên MAC xác định:  làm cách nào phát hiện tranh chấp  giải quyết tranh chấp (như truyền lại sau đĩ)  Ví dụ:  chia slot ALOHA  ALOHA  CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA 22
  23. chia slot ALOHA Những giả thiết Hoạt động  tất cả frame cĩ cùng kích  khi nút lấy frame nĩ được thước phép truyền trong slot kế  ờ ề ượ th i gian truy n đ c chia ế thành các slot kích thước như ti p nhau (để truyền 1 frame)  khơng tranh chấp, nút cĩ thể  các nút bắt đầu truyền các gửi frame mới trong slot kế frame chỉ ngay tại lúc bắt đầu tiếp slot  nếu tranh chấp, nút truyền  các nút được đồng bộ hĩa lại frame trong mỗi slot kế  nếu 2 nút hoặc nhiều hơn cùng truyền trong slot, tất cả đều tiếp với xác suất p cho đến phát hiện tranh chấp khi thành cơng 23
  24. chia slot ALOHA Ưu điểm Nhược điểm  nút kích hoạt cĩ thể  các tranh chấp truyền liên tục với tốc  lãng phí slot độ tối đa của kênh  các nút cĩ thể phát hiện  đơn giản tranh chấp với thời gian ít hơn để truyền gĩi  đồng bộ hĩa 24
  25. ALOHA thuần túy (khơng chia slot)  Aloha khơng chia slot: đơn giản hơn, khơng đồng bộ  khi frame đến đầu tiên  truyền ngay  khả năng tranh chấp tăng lên:  frame gửi tại thời điểm t0 tranh chấp với các frame khác gửi trong thời điểm [t0-1,t0+1] 26
  26. CSMA (Carrier Sense Multiple Access) CSMA: nghe ngĩng trước khi truyền: Nếu kênh rảnh: truyền đi tồn bộ frame  Nếu kênh bận, trì hỗn truyền  So sánh với con người: đừng ngắt lời người khác đang nĩi! 28
  27. CSMA: xảy ra xung đột các tranh chấp vẫn xảy ra: trễ lan truyền nghĩa là 2 nút khơng nghe thấy quá trình truyền của nhau tranh chấp: lãng phí thời gian đã truyền chú ý: vai trị của khoảng cách & trễ lan truyền trong việc xác định xác suất tranh chấp 29
  28. CSMA/CD (Collision Detection) CSMA/CD: trì hỗn như trong CSMA  các tranh chấp được phát hiện trong khoảng thời gian ngắn  tranh chấp đường truyền được bỏ qua, giảm sự lãng phí kênh  phát hiện tranh chấp:  dễ dàng trong các mạng LAN hữu tuyến: đo cường độ tín hiệu, so sánh với các tín hiệu đã truyền, đã nhận  khĩ khăn trong các mạng LAN vơ tuyến: bên nhận bị tắt trong khi đang truyền  so sánh với con người: đàm thoại lịch sự 30
  29. CSMA/CD phát hiện tranh chấp 31
  30. các giao thức “xoay vịng” MAC các giao thức phân hoạch kênh MAC:  chia sẻ hiệu suất kênh và cơng bằng khi tải lưu lượng lớn  khơng hiệu quả khi tải lưu lượng thấp: rất ít nút cùng truyền đồng thời các giao thức truy cập ngẫu nhiên MAC  Hiệu quả khi ít nút đồng thời truyền  Nhiều nút cùng truyền: xác suất xảy ra tranh chấp càng lớn các giao thức “xoay vịng” tìm kiếm giải pháp tốt nhất! 32
  31. các giao thức “xoay vịng” Hỏi vịng: Chuyển thẻ bài:  Nút master “mời” các điều hành token chuyển tuần nút slave truyền theo tự từ 1 nút đến nút kế tiếp lượt thơng điệp token  Các thơng điệp Request liên quan: to Send, Clear to Send  Chi phí phụ trội  liên quan:  Độ trễ  Chi phí phụ trội  Mất thẻ  Độ trễ  Nút master bị lỗi 33
