3
Kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi
2 28 Nguyễn Văn Hùng III Giao thức và liên kết đa truy nhập
3 58 Phạm Khánh Toàn IV Chuyển mạch trong mạng nội bộ
4 22 Nguyễn Hồng Hải V Ảo hóa liên kết
VI Mạng trung tâm dữ liệu
Mục lục Bảng phân công công việc của nhóm 2
I.Sơ lược về lớp liên kết ( Link Layer ) 8
1.2.Các dịch vụ được cung cấp bởi lớp liên kết 9
1.3.Nơi thực hiện lớp liên kết 10
II.Kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi 12
2.3.Kiểm tra dư vòng theo chu kỳ (CRC) 15
III Giao thức và liên kết đa truy nhập 16
3.1.Các giao thức phân vùng kênh 17
3.2.Giao thức truy cập ngẫu nhiên 18
3.3.3.Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang (CSMA) 21
3.4.DOCSIS: Giao thức lớp liên kết để truy cập Internet qua cáp 23
IV.Chuyển mạch trong mạng nội bộ 24
4.1.Địa chỉ lớp liên kết và giao thức ARP 24
4.1.2.Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) 25
4.3.1.Forwarding and Filtering(Chuyển tiếp và Lọc) 28
4.3.3.Các thuộc tính của chuyển đổi lớp liên kết 28
4.3.4.Chuyển mạch so với bộ định tuyến 29
4.4.Mạng cục bộ ảo (VLANs) 29
4.4.1.Khi nào bạn cần tạo Vlan 30
5.1.Chuyển nhãn đa giao thức (MPLS) 32
VI Mạng trung tâm dữ liệu 34
6.1 Kiến trúc trung tâm dữ liệu 35
6.2.Xu hướng trong mạng trung tâm dữ liệu 38
6.2.2.Quản lý và kiểm soát SDN tập trung 38
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
Công nghệ giúp mạng dây Cáp đồng trục có thể cung cấp đa dịch vụ
CSMA Carrier Sense Multiple Access Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access /
Collosion Detect Đa truy cập nhận biết sóng mang phát hiện xung đột
DOCSIS Data Over Cable Service Interface
Dữ liệu qua cáp dịch vụ giao diện đặc điểm kỹ thuật
FDM Frequency-division multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số
HDLC High-level Data Link Control Nghi thức điều khiển dữ liệu cấp cao
Nonpersistent Carrier Sense Multiple Access
Giao thức CSMA không liên tục p-ALOHA Pure ALOHA ALOHA thuần túy p-Persistent
CSMA p-Persistent Carrier Sense Multiple Access
Giao thức CSMA liên tục với xác suất p
PPP POINT-TO-POINT PROTOCOL Giao thức điểm-điểm s-ALOHA Slotted ALOHA ALOHA chia khe
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian
Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Sáu bước nhảy lớp liên kết giữa máy chủ không dây và máy chủ 8
Hình 1.2:Bộ điều hợp mạng 11
Hình 2.1:Kịch bản phát hiện và sửa lỗi 12
Hình 3.1: Nhiều kênh truy cập khác nhau 16
Hình 3.2: Ví dụ về TDM và FDM bốn nút 17
Hình 3.3: Khoảng thời gian dễ bị tổn thương cho một cuộc truyền dẫn sử dụng giao thức s-ALOHA 19
Hình 3.4: ALOHA chia khe có nhiều nút 19
Hình 3.5: Gây nhiễu truyền trong ALOHA thuần túy 20
Hình 3.7: Biểu đồ không-thời gian của hai nút CSMA với các đường truyền xung đột 21
Hình 3.8: CSMA với phát hiện va chạm 22
Hình 3.9: Các kênh xuôi dòng và ngược dòng giữa CMTS và modem cáp 24
Hình 4.1: Mỗi interface kết nối với mạng LAN có một địa chỉ MAC duy nhất 25
Hình 4.2: Mỗi giao diện trên một mạng LAN có một địa chỉ IP và một địa chỉ MAC 26
Hình 4.3: Một bảng ARP có thể có trong 222.222.222.220 26
Hình 4.4: Cấu trúc khung Ethernet 27
Hình 4.5: Bảng so sánh bộ chuyển mạch và bộ định tuyến 29
Hình 4.6: Một switch được cấu hình 2 Vlans 30
Hình 4.7: Kết nối 2 Vlan : (a) hai dây cáp (b) qua cổng trunk 31
Hình 5.1: Tiêu đề MPLS: Nằm giữa tiêu đề lớp liên kết và lớp mạng 32
Hình 5.2: Chuyển tiếp nâng cao MPLS 33
Hình 6.1: Mạng trung tâm dữ liệu với cấu trúc liên kết phân cấp 35
Hình 6.2: Cấu trúc liên kết mạng dữ liệu được kết nối cấp cao 37
Trong bài tiểu luận này, chúng ta sẽ khám phá cách thức các biểu đồ dữ liệu di chuyển giữa hai máy chủ qua các liên kết truyền thông, bao gồm cả liên kết có dây và không dây Chúng ta sẽ tìm hiểu cách các gói dữ liệu lớp mạng được đóng gói trong các khung lớp liên kết để truyền qua các liên kết riêng lẻ, cũng như các giao thức lớp liên kết khác nhau được sử dụng dọc theo đường truyền thông Bên cạnh đó, bài viết sẽ giải thích cách giải quyết xung đột đường truyền trong các liên kết quảng bá, vai trò của địa chỉ lớp liên kết và cách nó tương tác với địa chỉ lớp mạng Cuối cùng, chúng ta sẽ làm rõ sự khác biệt giữa bộ chuyển mạch và bộ định tuyến trong hệ thống mạng.