  32. Tổng kết các giao thức MAC  Bạn làm gì với một đường truyền chia sẻ?  Phân hoạch kênh theo thời gian, tần số hoặc mã  chia thời gian, chia tần số  Phân hoạch ngẫu nhiên  ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD  cảm nhận: dễ dàng với một số cơng nghệ (hữu tuyến), khĩ khăn với một số khác (vơ tuyến)  CSMA/CD dùng trong Ethernet  CSMA/CA dùng trong 802.11  Xoay vịng  thăm dị từ vị trí trung tâm, chuyển token 34
  33. LAN lớp Data link:  các dịch vụ, phát hiện/sửa lỗi, đa truy cập tiếp: các cơng nghệ LAN  định địa chỉ  Ethernet  hub, switch  PPP 35
  34. 5.4 Định địa chỉ trong lớp Link 36
  35. Các địa chỉ MAC và ARP  địa chỉ IP 32-bit:  address địa chỉ lớp network  dùng để lấy datagram từ IP subnet đích  địa chỉ MAC (hoặc LAN/physical/ Ethernet)  Được sử dụng để chuyển datagram từ interface này sang interface khác (2 interface trên cùng một mạng)  địa chỉ MAC 48 bit (cho hầu hết các loại LAN) được ghi sẵn trong ROM 37
  36. Các địa chỉ MAC và ARP Mỗi adapter trên LAN cĩ địa chỉ LAN duy nhất 1A-2F-BB-76-09-AD địa chỉ Broadcast = FF-FF-FF-FF-FF-FF LAN (wired / = adapter wireless) 71-6F7-2B-08-53 58-23-D7-FA-20-B0 0C-C4-11-6F-E3-98 38
  37. Các địa chỉ MAC và ARP  việc cấp phát địa chỉ MAC được quản lý bởi IEEE  nhà sản xuất mua khơng gian địa chỉ MAC (duy nhất)  So sánh: (a) địa chỉ MAC: giống số chứng minh nhân dân (b) địa chỉ IP: giống số điện thoại  địa chỉ MAC phẳng & tính cĩ thể thay đổi  cĩ thể di chuyển card LAN giữa các mạng cục bộ  địa chỉ phân cấp IP khơng thể thay đổi  phụ thuộc vào IP subnet mà nút đĩ gắn vào 39
  38. ARP: Address Resolution Protocol Hỏi: Làm sao xác định địa chỉ  Mỗi nút IP (Host, MAC từ địa chỉ IP? Router) trên LAN cĩ bảng ARP  bảng ARP: ánh xạ địa 137.196.7.78 chỉ IP/MAC cho một số 1A-2F-BB-76-09-AD nút LAN 137.196.7.23 ị ỉ ị ỉ 137.196.7.14  TTL (Time To Live): LAN thời gian sau đĩ ánh xạ 71-6F7-2B-08-53 địa chỉ sẽ bị hủy 58-23-D7-FA-20-B0 (thường là 20 phút) 0C-C4-11-6F-E3-98 137.196.7.88 40
  39. ARP: cùng LAN (network)  A muốn gửi datagram đến B, địa chỉ MAC của B khơng cĩ  Một cặp địa chỉ IP-to-MAC được trong bảng ARP của A lưu trong bảng ARP của nĩ cho  A broadcasts gĩi truy vấn đến khi thơng tin đã cũ (times ARP chứa địa chỉ IP của B out)  trạng thái mềm: thơng tin  địa chỉ MAC đích = FF- này sẽ times out (mất) trừ FF-FF-FF-FF-FF khi được làm tươi (refresh)  tất cả máy trên LAN nhận lại gĩi truy vấn ARP đĩ  ARP là “plug-and-play”:  B nhận gĩi truy vấn ARP và  các nút tạo các bảng ARP của trả lời cho A với địa chỉ MAC nĩ khơng cần sự can thiệp của của mình người quản trị  frame gửi đến địa chỉ MAC của A (unicast) 41
  40. DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Mục tiêu: cho phép host tự động lấy địa chỉ IP của nĩ từ servẻ khi nĩ kết nối vào mạng Cĩ thể làm mới lại từ địa chỉ đang dùng Cho phép dùng lại các địa chỉ (chỉ giữ địa chỉ trong khi kết nối đang hoạt động) Hỗ trợ cho các người dùng di động, muốn kết nối vào mạng DHCP tổng quan:  host broadcasts thơng điệp “DHCP discover”  DHCP server đáp ứng với thơng điệp “DHCP offer”  host yêu cầu địa chỉ IP: thơng điệp “DHCP request”  DHCP server gửi địa chỉ: thơng điệp “DHCP ack” 42
  41. kịch bản DHCP client-server 223.1.2.1 A 223.1.1.1 DHCP server 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.2.9 B 223.1.2.2 đến DHCP 223.1.1.3 223.1.3.27 E client cần địa chỉ trong mạng này 223.1.3.1 223.1.3.2 43
  42. kịch bản DHCP client-server đến DHCP server: 223.1.2.5 DHCP discover client src : 0.0.0.0, 68 dest.: 255.255.255.255,67 yiaddr: 0.0.0.0 transaction ID: 654 DHCP offer src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 654 Lifetime: 3600 secs DHCP request src: 0.0.0.0, 68 dest:: 255.255.255.255, 67 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 thời Lifetime: 3600 secs gian DHCP ACK src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs 44
  43. Routing đến LAN khác tình huống: gửi datagram từ A đến B qua R giả sử A biết địa chỉ IP của B A R B  2 bảng ARP trong router R, 1 cho mỗi IP mạng (LAN) 45
  44.  A tạo datagram với nguồn A, đích B  A dùng ARP để lấy địa chỉ MAC của R (dựa vào giá trị 111.111.111.110)  A tạo frame lớp link với địa chỉ MAC của R như là địa chỉ đích, frame chứa IP datagram từ-A-đến-B  adapter của A gửi frame  adapter của A nhận frame  R gỡ bỏ IP datagram từ Ethernet frame, thấy đích đến là B  R dùng ARP để lấy địa chỉ MAC của B  R tạo frame chứa IP datagram từ-A-đến-B gửi tới B A R B 46
  45. 5.5 Ethernet 47
  46. Ethernet cơng nghệ LAN hữu tuyến:  rẻ hơn $20 cho tốc độ 100Mbs!  cơng nghệ LAN được dùng phổ biến đầu tiên  đơn giản hơn, rẻ hơn token LAN và ATM  giữ tốc độ trung bình từ 10 Mbps – 10 Gbps Metcalfe’s Ethernet sketch 48
  47. cấu trúc hình sao-Star  cấu trúc bus dùng phổ biến trong giữa thập niên 90  hiện nay cấu trúc star dùng nhiều hơn  các lựa chọn kết nối: hub hoặc switch hub or switch 49
  48. Ethernet: cấu trúc Frame Gửi IP datagram đã đĩng gĩi (hoặc gĩi giao thức lớp network khác) trong Ethernet frame phần đầu preamble:  7 bytes với mẫu 10101010, theo sau là 1 byte với mẫu 10101011  Để đồng bộ hĩa tốc độ đồng hồ bên Gửi, bên Nhận 50
  49. Ethernet: cấu trúc Frame (tt)  Địa chỉ: 6 bytes  nếu adapter nhận frame với địa chỉ đích đúng của nĩ hoặc địa chỉ broadcast (như gĩi ARP), nĩ chuyển dữ liệu trong frame cho giao thức lớp network  ngược lại, adapter hủy frame  Kiểu: chỉ giao thức lớp cao hơn (thường là IP, nhưng cũng cĩ thể là cái khác cũng được hỗ trợ như Novell IPX & AppleTalk)  CRC: kiểm tra tại nơi nhận, nếu phát hiện lỗi, đơn giản hủy frame đĩ 51
  50. dịch vụ khơng kết nối, khơng tin cậy  Connectionless (khơng kết nối): khơng bắt tay giữa adapter gửi và nhận  khơng tin cậy: bên nhận khơng gửi các tín hiệu ACK hoặc NACK cho bên gửi 52
  51. Ethernet: Sử dụng CSMA/CD 53