I.Sơ lược về lớp liên kết ( Link Layer )
Host và rout được gọi là các nút
Các kênh truyền thông nối liền các nút lân cận gọi là các kết nối
-Các kết nối hữu tuyến (wired)
-Các kết nối vô tuyến ( wireless)
Gói dữ liệu trong lớp 2 được gọi là frame, đóng gói Datagram
Lớp liên kết có trách nhiệm truyền datagram từ 1 node đến lân cận đường truyền liên kết
Datagram được truyền bởi các giao thức và trên các đường kết nối khác nhau:
VD : Ethernet trên kết nối thứ 1, frame relay trên các kết nối trung gian ,802.11 trên các kết nối cuối cùng
Mỗi giao thức kết nối cung cấp các dịch vụ khác nhau
VD: Có thể hoặc không thể cung cấp rdt trên kết nối
- Hành trình từ Princetol -> Lausanne
Limo : Princeton -> JFK Máy bay : JFK -> Gevena Tàu hỏa : Geneva ->Lansanne
- Đoạn đường đi = liên kết truyền thông
- Kiểu vận chuyển = giao thức lớp link
- Đại lý du lịch = giải thuật routing
Hình 1.1: Sáu bước nhảy lớp liên kết giữa máy chủ không dây và máy chủ
Nhóm 15 9 Để một sơ đồ được chuyển từ máy chủ nguồn sang máy chủ đích, nó phải được di chuyển qua từng liên kết riêng lẻ trong đường dẫn end-to-end
Trong mạng công ty như mô tả ở Hình 1.1, khi gửi một sơ đồ từ một máy chủ không dây đến một máy chủ khác, dữ liệu sẽ đi qua sáu liên kết Đầu tiên, dữ liệu di chuyển qua liên kết WiFi giữa máy chủ gửi và điểm truy cập WiFi Tiếp theo, nó đi qua liên kết Ethernet từ điểm truy cập đến chuyển mạch lớp liên kết, sau đó đến bộ định tuyến Dữ liệu tiếp tục qua liên kết giữa hai bộ định tuyến, rồi qua một liên kết Ethernet từ bộ định tuyến đến chuyển mạch lớp liên kết, và cuối cùng là liên kết Ethernet giữa chuyển mạch và máy chủ đích Trong quá trình này, một nút truyền sẽ đóng gói datagram trong khung lớp liên kết và truyền khung qua các liên kết.
1.2.Các dịch vụ được cung cấp bởi lớp liên kết
Giao thức lớp liên kết cung cấp nhiều dịch vụ quan trọng, trong đó nổi bật là chức năng đóng khung Chức năng này bao gồm việc đóng gói datagram vào trong frame, đồng thời thêm header và trailer Một frame sẽ chứa các thông tin cần thiết để đảm bảo việc truyền tải dữ liệu hiệu quả.
Hầu hết các giao thức lớp liên kết đều đóng gói dữ liệu mạng thành khung lớp liên kết trước khi truyền Khung này bao gồm trường dữ liệu chứa gói dữ liệu mạng cùng với một số trường tiêu đề Cấu trúc của khung được quy định bởi giao thức lớp liên kết.
- Truy cập kênh truyền nếu môi trường được chia sẻ
- Các địa chỉ “MAC” được sử dụng trong các header để xác định nguồn và đích
- Ở trường hợp đa truy nhập ( nhiều node chia sẻ 2 liên kết ), giao thức MAC phục vụ để phối hợp truyền khung của nhiều nút
Giao thức điều khiển truy cập phương tiện (MAC) quy định các quy tắc truyền khung dữ liệu qua liên kết Đối với các liên kết điểm-điểm với một người gửi và một người nhận, giao thức MAC hoạt động đơn giản, cho phép người gửi gửi khung bất kỳ lúc nào khi liên kết không bị chiếm dụng.
Truyền tin cậy giữa các node lân cận là rất quan trọng để đảm bảo rằng dữ liệu được chuyển qua các liên kết mà không xảy ra lỗi Điều này đặc biệt cần thiết trong các mạng có độ tin cậy cao, nơi mà việc di chuyển biểu đồ dữ liệu lớp mạng cần được thực hiện một cách chính xác Tuy nhiên, phương pháp này ít được áp dụng trên các đường kết nối có tỷ lệ lỗi thấp.
Các giao thức tầng vận chuyển như TCP cung cấp dịch vụ phân phối đáng tin cậy Tương tự như dịch vụ truyền tin cậy ở lớp giao vận, lớp liên kết cũng đảm bảo độ tin cậy thông qua việc xác nhận và truyền lại dữ liệu.
Dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy của lớp liên kết thường được áp dụng cho các liên kết có nguy cơ lỗi cao, như liên kết không dây Mục tiêu chính là sửa lỗi cục bộ tại nơi xảy ra lỗi, thay vì yêu cầu truyền lại dữ liệu từ đầu đến cuối qua giao thức tầng ứng dụng hoặc tầng truyền tải.
Phân phối đáng tin cậy trong lớp liên kết có thể không cần thiết đối với các liên kết có tỷ lệ lỗi bit thấp như cáp quang, cáp đồng trục và cáp xoắn nhiều cặp Vì vậy, nhiều giao thức lớp liên kết có dây không cung cấp dịch vụ truyền tin cậy.
Phát hiện và sửa lỗi :
- Lỗi gây ra bởi sự suy giảm tín hiệu và tiếng ồn điện tử
- Máy thu phát hiện khi lỗi bit xảy ra :Gửi tín hiệu cho bên phát truyền lại hoặc hủy bỏ frame bị lỗi
- Máy thu phát hiện và sửa các bit lỗi mà không cần phải truyền lại
Phần cứng lớp liên kết trong nút nhận có thể đưa ra quyết định sai về giá trị của bit trong khung, dẫn đến việc nhận nhầm bit 0 thành 1 và ngược lại Những lỗi bit này thường xảy ra do suy giảm tín hiệu và nhiễu điện từ Để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu, nhiều giao thức lớp liên kết đã được phát triển với cơ chế phát hiện lỗi bit, nhằm tránh việc chuyển tiếp các gói dữ liệu có lỗi.