  52. Ethernet CSMA/CD (tt) tín hiệu báo tắc nghẽn: chắc chắn Exponential Backoff: rằng tất cả các máy phát  mục tiêu: tự điều chỉnh với khác đều cảm nhận được sự các lần thử truyền lại nhằm tranh chấp; 48 bits ước lượng tải hiện hành thời gian truyền 1 bit: 0.1 micro  tải nặng: thời gian chờ ngẫu giây với 10 Mbps Ethernet ; nhiên sẽ dài hơn cho K=1023, thời gian chờ  tranh chấp lần đầu: chọn K khoảng 50 mili giây thuộc {0,1}; độ trễ là K· 512 thời gian truyền 1 bit  sau khi tranh chấp lần 2: chọn Nên xem Java K thuộc {0,1,2,3} applet trên AWL Web site!  sau khi tranh chấp lần 10, chọn K thuộc {0,1,2,3,4, ,1023} 54
  53. CSMA/CD hiệu suất  Tprop = thời gian lan truyền tối đa giữa 2 nút trên LAN  ttrans = thời gian lan truyền frame kích thước lớn nhất 1 efficiency 1 5t / t prop trans  hiệu suất tiến đến 1 khi tprop tiến đến 0  tiến đến 1 khi ttrans tiến đến ∞  Tốt hơn ALOHA nhưng vẫn cịn bị phân quyền, đơn giản, chi phí thấp 55
  54. 10BaseT và 100BaseT  tốc độ 10/100 Mbps; cịn gọi là “fast ethernet”  T viết tắt của cụm từ Twisted Pair  Các nút kết nối vào 1 hub: “cấu trúc hình sao”; khoảng cách tối đa giữa nút và hub là 100 m twisted pair hub 56
  55. các Hub Hub thực chất là repeater lớp physical:  các bit đến từ 1 đường và đi ra tất cả các đường cịn lại  tốc độ như nhau  khơng cĩ bộ đệm frame  khơng cĩ CSMA/CD tại hub: adapter phát hiện tranh chấp  cung cấp các chức năng quản lý mạng twisted pair hub 57
  56. Mã Manchester  dùng trong 10BaseT  mỗi bit cĩ 1 kiểu chuyển trạng thái  cho phép các đồng hồ chạy trong các nút gửi và nhận để đồng bộ với nhau  dùng đồng hồ chung cho tất cả các nút! 58
  57. Gigabit Ethernet  dùng dạng thức frame Ethernet chuẩn  cho phép các kết nối điểm-điểm và các kênh broadcast chia sẻ  trong chế độ chia sẻ, CSMA/CD được dùng, yêu cầu khoảng cách giữa các nút ngắn để đạt hiệu quả  dùng các hub, gọi là “Buffered Distributors”  Full-Duplex tại 1 Gbps cho các kết nối điểm-điểm  hiện nay tốc độ đã đạt 10 Gbps! 59
  58. 5.6 Các Hub & switch 60
  59. Liên kết các hub  Backbone hub liên kết các đoạn LAN  Mở rộng khoảng cách tối đa giữa các nút  nhưng các vùng tranh chấp riêng trong đoạn trở thành vùng tranh chấp lớn  Khơng thể kết nối 10BaseT & 100BaseT hub hub hub hub 61
  60. Switch  Thiết bị lớp Link  lưu và chuyển tiếp các frame Ethernet  xem xét header frame và chọn chuyển tiếp frame dựa trên địa chỉ MAC đích  khi frame được chuyển tiếp trên đoạn, dùng CSMA/CD để truy cập đoạn  trong suốt  các host khơng cần chú ý đến sự hiện diện của các switch  plug-and-play, tự học  switch khơng cần cấu hình 62
  61. Chuyển tiếp switch 1 2 3 hub hub hub •Làm sao xác định trên đoạn LAN nào sẽ chuyển tiếp frame? •Giống như vấn đề routing 63
  62. Tự học  1 switch cĩ 1 bảng switch  mỗi dịng trong bảng này cĩ:  (địa chỉ MAC, Interface, Time Stamp)  các dịng cũ trong bảng bị bỏ (TTL cĩ thể đến 60 phút)  switch học để biết những host nào cĩ thể chạm đến thơng qua những interfaces nào  khi nhận frame, switch “học” vị trí của bên gửi: đoạn LAN đi đến  ghi cặp bên gửi/vị trí vào trong bảng switch 64
  63. Lọc/Chuyển tiếp Khi switch nhận 1 frame: chỉ mục sắp xếp lại bảng switch dùng địa chỉ MAC đích if dịng tìm thấy cho đích then { if đích nằm trên đoạn từ đĩ frame đến then bỏ frame else chuyển tiếp frame trên interface chỉ định } else tràn ngập chuyển tiếp lên tất cả interface trừ nơi mà frame đến 65
  64. Switch: ví dụ Giả sử C gửi frame đến D switch địa chỉ interface 1 A 1 3 2 B 1 E 2 hub G 3 A hub hub I D F G B C E H Switch nhận frame từ C  ghi chú trong bảng bridge là C đến từ interface 1  D khơng cĩ trong bảng, switch chuyển tiếp frame vào trong interface 2 và 3 frame nhận bởi D 66
  65. Switch: ví dụ Giả sử D trả lời phản hồi với frame cho C. địa chỉ interface switch A 1 B 1 E 2 hub G 3 A hub hub I C 1 D F G B C E H Switch nhận frame từ D  ghi chú trong bảng bridge là D đến từ interface 2  vì C cĩ trong bảng, switch chỉ chuyển tiếp frame vào trong interface 1 frame nhận bởi C 67
  66. Switch: lưu thơng độc lập  switch chia subnet thành các đoạn mạng LAN  switch lọc các gĩi:  các frame cùng đoạn LAN thường KHƠNG chuyển tiếp lên các đoạn LAN khác  các đoạn trở thành các vùng tranh chấp riêng biệt switch vùng tranh chấp hub hub hub vùng tranh chấp vùng tranh chấp 68
  67. Switch: truy cập độc quyền  Switch với nhiều interfaces A  các host cĩ kết nối trực tiếp với switch C’ B  khơng tranh chấp; full duplex switch Switching: A-đến-A’ và B-đến-B’ đồng thời, khơng cĩ các tranh C chấp B’ A’ 69
  68. những vấn đề khác trên Switch  cut-through switching: frame chuyển tiếp từ port vào đến port ra khơng cần tập hợp đủ tồn bộ frame đầu tiên  kết hợp các interfaces chia sẻ/độc quyền, 10/100/1000 Mbps 70
  69. Mạng cơ quan mail server đi đến mạng bên ngồi router web server switch IP subnet hub hub hub 71
  70. Switches & Routers  đều là các thiết bị store-and-forward (lưu giữ & chuyển tiếp)  các router: các thiết bị lớp network (xem xét các header lớp network)  các switch là các thiết bị lớp link  các router duy trì bảng routing, hiện thực các giải thuật routing  các switch duy trì các bảng switch, hiện thực các giải thuật lọc, tự học 72
  71. Tổng kết so sánh hubs routers switches traffic no yes yes isolation plug & play yes no yes optimal no yes no routing cut yes no yes through 73
  72. 5.7 PPP 74
  73. Những yêu cầu thiết kế PPP [RFC 1557]  packet framing: đĩng gĩi datagram lớp network vào frame lớp data link  mang dữ liệu lớp network của bất kỳ giao thức lớp network nào (khơng chỉ IP) tại cùng thời điểm  khả năng demultiplex (phân đa kênh) lên lớp trên  bit trong suốt: phải mang bất kỳ mẫu bit nào trong trường data  phát hiện lỗi (khơng sửa lỗi)  kết nối động: phát hiện, thơng báo kết nối lỗi đến lớp network  sự đam̀ phań địa chỉ lớp network: mỗi điểm đầu cuối cĩ thể tự học/cấu hình địa chỉ mạng của điểm khác 75
  74. PPP khơng yêu cầu  khơng sửa/phục hồi lỗi  khơng điều khiển luồng  vận chuyển khơng cần theo thứ tự  khơng cần hỗ trợ các kết nối đa điểm (như polling) Phục hồi lỗi, điều khiển luồng, sắp thứ tự dữ liệu được ủy nhiệm cho các lớp cao hơn! 76
  75. PPP Data Frame  Flag: tách riêng (framing)  Địa chỉ: khơng làm gì cả (chỉ cĩ 1 tùy chọn)  Điều khiển: khơng làm gì cả; tương lai cĩ thể cĩ nhiều trường điều khiển  Giao thức: giao thức lớp trên nơi mà frame sẽ đến (ví dụ: PPP-LCP, IP, IPCP ) 77