Quá trình này được thực hiện bằng cách yêu cầu nút truyền phát hiện lỗi các bit trong khung, đồng thời yêu cầu nút nhận thực hiện kiểm tra lỗi để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu.
Lớp truyền tải và lớp mạng của Internet cung cấp một phương thức phát hiện lỗi hạn chế thông qua tổng kiểm tra Trong khi đó, việc phát hiện lỗi ở lớp liên kết thường phức tạp hơn và chủ yếu được thực hiện bằng phần cứng.
Sửa lỗi không chỉ phát hiện lỗi bit trong khung mà còn xác định chính xác vị trí của các lỗi đó và tiến hành sửa chữa Luồng (Flow Control) giúp điều chỉnh tốc độ truyền dữ liệu giữa các nút gửi và nhận liền kề.
Half-duplex và Full-duplex: Với half-duplex ,các node tại các đầu cuối của kết nối có thể truyền nhưng không đồng thời
Phần cứng lớp liên kết trong nút nhận có thể dẫn đến quyết định sai lệch về giá trị của bit trong khung, ví dụ như nhận nhầm bit 1 thành 0 do suy giảm tín hiệu và nhiễu điện từ Để khắc phục tình trạng này, nhiều giao thức lớp liên kết đã phát triển cơ chế phát hiện lỗi bit, cho phép nút truyền gửi thông tin về phát hiện lỗi và yêu cầu nút nhận thực hiện kiểm tra lỗi.
Giao thức và liên kết đa truy nhập
Liên kết điểm-điểm là một cấu trúc giao tiếp bao gồm một người gửi và một người nhận, tạo thành một kết nối trực tiếp Trong lĩnh vực này, nhiều giao thức lớp liên kết đã được phát triển, trong đó hai giao thức tiêu biểu là giao thức điểm đến điểm (PPP) và điều khiển liên kết dữ liệu mức cao (HDLC).
• Liên kết quảng bá: có thể có nhiều nút gửi và nhận, tất cả đều được kết nối với cùng một kênh quảng bá duy nhất được chia sẻ
Kết thúc phần tổng quan, giao thức đa truy nhập cho kênh quảng bá với tốc độ R bit/giây cần đạt được các đặc điểm mong muốn như sau:
1 Khi chỉ một nút có dữ liệu để gửi, nút đó có thông lượng R bps
2 Khi M nút có dữ liệu để gửi, mỗi nút này có thông lượng R / M bps Điều này không nhất thiết phải ngụ ý rằng mỗi nút trong số M luôn có tốc độ R / M tức thời, nhưng đúng hơn là mỗi nút phải có giá trị trung bình tốc độ truyền R / M trong một khoảng thời gian xác định thích hợp
3 Giao thức được phân cấp nghĩa là không có nút chính nào đại diện cho điểm lỗi duy nhất cho mạng
4 Giao thức đơn giản do đó nó không tốn kém để thực hiện
Hình 3.1: Nhiều kênh truy cập khác nhau
3.1.Các giao thức phân vùng kênh
Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)
Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) là một kỹ thuật quan trọng trong việc phân chia băng thông của kênh quảng bá, cho phép tất cả các nút chia sẻ kênh sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả.
3.1.1.TDM ( Ghép kênh phân chia theo thời gian)
Kênh hỗ trợ N nút với tốc độ truyền R bps sử dụng TDM để chia thời gian thành các khung và mỗi khung thành N khe thời gian Mỗi khe thời gian được gán cho một trong N nút Khi một nút có gói dữ liệu cần gửi, nó sẽ truyền các bit của gói trong khoảng thời gian đã chỉ định trong khung TDM quay vòng.
TDM mỗi nút có tốc độ truyền riêng biệt là R / N bps trong mỗi thời gian khung hình Nhược điểm:
➢ Một nút bị giới hạn ở tốc độ trung bình là R / N bps ngay cả khi nó là nút duy nhất có gói tin để gửi
➢ Một nút luôn phải đợi đến lượt của nó trong chuỗi truyền một lần nữa, ngay cả khi nó là nút duy nhất có khung để gửi
3.1.2.FDM( Ghép kênh phân chia theo tần số)
Hình 3.2: Ví dụ về TDM và FDM bốn nút
FDM chia kênh R bps thành nhiều tần số khác nhau, mỗi tần số có băng thông R/N, và gán mỗi tần số cho một trong N nút Nhờ đó, FDM tạo ra N kênh nhỏ hơn, mỗi kênh có tốc độ R/N bps từ kênh gốc.
R bps đơn lớn hơn FDM chia sẻ cả ưu điểm và nhược điểm của TDM Nó tránh va chạm và phân chia băng thông công bằng giữa N nút
Nhược điểm: Một nút bị giới hạn ở băng thông R/N, ngay cả khi nó là nút duy nhất có gói tin để gửi
3.1.3.CDMA( Đa truy nhập phân chia theo mã)
CDMA, hay mã phân chia theo mã, chỉ định một mã độc nhất cho mỗi nút trong mạng Mỗi nút sử dụng mã riêng của mình để mã hóa dữ liệu gửi đi, cho phép các nút khác nhau truyền đồng thời mà không gây nhiễu cho nhau, miễn là máy thu biết mã của người gửi Công nghệ này đã được áp dụng trong các hệ thống quân sự nhờ khả năng chống nhiễu và hiện nay phổ biến trong lĩnh vực dân sự, đặc biệt là trong điện thoại di động, nhờ vào sự kết nối hiệu quả với các kênh không dây.
3.2.Giao thức truy nhập ngẫu nhiên
Giao thức đa truy nhập rộng thứ hai hoạt động theo cách mà người sử dụng không biết liệu có ai khác đang truyền dữ liệu hay không khi bắt đầu cuộc truyền Điều này dẫn đến khả năng xảy ra va chạm nếu nhiều người cùng truyền cùng lúc Người sử dụng không thể phát hiện được cuộc truyền dẫn của người khác nếu họ không có khả năng nhận biết Tuy nhiên, nếu một người cảm nhận được rằng có một cuộc truyền đang diễn ra, họ có thể hoãn lại việc truyền của mình cho đến khi kênh trở nên rỗi Va chạm chỉ xảy ra khi hai hoặc nhiều người sử dụng bắt đầu truyền cùng một thời điểm.