  76. PPP Data Frame  thơng tin: dữ liệu lên lớp trên đang được mang đi  kiểm tra: kiểm tra dư thừa theo chu kỳ để phát hiện lỗi 78
  77. Byte Stuffing (chèn thêm byte)  yêu cầu “dữ liệu trong suốt”: trường dữ liệu phải được phép chứa mẫu flag  Hỏi: nếu nhận thì đĩ là dữ liệu hay flag?  Bên gửi: thêm (“stuffs”) byte sau mỗi byte dữ liệu  Bên nhận:  hai byte trên 1 hàng: hủy byte đầu, tiếp tục nhận dữ liệu  chỉ 1 byte : flag byte 79
  78. Byte Stuffing mẫu flag byte trong dữ liệu gửi đi mẫu flag byte cộng với byte chèn thêm trong dữ liệu đã truyền 80
  79. PPP: giao thức điều khiển dữ liệu Trước khi trao đổi dữ liệu lớp network, các peer của data link phải  cấu hình kết nối PPP (độ dài frame tối đa, cách chứng thực)  thơng tin tự học/cấu hình lớp network  với IP: mang các thơng điệp IP Control Protocol (IPCP) (trường giao thức: 8021) để cấu hình/tự học địa chỉ IP 81
  80. 5.8 Link Virtualization: ATM & MPLS 82
  81. Các mạng ảo Sự ảo hĩa các tài nguyên: một trừu tượng hĩa mạnh mẽ trong kỹ thuật hệ thống  ví dụ: bộ nhớ ảo, thiết bị ảo  máy ảo: như Java  hệ điều hành IBM VM xuất hiện từ những năm 1960/1970  sự phân lớp: khơng phải lo lắng về những chi tiết, chỉ xử lý trừu tượng hĩa những lớp thấp hơn 83
  82. Internet: Các mạng ảo 1974: nhiều mạng khơng kết nối sự khác biệt: với nhau  các quy ước định địa chỉ  ARPAnet  các dạng thức gĩi tin  các mạng truyền dữ liệu trên cáp  phục hồi lỗi  mạng chuyển gĩi vệ tinh (Aloha)  routing  mạng chuyển gĩi radio ARPAnet mạng vệ tinh "A Protocol for Packet Network Intercommunication", V. Cerf, R. Kahn, IEEE Transactions on Communications, 84 May, 1974, pp. 637-648.
  83. Internet: Các mạng ảo (tt) lớp Internetwork (IP): Gateway: định địa chỉ: Internet xuất hiện như  “nhúng các gĩi Internet theo dạng một thực thể đồng nhất bất chấp sự thức gĩi cục bộ hoặc khai thác hỗn tạp của mạng cục bộ bên dưới chúng” mạng của các mạng  dẫn đường (mức Internet) đến gateway kế tiếp gateway ARPAnet mạng vệ tinh 85
  84. Kiến trúc Internet của Cerf & Kahn Sự ảo là gì?  2 lớp định địa chỉ: mạng Internet và mạng cục bộ  lớp mới (IP) làm cho mọi thứ trở nên đồng nhất tại lớp internet  cơng nghệ mạng cục bộ bên dưới  cáp  vệ tinh  modem điện thoại 56K  ngày nay: ATM, MPLS “khơng nhìn thấy” tại lớp internet. chỉ xem như cơng nghệ lớp data link 86
  85. ATM & MPLS  ATM, MPLS chia các mạng theo quyền hạn của chúng  các mơ hình dịch vụ, định địa chỉ, dẫn đường khác nhau từ Internet  được Internet xem như các router IP kết nối logic  giống như kết nối dial-up là một phần thực tế của mạng riêng biệt (mạng điện thoại) 87
  86. Asynchronous Transfer Mode: ATM  Chuẩn trong những năm 1990/2000 cho tốc độ cao (155Mbps đến 622 Mbps và cĩ thể cao hơn), kiến trúc Broadband Integrated Service Digital Network  Mục tiêu: tích hợp, chuyển vận giữa các thiết bị đầu cuối dữ liệu, giọng nĩi, video  các yêu cầu chất lượng dịch vụ/thời gian thực của tiếng nĩi, video (khác với Internet là mơ hình hướng đến hiệu quả cao nhất)  “thế hệ kế tiếp” của điện thoại  chuyển gĩi (các gĩi cĩ độ dài cố định, gọi là các “cell”) dùng các mạch ảo 88