• Tất cả các khung bao gồm chính xác L bit
• Thời gian được chia thành các khe có kích thước L / R giây ( nghĩa là một khe tương đương với thời gian để truyền một khung )
• Các nút chỉ bắt đầu truyền các khung ở đầu các khe
• Các nút được đồng bộ hóa để mỗi nút biết khi nào các khe bắt đầu
Khi có hai hoặc nhiều khung xung đột trong một khe, tất cả các nút sẽ nhận diện sự kiện va chạm trước khi khe kết thúc Xác suất p, nằm trong khoảng từ 0 đến 1, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của ALOHA, nơi việc chia khe tại mỗi nút diễn ra một cách đơn giản.
• Khi nút có một khung mới để gửi nó sẽ đợi cho đến đầu của khe tiếp theo và truyền toàn bộ khung trong khe
Nếu không xảy ra xung đột, nút sẽ truyền thành công khung của nó mà không cần phải xem xét việc truyền lại Trong trường hợp này, nút có thể chuẩn bị một khung mới để truyền, nếu nó có sẵn.
Nếu xảy ra va chạm, nút sẽ phát hiện và truyền lại khung của nó trong các khe tiếp theo với xác suất p, cho đến khi khung được truyền thành công mà không gặp va chạm.
ALOHA chia khe mang lại nhiều lợi thế vượt trội Khác với phương pháp phân chia kênh, ALOHA chia khe cho phép một nút truyền dữ liệu liên tục với tốc độ tối đa R, miễn là nút đó là nút duy nhất đang hoạt động.
Việc truyền dẫn của gói bị trễ đến thời điểm t=T, chỉ những người sử dụng tạo gói trong khoảng thời gian từ 0 đến T mới phát tại t=T và va chạm với người sử dụng 1 Những người sử dụng tạo ra gói sau thời gian t=T sẽ không phát cho đến t=2T, do đó không va chạm với người sử dụng 1 Chu kỳ truyền dẫn chỉ còn T, cho phép tăng gấp đôi thông lượng kênh lên 36% ALOHA hoạt động hiệu quả khi chỉ có một nút, nhưng hiệu suất sẽ ra sao khi có nhiều nút cùng hoạt động?
Hình 3.3: Khoảng thời gian dễ bị tổn thương cho một cuộc truyền dẫn sử dụng giao thức s-ALOHA
Hình 3.4: ALOHA chia khe có nhiều nút
Trong cuộc thi, nút 1, 2 và 3 đã va chạm trong khe đầu tiên Cuối cùng, nút 2 đạt vị trí thứ tư, nút 1 đứng ở vị trí thứ tám, và nút 3 xếp ở vị trí thứ chín.
Có hai hiệu quả cần quan tâm ở đây:
➢ Khi có nhiều nút đang hoạt động, một phần nhất định của các khe sẽ có va chạm và do đó sẽ bị “lãng phí”
➢ Một vài vị trí sẽ trống vì tất cả các nút đang hoạt động không truyền do kết quả của chính sách truyền theo xác suất
Giả sử rằng mỗi nút trong mạng cố gắng truyền một khung dữ liệu tại mỗi vị trí với xác suất p, điều này có nghĩa là mỗi nút luôn có một khung để gửi và sẽ truyền với xác suất p cho cả khung mới và khung đã bị va chạm Nếu có N nút trong mạng, xác suất để một vị trí cụ thể trở thành vị trí thành công là xác suất mà ít nhất một trong các nút thực hiện việc truyền thành công.
Chuyển mạch trong mạng nội bộ
4.1.Địa chỉ lớp liên kết và giao thức ARP
Hình 3.9: Các kênh xuôi dòng và ngược dòng giữa CMTS và modem cáp
Trong mạng máy tính, địa chỉ lớp liên kết thuộc về bộ điều hợp mạng (interface) chứ không phải máy chủ hay bộ định tuyến Chuyển mạch lớp liên kết thực hiện việc chuyển dữ liệu giữa máy chủ và bộ định tuyến một cách minh bạch, không cần sự can thiệp của chúng Địa chỉ này được gọi là địa chỉ LAN, địa chỉ vật lý hoặc địa chỉ MAC, và mặc dù địa chỉ MAC được thiết kế để tồn tại vĩnh viễn, người dùng vẫn có khả năng thay đổi nó thông qua phần mềm.
Một thuộc tính thú vị của địa chỉ MAC là không có hai bộ điều hợp nào có cùng địa chỉ, mặc dù chúng được sản xuất bởi nhiều công ty ở các quốc gia khác nhau Để đảm bảo tính duy nhất này, IEEE quản lý không gian địa chỉ MAC Khi một công ty muốn sản xuất bộ điều hợp, họ sẽ mua một đoạn không gian địa chỉ gồm 224 địa chỉ với một khoản phí danh nghĩa IEEE phân bổ đoạn 224 địa chỉ bằng cách sửa đổi 24 bit đầu tiên của địa chỉ MAC, cho phép công ty tạo ra các kết hợp duy nhất từ 24 bit cuối cùng cho mỗi bộ điều hợp.
Địa chỉ MAC đặc biệt FF: FF: FF: FF: FF: FF cho phép một thiết bị giao tiếp với tất cả các thiết bị kết nối vật lý, được gọi là địa chỉ broadcast.
4.1.2.Giao thức phân giải địa chỉ (ARP)
ARP (Address Resolution Protocol) là giao thức mạng quan trọng dùng để xác định địa chỉ phần cứng (địa chỉ MAC) của thiết bị từ địa chỉ IP nguồn Giao thức này hoạt động trong các mạng cục bộ, như mạng Ethernet, nơi mà việc xác định địa chỉ vật lý là cần thiết trước khi gửi các gói dữ liệu (packets).
Hình 4.1: Mỗi interface kết nối với mạng LAN có một địa chỉ MAC duy nhất
Thiết bị gửi sử dụng giao thức ARP để chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ MAC Khi gửi một yêu cầu ARP chứa địa chỉ IP của thiết bị nhận, tất cả các thiết bị trong mạng cục bộ đều nhận thấy thông điệp này Tuy nhiên, chỉ có thiết bị có địa chỉ IP được đề cập trong yêu cầu mới phản hồi với thông điệp chứa địa chỉ MAC của nó Nhờ đó, thiết bị gửi sẽ có đủ thông tin cần thiết để gửi gói tin đến thiết bị nhận.
Máy chủ với địa chỉ IP 222.222.222.220 cần gửi một IP datagram đến máy chủ 222.222.222.222 Trong trường hợp này, cả hai địa chỉ IP nguồn và đích đều thuộc cùng một mạng con.
➢ Để gửi một sơ đồ, nguồn phải cung cấp cho bộ điều hợp của nó không chỉ IP datagram mà còn cả địa chỉ MAC cho điểm đến 222.222.222.222
➢ Bộ điều hợp gửi sau đó sẽ xây dựng một lớp liên kết khung chứa địa chỉ MAC của đích và gửi khung vào mạng LAN
Khi gửi yêu cầu đến máy chủ 222.222.222.220, mô-đun ARP của nó cung cấp địa chỉ IP 222.222.222.222, và mô-đun ARP sẽ trả về địa chỉ MAC tương ứng là 49-BD-D2-C7-56-2A.
ARP (Address Resolution Protocol) phân giải địa chỉ IP thành địa chỉ MAC, tương tự như DNS phân giải tên máy chủ thành địa chỉ IP Tuy nhiên, điểm khác biệt quan trọng là DNS có thể phân giải tên máy chủ cho các máy chủ ở bất kỳ đâu trên Internet, trong khi ARP chỉ thực hiện việc này cho các máy chủ và giao diện bộ định tuyến trong cùng một mạng con.
Hình 4.2: Mỗi giao diện trên một mạng LAN có một địa chỉ IP và một địa chỉ MAC
Hình 4.3: Một bảng ARP có thể có trong 222.222.222.220
Ethernet đã trở thành tiêu chuẩn chủ đạo trong thị trường mạng LAN có dây, mặc dù trong thập niên 1980 và đầu 1990, nó đã phải đối mặt với sự cạnh tranh từ các công nghệ khác như token ring, FDDI và ATM Mặc dù một số công nghệ này đã có thời gian thành công trên thị trường mạng LAN, nhưng Ethernet vẫn giữ vị trí vượt trội và chiếm lĩnh thị trường.
Kể từ khi được phát minh vào giữa những năm 1970, Ethernet đã không ngừng phát triển và duy trì vị trí thống trị trong lĩnh vực mạng LAN Hiện nay, Ethernet là công nghệ mạng có dây phổ biến nhất và có khả năng tiếp tục giữ vững vị thế này trong tương lai gần Ethernet có thể được coi là yếu tố kết nối mạng cục bộ tương tự như cách Internet đã kết nối mạng toàn cầu.
Trường dữ liệu có kích thước từ 46 đến 1.500 byte, mang sơ đồ IP, với đơn vị truyền tải lớn nhất (MTU) của Ethernet là 1.500 byte Nếu IP datagram vượt quá kích thước này, máy chủ sẽ phải phân mảnh datagram Ngược lại, nếu kích thước của IP datagram nhỏ hơn 46 byte, trường dữ liệu cũng phải được điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu tối thiểu.
Trong một khung Ethernet, trường địa chỉ đích (6 byte) chứa địa chỉ MAC của bộ chuyển đổi đích, ví dụ như BB-BB-BB-BB-BB-BB Khi bộ điều hợp B nhận được khung với địa chỉ đích này hoặc địa chỉ MAC broadcast, nó sẽ chuyển nội dung của trường dữ liệu đến lớp mạng Ngược lại, nếu khung có địa chỉ MAC khác, bộ điều hợp B sẽ loại bỏ khung đó Trường địa chỉ nguồn (6 byte) ghi lại địa chỉ MAC của bộ điều hợp truyền khung vào mạng LAN, trong trường hợp này là AA-AA-AA-AA-AA-AA.
Trường Type (2 byte) cho phép Ethernet ghép kênh lớp mạng nhiều giao thức khác nhau Điều này có nghĩa là các máy chủ không chỉ sử dụng giao thức IP mà còn có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng khác nhau cho các ứng dụng riêng biệt.
Kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC) với kích thước 4 byte có mục đích giúp bộ điều hợp nhận, cụ thể là bộ điều hợp B, phát hiện các bit lỗi trong khung dữ liệu.
Mở đầu (Preamble) (8 byte): Khung Ethernet bắt đầu bằng trường mở đầu 8 byte
Tất cả máy tính trong cùng một mạng LAN đều có khả năng truy cập Internet, nhưng khi xảy ra va chạm giữa nhiều gói thông tin, toàn bộ gói đang truyền sẽ bị loại bỏ và phải truyền lại Hiện nay, chúng ta chỉ cần chú ý đến hai chuẩn Ethernet phổ biến nhất.
4
Lợi ích của Vlan
Tiết kiệm băng thông của hệ thống mạng: VLAN chia mạng LAN thành nhiều đoạn
Mỗi đoạn mạng nhỏ được gọi là một vùng quảng bá (broadcast domain), trong đó gói tin quảng bá chỉ được truyền trong VLAN tương ứng Việc chia VLAN giúp tiết kiệm băng thông cho hệ thống mạng, tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu.
Tăng cường bảo mật mạng là một lợi ích quan trọng của việc sử dụng VLAN, vì các thiết bị trong các VLAN khác nhau không thể truy cập lẫn nhau trừ khi có router kết nối giữa chúng Ví dụ, các máy tính trong VLAN kế toán chỉ có thể giao tiếp với nhau, trong khi các máy tính ở VLAN kế toán không thể kết nối với máy tính trong VLAN kỹ sư.