  87. kiến trúc ATM  lớp tiếp xúc: chỉ ở mức ngồi của mạng ATM  phân đoạn/tổng hợp dữ liệu  tương đối giống với lớp transport của Internet  lớp ATM: lớp “network”  chuyển và dẫn đường cell  lớp physical 89
  88. ATM: lớp network hay lớp link? Quan sát: vận chuyển giữa 2 thiết bị đầu cuối: “ATM từ desktop đến IP desktop” network ATM  ộ ệ ATM là m t cơng ngh network mạng Thực tế: dùng để kết nối các router IP backbone  “IP trên ATM”  ATM như lớp kết nối, liên kết các IP router 90
  89. ATM Adaptation Layer (AAL)  ATM Adaptation Layer (AAL): “tiếp xúc” các lớp trên (IP hoặc các ứng dụng ATM thực tế) đến lớp ATM bên dưới  AAL xuất hiện chỉ trong các hệ thống đầu cuối, khơng cĩ trong các switch  đoạn của lớp AAL (các trường header/trailer, dữ liệu) phân mảnh thành các cell ATM  tương tự: đoạn TCP trong nhiều gĩi IP 91
  90. ATM Adaptation Layer (AAL) [tt] Cĩ nhiều phiên bản khác nhau của lớp AAL, phụ thuộc vào lớp dịch vụ ATM  AAL1: cho các dịch vụ CBR (Constant Bit Rate) như giả lập mạch  AAL2: cho VBR (Variable Bit Rate) như MPEG video  AAL5: cho dữ liệu (như IP datagrams) Dữ liệu của user AAL PDU ATM cell 92
  91. Lớp ATM Dịch vụ: vận chuyển các cells xuyên qua mạng ATM network Bảo đảm? Kiến trúc Mơ hình Phản hồi mạng dịch vụ Bandwidth M.mát Thứtự Địnhthì tắc nghẽn Internet h.suất tốt khơng khơng khơng khơng khơng ( từ nhất mất mát) ATM CBR tốc độ cĩ cĩ cĩ khơng khơng đổi tắc nghẽn ATM VBR tốc độ cĩ cĩ cĩ khơng bảo đảm tắc nghẽn ATM ABR bảo đảm khơng cĩ khơng cĩ tối thiểu ATM UBR khơng khơng cĩ khơng khơng 93
  92. Lớp ATM: các mạch ảo  Vận chuyển trên mạch ảo: các cell lan truyền từ nguồn đến đích trên mạch ảo  thiết lập cuộc gọi, chia nhỏ trước khi dữ liệu cĩ thể truyền  mỗi gĩi lan truyền trên mạch ảo xác định (khơng ID đích)  mọi switch trên đường đi từ nguồn đến đích duy trì “trạng thái” cho mỗi kết nối đã qua  các tài nguyên kết nối, switch (băng thơng, các bộ đệm) cĩ thể được cấp phát cho mạch ảo  Permanent VCs (PVCs) – các mạch ảo bền vững  những kết nối bền vững thời gian dài  tiêu biểu: dẫn đường “bền vững” giữa các IP router  Switched VCs (SVC) – các mạch ảo chuyển hướng  linh hoạt thiết lập dựa trên cơ sở mỗi cuộc gọi 94
  93. Lớp ATM: các mạch ảo  Những thuận lợi của cách tiếp cận mạch ảo ATM:  hiệu suất, chất lượng dịch vụ được bảo đảm cho kết nối đã ánh xạ với mạch ảo (băng thơng, độ trễ, sự biến động độ trễ)  Những haṇ chê ́ của cách tiếp cận mạch ảo ATM:  Khơng đủ sự hỗ trợ cần thiết cho lưu thơng datagram  mỗi kết nối cần thiết giữa cặp nguồn/đích khơng mở rộng được (cần đến N*2)  SVC đưa ra latency thiết lập cuộc gọi, xử lý các kết nối thời gian ngắn 95
  94. Lớp ATM: ATM cell  byte ATM cell header  48-byte cần tải  Tại sao? tải nhỏ độ trễ khi tạo cell ngắn (khi số hĩa giọng nĩi)  nửa khoảng từ 32 đến 64 (thỏa thuận!) Cell header dạng thức Cell 96