Việc thêm hoặc bớt máy tính vào VLAN rất dễ dàng; bạn chỉ cần cấu hình cổng cho máy tính đó vào VLAN mong muốn.
VLAN mang lại tính linh động cao cho mạng, cho phép dễ dàng di chuyển các thiết bị giữa các bộ phận Khi công ty quyết định sắp xếp lại các bộ phận ở từng tầng riêng biệt, chỉ cần cấu hình lại các cổng switch và gán chúng vào các VLAN tương ứng VLAN có thể được cấu hình theo hai cách: tĩnh và động Trong cấu hình tĩnh, quản trị viên mạng phải cấu hình từng cổng của switch và gán chúng vào VLAN cụ thể Ngược lại, trong cấu hình động, mỗi cổng của switch có khả năng tự động cấu hình VLAN dựa trên địa chỉ MAC của thiết bị kết nối.
Cổng Trunk
Hình 4.6: Một switch được cấu hình 2 Vlans
Khi một liên kết giữa hai switch hoặc giữa một router và một switch truyền tải lưu lượng của nhiều VLAN thì cổng đó gọi là cổng trunk
Cổng trunk phải chạy giao thức đường truyền đặc biệt Giao thức được sử dụng có thể là giao thức độc quyền ISL của Cisco hoặc IEEE chuẩn 802.1q.
Mạng trung tâm dữ liệu
Mục lục Bảng phân công công việc của nhóm 2
I.Sơ lược về lớp liên kết ( Link Layer ) 8
1.2.Các dịch vụ được cung cấp bởi lớp liên kết 9
1.3.Nơi thực hiện lớp liên kết 10
II.Kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi 12
2.3.Kiểm tra dư vòng theo chu kỳ (CRC) 15
III Giao thức và liên kết đa truy nhập 16
3.1.Các giao thức phân vùng kênh 17
3.2.Giao thức truy cập ngẫu nhiên 18
3.3.3.Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang (CSMA) 21
3.4.DOCSIS: Giao thức lớp liên kết để truy cập Internet qua cáp 23
IV.Chuyển mạch trong mạng nội bộ 24
4.1.Địa chỉ lớp liên kết và giao thức ARP 24
4.1.2.Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) 25
4.3.1.Forwarding and Filtering(Chuyển tiếp và Lọc) 28
4.3.3.Các thuộc tính của chuyển đổi lớp liên kết 28
4.3.4.Chuyển mạch so với bộ định tuyến 29
4.4.Mạng cục bộ ảo (VLANs) 29
4.4.1.Khi nào bạn cần tạo Vlan 30
5.1.Chuyển nhãn đa giao thức (MPLS) 32
VI Mạng trung tâm dữ liệu 34
6.1 Kiến trúc trung tâm dữ liệu 35
6.2.Xu hướng trong mạng trung tâm dữ liệu 38
6.2.2.Quản lý và kiểm soát SDN tập trung 38
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
Công nghệ giúp mạng dây Cáp đồng trục có thể cung cấp đa dịch vụ
CSMA Carrier Sense Multiple Access Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access /
Collosion Detect Đa truy cập nhận biết sóng mang phát hiện xung đột
DOCSIS Data Over Cable Service Interface
Dữ liệu qua cáp dịch vụ giao diện đặc điểm kỹ thuật
FDM Frequency-division multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số
HDLC High-level Data Link Control Nghi thức điều khiển dữ liệu cấp cao
Nonpersistent Carrier Sense Multiple Access
Giao thức CSMA không liên tục p-ALOHA Pure ALOHA ALOHA thuần túy p-Persistent
CSMA p-Persistent Carrier Sense Multiple Access
Giao thức CSMA liên tục với xác suất p
PPP POINT-TO-POINT PROTOCOL Giao thức điểm-điểm s-ALOHA Slotted ALOHA ALOHA chia khe
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian
Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Sáu bước nhảy lớp liên kết giữa máy chủ không dây và máy chủ 8
Hình 1.2:Bộ điều hợp mạng 11
Hình 2.1:Kịch bản phát hiện và sửa lỗi 12
Hình 3.1: Nhiều kênh truy cập khác nhau 16
Hình 3.2: Ví dụ về TDM và FDM bốn nút 17
Hình 3.3: Khoảng thời gian dễ bị tổn thương cho một cuộc truyền dẫn sử dụng giao thức s-ALOHA 19
Hình 3.4: ALOHA chia khe có nhiều nút 19
Hình 3.5: Gây nhiễu truyền trong ALOHA thuần túy 20
Hình 3.7: Biểu đồ không-thời gian của hai nút CSMA với các đường truyền xung đột 21
Hình 3.8: CSMA với phát hiện va chạm 22
Hình 3.9: Các kênh xuôi dòng và ngược dòng giữa CMTS và modem cáp 24
Hình 4.1: Mỗi interface kết nối với mạng LAN có một địa chỉ MAC duy nhất 25
Hình 4.2: Mỗi giao diện trên một mạng LAN có một địa chỉ IP và một địa chỉ MAC 26
Hình 4.3: Một bảng ARP có thể có trong 222.222.222.220 26
Hình 4.4: Cấu trúc khung Ethernet 27
Hình 4.5: Bảng so sánh bộ chuyển mạch và bộ định tuyến 29
Hình 4.6: Một switch được cấu hình 2 Vlans 30
Hình 4.7: Kết nối 2 Vlan : (a) hai dây cáp (b) qua cổng trunk 31
Hình 5.1: Tiêu đề MPLS: Nằm giữa tiêu đề lớp liên kết và lớp mạng 32
Hình 5.2: Chuyển tiếp nâng cao MPLS 33
Hình 6.1: Mạng trung tâm dữ liệu với cấu trúc liên kết phân cấp 35
Hình 6.2: Cấu trúc liên kết mạng dữ liệu được kết nối cấp cao 37
Trong bài tiểu luận này, chúng ta sẽ khám phá quá trình truyền dữ liệu giữa hai máy chủ, bắt đầu từ máy chủ nguồn và kết thúc tại máy chủ đích, thông qua các liên kết truyền thông có dây và không dây Chúng ta sẽ tìm hiểu cách các gói dữ liệu lớp mạng được đóng gói trong các khung lớp liên kết để truyền qua các liên kết riêng lẻ, đồng thời xem xét các giao thức lớp liên kết khác nhau được sử dụng dọc theo đường truyền thông Ngoài ra, bài viết cũng sẽ giải thích cách giải quyết xung đột đường truyền trong các liên kết quảng bá, vai trò của địa chỉ lớp liên kết và cách thức hoạt động của nó so với địa chỉ lớp mạng Cuối cùng, chúng ta sẽ phân tích sự khác biệt giữa bộ chuyển mạch và bộ định tuyến.
I.Sơ lược về lớp liên kết ( Link Layer )
Host và rout được gọi là các nút
Các kênh truyền thông nối liền các nút lân cận gọi là các kết nối
-Các kết nối hữu tuyến (wired)
-Các kết nối vô tuyến ( wireless)
Gói dữ liệu trong lớp 2 được gọi là frame, đóng gói Datagram
Lớp liên kết có trách nhiệm truyền datagram từ 1 node đến lân cận đường truyền liên kết
Datagram được truyền bởi các giao thức và trên các đường kết nối khác nhau:
VD : Ethernet trên kết nối thứ 1, frame relay trên các kết nối trung gian ,802.11 trên các kết nối cuối cùng
Mỗi giao thức kết nối cung cấp các dịch vụ khác nhau
VD: Có thể hoặc không thể cung cấp rdt trên kết nối
- Hành trình từ Princetol -> Lausanne
Limo : Princeton -> JFK Máy bay : JFK -> Gevena Tàu hỏa : Geneva ->Lansanne
- Đoạn đường đi = liên kết truyền thông
- Kiểu vận chuyển = giao thức lớp link
- Đại lý du lịch = giải thuật routing
Hình 1.1: Sáu bước nhảy lớp liên kết giữa máy chủ không dây và máy chủ
Nhóm 15 9 Để một sơ đồ được chuyển từ máy chủ nguồn sang máy chủ đích, nó phải được di chuyển qua từng liên kết riêng lẻ trong đường dẫn end-to-end
Trong mạng công ty được mô tả trong Hình 1.1, khi gửi một sơ đồ từ máy chủ không dây đến máy chủ, dữ liệu sẽ di chuyển qua sáu liên kết khác nhau Đầu tiên, dữ liệu sẽ được truyền qua liên kết WiFi giữa máy chủ gửi và điểm truy cập WiFi Sau đó, nó sẽ tiếp tục qua liên kết Ethernet từ điểm truy cập đến công tắc lớp liên kết, rồi qua liên kết giữa công tắc lớp liên kết và bộ định tuyến Tiếp theo, dữ liệu sẽ đi qua liên kết giữa hai bộ định tuyến, sau đó là một liên kết Ethernet từ bộ định tuyến đến công tắc lớp liên kết Cuối cùng, dữ liệu sẽ được truyền qua liên kết Ethernet giữa công tắc và máy chủ Qua từng liên kết, một nút truyền sẽ đóng gói datagram trong khung lớp liên kết và truyền khung đó vào liên kết.
1.2.Các dịch vụ được cung cấp bởi lớp liên kết
Giao thức lớp liên kết cung cấp nhiều dịch vụ quan trọng, bao gồm việc đóng khung, tức là đóng gói datagram vào trong frame Quá trình này bao gồm việc thêm header và trailer, tạo thành một frame hoàn chỉnh.
Hầu hết các giao thức lớp liên kết đều bao gói từng datagram lớp mạng vào một khung lớp liên kết trước khi truyền tải Khung này có chứa một trường dữ liệu để chèn gói dữ liệu lớp mạng cùng với một số trường tiêu đề Cấu trúc của khung được quy định bởi giao thức lớp liên kết.
- Truy cập kênh truyền nếu môi trường được chia sẻ
- Các địa chỉ “MAC” được sử dụng trong các header để xác định nguồn và đích
- Ở trường hợp đa truy nhập ( nhiều node chia sẻ 2 liên kết ), giao thức MAC phục vụ để phối hợp truyền khung của nhiều nút
Giao thức điều khiển truy cập phương tiện (MAC) quy định các quy tắc truyền khung trên liên kết Đối với các liên kết điểm-điểm với một người gửi và một người nhận, giao thức MAC hoạt động đơn giản, cho phép người gửi gửi khung bất kỳ lúc nào khi liên kết không bị chiếm dụng.
Để đảm bảo truyền tin cậy giữa các node lân cận, cần di chuyển từng biểu đồ dữ liệu lớp mạng qua các liên kết mà không gặp lỗi Điều này đặc biệt quan trọng trong các kết nối có độ lỗi thấp, nơi mà việc duy trì tính toàn vẹn của dữ liệu là ưu tiên hàng đầu.
Các giao thức tầng vận chuyển như TCP cung cấp dịch vụ phân phối đáng tin cậy Tương tự như dịch vụ truyền tin cậy ở lớp giao vận, dịch vụ này ở lớp liên kết cũng đạt được thông qua việc xác nhận và truyền lại dữ liệu.
Dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy của lớp liên kết thường được áp dụng cho các liên kết có nguy cơ mắc lỗi cao, như liên kết không dây Mục tiêu chính là sửa lỗi cục bộ ngay tại liên kết xảy ra sự cố, thay vì phải truyền lại dữ liệu từ đầu đến cuối qua giao thức tầng ứng dụng hoặc tầng truyền tải.
Phân phối đáng tin cậy trong lớp liên kết không phải lúc nào cũng cần thiết, đặc biệt khi sử dụng các liên kết ít lỗi bit như cáp quang, cáp đồng trục và cáp xoắn nhiều cặp Vì lý do này, nhiều giao thức lớp liên kết có dây không cung cấp dịch vụ truyền tin cậy.