  95. ATM cell header  VCI: virtual channel ID  sẽ thay đổi từ kết nối đến kết nối thơng qua mạng  PT: kiểu tải (như cell RM với cell dữ liệu)  CLP: Cell Loss Priority bit  CLP = 1 thể hiện cell cĩ độ ưu tiên thấp, cĩ thể hủy bỏ nếu tắc nghẽn  HEC: Header Error Checksum  kiểm tra sự dư thừa theo chu kỳ 97
  96. ATM: lớp Physical (tt) 2 mảnh (lớp con) của lớp physical  Transmission Convergence Sublayer (TCS): tiếp xúc giữa lớp ATM trên  Physical Medium Dependent (PMD): phụ thuộc vào phương tiện vật lý sẽ dùng Các chức năng TCS:  sinh ra Header checksum: 8 bits CRC  mơ tả sơ lược cell  với lớp con “khơng cấu trúc” PMD, chỉ truyền các cell rảnh rỗi khi khơng cĩ cell dữ liệu nào phải truyền 98
  97. ATM: lớp Physical (tt) Physical Medium Dependent (PMD)  SONET/SDH: truyền cấu trúc frame  đồng bộ bit  phân hoạch băng thơng (TDM);  tốc độ: OC3 = 155.52 Mbps; OC12 = 622.08 Mbps; OC48 = 2.45 Gbps, OC192 = 9.6 Gbps  TI/T3: truyền cấu trúc frame (kiến trúc điện thoại cũ): 1.5 Mbps/ 45 Mbps  khơng cấu trúc: chỉ các cell (bận/rảnh) 99
  98. IP-trên-ATM IP-trên-ATM thay thế Chỉ cĩ IP cổ điển “mạng” (như các đoạn  3 “mạng” (như các LAN) với mạng ATM đoạn LAN) các địa chỉ ATM, địa chỉ  MAC (802.3) và các IP địa chỉ IP ATM network Ethernet Ethernet LANs LANs 100
  99. IP-trên-ATM app app transport transport IP IP IP AAL AAL Eth Eth ATM ATM phy phy phy ATM phy phy ATM phy 101
  100. Đường đi của Datagram trong mạng IP-trên- ATM  tại Host nguồn:  lớp IP ánh xạ giữa địa chỉ IP, ATM đích (dùng ARP)  chuyển datagram cho AAL5  AAL5 đĩng gĩi các cell dữ liệu, đoạn chuyển cho lớp ATM  mạng ATM: di chuyển các cell dọc theo mạng ảo đến đích  tại Host đích:  AAL5 tổng hợp các cell thành datagram nguyên thủy  nếu kiểm tra CRC là tốt thì datagram chuyển cho IP 102
  101. IP-trên-ATM các datagram IP đi tiếp ATM vào các ATM AAL5 network PDU từ các địa chỉ IP thành các địa chỉ ATM  giống các địa chỉ IP thành các địa chỉ 802.3 MAC! Ethernet LANs 103
  102. Multiprotocol label switching (MPLS)  mục tiêu ban đầu: tăng tốc chuyển IP bằng cách dùng nhãn độ dài cố định (thay cho địa chỉ IP)  dựa trên các ý tưởng từ cách tiếp cận mạch ảo  nhưng datagram IP vẫn giữ địa chỉ IP PPP hoặc Ethernet MPLS header IP header phần cịn lại của frame lớp Link header nhãn Exp S TTL 20 3 1 5 104
  103. Các router cĩ khả năng MPLS  nghĩa là các router cĩ khả năng chuyển nhãn  chuyển tiếp các gĩi đến interface đi ra chỉ dựa trên giá trị nhãn (khơng xem xét địa chỉ IP)  bảng forwarding MPLS khác với bảng forwarding IP  giao thức chuyển tín hiệu cần để thiết lập chuyển tiếp  RSVP-TE  chuyển tiếp cĩ thể dọc theo những đường mà IP khơng được phép dùng riêng (như: dẫn đường cĩ nguồn xác định)  dùng MPLS cho kỹ thuật lưu thơng  phải cùng tồn tại với các router chỉ dùng IP 105
  104. các bảng forwarding MPLS nhãn nhãn interface vào ra đích ra 10 A 0 nhãn nhãn interface 12 D 0 vào ra đích ra 8 A 1 10 6 A 1 12 9 D 0 R6 0 0 D 1 1 R4 R3 R5 0 0 A R2 nhãn nhãnR 1 interface vào ra đích ra nhãn nhãn interface vào ra đích ra 6 - A 0 8 6 A 0 106
  105. Hết Chương 5 107