Phát hiện và sửa lỗi :
- Lỗi gây ra bởi sự suy giảm tín hiệu và tiếng ồn điện tử
- Máy thu phát hiện khi lỗi bit xảy ra :Gửi tín hiệu cho bên phát truyền lại hoặc hủy bỏ frame bị lỗi
- Máy thu phát hiện và sửa các bit lỗi mà không cần phải truyền lại
Phần cứng lớp liên kết trong nút nhận có thể mắc lỗi trong việc xác định giá trị bit của khung, dẫn đến việc nhận nhầm bit 0 thành 1 và ngược lại Những lỗi này thường xảy ra do sự suy giảm tín hiệu và nhiễu điện từ Để khắc phục vấn đề này, nhiều giao thức lớp liên kết đã phát triển cơ chế phát hiện lỗi bit, nhằm tránh việc chuyển tiếp các gói dữ liệu có lỗi.
Quá trình này được thực hiện thông qua việc yêu cầu nút truyền phát hiện lỗi các bit trong khung, đồng thời yêu cầu nút nhận thực hiện kiểm tra lỗi để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.
Lớp truyền tải và lớp mạng của Internet cung cấp khả năng phát hiện lỗi hạn chế thông qua tổng kiểm tra Trong khi đó, việc phát hiện lỗi ở lớp liên kết thường phức tạp hơn và thường được thực hiện bằng phần cứng.
Sửa lỗi không chỉ phát hiện các lỗi bit trong khung mà còn xác định chính xác vị trí của chúng và tiến hành sửa chữa Luồng (Flow Control) giúp điều chỉnh tốc độ truyền dữ liệu giữa các nút gửi và nhận liền kề.
Half-duplex và Full-duplex: Với half-duplex ,các node tại các đầu cuối của kết nối có thể truyền nhưng không đồng thời
Phần cứng lớp liên kết trong một nút nhận có thể gặp phải lỗi khi xác định giá trị của bit trong khung, dẫn đến việc nhận nhầm bit 0 thành 1 và ngược lại Những lỗi bit này thường xảy ra do suy giảm tín hiệu và nhiễu điện từ Để tránh việc chuyển tiếp gói dữ liệu có lỗi, nhiều giao thức lớp liên kết đã được thiết kế với cơ chế phát hiện lỗi bit Cơ chế này yêu cầu nút truyền phải bao gồm thông tin phát hiện lỗi trong khung, đồng thời yêu cầu nút nhận thực hiện kiểm tra lỗi để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu truyền đi.
Kết luận
Chúng ta đã tìm hiểu về lớp liên kết, bao gồm các dịch vụ, nguyên tắc hoạt động cơ bản và một số giao thức quan trọng áp dụng những nguyên tắc này để triển khai dịch vụ trong lớp liên kết.
Dịch vụ cơ bản của lớp liên kết là di chuyển sơ đồ lớp mạng giữa các nút như máy chủ, bộ chuyển mạch và bộ định tuyến Tất cả các giao thức lớp liên kết đều đóng gói gói dữ liệu lớp mạng trong khung lớp liên kết trước khi truyền đến nút liền kề Tuy nhiên, các giao thức lớp liên kết khác nhau cung cấp các dịch vụ truy cập, phân phối và truyền dẫn rất đa dạng, phụ thuộc vào loại liên kết mà chúng hoạt động Liên kết điểm-điểm có một người gửi và một người nhận, trong khi liên kết đa truy cập chia sẻ giữa nhiều người gửi và nhận, yêu cầu giao thức điều phối truy cập Đặc biệt, trong MPLS, "liên kết" giữa hai nút liền kề có thể là một mạng phức tạp, như một liên kết điện thoại kết nối modem tại nhà với modem từ xa qua mạng điện thoại.
Trong giao tiếp lớp liên kết, chúng ta đã khám phá các kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi, các giao thức đa truy cập, địa chỉ lớp liên kết, ảo hóa VLAN, và xây dựng mạng LAN chuyển mạch mở rộng cùng mạng trung tâm dữ liệu Hiện nay, trọng tâm chủ yếu là vào các mạng chuyển mạch Đối với phát hiện và sửa lỗi, chúng ta đã thảo luận về việc thêm các bit vào tiêu đề khung để phát hiện lỗi, cũng như các lược đồ tổng kiểm tra và kiểm tra dự phòng Về giao thức đa truy cập, chúng ta đã xác định ba cách tiếp cận chính: phân vùng kênh, truy cập ngẫu nhiên, và thay phiên nhau Nghiên cứu mạng truy cập cáp cho thấy sự kết hợp của các phương pháp này, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của địa chỉ lớp liên kết, khác biệt với địa chỉ lớp mạng, và vai trò của ARP trong việc dịch giữa hai loại địa chỉ Cuối cùng, chúng ta đã xem xét cách các nút chia sẻ kênh quảng bá hình thành mạng LAN và cách kết nối nhiều mạng LAN để tạo thành mạng lớn hơn mà không cần can thiệp định tuyến lớp mạng.
Nhóm 15 41 hạ tầng mạng LAN vật lý các trung tâm dữ liệu khổng lồ ngày nay Sau khi bao phủ lớp liên kết, hành trình của chúng ta xuống ngăn xếp giao thức đã kết thúc! Chắc chắn, lớp vật lý nằm bên dưới lớp liên kết, nhưng các chi tiết của lớp vật lý có lẽ tốt nhất nên để lại cho một khóa học khác (ví dụ: trong lý thuyết truyền thông, chứ không phải là mạng máy tính)
Để hiểu các chủ đề nâng cao trong lĩnh vực mạng, cần có nền tảng vững chắc về tất cả các lớp của ngăn xếp giao thức Nghiên cứu của chúng tôi về lớp liên kết đã hoàn thành, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận các khái niệm phức tạp hơn.
